《化工原理二》在线考试参考

中国石油大学（北京）远程教育学院

期末考试

《 化工原理二》

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一、填空题（36分，每空2分）

1. 在1 atm， 0℃条件下，CO2在空气中的扩散系数为1.38×10-5 m2/s。若保持压力条件不变，温度增加到25℃，则扩散系数变为 1.77 ×10 -9 m2/s；若保持温度为0℃，压力增大到2 atm，则扩散系数变为 0.84 ×10 -9 m2/s。

2. 30℃下CO2水溶液的亨利系数4d85c8e834c7738e22aa5abde800c99a.png1.885×105kPa，该温度下CO2分压为15kPa的混合气与含CO20.002kmol/m3的水溶液接触，CO2的传质方向为 吸收 。

3. 利用精馏塔分离二元理想混合物，进料量为100 kmol/h，进料摩尔分数为0.6，要求塔顶轻组分的摩尔分数不小于0.9，则塔顶产品量的最大值为 63.2 kmol/h。

4. 用纯溶剂吸收某二元混合气中的溶质。在操作范围内，体系的相平衡关系满足亨利定律，气液两相逆流操作。当入塔气体的浓度eb4cbc21aca803e84174285eb0c7214c.png下降时，而其它入塔条件不变，则气体的出塔浓度ea30153e5d409ac3d488414109282be8.png 上升 ，溶质的吸收率d36df7b3039daa1491cc30560e978d7c.png 提高，吸收液的出塔浓度16c58173f8899ce8e8bdc9b1ea92e164.png 降低 。

5. 当精馏塔进料为汽液混合物且汽液比为3∶2时，进料热状况参数为 0.6 。

6. 某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距为零，则精馏段操作线的斜率等于 1 ，回流比等于 0 。

7. 精馏过程设计时，降低操作压力，则相对挥发度 增加 ，塔顶温度 降低 ，塔底温度 降低 。

8. 湿度为H0、相对湿度为 0、干球温度为t0的湿空气，经过一个间接蒸汽加热的预热器后，空气的湿度为H1、相对湿度为 1、干球温度为t1，则H0 ＜ H1， 0 = 1，t0 ＞ t1。

9. 在恒定干燥条件下，已知：9deafea80d20bac4de112bad530b242a.png10%，714e7dbcae64608851da41084cb861b7.png30%，结合水为15%（均为干基）。今有湿料100kg，含水40%（湿基）与热空气长时间充分接触至平衡，则干燥过程除去非结合水 44 kg，降速阶段除去结合水 12 kg。

word/media/image8.gif二、简答题（10分）

负荷性能图是重要的塔板分析技术，其示意图如下。

1. 简单说明各线的意义；

答：（1）检验设计点是否理想；

（2）用于实际操作，作为实际操作的依据。

2. 如操作点为▲，试分析其操作状态，并给出合理的建议。

答：操作点位于操作区的适中位置，可以获得稳定良好的操作效果

三、计算题（54分）

1.（20分）用板式精馏塔在常压下分离苯—甲苯溶液，塔顶为全凝器，塔底间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47。进料量为150kmol/h，组成为0.4（摩尔分率）的饱和蒸汽。回流比为4。塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔底残液中甲苯的回收率为0.95。求：

① 塔顶馏出液及塔底残液的组成；

② 精馏段及提馏段操作线方程；

③ 回流比与最小回流比的比值；

④ 塔顶第二块板上升的汽相组成。

解：（1）D×XD =0.97×F×xF

W×（1- XW）=F×（1- xF）×0.95

D+W=F=150

D×XD+W×XW =F×xF =150×0.4=60

W=87.3kmol/h

D=62.7 kmol/h

XD =92.8%

XW =2.06%

(2)精馏段操作方程

Y(n+1)=Xn×R/(R+1)+Xn/(R+1)=0.8Xn+0.1856

提馏段操作线方程为y(n+1),=L,×Xn,/V,- Xw/V,

q=0,

V,=(R+1)D-F,

L,=DR

y(n+1),=X n,×R×D/[(R+1)D-F]-W×XW/[(R+1)D-F]=1.534 X n,-0.011

(3)∵q=0,yc=x

F=0.4,

y=α×x/[1+(α-1)x]

∴xc=0.02125

Rmin=( xn-yc)/(yc-xc)=(0.928-0.4)/(0.4-0.2125)=2.816

R/Rmin=4/2.816=1.42

全回流时

y2=xl,

y1=xD=0.98

∴Emvl=(0.98-y2)/[(2.47y2/(1+1.47 y2)-y2=0.6

y2=96.93%(mol%)

y2=78×0.9693/[78×0.9693+(1-0.9693)]=96.4%(质量%)

2.（18分）某填料吸收塔中用纯溶剂逆流吸收某二元混合气中的组分A，已知填料层高4m，入塔气体的浓度为0.02（摩尔分率，下同），溶剂对A组分的吸收率为80%，出塔液相的组成为0.008，操作条件下的气液相平衡关系为f0cf45a02dac2eed4af486cf058f101a.png。求：

① 气相总传质单元数；

② 操作液气比为最小液气比的多少倍；

③ 若气、液相的量和进口组成保持不变，将该塔串联一个同样的塔，那么气相出口浓度是多少？

④ 如果该混合气经吸收后，出塔浓度仍然达不到环保要求，请问可以采取哪些措施提高溶剂对A组分的回收率？

3.（16分）以空气为干燥介质干燥某种湿物料，原空气的体积流量为1800m3/h，温度为30℃，湿度为0.012kg/kg。空气先经间壁式加热器预热至100℃后再进入干燥器；湿物料处理量为400kg/h ,要求从含水率10%干燥至0.5%（均为湿基），若干燥过程可视为等焓过程，试确定：

① 水分汽化量；

② 空气离开干燥器时的温度和湿度；

③ 加热器对空气提供的热量。

解：（1）G1=400kg/h,

GC=400×0.90=360 kg/h

X1=10/90=0.111,

X2=0.005/0.995=0.00502

∴W=GC(X1-X2)=38.2 kg/h

（2）已知新鲜空气的流量为1800m3/h,则根据新鲜空气的质量体积VH，可得绝干气的消耗量。

VH=（1/29+H/18）×22.4×(273+t)/273×1.013×105/P=0.86m3/kg

∴L=1800/0.83=2169kg/h

L(H2-H1)=W

∴H2=0.030kg水/kg绝干气

11=（1.01+1.88H1）t1+2490H1=133.2kJ/kg

12=11

∴t2=54.9℃

（3）由于10=（1.01+1.88H0）t0+2490H0=60.9kJ/kg

所以加热器提供的热量为：

Q=L（11-10）=1.57×105 kJ/kg

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