2011-2012学年第2学期期末考试化工原理试题C答案


滨州学院 2011-2012 学年第二学期期末考试 应用化工技术专业(专)2010 级《化工原理Ⅲ2》试卷(C) 答案及评分标准
一、填空(每空 1 分,共 31 分) 1.物料表面水分的汽化速率;表面汽化控制阶段 2.不互溶;降低;降低;五种;q=3/5=0.6 3.下降;下降;下降;不变;上升 4.液膜推动力(xi-x);kmol/(m2· s) 5.冷液体、最远 、最少。 6.普通精馏分离、萃取精馏或恒沸精馏分离。 7.液膜阻力,气膜阻力 H/kG 8.y* ,x 9.增加;增加 10.减少;增加 11.越大,越大 12.省掉再沸器,减少设备费;提高加热蒸汽利用率,节约能耗,减少操作费 二、选择(每题 1 分,共 13 分) 1.D;2.BCB;3.D;4.B;5.D;6.D;7.B;8. B;9. A;10.B; 11.C。 三、简答(每题 4 分,共 20 分) 1.固体除湿方法 (1)机械除湿。物料湿分较多时,可先用离心过滤等机械分离方法以除去大量的湿分; (2)吸附除湿。用某种平衡水汽分压很低的干燥剂(如 CaCl2、硅胶等)与湿物料并存, 使物料中的湿分相继经气相而转入干燥剂内; (3)供热除湿(干燥)。用热空气或其它高温气体为介质,使之流过物料表面,介质向物 料供热并带走汽化的湿分,此种除湿方法常称为对流干燥,是本章讨论的主要内容。 2.说明浮阀塔的优点 (1)生产能力大 (2)操作弹性大 (3)塔板效率高
1

(4)塔板压降及液面落差较小 (5)塔的造价低 3.在选择吸收剂时应注意的问题 (1)溶解度 (2)选择性 (3)挥发度 (4)粘性 (5)其他无毒、无腐蚀、不易燃、不发泡、冰点低、价廉易得并且化学稳定。 4.双膜理论的要点 ① 当气液两相相互接触时,在气液两相间存在着稳定的相界面,界面的两侧各有一个 很薄的停滞膜—气膜和液膜,溶质 A 经过两膜层的传质方式为分子扩散。 ② 在气液相界面处,气液两相处于平衡状态,无传质阻力。 ③ 在气膜、液膜以外的气、液两相主体中,由于流 体强烈湍动,各处浓度均匀一致, 无传质阻力。 5.恒摩尔流假设 ①恒摩尔气流 精馏操作时,在精馏塔的精馏段内,每层板的上升蒸汽摩尔流量都是

相等的,在提馏段内也是如此,但两段的上升蒸汽摩尔流量却不一定相等,即: V1=V2=...=Vn=V 式中 V1'=V2'=...=Vm'=V'

V----精馏段中上升蒸汽摩尔流量(kmol/h); V'---提馏段中上升蒸汽摩尔流量(kmol/h)。

②恒摩尔液流

精馏操作时,在塔的精馏段内,每层板下降的液体摩尔流量都是相等,

在提馏段内也是如此,但两段液体的摩尔流量却不一定相等,即: L1=L2=...=Ln=L 式中 L1'=L2'=...=Ln'=L'

L----精馏段中下降液体摩尔流量(kmol/h); L'---提馏段中下降液体摩尔流量(kmol/h)。

四、计算题(第 1 题 15 分,第 2 题 10 分,第 3 题 11 分,共 36 分) 1.解:(1) 新鲜空气消耗量,即
L ? W H 2 ? H1

-------------------------------------------------------------------------------(1 分)

2

绝干物料

G ? G 1 ?1 ? w 1 ? ? 1000 ?1 ? 0 . 04 ? kg 绝干料

h ? 960 kg 绝干料

h

----------------------(1 分)

X1 ? ?

4 96

kg kg 绝干料

? 0 . 04167 kg kg 绝干料 ? 0 . 00503 kg kg 绝干料

-----------------------------------------(1 分) ---------------------------------------(1 分)

X

0 .5 99 . 5

2

kg kg 绝干料

所以

W ? G ( X 1 ? X 2 ) ? 9 6 0 (0 .0 4 1 6 7 ? 0 .0 0 5 0 3) k g /h ? 3 5 .1 7 k g /h
? 2 .3 3 4 6 k P a

20 ℃时空气的饱和蒸汽压为 p
H ? 0 . 622 ? 0 p s 101 . 33 ? ? 0 p s ?

s

0 . 622 ? 0 . 5 ? 2 . 3346 101 . 33 ? 0 . 5 ? 2 . 3346

0

kg kg 绝干气

? 0 . 00723 kg kg 绝干气

L ? H
2

W ? H1

?

35 . 17 0 . 06 ? 0 . 00723

kg 绝干气

h ? 666 . 5 kg 绝干气

h

---------------------(1 分) -----------(1 分)

L 0 ? L ?1 ? H

0

??

666 . 5 ?1 ? 0 . 00723 ? kg 新鲜空气

h ? 671 . 3 kg 新鲜空气

h

(2)预热器的加热量Qp,用式 11-31 计算Qp,即
Q P ? L (1 .0 1 ? 1 .8 8 H 0 )( t1 ? t 0 ) -----------------------------------------------------------(1
? 6 6 6 .5 ? 1 .0 1 ? 1 .8 8 ? 0 .0 0 7 2 3 ? ? 1 0 0 ? 2 0 ? k J/h

分)

--------------------------------------(1 分)

? 5 4 5 7 8 k J/h ? 1 5 .1 6 k W

-------------------------------------------------------------(1 分)

(3)加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数 加热物料耗热
Q ? G ( I 2 ? I1 ) ? G c m ?? 2 ? ? 1 ?
' '

--------------------------------------------------------------(1 分) --------------------------------(1 分)

? 960 ? 3 . 28 ? 60 ? 20 ? kJ h ? 125952 kJ h ? 34 . 99 kW

总耗热量
Q ? 1 .0 1 L ( t 2 ? t o ) ? W ( 2 4 9 0 ? 1 .8 8 t 2 ) ? G c m 2 (? 2 ? ? 1 ) ? Q L

----------------------------(1 分)

? ?1 . 01 ? 666 . 5 ?50 ? 20 ? ? 35 . 17 ? 2490 ? 1 . 88 ? 50 ? ? 1 . 25952 ? 0 . 1 ? 54578 ? kJ h ? 242484 kJ h ? 67 . 36 kW

加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数:

125952 242484

? 1 0 0 % ? 5 1 .9 %

------------(1 分)

(4)干燥器的热效率 ? ,若忽略湿物料中水分带入系统中的焓,则用式 11-37 计算 干燥系统的热效率。
? ?
W ( 2 4 9?0 Q 1 t. 8 8 ) 3 5 . 1 7 ( 2? 9 0 ?1 . 8 8 5 0 ) 4 2 ?1 0 0 % ? ? 1 0 0 % ? 242484

------------(2 3 7 .5 %

分)

3

2. 解:水溶液中 CO2 的浓度为
c ? 350 /1000 44 k m o l/m ? 0 .0 0 8 k m o l/m
3 3

---------------------------------------------(1 分)

对于稀水溶液,总浓度为
ct ? 9 9 7 .8 3 k m o l/m ? 18

kmol/m 5 5 .4 3

3

--------------------------------------------------(1 分)

水溶液中 CO2 的摩尔分数为
x ? c ct ? 0 .0 0 8 5 5 .4 3
5 ?4

? 1 .4 4 3 ? 1 0

?4

-------------------------------------------------------------(1 分) kPa----------------------------------(2 分)



p * ? E x ? 1 .6 6 ? 1 0 ? 1 .4 4 3 ? 1 0 k P a ? 2 3 .9 5 4

气相中 CO2 的分压为
p ? pt y ?1 0 1 . 3 ? 0 . 0 3 k?P a

kPa < 3 * ----------------------------------(2 分) 3 .0 p9

故 CO2 必由液相传递到气相,进行解吸。---------------------------------------------(1 分) 以 CO2 的分压表示的总传质推动力为
? p ? p * ? p ? ( 2 3 .9 5 4 ? 3 .0 3 9 ) k P a ? 2 0 .9 1 5

kPa-------------------------------------(2 分)

3. 解:由题给数据,可得
q n, D ? q n, F xF ? xW xD ? xW ? 60 ? 0 . 46 ? 0 . 04 0 . 96 ? 0 . 04 kmol/h ? 2 7 .39 kmol/h

-----------------------------(2 分)

q n, W ? ? 60 ? 27 . 39 ?kmol/h

? 32.61 kmol/h

------------------------------------------------(1 分)

(1)40 ℃冷液进料
q ?1? c P ?t b ? t F r

q 值可由定义式计算,即
1 . 82 ?92 ? 40 ? 371 ? 1 . 255

?

?1?

------------------------------------------------(2 分)
? 119.4kmol/ h

V ? ? ? R ? 1 ?q n, D ? ?1 ? q ? F ?

?? 2 . 8 ? 1 ? ? 27 . 39 ? ?1 ? 1 . 255 ? ? 60 ?kmol/h

------(2 分)

(2)饱和液体进料

此时

q = 1-----------------------------------------------------(1 分)
? 1 04 .1kmol/h

V ? ? V ? ? R ? 1 ?q n, D ? 3 . 8 ? 27 . 39 kmol/h

---------------------------------(1 分)

(3)饱和蒸气进料

q = 0------------------------------------------------------------(1 分) --------------------------------------------(1 分)

V ? ? V ? q n, F ? ?104 . 1 ? 60 ?kmol/h ? 4 4 .1kmol/h

4


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