2011年化工09级化工原理(下册)期末考试试卷答案(A)
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南昌大学 2011～2012 学年第一学期期末考试试卷
试卷编号： ( A )卷
课程编号： 课程名称： 过程工程原理 考试形式： 闭卷 适用班级：化学工程与工艺09（1-2）姓名： 学号： 班级： 学院：环境与化学工程 专业： 化学工程与工艺 考试日期：23/12/2011
题号 一 二 三
四
五
六
七
八
九
十
总分 累分人 签名
题分 25 75 100
得分
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2、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。
一、填空题：(共10 题，每题 2.5 分，共 25 分)
得分 评阅人
1. 难溶气体属( 液膜 )控制，主要传质阻力集中于( 液膜 ) 側。
2. 操作中的吸收塔，当生产任务一定，若吸收剂用量小于最小用量，则吸收效果 （ 达不到要求 ）。
3. 脱吸因数s 的表达式为 （ L
mV
s
） , 在Y-X 坐标系下的几何意义是 （平衡线斜率
与操作线率之比）。
4. 在气体流量、气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则操 作线将（ 靠近 ）平衡线，传质推动力将（减小 ）, 若吸收剂用量减至最小吸收剂用 量时，设备费用将（ 无穷大 ）。
5. 精馏操作的依据是（ 混合液中各组分的挥发度的差异 ）。
精馏操作得以实现的必要条 件包括（ 自塔顶向下的液流 ）和 （ 自塔底向上的气流 ）。
6. 当增大操作压强时，精馏过程中物系的相对挥发度（ 减小），塔顶温度（ 增加）， 塔釜温度 （增加）。
7. 某精馏塔塔顶上升的蒸气组成为1y ，温度为T ，经全凝器全部冷凝至泡点后，部分回 流入塔，组成为0x ，温度为t ，试用>、=、<判断下列关系：T （>) t ；1y （ = )x 。
8. 精馏操作时，若进料的组成、流量和气化率不变，增大回流比，则精馏段操作线方程 的斜率 ( 增加), 提馏段操作线方程的斜率 ( 减小),塔顶组成 (增加 ),塔底组 成 ( 降低 ).
9. 干燥的原理是 ( ) 。
10. 在101.325kPa 下,不饱和湿空气的温度为45℃,相对湿度为62%.如果加热至70℃,则空气的湿度将( 不变 ),相对湿度将(减小 ), 湿球温度将( 变大 ), 露点将( 不变 ), 焓I 将( 变大 ).
二． 计算题 (共3题，每题25分，共75分）
1. 在填料塔内用清水吸收空气中的丙酮蒸气，丙酮初始含量为%3（体），若在该塔中将其吸收掉%98，混合气入塔流率)/(0
2.02s m kmol V ⋅=，操作压力a kP p 3
3.101=，温度
K T 293=，此时平衡关系可用x y 75.1=表示，体积总传质系数
)(1058.134a G a kp s m kmol K ⋅⋅⨯=-，若出塔水溶液的丙酮浓度为平衡浓度的%70，求所需水量和填料层高。
该塔逆流操作。
解：所需水量可由全塔物料衡算求出 031.097
.003
.01111==-=
y y Y （3分） 12)1(Y Y A ϕ-=4102.6031.002.0-⨯=⨯= （3分）
42
2
2102.61-⨯=+=
Y Y y 02=x
x 1012.075
.103
.07.0=⨯= （3分） )()(2121x x L y y V -=-
)0012.0()102.603.0(02.04-=⨯-⨯-L
)/(049.02s m kmol L ⋅= （3分）
填料层高度可由传质单元数法计算。
在计算传质单元高度时应注意体积总传质系数的表达方式要符合要求。
2
1
21ln y y
y y y m ∆∆∆-∆=∆＝
()()44102.6012.075.103.0ln 0102.6012.075.103.0--⨯⨯--⨯-⨯-31013.3-⨯= （5分） )/(016.03s m kmol K p K G a ya ⋅=⋅= （3分） m y y y K V Z m ya 7.1110
13.300062
.003.0016.002.03
21=⨯-⨯=∆-=
- （5分）
2. 一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某塔板的气、液相组成分别为0.83和0.70，相邻上层塔板的液相组成为0.77，而相邻下层塔板的气相组成为0.78（以上均为轻组分A 的摩尔分数，下同）。
塔顶为泡点回流。
进料为饱和液体，其组成为0.46。
若已知塔顶与塔底产量比为2/3，试求：(1)精馏段操作线方程；(2)提馏段操作线方程。
（1）精馏段操作线方程，78.0,77.0,70.0,83.011====+-n n n n y x x y 依精馏段操作线方程 1
11+++=
+R x x R R
y D n n 将该板和上层板的气液相组成代入有 177.0183.0++⨯+=
R x R R
D (a) （3分） 再将该板和下层板的气液相组成代入有 1
70.0178.0++⨯+=
R x R R
D (b) （3分） 联立（a ）、（b ）解得 5.2=R ，98.0=D x （4分）
则精馏段操作线方程为 1
5.298
.015.25.2+++=x y 即 28.0714.0+=x y （3分） （2）提馏段操作线方程
提馏段操作线方程的通式为 W
L x W x W L L y W m m -⋅--=+///
1
将 W D F qF L L +=+=,/
1=q (泡点进料)
代入上式则有
D L Wx x D L W D L W qF L Wx x W
qF L qF L y W m W m m +-+++=-+--++=+1
转化上式为 W m m x R D W x R D W R y 1
111+-+++=+ （C ） （3分） 根据 W
D W
F x x x x W D --= 即
46
.098.046.032--=W
x （3分） 解得 113.0=W x （3分）
将有关数据代入（c ），则提馏段操作线方程为 0484.043.1113.01
5.22
315.22315.2-=⨯+-+++=x x y （3分）
3. 将某湿物料在恒定干燥空气条件下进行间歇干燥。
经9小时后，其含水量由0.48kg/kg
干物料降至0.085kg/kg干物料。
试求在相同的操作条件下，将该湿物料由含水量
0.48kg/kg干物料干至0.06kg/kg干物料所需要的时间。
已知物料的临界含水量为
0.16kg/kg干物料，平衡含水量为0.045kg/kg干物料。
降速阶段中干燥速率曲线为直
线。
（25分）
解：因X
2＜ X
C
, 故干燥分为恒速和降速两个阶段。
设两种情况下干燥时间分别为τ
1,
τ2,τ′1,τ′2 , 则:
τ 1 = G C (X1– X C)/(A·N A,恒) （2分）
τ 2 =[G C/(A·N A,恒)]㏑[(X c– X*)/(X2– X*)] （2分）
τ 2 /τ1 = [(X c– X*)/(X1– X c)] ㏑[(X c– X*)/(X2– X*)]
= [(0.16 – 0.045)/(0.48 – 0.16)] ㏑[(0.16 – 0.045)/(0.085 – 0.045)] =0.359㏑[0.105/0.045]
=0.339×1.056
=0.358 (1) （4分）
τ
1 +τ
2
= 9 (2) （1分）
联解式(1)和(2)得:
τ
1 = 6.63 h, τ
2
=2.37h （4分）
τ′2 /τ 2 = ㏑[(X c– X*)/(X′2– X*)]/㏑[(X c– X*)/(X2– X*)]
= ㏑[(0.16 –0.045)/(0.06 –0.045)]/㏑[(0.16 –0.045)/(0.085 – 0.045)]
= ㏑[0.115/0.025]/㏑[0.115/0.04]
=1.526×1.056
= 1.611 （3分）
τ′2 = 1.611τ 2 =1.611×2.37 = 3.818h （2分）
τ′=τ 1 +τ′2 = 6.63 + 3.818=10.45h （2分）。
