化工设计期末A,B模拟题

试卷A

一、填空题（20分）

1. (2分) 在常压下，20℃时，氨在空气中的分压为15.2 kPa, 与之平衡的氨水浓度为15 kg NH3/100 kg H2O，此时

m=_1.095_。

2. (4分) 将相对挥发度为2.47的某二元混合物在全回流操作的塔中进行精馏，现测得全凝器中冷凝液组成为0.98，

塔内第二层塔板上升的汽相组成为0.969，则离开塔顶第一层塔板的液相浓度为_0.969_，塔顶第一层板的汽相默弗里效率为_0.604_。

3. (2分) 等速干燥阶段物料表面的温度等于 干燥介质-热空气的湿球温度。

4. (2分) 常压下乙醇-水溶液的y-x图上，有一点是平衡线与对角线的交点M, 此点溶液称为_恒沸液_, 其两相的浓度

_相等_。

5. (2分) 将含水量为0.5 kg水/kg绝干料的某物料与一定状态的空气接触，测出物料的平衡水分为0.05 kg水/kg绝干

料，则此物料的自由水分为 0.45kg水/kg绝干料。

6. (4分）将含SO2为10%（体积）的气体混合物与浓度为0.020 kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。操作

条件下两相的平衡关系为PA*=1.62CA (atm)，则SO2将从＿气相＿相向_液_相转移，以气相组成表示的传质总推动力为_0.0676_atm。

7. (4分) 临界湿含量与哪些因素有关？（举其中四个因素）

物料的含水性质、大小、形态、堆积厚度,干燥介质的温度、湿度、流速以及同物料的接触状态（由干燥器类型决定）。

二、选择题（20分）

1. (2分) 精馏过程的操作线为直线，主要基于 C 。

A. 塔顶泡点回流 C. 恒摩尔流假定

B. 理想物系 D. 理论板假定

2. (2分) 在某精馏塔操作中，若保持F，xF，q，V’(塔釜上升蒸汽量）不变，减小D，则塔顶易挥发组分回收率_C_。

A. 增大

B. 不变

C. 减少

D. 不确定

3. (2分) 低浓度气体吸收中，已知平衡关系为y=2x，kxa=0.2 kmol/m3.s, kya=2×10-5 kmol/m3.s,, 则此体系属_A_控制。

A.液膜

B. 气膜

C.气液双膜

4. (2分) 对于恒速干燥阶段，下列哪个描述是错误的？ D ．．．

A.干燥速度与气体的性质有关 C.干燥速度与气体的流速有关

B.干燥速度与气体的流向有关 D.干燥速度与物料种类有关

5. (2分) 当回流从全回流逐渐减小时，精馏段操作线向平衡线靠近。为达到给定的分离要求，所需的理论板数_B_。

A. 逐渐减少

B. 逐渐增多

C. 不变

6. (2分) 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 D. 自由水分

C.非结合水分

7. (2分) 物料中非结合水的特点之一是其产生的水蒸汽压_B_同温度下纯水的饱和蒸汽压。

A. 小于

B. 等于

C. 大于

D.不确定

8. (2分) 某精馏塔的理论板数为15块（包括塔釜），全塔效率为0.5，则实际塔板数为_A_块。

A. 28

B. 29

C. 30

9. (4分)对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当温度和压力不变，而液相总浓度增加时，其溶解度系数H将_C_，亨利系数E将_C_。 A.增加

B.减少

C.不变

三、证明题(10分)

设在一气液逆流接触的吸收塔内气体进入量为G mol/m2.s，液体进入量为L mol/m2.s；气体进口浓度为y1，出口浓度为y2（以上浓度均为摩尔分数），塔内气体平衡关系符合亨利定律y*=mx。试证明：当mG/L=1时，气相总传质单元

y1mx21。 数为NoGy2mx2[证] 因气液平衡关系符合亨利定律，则Y≈y, X≈x，故吸收塔操作线方程式为：

xx2G(yy2) L即 x根据NOG的定义得：

GGyx2y2 LLNOGy12yydyyy*y12ydyyy12ymxdyym(GGyx2y2)LL

y12dymGmGy(1)y2mx2LL已知：mG/L=1，故有：

NOGy12 yyy2ymx2y2mx2ymx2dy1111 y2mx2y2mx2y2mx2y2mx2

四、计算题（50分）

1.(20分) 用连续精馏塔分离某二元混合液，原料液流量为200 kmol/h，露点进料，进料浓度为0.5，塔顶馏出液浓

度为0.96，釜液浓度为0.1(以上均为易挥发组分的摩尔分率）。操作条件下相对挥发度为3，塔顶采用全凝器，泡点回流。塔釜间接蒸汽加热，且塔釜汽化量为最小气化量的1.5倍。试求： （1）塔釜的气化量；

（2）离开第二层理论板的液体浓度（由塔顶往下数）。 解：（1）塔釜的气化量

先作全塔物料衡算求出D：

F=D+W FxF=DxD+WxW

即 200= D+W

200×0.5=0.96 D+0.1 W

解出 D=93.0 kmol/h, W=107 kmol/h 因是露点进料，q=0及yq=xF=0.5,故

yqxxq1(1)xq3xq12xq0.5

解出 xq=0.225

RminxDyqyqxq0.960.51.67

0.50.225精馏段最小上升蒸汽量为

Vmin=(Rmin+1)D=(1.67+1)×93=248.3 kmol/h

提馏段最小上升蒸汽量（即为塔釜最小气化量）为：

V'minVmin(q1)F248.3(01)20048.3kmol/h

塔釜气化量为

V'1.5Vmin1.548.372.4kmol/h(2)离开第二层理论板的液相浓度x2

 V'VF(R1)DF

72.4=(R+1)×93－200

解得R=1.93

精馏段操作线方程式为：

yRx1.930.96xDx0.6590.328 R1R11.9311.931平衡线关系式为： y逐板计算：

因塔顶为全凝器，泡点回流，y1=xD=0.96 根据平衡关系式由y1求x1,即：

x3x 1(1)x12x0.963x1 12x1解得 x1=0.889 根据提馏段操作线方程式由x1求y2:

y2=0.659x1+0.328=0.659×0.889+0.328=0.914

再依平衡关系式由y2求x2:

0.9143x2 12x2解得 x2=0.780

2.(15分) 某厂有一填料吸收塔，直径为880 mm，填料层高6 m，所用填料为56 mm的拉西环。在25℃及101.325 kPa（绝压）时，每小时处理2000 m3含5%（体积）丙酮的空气-丙酮混合气，处理时用水作溶剂，塔顶送出的尾气中含丙酮0.263%（体积）。塔底送出的溶液中每kg含丙酮61.2 g。在上述操作条件下，平衡关系为y*=2x。根据上述所测出的数据，试求：

（1）气相总传质系数Kya； （2）每小时回收的丙酮量。 解：（1）求体积总传质系数

方法1： 吸收因子法

mG/Lm(x1x2)/(y1y2)2(0.019830)/(0.052.63103)0.8372NOGHOGG1mGy1mx2mG10.05ln[(1)]ln[(10.8372)0.8372]8.43mGLy2mx2L10.83722.63101Lh/NOG6/8.40.714 m 方

200027383.2 kmol/h22.4293G83.2Ky191.6 kmol/(m3h)0.053 kmol/(m3s)HOG0.7140.8824法2：对数平均推动力法

y10.05,y22.63103x161.2/580.01983100061.261.21858*y*mx20.019830.03966,Δ yyy0.0103411112**y2mx20,Δ y2y2y22.63103 y1 y20.010342.63103Δym0.00563 y10.01034lnln2.63103 y2NOGHOGGy1y20.052.631038.4 ym0.00563h/NOG6/8.40.714 m200027383.2 kmol/h22.4293 G83.233Ky191.6 kmol/(mh)0.053 kmol/(ms)HOG0.7140.8824（2）每小时回收的丙酮量

GA=G(y1-y2)=83.2×(0.05-2.63×10-3)=3.94 kmol/h=228.5 kg/h

3.(15分）有一连续干燥器在常压下操作，生产能力为1000 kg/h (以干燥产品计）。物料水分由12%降至3%（均为湿基），空气的初温为25℃，湿度为0.01 kg水/kg干空气，经预热器后升温至70℃，干燥器出口废气的干球温度为45℃。 设空气在干燥器进出口处焓值相等。试求： （1）在H-I图上表示空气的状态变化过程； （2）初始状态下的空气用量为多少m3/s？

解：（1）干燥系统示意图见附图1。在H-I图上的空气状态变化见附图2。

w1=0.12t0=25oCH0=0.01w2=0.03G2=1000 kg/h附图1 干燥系统示意图

I预热器t1=70oC干燥器t2=45oC

1t1t2t020H 附图2 空气状态变化图

（2）求空气用量 蒸发水分量 WG2w1w20.120.03100010.23 kg/ h1w110.12因水分在干燥器进出口处焓值相等，所以I1=I2，即

（1.01+1.88H1)t2+2500 H1=(1.01+1.88H2) t2+2500 H2

因H1=H0=0.01 kg/kg, t1=70℃, t2=45℃, 故有

（1.01+1.88×0.01) ×70+2500×0.01=(1.01+1.88H2) ×45+2500H2

解得H2=0.107 kg/kg

干空气用量 L=W/(H2-H1)=102.3/(0.107-0.01)=1054.6 kg/h

方法1：

湿空气质量流量 L’=L(1+H1)=1054.6(1+0.01)=1065.1 kg/h 湿空气的平均分子量 M=1.01/(1/29+0.01/18)=28.8 初始状态下的湿空气的体积流量

1065.11038.314(27325)nRT28.833V904.3 m/h0.251 m/s 2P101.32510方法2：

空气的湿比容

vH(0.7721.244H0)273t127325(0.7721.2440.01)0.856 m3/kg干空气 273273初始状态下的湿空气体积流量 V0.8561054.6902.7 m3/h0.251 m3/s

试卷B

一、填空题（20分）

1. (5分) 某精馏塔的设计任务为：已知原料量和组成分别为F, xF要求塔顶塔底组成分别为xD，xW设计时若选定的回

流比R不变，加料状态由原来的饱和蒸汽加料改为饱和液体加料，则所需的理论板数NT_减少_，提馏段上升蒸汽量_增大_，提馏段下降液体量_增大_，精馏段上升蒸汽量_不变_，精馏段下降液体量_不变_。（填增加，减少，不变）

2. (2分) 低浓度气体吸收中，已知平衡关系为y=1.5x，kxa=0.2 kmol/m3.s, kya=2×10-5 kmol/m3.s,, 则此体系属_气膜_控

制。

3. (4分) 精馏操作有 5 加料热状况，其中_ 冷液体进料_加料时进料位置最高；而在_过热蒸汽_进料时，进料位置最

低。用图解法求理论板时，在F，xF，xD，q，xW，R和操作压力P 7个参数中与_F_无关。

4. (2分) 吸收塔底部排液管成U形，目的是起_液封_作用。操作中的吸收塔，若使用液气比小于设计时的最小液气

比，则其操作结果是_达不到分离要求_。

5. (2分) 等速干燥阶段物料表面的温度_等于_干燥介质的湿球温度。

6. (2分）在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时。若减少吸收剂用量，则传质推动力_减少_，操作线

将靠近_平衡线_。

7. (3分) 当空气的湿含量一定时，其温度愈高，则相对湿度愈_低_，表明空气吸湿能力愈_强_，所以湿空气在进干燥

器_前_都要经预热器预热。

二、选择题（20分）

1. (2分) 精馏过程的操作线为直线，主要基于_A_。

A. 恒摩尔流假定 C. 理想物系

B. 塔顶泡点回流 D. 理论板假定

2. (2分)精馏塔操作线的斜率为R/(R+1),全回流时，其斜率等于_B_。

A. 0

B. 1

C.∝

3. (2分) 低浓度气体吸收中，已知平衡关系为y=2x，kxa=3×10-5kmol/m3.s, kya=0.2 kmol/m3.s,, 则此体系属_B_控制。

A. 气膜

B. 液膜

C.气液双膜

4. (2分) 若是干燥同一物料，当物料的临界含水量较早出现时，则干燥所需的时间_A_。

A. 延长

B.不变

C. 缩短

5. (2分) 当回流从全回流逐渐减小时，精馏段操作线向平衡线靠近。为达到给定的分离要求，所需的理论板数_B_。

A. 逐渐减少

B. 逐渐增多

C. 不变

6. (2分) 影响恒速干燥速率的主要因素是_A_。

A. 空气的状态

B.物料的含水量

C.物料的性质

7. (2分) 将不饱和空气在总压和温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_C_。

A.湿球温度

B.绝热饱和温度

C.露点

8. (2分) 某精馏塔的理论板数为17块（包括塔釜），全塔效率为0.5，则实际塔板数为_D_块。

A. 34

B. 31

C. 30

D. 32

9. (4分)对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当温度和压力不变，而液相总浓度增加时，其溶解度系数H将_C_，亨利系数E将_C_。 A.增加

B.减少

C.不变

三、计算题（60分）

1.(20分) 一连续操作的常压精馏塔用来分离苯–甲苯混合液，原料液流量为500 kmol/h，泡点进料，进料浓度为0.5，欲使塔顶含苯0.95 ，塔底含苯0.05 (以上均为摩尔分率）。操作条件下相对挥发度为2.5，R=1.5Rmin, 塔顶蒸汽先进入分凝器，所得冷凝液全作回流，未冷凝的蒸汽进入全凝器，得最后产品。试求： （1）塔顶和塔底产品量；

（2）塔顶第一层理论板上升的蒸汽组成。

1解：（1）塔顶和塔底产品量

根据总的物料衡算和苯的物料衡算得知：

F = D+W

F xF =D xD+W xW

即

500 = D + W

500×0.5=0.95 D+0.05 W

解出 D=250 kmol/h, W=250 kmol/h

（2）求塔顶第一块理论板上升气相组成

因分凝器也起到一块理论板的作用，所以从分凝器出来的汽相组成y1与回流液组成x0成平衡关系，即：

y0xD0.95

 x02.5 x0 1( -1)x011.5x0解得：x0=0.884

因系泡点进料, q=1, 所以q线与平衡线的交点坐标 xq=0.5，yq可用平衡关系式求得，即：

yq=2.5×0.5/(1+1.5×0.5)=0.714

 RminxDyqyqxq0.950.7141.103

0.7140.5y1y0x0xD即 R=1.5 Rmin=1.5×1.103=1.655

因y1与x0成操作关系，故根据精馏段操作线方程式可得塔顶第一块塔板上升的蒸汽组成，即

y1xR1.6550.95x0D0.8840.909 R1R11.65512.655

2.(20分) 拟在直径为1 m的填料吸收塔中，用清水逆流吸收空气混合物中的可溶组分，混合气的处理量为30 kmol/h,气液相平衡关系为y=2x。已知该可溶组分的进口浓度为8%（摩尔分数，下同）。现要求其出口浓度不大于1%，取操作液气比为L/G=2，此时气相总体积传质系数Kya=0.0186 kmol/m3.s。试求： （1）操作液气比为最小液气比的多少倍？ （2）所需的填料层高度。 解：（1）操作液气比与最小液气比之比

据已知y1=0.08, y2=0.01, x2=0, y=2x 所以 (y1y2y1y2L0.080.01)min*1.75 Gx1x2y1/mx20.08/20L/G21.14

(L/G)min1.75

(2)填料层高度

传质单元高度 HOG由物料衡算式有

x=G(y1-y2)/L

据传质单元数的定义

NOGy12yGKya30/36000.018640.57 m

21dyyy*y12ydyyy12ymxdy

mGy(yy2)L因mG/L=2/2=1

所以 NOGyy12dyy1y20.080.017 y2y20.01填料层高度h=NOG×HOG =7×0.57=3.99 m

3.(20分）在常压下用连续干燥器干燥含水1.5%（湿基）的物料。干燥器的处理能力为G1=2.56 kg/s，物料进口温度为25℃，产品出口温度为35℃，其中含水0.2% (湿基），绝干物料的比热为1.842 kJ/kg.K，原湿空气的湿度为0.0165 kg水/kg干空气，在预热器内加热至95℃后再送入干燥器，干燥器中不再补充热量。已知空气离开干燥器时的干球温度为65℃，干燥器中热损失为586 kJ/kg汽化水，试求： (1) 干燥产品流量；

(2) 空气消耗速率（kg干空气/s）。

解：（1）干燥产品流率

G2 = G1(1-w1)/(1-w2)=2.56×(1-0.015)/(1-0.002)=2.527 kg/s

(2)空气消耗速率

蒸发水分量 W=G1-G2=2.56-2.527=0.033 kg/s 对干燥器作热量衡算

湿物料带入热 G2 Cm tm1+ WCl tm1 空气带入热L I1

湿物料带出热 G2 Cm tm2 空气带出热L I2 热损失 586W

所以 G2Cmtm1+WCltm1+LI1=LI2+G2Cmtm2+586W 又 Cm=(1-w2)Cs+w2Cl=(1-0.002) ×1.842+0.002×4.187=1.847 kJ/kg.K

I1=(1.01+1.88×0.0165) ×95+2500×0.0165=140.1kJ/kg

I2=(1.01+1.88H2) ×65+2500H2=65.65+2622.2H2

2.527×1.847×25+0.033×4.187×25+140.1L=(65.65+2622.2H2)L+2.527×1.847×35+586×0.033

L(74.45-2622.2H2)=62.56 （1）

又 L=0.033/(H2-H1)=0.033/(H2-0.0165) （2） 联立（1）（2）解得 L=4.782 kg干空气/s

H2 = 0.234kg水/kg干空气 2. 在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故吸收剂入塔浓度变大，而其它操作条

件均不变，试分析出塔气体、液体浓度如何变化? 解：快速分析法： xa变大时，将使传质推动力变小，故不利于吸收，因此，ya变大。

3. 一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持回流液量和进料状况（F、xF、q），而减小塔釜加热蒸汽量，试

分析xD、xW如何变化？

解：V′=V+(q-1)F,F、q不变，则V减少而L不变，从而L/V变大，从而XD 变大。 L′=L+qF,F、q、L不变，则L′不变，而V′减少，有L′/V′变大，从而XW 变大。