中国矿业大学化工原理试卷

中国矿业大学2005～2006学年第2学期

《化工原理》A（二）试卷（）卷

课程编号：06074考试时间：120分钟考试方式：闭卷

在填料塔中用清水吸收混合气中NH3，当水泵发生故障上水量减少时，气相总传质单元数N OG将(1)

根据双膜理论，当被吸收组分在液体中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数近似等于(2) 相传质膜系数。

单向扩散中的漂流因数(3) 1 。

已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm，E2=0.011atm，E3=0.00652atm，则温度由高到低排序为(4) ，(5) 。

间歇精馏与普通连续精馏相比较，前者的不同点在于：(6) 和(7) 。

等板高度(HETP)的含义是：(8)

某二元物系的相对挥发度 =3，在具有理论塔板的精馏塔内于全回流条件下作精馏操作，已知y n=0.4，则x n-1= (9) ，y n+1= (10) 。

给出三种板式塔的名称(11) ，(12) ，(13) 。

对于填料塔的填料充填方式有乱堆和整砌两种方式，需要使用液体再分布器的是(14) 方式，要求很好的塔顶液体分布装置的是(15) 方式。

在多级逆流萃取中，欲达到同样的分离程度，溶剂比S/F愈大则所需理论级数愈(16) ，操作点Δ(设在三角形左侧变化)愈向(17) S点位移。

分配系数k A<1表示: (18) 。选择性系数β与精馏操作中(19) 相当。

采用多级逆流萃取与单级萃取相比较，如果溶剂比，萃取相浓度一样，则多级逆流萃取可使萃余分率: (20) 。

二、简答题(10分，每小题5分，请将答案直接写在题目下面)

1. 干燥介质有两种降低相对湿度的办法：一是单纯升高温度，二是除去湿分后升温。请简单地叙述初始湿度、温度相同的空气分别经过上述处理后用于干燥过程各有哪些优点？

2. 如何区分用于精馏、吸收和萃取操作的塔式设备，简答之(可以简单图示)。

三、计算题(共70分)

1.(15分) 现有含A40%的A、B混合液，拟用纯溶剂S进行两级逆流萃取，已知溶剂比S/F=1。求：

(1)当萃余相组成为5%时，萃取液组成为多少? 萃取率达多少？

(2)若要求严格达到萃余相组成为5%，你如何调整S/F(增加还是减少S)?

说明：①三角形相图如图所示，A组分的分配系数k A＝1.5。②以上计算不必算出具体数值，但必须用文字和作图表示。

2.(20分) 如附图所示，湿物料含水量为42%，经干燥后为4%（均为湿基），产品

产量为0.126kg/s ，空气的干球温度为21℃，相对湿度40%，经预热器加热至93℃

后再送入干燥器中，离

开干燥器时空气的相对湿度为60%，若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求： ⑴在H -I 图上示意作出

空气的状态变化过程，标出状态点A 、B 、C 的位置，并注明其有关的参数；

⑵设已查得H 0＝0.008kg 水/kg 绝干气，H 2＝0.03kg 水/ kg 绝干气），求绝干空气

消耗量L （kg 绝干气/s ）。

⑶预热器供应之热量Q （kW ），忽略预热器的热损失。I =(1.01+1.88H )t +2490H 。

3.(10分) 一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A ，入塔气

体中含A 1%(摩尔比)，经吸收后溶质A 被回收了80%，此时水的用量为最小用量

的1.5倍，平衡线的斜率为1，气相总传质单元高度为1m ，试求填料层所需高度。

4.(10分)用水作为吸收剂来吸收某低浓度气体生成稀溶液（服从亨利定律），操

作压力为850mmHg ，已知其气相吸收膜系数k G =1.25[kmol/(m 2·h·atm)]，液膜吸

收分系数k L ＝0.85[m/h]，相平衡常数m =0.25，试分析该气体被水吸收时，是属

于气膜控制过程还是液膜控制过程？

5.(15分)分离苯和甲苯混合液，进料组成为0.4，馏出液组成为0.95，残液组成

为0.05（以上组成均为苯的摩尔分率）。苯对甲苯的平均相对挥发度为2.44。泡

点进料，塔顶冷凝器为全凝器，塔釜为直接蒸汽加热。试求：

⑴最小回流比；

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 t 0

G 2=0.126kg/s 1=42% 2=38℃

⑵若回流比取最小回流比的1.2倍，列出精馏段操作线方程；

⑶列出提馏段操作线方程。

中国矿业大学2005～2006学年第2学期

《化工原理》（二）试卷（A）卷

课程编号：06074考试时间：120分钟考试方式：闭卷

气体吸收填料层高度计算中表示设备(填料)效能高低的量是(1) ，而表示传质任务难易程度的量是(2) 。

某吸收过程，用纯水吸收气体中A组分，要求A组分由y A=0.1下降至0.02；已知吸收因子A=1，若该吸收过程需理论板N T =4块，则需传质单元数为(3) 。

吸收过程中最小液气比的计算关系式为(L/V)m i n = (4) 。

氨气溶解于水的过程属于(5) 膜控制。

间歇精馏可以按两种方式进行操作，即(6) 和(7) 。

某填料精馏塔的填料层高度为8米，完成分离任务需要16块理论板(包括塔釜)，则等板高度(HETP)= (8) 。

全回流操作应用场合通常是(9) 。

当进料为气液混合物且气液摩尔比为2：3时，进料热状况参数q值为(10) 。 恒定干燥条件的干燥过程中，(11) 阶段湿物料表面总是保持为湿球温度。以空气作为湿物料的干燥介质，当所用空气的相对湿度较大时，湿物料的平衡水份相应(12) ，自由水份相应(13) 。

对于空气-水系统，湿球温度近似等于绝热饱和温度，平时使用的时候常常利用湿球温度具有(14) 特点，绝热饱和温度具有(15) 特点。

给出三种填料的名称(16) ，(17) ，(18) 。

对于有溢流管(降液管)的板式塔，气液两相的流向被称为大(19) ，小(20) 。

二、简答题(10分，每小题5分，请将答案直接写在题目下面)

1. 液液萃取过程和精馏都是处理液体均相混和物的，举出两种更适于萃取操作的情况。

2. “边界底层”在流体流动、传热和传质中分别具有什么特点？

三、计算题(共70分)

1.(15分) 某混合液含溶质A30%（质量%，下同）原溶剂B70%，用纯溶剂S进行单级萃取，要求萃余液中A的浓度不超过10%，此时A组分的分配系数k A＝1.5。试求：

1.所需溶剂比S/F；

2.所得萃取液中A的浓度；

3.过程的萃取率，把计算过程的方法列出来，不必求出具体数值；

4.最大的萃取液组成是多少。

物系的溶解度曲线如图所示。

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

00.10.20.30.40.50.60.70.80.91

2.(15分) 已知一个干燥系统的操作示意图如下：

求：(1) 在H -I 图上画出整个过程A-B-C-A 空气状态变化的示意图；

(2) 循环干空气量L [kg/h] ；

(3) 干空气在预热器得到的热量Q P [kW]。

空气湿度图中焓I 的单位[kJ/kg]。

3. (15分) 用填料塔从一混合气体中吸收所含的苯。混合气体中含苯5%（体积%），

其余为空气， 要求苯的回收率为90%（以摩尔比表示），吸收塔为常压操作，温

度为25℃，入塔混合气体为每小时940m 3(标准状态)，入塔吸收剂为纯煤油，煤

油的耗用量为最小耗用量的1.5倍，已知该系统的平衡关系Y =0.14X （其中Y 、X

为摩尔比），已知气相体积传质系数K y a ＝0.035kmol/(m 3·s)，纯煤油的平均分子

量Ms ＝170，塔径D T ＝0.6m 。试求：

⑴吸收剂的耗用量为多少[kg/h]？

⑵溶液出塔浓度X 1为多少？

L

t

⑶填料层高度Z为多少[m]？

.(10分) 一精馏塔，塔顶设全凝器，在常压下分离苯－甲苯物系，采用回流比R ＝3。今测得塔顶馏出液浓度x D=0.985和第一块塔板下流液体浓度x1＝0.970（均为摩尔分率）；已知物系的相对挥发度 =2.58，试计算第一块塔板的板效率E mv。

5.(15分)每小时分离泡点乙醇-水混合液2360kg的常压连续精馏塔，塔顶采用全凝器，水蒸气直接加热。进料组成x F＝0.2。现测得馏出液组成x D＝0.8，釜液组成x W＝0.05，精馏段某一块板上的汽相组成为0.6，由其上一板流下的液相组成为0.5（以上均为摩尔分率），试求：

⑴塔顶馏出液量及釜液馏出量；

⑵操作回流比与最小回流比；

⑶计算在料液组成下乙醇对水的相对挥发度a F；

⑷求出全塔理论板数和进料板位置。操作条件下的平衡关系如图所示。

中国矿业大学2006～2007学年第二学期

《化工原理A(2) 》试卷（ A ）卷

课程编号：06304考试时间：120 分钟考试方式：闭卷

一、概念题（共30分，每空1分）

1、溶液的相对挥发度(α)等于两组份，α>1则表示组分A和

B ，α=1则表示组分A和 B 。当塔板中时，该塔板称理论塔板。

2、某低浓度气体吸收过程，已知：相平衡常数m=1，气膜和液膜体积吸收系数分别为k ya=2?10-4kmol/(m3?s)，k xa=0.4kmol/(m3?s)。则该吸收过程为膜阻力控制。气膜阻力占总阻力的百分数为；该气体为溶气体。漂流因数可表为，它反映。

3、一般而言，两组分A、B的等摩尔相互扩散体现在单元操作中，而A 在B中单向扩散体现在单元操作中。在传质理论中有代表性的三个模型分别为、

和。在吸收中的理论分析，当前仍采用模型作为基础。

4、塔板负荷性能图中有五条线，是、

、、、。

5、萃取操作依据_____ _________。

6、分配系数k A<1表示: _________________。选择性系数β与精馏操作中__________________相当。在B-S部分互溶系统中，若萃取相中含溶质A=85kg，稀释剂B=15kg，溶剂S=100kg，则萃取相中y A/y B=______________。(y A、y B均表示质量分率)

7、干燥操作的必要条件是，干燥过程是相结合的过程。

8、对不饱和空气进行加热，使温度由t1升至t2，此时其相对湿度，露点，湿度。

二、简答题（共10分，共计2 小题）

1、（5分）试分析精馏过程中回流比大小对操作费与设备费的影响并说明适宜回流比如何确定。

2、（5分）已知某一单级萃取物系的三角形相图如下图所示，图中已确定R点的位置，请你通过作图的方法确定E的位置，并标出联结线。

三、计算题（共60分，共计4小题）

1、（15分）分离苯和甲苯混合液，进料量为100kmol/h，进料组成为0.4，馏出液组成为0.95，残液组成为0.05（以上组成均为苯的摩尔分率）。苯对甲苯的平均相对挥发度为2.44。泡点进料，塔顶冷凝器为全凝器，塔釜为间接蒸汽加热。试求：

⑴最小回流比；

⑵若回流比取最小回流比的1.2倍，列出精馏段操作线方程；

⑶列出提馏段操作线方程。

2、（15分）常压下，用煤油从苯蒸汽与空气混合物中吸收苯，吸收率为99%。

混合气量为53kmol/h。入塔气中含苯2%（体积），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率）。溶剂用量为最小用量的 1.5倍。在操作温度50℃下，相平衡关系为y*=0.36x，总传质系数K y a=0.015kmol/(m3·s)。塔径为1.1米。试求所需填料层高度。（可以用摩尔分数代替摩尔比）

3、（15分）有一连续干燥器在常压下操作，生产能力为1000kg/h（以干燥产品计）物料水分由12%降为3%（均为湿）物料温度则由15℃至28℃，绝干物料的比热为1.3kJ/(kg绝干料，℃)，空气的初温为25℃，湿度为0.01kg/kg绝干空气，经预热器后升温至70℃，干燥器出口废气为45℃，湿度为0.02 kg/kg绝干空气，设空气在干燥器进出口处焓值相等，干燥系统热损失可忽略不计，试求：

①在H-I图上示意画出湿空气在整个过程中所经历的状态点；

②水分蒸发量和空气用量（m3/h ）（初始状态下）；

4、（15分）某精馏塔用于分离苯－甲苯混合液，泡点进料，进料量30kmol/h，进料中苯的摩尔分率为0.5，塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为0.95和0.10，采用回流比为最小回流比的 1.5倍，操作条件下可取系统的平均相对挥发度 =2.40。

(1)求塔顶、底的产品量；

(2)若塔顶设全凝器，各塔板可视为理论板，求离开第二块板的蒸汽和液体组成。