化工原理(下)题

化工原理(下)练习题

一、填空

1. 精馏和普通蒸馏的根本区别在于塔内有回流的液体;平衡蒸馏(闪蒸)与简单蒸馏(微分蒸馏)的区别是简单蒸馏为非稳态过程,平衡蒸馏为稳态过程。

2. 双组分精馏,相对挥发度的定义为α=_V

A /V

B

__,其值越大表明两组分越容易分离。α

=1时,则两组分不能用普通精馏分离。

3. 精馏的原理是根据汽液混合物挥发度的不同,经过多次的部分汽化和多次的部分冷凝,实现精馏操作的必要条件是塔顶液相回流和塔底上升蒸汽流。

4. 精馏计算中,q值的含义是_进料热状况参数_,其它条件不变的情况下q值越_大__表明精馏段理论塔板数越多,q线方程的斜率(一般)越小。当泡点进料时,q= 1 ,q线方程的斜率=∞。

5. 最小回流比是指平衡线,提馏段操作线,精馏段操作线,以及q线方程的交点,适宜回流比通常取为 1.1―2.0 倍最小回流比。

6. 全回流操作条件下,精馏段、提馏段的操作线与对角线重叠。此时传质推动力最大,所需理论塔板数最少。

7. 精馏塔进料可能有 5 种不同的热状况,对于泡点和露点进料,其进料热状况参数q 值分别为 1 和 0 。

8. 气液两相呈平衡状态时,气液两相温度相等,液相组成小于气相组成。

9. 精馏塔进料可能有 5 种不同的热状况,当进料为气液混合物且气液摩尔比为2 : 3时,则进料热状况参数q值为 3/5 。

10. 对一定组成的二元体系,精馏压力越大,则相对挥发度越大,塔操作温度越低,从平衡角度分析对该分离过程越容易进行。

11.板式精馏塔的操作中,上升汽流的孔速对塔的稳定运行非常重要,适宜的孔速会使汽液两相充分混合,稳定地传质、传热;孔速偏离适宜范围则会导致塔的异常现象发生,其中当孔速过低时可导致__漏液_______,而孔速过高时又可能导致__液泛______。

12. 对于不饱和空气,表示该空气的三个温度,即:干球温度t, 湿球温度t

w 和露点t

d

间的关

系为_t>t

w > t

d

__________; 对饱和空气则有____t = t

w

= t

d

_ _____。

13. 用相对挥发度α表达的气液平衡方程可写为 y=ax/[1+(a-1)x] ,根据α的大小,可以用来判断汽液混合物分离的难易程度,若α=1,则表示不能用普通精馏的方法分离。

14.吸收操作是依据溶解度的不同,以达到分离气体混合物的目的。

15.若溶质在气相中的组成以分压p、液相中的组成以摩尔分数x表示,则亨利定律的表达式为 p=Ex ,E称为亨利系数,若E值很大,说明该气体为惰性气体。

16.对低浓度溶质的气液平衡系统,当总压降低时,亨利系数E将减小,相平衡常数m 将不变,溶解度系数H将增大。在吸收过程中,K Y和k Y是以 Y-Y* 和 y-y*为推

动力的吸收系数,它们的单位是 kmol/(m 2·s ) 。

17含低浓度难溶气体的混合气,在逆流填料吸收塔内进行吸收操作,传质阻力主要存在液膜中;若增大液相湍动程度,则气相总体积吸收系数K Y a值将增大;若增加吸收剂的用量,其他操作条件不变,则气体出塔浓度Y2将增大,溶质A的吸收率将不变;若系统的总压强升高,则亨利系数E将不变,相平衡常数m 将增大。

18.亨利定律表达式p*=E x,若某气体在水中的亨利系数E值很小,说明该气体为易溶解气体气体。

19.吸收过程中,若减小吸收剂用量,操作线的斜率减小,吸收推动力减小。20.双膜理论是将整个相际传质过程简化为气膜与液膜两个稳态传质过程。

21. 脱吸因数S可表示为 mq v/q L,它在Y—X图上的几何意义是平衡线与操作线斜率的比值。若分别以S1、S2,S3表示难溶、中等溶解度、易溶气体在吸收过程中的脱吸因数,吸收过程中操作条件相同,则应有S1 > S2 > S3。

22.不饱和湿空气预热可提高载湿的能力,此时H 不变,t 升高,φ减小,传热传质推动力增大。

23.对于一定干球温度的空气,当其相对湿度越小时,其湿球温度越高。

14. 干燥过程是传热和传质相结合的过程。恒定的干燥条件是指空气的温度、湿度和流速均不变的干燥过程。在干燥操作中,常用湿球温度计来测量空气的湿度。

24. 恒速干燥阶段又称表面汽化控制阶段,影响该阶段干燥速率的主要因素是物料表面水分的汽化速率;降速干燥阶段又称内部迁移控制阶段,影响该阶段干燥速率的主要因素是物料本身的性质、结构、形状、尺寸。在恒速干燥阶段,湿物料表面的温度近似等于热空气的湿球温度,此阶段汽化的水分为非结合水。

二、选择题

1. 若要求双组分混合液分离成两个较纯的组分,则应采用___C_____。

A. 平衡蒸馏

B. 简单蒸馏

C. 精馏

2.精馏计算中,以下说法正确的是__A______。

A.再沸器算一块理论板

B.全凝器算一块理论板

C.加料板算一块理论板

3.操作中的精馏塔,若增大回流比,其他操作条件不变,则精馏段的液气比 A ,塔顶馏出液组成A。

A. 增大;

B. 减小;

C. 不变;

D. 不确定

4. 某二元混合物,其中A为易挥发组分,液相组成x A=0.6相应的泡点为t1,与之相平衡的气相组成y A=0.7,相应的露点为t2,则 C 。

A. t1=t2;

B. t1<t2;

C. t1>t2;

D. 不能判断

5. 精馏塔的操作线是直线,其原因是 D 。

A. 理论板假设

B. 理想物系

C. 塔顶泡点回流

D. 恒摩尔流假定

6.两组分物系的相对挥发度越小,则表示分离该物系 B 。

A. 容易

B. 困难

C. 完全

D. 不完全

7.操作中的精馏塔,若减小回流比,其他操作条件不变,则精馏段的液气比 B ,塔顶馏出液组成B。

A. 增大

B. 减小

C. 不变

D. 不确定

8. 在精馏塔的图解计算中,若进料热状况变化,将使 B 。

A. 平衡线发生变化

B. 操作线与q线变化

C. 平衡线和q线变化

D. 平衡线和操作线变化

9.用精馏塔完成分离任务所需理论板数N T为8(包括再沸器),若全塔效率E T为50%,则塔内实际板数为C。

A. 16层

B. 12层

C. 14层

D. 无法确定

10. 对接近常压的低组成溶质的气液平衡系统,当温度升高时,亨利系数E将 A ,相

平衡常数m将C,溶解度系数H将 C 。

A. 增大;

B. 不变;

C. 减小;

D. 不确定

11.若某气体在水中的溶解度系数H非常大,则该气体为 A 。

A. 易溶气体;

B. 难溶气体;

C. 中等溶解度气体;

D.不确定

12.在吸收操作中,以气相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为 B 。

A. Y* —Y;

B. Y —Y*;

C. Y i—Y

D. Y —Y i

13.在下列吸收过程中,属于气膜控制的过程是C。

A. 水吸收氢;

B. 水吸收硫化氢;

C. 水吸收氨;

D. 水吸收氧

14.在吸收操作中,以液相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为 A 。

A. X* —X

B. X —X*

C. X i—X

D. X —X i

15.在逆流操作的填料塔中,当吸收因数A<1,且填料层为无限高时,则气液相平衡出现在 C 。

A. 塔顶

B. 塔上部

C. 塔底

D. 塔下部

16.在一定空气状态下,用对流干燥方法干燥湿物料时,能除去的水分为 D ,不能除去的水分为 A 。

A. 平衡水分

B. 结合水分

C. 非结合水分

D. 自由水分

17.在干燥实验中,随着空气流量的提高,恒定干燥速率 C ,临界含水量将 B 。

A. 不变

B. 减少

C. 增大

D. 不一定

18.湿物料的平衡水分一定是C。

A. 非结合水

B. 自由水分

C. 结合水

D. 临界水分

19.已知湿空气的如下两个参数,便可确定其他参数C。

A. H,p

B. H,t d

C. H,t

D. I,t as

20.同一物料,如恒速阶段的干燥速率加快,则该物料的临界含水量将C。

A. 不变

B. 减少

C. 增大

D. 不一定

21.湿空气在预热过程中不变化的参数是 D 。

A. 焓

B. 相对湿度

C. 湿球温度

D. 露点

22.在恒定干燥条件下,用热空气干燥某物料,当干燥速率将为零时,物料中剩余的水分是 D

A.自由水分;

B. 结合水;

C. 非结合水;

D. 平衡水分

23. 对不饱和空气,干球温度、湿球温度及露点三者之间的关系为 C ;对于饱

和空气,三者之间的关系为 B 。

A. t>td>tw;

B. t=tw =td;

C.t>tw >td;

D.不确定

24. 在总压为101.33 kPa下,将不饱和空气由温度t1降温至温度t2,则该湿空气的湿度H将

C ,相对湿度 将A,露点td将C。

A. 增大

B. 减小

C. 不变

D. 不确定

25.空气的湿含量一定时,其温度愈高,则它的相对湿度____B________。

A. 愈高

B. 愈低

C. 不变

26.将不饱和空气在总压和湿度不变的情况下进行冷却而达到饱和时的温度,称为湿空气的_____B______。

A. 湿球温度

B. 绝热饱和温度

C. 露点

三、分析题

1.一操作中精馏塔,若保持F、x

F

、q、V’(塔釜上升蒸汽量)不变,而增大回流比R,试分析

x D 、x

W

、D、W变化趋势。并说明上述结果在实际生产中有何意义?

2.已知常压(101.3kPa)下60℃及80℃的水的饱和蒸汽压分别为19.923及47.379kPa,据此说明作为干燥介质的湿空气在进入干燥室前先预热的重要性。

3.在一常压精馏塔中分离苯—甲苯混合液,原料液流量为100 kmol/h,组成为0.5 (苯摩尔分率,下同),泡点进料。馏出液组成为0.9,釜残液组成为0.1。操作回流比为2.0。试求:(1)塔顶及塔底产品流量(kmol/h);

(2)达到馏出液流量56 kmol/h是否可行?最大馏出液流量为多少?

(3)若馏出液流量为54 kmol/h,x D要求不变,应采用什么措施(定性分析)?

4.试分析湿空气的湿球温度与其绝热饱和温度有何区别和联系?

5.试分析:

(1)湿空气的干球温度、湿球温度、露点在什么情况下相等?什么情况下不等,大小关系如何?

(2)湿空气在进入干燥器前,往往进行预热,这样做有什么好处?

四、计算题

1.戊烷与已烷的混合溶

液中戊烷的摩尔分率为0.55。常压下此溶液用连续精馏的方法进行分离。若进料为泡点液体,塔顶采用全凝嚣,回流比取为1.2,要求塔顶溜出液中戊烷的浓度不得低于0.95,塔底釜液中戊烷的浓度不得高于0.05。体系的平衡曲线见右图,求:

①在上述操作条件下所需要的理论塔扳数。

②理论板加料位置。

③全塔效率67%时实

际塔板数为多少?

④运行中由于料液预热器温度过高导致进料部分汽化,试分析产品质量可能发生什么变化?

1.0

1.0

0.8

0.8

0.6

0.6

0.4

0.4

0.2

0.2

液相中戊烷的摩尔分率x

y

P=101.3kPa

2. 在连续精馏塔中分离某组成为0.5(易挥发组分的摩尔分数,下同)的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器。分凝器向塔内提供回流液,其组成为0.88,全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出物中易挥发组分的回收率为96%。若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79,试求:

(1)操作回流比和最小回流比;

(2)若馏出液流量为100 kmol/h,则原料液流量为多少?

3. 在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液,塔顶采用全凝器。该物系的平均相对挥发度为

D为40%,2.5。原料液组成为0.35(易挥发组分摩尔分率,下同),饱和蒸气加料。塔顶采出率

F

且已知精馏段操作线方程为y=0.75x+0.20,试求:

(1)提馏段操作线方程;

(2)若塔顶第一板下降的液相组成为0.7,求该板的气相默弗里效率E mv1。

4. 在一填料层高度为5 m的填料塔内,用纯溶剂吸收混合气中溶质组分。当液气比为1.0时,溶质回收率可达90%。在操作条件下气液平衡关系为Y=0.5X。现改用另一种性能较好的填料,在相同的操作条件下,溶质回收率可提高到95%,试问此填料的体积吸收总系数为原填料的多少倍?

5. 在101.33 kPa下用水吸收混于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为0.1,混合气于40℃下进入塔底,体积流量为0.556 m3/s,空塔气速为1.2 m/s。吸收剂用量为理论最小用量的1.1倍,氨的吸收率为95%,且已估算出塔内气相体积吸收总系数K Y a的平均值为0.1112 kmol/(m3·s)。在操作条件下的气液平衡关系为Y*=2.6X,试求塔径及填料层高度。

6. 在逆流绝热干燥装置中用热空气将湿物料中所含水分由w1=0.18降低至w2=0.005。湿空气进入预热器前的温度为25℃,湿度为0.00755 kg/kg绝干气,进入干燥器的焓为125 kJ/kg绝干气,离开干燥器的温度为50℃。试求:

(1)空气经预热后的温度t1;

(2)单位空气消耗量l;

(3)若加到干燥装置的总热量为900 kW,则干燥产品量为若干,kg/h?

7. 今有一干燥器,湿物料处理量为800 kg/h。要求物料干燥后含水量由30%减至4%(均为湿基)。干燥介质为空气,初温15 ℃,湿度为H=0.005 kg水/kg绝干空气,经预热器加热至120 ℃进入干燥器,出干燥器时降温至45 ℃,湿度为H2=0.052 kg水/kg绝干空气。

试求:(a)水分蒸发量W;

(b)空气消耗量L、单位空气消耗量l。

8. 某湿物料在常压气流干燥器中进行干燥,湿物料流量为2400 kg/h,初始湿基含水量为3.5%,干燥产品的湿基含水量为0.5%。温度为20℃,湿度为0.005 kg/kg绝干气的空气经预热后温度升至120℃进入干燥器,离开干燥器的温度为60℃。假设干燥器为理想干燥器,试求:绝干空气的消耗量及预热器所需提供的热量。

9. 某干燥器中,每秒钟从被干燥物料中除去的湿份量为0.0278kg,所用空气的状态为:t0=288K,φ0=0.80;离开干燥器的状态为:t2=318K,φ2=0.60。总压强P=0.933×105Pa,求湿空气的需要量。(已知288K及318K下的水的饱和蒸汽压分别为1705Pa,9583Pa)。

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