化工原理练习题.docx
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化工原理练习题.docx
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化工原理练习题
[一]单选择题
(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_________。
(1)大于气相分传质系数;
(2)近似等于液相分传质系数;
(3)小于气相分传质系数;(4)近似等于气相分传质系数。
(2)
扩散通量式JA=-D(dCA/dZ):
可以用于多组分系统;只能用于双组分系统;只能用于稀溶液;只能用于理想气体;只能用于液相;可以同时用于液相或气相系统。
(3)
在双膜模型中,气液界面没有传质阻力的假定等同于下述论点____________。
(1)y*=y
(2)x*=x(3)xi*=xi(4)yi=xi
(4)
双组分气体(A,B)进行稳定分子扩散。
设JA、JB及NA、NB分别表示在传质方向上某截面处溶质A、B的扩散通量与传质速率。
当整个系统为单向扩散时,有
(1)|JA|>|JB|,|NA|>|NB|
(2)|JA|=|JB|,|NA|=|NB|
(3)|JA|=|JB|,,NA|>|NB|(4)|JA|=|JB|,|NA|>|NB|>0
(5)
逆流操作的填料吸收塔,当吸收因数A<1且填料为无穷高时,气液两相将在————达到平衡。
(A塔顶、B塔底、C塔中部)
(6)通常所讨论的吸收操作中,当吸收剂用量趋于最小用量时,_______。
(A)回收率趋向最高(B)吸收推动力趋向最大
(C)操作最为经济(D)填料层高度趋向无穷大。
(7)吸收塔设计中,最大吸收率
与_____无关。
(A)液气比;(B)液体入塔浓度x2;
(C)相平衡常数m;(D)吸收塔型式
(8)吸收塔操作时,若解吸因数mG/L增加,而气液进口组成不变,则溶质回收率将——————(⑴增加;⑵减少;⑶不变;⑷不定),而出塔液体浓度将——————(⑴增加;⑵减少;⑶不变;⑷不定)。
(9)连续精馏塔设计时,当采用塔顶全凝器、泡点回流方案时,为完成分离任务所需理
论板数为N。
若采用塔顶分凝器,而回流比和前方案相同时,则完成同样分离任务
所需理论板数为Nˊ,其相对大小是______。
(A)Nˊ>N;(B)Nˊ=N;
(C)Nˊ<N;(D)判断依据不足。
(10)精馏段操作线方程为:
y=0.75x+0.3,这绝不可能。
此话______________。
(1)对;
(2)错;(3)无法判断
(11)精馏塔设计时采用的参数F、xf、q、D、xD、R均为定值,若降低塔顶回流液的温度,则所需理论板数。
(1)增大
(2)减小(3)不变(4)不确定
(12)某精馏塔,精馏段理论板数为N1,提馏段理论板数为N2,现因设备改造,使精馏段理论板数增加,提馏段理论板数不变,且F、xF、q、R、V等均不变,则此时。
(1)xD增加,xW不变
(2)xD增加,xW减小
(3)xD增加,xW增加(4)xD增加,xW的变化视具体情况而定。
(13)干燥热敏性物料时,为提高干燥速率,不宜采取的措施是_________。
(A)提高干燥介质的温度;(B)改变物料与干燥介质的接触方式;
(C)降低干燥介质相对湿度;(D)增大干燥介质流速。
(14)在某常压连续干燥器中采用废气循环操作,即由干燥器出来的一部分废气(tB,HB)和新鲜空气(t0,H0)相混合,混合气(tM,HM)经预热器加热到tN、HN状态后送入干燥器进行等
焓干燥过程。
已知水分蒸发量为W,则根据对整个干燥系统的物料衡算可得绝干空气
量L为______。
(A)L=W/(HB-HN);(B)L=W/(HB-HM);(C)L=W/(HB-H0);(D)L=W/(HM–H0)。
[二]填空题
(1)当温度增高时,溶质在液相中的扩散系数将_增大_________。
(2)费克定律的表达式为___________________,它反映了_____分子扩散速率_________的定量规律。
(3)双组分理想气体系统经绝热压缩,其总压增加一倍,则过程前后系统中的扩散系数D1与D2的关系应该是D2=_2______D1。
(4)在设计吸收塔时,增加吸收剂用量,将使操作线的斜率__变大________和吸收过程的推动力(Δym)_变大_______。
(5)在填料吸收塔的计算中,表示设备效能高低的一个量是__传质单元高度_________________,而表示
传质任务难易程度的一个量是___传质单元数_________________。
(6)简单蒸馏的主要特点是_____间歇不稳定分离程度不高_____________________________________。
(7)直接水蒸汽加热的精馏塔适用于_____难挥发祖坟为水,切要求釜液中易挥发组分浓度很低____________________________________
______________________的场合。
(8)精馏塔中的恒摩尔流假设,其主要依据是各组分的___摩尔汽化潜热相等____________________
___________,但精馏段与提馏段的摩尔流量由于__进料______影响而不一定相等。
(9)已知某双组分混合液服从拉乌尔定律,在一定温度下,纯组分A的饱和蒸汽压为总压的2倍,xA=0.3,则yA=__0.6_________。
(10)试比较设计连续精馏塔时,塔釜用直接蒸汽加热与间接蒸汽加热两种情况。
(>、=、<)
(1)xf、xD、R、q,D/F相同,则N间____N直,xw间____xw直;
(2)xf、xD、R、q,xW相同,则N间____N直。
(11)判断正误:
干燥过程中,湿物料表面并不总是保持为湿球温度。
________
(12)将原湿空气(温度t0、湿度H0)经预热器加热,温度升高至t1后再送入常压干燥器中,现若t0、H0及t1均已知,则该预热过程所需热量Q的计算式为Q=____________________
kJ/kg绝干气。
(13)非结合水份是指______________________________________________________。
(14)将干燥器出口废气的温度降低、湿度增加,可以提高热效率,但同时会降低干燥速率,
这是因为___________________________________________________________________
___________________________________________________________________________。
[三]计算题
在逆流操作的吸收塔中,用纯溶剂等温吸收某气体混合物中的溶质。
在常压、27°C下操作时混合气流量为1200m3/h,气体混合物的初始浓度为0.05(摩尔分率),塔截面积为0.8m2,填料层高为4m,气相体积总传质系数Kya为100kmol/(m3h),气液平衡关系符合亨利定律,且已知吸收因数为1.2。
试求混合气离开吸收塔的浓度和回收率。
[四]计算题
一精馏塔,塔顶设全凝器,在常压下分离苯一甲苯物系,采用回流比R=3。
今测得塔顶馏出液浓度xD=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
,试计算第一块塔板的板效率EmV。
[五]计算题
如图,在由一块理论板和塔釜组成的精馏塔中,每小时向塔釜加入苯一甲苯混合液100kmol,苯含量为50%(摩尔%,下同),泡点进料,要求塔顶馏出液中苯含量80%,塔顶采用全凝器,回流液为饱和液体,回流比为3,塔釜间接蒸汽加热,相对挥发度为2.5,求每小时获得的顶馏出液量D、釜排出液量W及浓度xW。
[六]计算题
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℃,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(或t-H图上)示意画出湿空气在整个过程中所经历的状态点;
②空气用量(m3/h)(初始状态下);
③为保持干燥器进出口空气的焓值不变,是否需要另外向干燥器补充或移走热量?
其值为多少?
(答案)
[一]单选择题
(1)
(2)
(2)只能用于双组分系统;可以同时用于液相或气相系统
(3)(3)
(4)(3)
(5)塔底
(6)D
(7)D
(8)减少;不定
(9)c
(10)
(1)
不可能
(11)
(2)
(12)
(2)
理由:
精馏段板数增多
精馏段分离程度提高,即xD增大。
这时,从精馏段进入加料板的液相组成降低,而提馏段板数不变,故xW必减小。
或
不变
不变,由全塔物料衡算方程可知xW将变小。
(13)(A)
(14)C
[二]填空题
(1)增大
(2)
,分子扩散速率
(3)D∝T1.81/P∴D2=2D1
(4)变大,变大
(5)传质单元高度,传质单元数
(6)间歇、不稳定、分离程度不高
(7)难挥发组分为水,且要求釜液中易挥发组分浓度很低。
(8)摩尔汽化潜热相等,进料
(9)
0.6
理由:
(10)(1)<,>
(2)>
(11)对
(12)Q=(1.01+1.88H0)(t1-t0)
(13)在物料表面和大孔隙中附着的水份。
(14)废气出口温度低,单位质量干空气携带走热量少,故热效率得以提高,但废气出口温
度低、湿度增加,热、质传递的推动力降低,干燥速率变小。
[三]计算题
属低浓气体吸收
又
即
解之得:
[四]计算题
精馏段操作线方程为:
又
[五]计算题
[六]计算题
①如图示
②干物料量Gc=1000×(1-0.03)=970Kg/hW2=30kg/h
W1/(970+W1)=0.12故W1=132.3kg/h
蒸发水量W=132.3-30=102.3kg/h
由H-t图可得H2=0.02Kg/kg干料
L(H2-0.01)=102.3L=102.3/(0.02-0.01)=10230kg/h
空气初始湿比容V=(0.773+1.244H1)(273+t)/273=0.857m3/kg
故空气用量10230×0.857=8770m3/h
③Δ=0qd=∑q-cwtM1
=GccM(tM2–tM1)+W2cw(tM2–tM1)/W-cwtM1
=970×1.3×(28-15)/102.3+30×4.187×(28-15)/102.3-4.187×15
=113.4kJ/kg水份。
[一]单选择题
(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_________。
(1)大于气相分传质系数;
(2)近似等于液相分传质系数;
(3)小于气相分传质系数;(4)近似等于气相分传质系数。
(2)扩散通量式JA=-D(dCA/dZ):
可以用于多组分系统;只能用于双组分系统;只能用于稀溶液;只能用于理想气体;只能用于液相;可以同时用于液相或气相系统。
(3)在双膜模型中,气液界面没有传质阻力的假定等同于下述论点____________。
(1)y*=y
(2)x*=x(3)xi*=xi(4)yi=xi
(4)双组分气体(A、B)在进行定常分子扩散,JA及NA分别表示在传质方向上某截面处
溶质A的分子扩散速率与传质速率,当整个系统为单向扩散时:
┃JA┃(A大于、B等于、C小于)┃JB┃
┃NA┃(A大于、B等于、C小于)┃NB┃
(5)逆流操作的填料吸收塔,当吸收因数A<1且填料为无穷高时,气液两相将在————达到平衡。
(A塔顶、B塔底、C塔中部)
(6)吸收塔设计中,最大吸收率
与_____无关。
(A)液气比;(B)液体入塔浓度x2;
(C)相平衡常数m;(D)吸收塔型式
(7)连续精馏塔设计时,当采用塔顶全凝器、泡点回流方案时,为完成分离任务所需理
论板数为N。
若采用塔顶分凝器,而回流比和前方案相同时,则完成同样分离任务
所需理论板数为Nˊ,其相对大小是______。
(A)Nˊ>N;(B)Nˊ=N;
(C)Nˊ<N;(D)判断依据不足。
(8)以下说法中不正确的是________。
精馏段操作线方程式是描述精馏段中
(1)某板下降的液体浓度与下一板上升的蒸汽浓度间的关系式;
(2)某板上升的蒸汽浓度与上一板下降的液体浓度之间的关系式;
(3)进入某板的气体与液体的浓度之间的关系式;
(4)在相邻两板间相遇的汽相与液相浓度之间的关系式。
(9)精馏设计时,采用相同的塔釜蒸发量,则冷液进料比热加料需要较少理论板数。
此
话_______
(1)对;
(2)错;(3)无法判断
(10)在已建成的板式精馏塔中分离某二元混合液,进料量和组成一定,精馏过程中要求得
到一定流量和组成的精馏产品,进料位置不变,而将进料状况由冷液进料改为饱和液
体进料时,设两种进料状况下塔效率不变,则塔底再沸器中加热介质的流量_______,
塔顶冷凝冷却器中冷却介质流量应________。
(1)减小,增大
(2)减小,减小(3)增大,减小(4)增大,增大
(11)干燥热敏性物料时,为提高干燥速率,不宜采取的措施是_________。
(A)提高干燥介质的温度;(B)改变物料与干燥介质的接触方式;
(C)降低干燥介质相对湿度;(D)增大干燥介质流速。
(12)同一物料,如恒速段的干燥速率增加,则临界含水量_________。
(A)减小;(B)不变;(C)增大;(D)不一定
[二]填空题
(1)双组分理想气体系统经绝热压缩,其总压增加一倍,则过程前后系统中的扩散系数D1与D2的关系应该是D2=_______D1。
(2)由于吸收过程气相中的溶质分压总是__________液相中溶质的平衡分压,所以吸收过
程的操作线总是在其平衡线的__________。
(3)若某一低浓气体吸收塔的气相总传质单元数NOG=1,这就意味着此塔的气相进出口浓度差将等于________________________________________。
(4)在填料塔中用清水逆流吸收混合气中CO2,当水泵发生故障使水量减少时,气相总传质单元数NOG将_______________。
(5)精馏塔塔顶某理论板上汽相的露点温度为t1、液相的泡点温度为t2,塔底某理论板上汽相的露点温度为t3、液相的泡点温度为t4,试按从大到小顺序将以上4个温度排列如下:
。
(6)简单蒸馏的主要特点是__________________________________________。
(7)在分离要求一定的条件下,当回流比一定时,___________状况进料所需的总理论板数最少。
(8)已知在塔顶为全凝器的连续精馏塔中,完成一定分离任务需N块理论板。
现若按下图流程设计,则在相同回流比条件下,完成相同的分离任务,所需理论板数将为块。
(9)平衡蒸馏和简单蒸馏的主要区别在于_____________________________________
__________________________________________________。
(10)精馏塔设计中,回流比并不总是越大越好,原因是____________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
____________________________________________________。
(11)在精馏塔设计中,若xF、xD、R、q,D/F相同时,直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比,NT,间NT,直,xw,间xw,直。
(12)判断正误:
干燥过程中,湿物料表面并不总是保持为湿球温度。
________
(13)干燥操作中,干燥介质(不饱和湿空气)经预热器后湿度__________,温度_________。
(14)非结合水份是指______________________________________________________。
(15)有关降速干燥阶段物料内部水分移动的机理存在着两种理论:
一个是_____________
___理论,第二个是________________理论。
(16)湿空气在293K和总压力101.3kN/m2下,湿度为0.0438kg水/kg绝干气,则100m3该空气中含有的绝干空气量L为kg绝干气。
[三]计算题
在填料层高度为5m的常压填料塔内,用纯水吸收气体混合物中少量的可溶性组分,气液逆流接触,液气比为1.5,操作条件下的平衡关系为y=1.2x,溶质回收率为90%。
今若保持气液两相流量不变,而欲将回收率提高到95%,问填料层高应增加多少m?
[四]计算题
由一层理论板与塔釜组成的连续精馏塔,每小时向塔釜加入含甲醇40%(摩尔分率)的甲醇水溶液100kmol,塔顶采用全凝器,塔釜间接蒸汽加热,回流比R=3,要求塔顶馏出液组成xD=0.84,在操作条件下的平衡关系为y=0.45x+0.55,求:
(1)塔釜组成xw;
(2)每小时能获得的馏出液量D。
[五]计算题
用一塔顶设全凝器的常压精馏塔分离含甲醇为0.3、流量为100kmol/h的甲醇-水混合液,泡点进料,并要求塔顶产品含甲醇为0.95,塔底产品含甲醇为0.015(以上均为摩尔分率),已知精馏段操作线为:
y=0.6x+0.38,操作条件下的平衡关系如图所示,
试求:
1.塔顶及塔底的产品流量(kmol/h);
2.塔的理论板数及进料位置;
3.流入再沸器的液相流量和离开再沸器的气相流量。
[六]计算题
在一干燥器中干燥某湿物料,每小时处理湿物料1000kg,经干燥后物料的含水量由40%减至5%(均为湿基),干燥介质为373K的热空气,其中所含水汽的分压为1.0kN/m,空气在313K及相对湿度70%下离开干燥器,试求所需要的空气量。
水在313K时的饱和蒸汽压可取为7.4kN/m,湿空气的总压为101.3kN/m。
[七]计算题
氢—氮混合气(N2H2=13摩尔比)的压力为101.3kN/m2(绝压),温度为54℃,相对湿度=50%,试计算:
1湿度(kg/kg绝干气);
2饱和湿度(kg/kg绝干气)。
已知54℃下水的饱和蒸气压为15kN/m2。
(答案)
[一]单选择题
(1)
(2)
(2)只能用于双组分系统;可以同时用于液相或气相系统
(3)(3)
(4)B;A
(5)塔底
(6)D
(7)c
(8)(3)
(9)
(2)
(10)
(1)
理由:
由已知条件可知F、xF、D、xD一定,因而W、xW也一定。
将进料由冷液进料改为饱和液体进料,而xD、xW、xF和回流比保持不变时,由作图可知,所需理论板数变多,又塔效率不变,故所需实际板数变多,但实际板数是一定的,故要保证xD、xW不变,只能适当加大精、提两段操作线的斜率(如图虚线所示),使达到分离要求所需的板数不变。
为此精馏段必须加大回流比,即加大塔顶冷却介质流量;提馏段必须适当减小再沸器加热介质流量,因为要使
要求RD
而 =RD+QD-W,即要 。 (11)(A) (12)C [二]填空题 (1)D∝T1.81/P∴D2=2D1 (2)大于,上方 (3)气相平均总推动力 (4)变小 (5) = > = (6)间歇、不稳定、分离程度不高 (7)冷液 (8)N-1 理由: 分凝器可视为一块理论板。 (9)前者为稳态过程,后者为非稳态过程 (10)回流比增大,所需理论板数减少,塔设备所引起的设备费降低;但冷凝器、再沸器热负 荷增大,换热器设备费及加热蒸汽、冷却水所消耗的动力费增大。 当R大到一定值后,总 费用(设备费和动力费之和)呈现上升趋势。 (11)<,> 理由: 当xF,xD,R,q, 相同时,直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比,精馏段斜 率 相同,提馏段斜率 也相同,故直接蒸汽加热与 间接蒸汽的操作线必如图所示。 由图上可见,NT,间 (12)对 (13)不变,升高 (14)在物料表面和大孔隙中附着的水份。 (15)扩散,毛细管 (16)112.7kg绝干气 [三]计算题 原工况下: 新工况下: L,G不变,m不变,∴HOG不变,mG/L不变,η’=0.95 则 又L、G不变,m不变 不变 填料层应增加的高度 [四]计算题 (1) (2) [五]计算题 解: 1.F=D+WFxf=DxD+WxwD=F D=100(0.3-0.015)/(0.95-0.015)=30.48kmol/h=30.5kmol/h W=F-D=69.50kmol/h 2.xD=0.95,xw=0.015,q=1,xD/(R+1)=0.38作图得: NT=9-1=8(不含釜) 进料位置: Nf=6 3.xD/(R+1)=0.38R=1.5V’=V-(1-q)F=V=(R+1)D(∵q=1) V′=30.5(1.5+1)=76.25kmol/hL′=L+qF=RD+F=1.5×30.5+100=145.8kmol/h [六]计算题 1.求W W=Gc(x1-x2) G1=1000kg/h=0.278kg/s ∴Gc=0.278(1-0.4)=0.167kg/s x1=w1/(1-w1)=0.40/(1-0.40) =0.667kg/kg绝干料 x2=w2/(1-w2)=0.05/(1-0.05) =0.053kg/kg绝干料 ∴W=Gc(x1-x2)=0.167(0.667-0.053) =0.1025kg/s 2.求H1 H1=0.622p/(P-p) =0.622×1.0/(101.3-1.0) =0.0062kg/kg干空气 3.求H2 H2=0.622ψp/(P-ψp) =0.622×0.7×7.4/(101.3-0.7×7.4) =0.0335kg/kg干空气 4.求L L=W/(H2-H1)=0.1025/(0.0335-0.0062) =3.76k
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