中南大学考试试卷（A）2013 -- 2014 学年 1 学期时间110分钟化工原理课程 40 学时 2.5 学分考试形式：闭卷专业年级：化工、制药、应化11级总分100分，占总评成绩 70 %一、选择填空题(共40分)1、（5分）①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，则传质推动力将＿＿＿＿，操作线将＿＿＿＿平衡线，设备费用将＿＿＿＿。

②当温度增高时，溶质在气相中的分子扩散系数将＿＿＿＿，在液相中的分子扩散系数将＿＿＿＿。

③对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔料层增高一些，则塔的HOG将＿＿＿＿＿，NOG将＿＿＿＿＿(增加，减少，不变)。

答文①减少；靠近；增加 (3分)②增加；增加 (1分)③不变；增加 (1分)2、（1分）正常操作下的逆流吸收塔，若因某种原因使液体量减少以至液气比小于原定的最小液气比时，下列哪些情况将发生？ C（A）出塔液体浓度增加，回收率增加（B）出塔气体浓度增加，但出塔液体浓度不变（C）出塔气体浓度与出塔液体浓度均增加（D）在塔下部将发生解吸现象3、（3分）若维持操作中精馏塔的Ｆ、ｘf、ｑ，Ｄ不变，而减少塔釜蒸发量Ｖ。

则：ｘD＿＿＿＿，ｘw＿＿＿＿，Ｌ／Ｖ＿＿＿＿。

（变大，变小，不变，不确定）答文：变小，变大，变小。

4、（6分）根据下图所示的双塔吸收流程，在下方示意绘出与其相应的操作线（OE 为平衡线），并用图中所示浓度符号标明各操作线端点坐标。

(将示意图绘于答题纸再作答或将原图剪贴于答题纸上作答均可)组合1 组合2组合1 组合2组合1 组合25、（1分）进行萃取操作时应使：（ ） CA 分配系数大于1B 分配系数小于1C 选择性系数大于1D 选择性系数小于16．（1分）萃取剂加入量应使原料和萃取剂的和点M 位于（ ）。

CA 溶解度曲线之上方区B 溶解度曲线上C 溶解度曲线之下方区D 座标线上7．（1分）萃取是利用各组分间的（ ）差异来分离液体混合物的。

CA 挥发度B 离散度C 溶解度D 密度8．（3分）某液体组成为x A = 0.6、x B = 0.4，若在其中加入与原料液等量的萃取剂S ，写出混合后的组成：x A =（ ）、x B =（ ）、 x S =（ ）。

0.3 0.2 0.59、（3分）在B-S 部分互溶的萃取操作中，若萃取相中含溶质A 为85kg ，稀释剂B 为15kg ，溶剂S 为100kg ，则萃取相中y A /y B =（ ）。

5.6710、填空（6分） ①以空气作为湿物料的干燥介质当所用空气的相对温度较大时，湿物X 1b Y 2b Y 2a a b Y 1a X 2b X 1a X 2a Y 1b Y 2b Y 2a a b Y 1a X 2b X 1b X 1a X 2a Y 1b X Y O E XY O E B A F• • M B A料的平衡水份相应＿＿＿＿，自由水份相应＿＿＿＿。

②常压下，空气中水汽分压为２０mmHg时，其湿度Ｈ＝＿＿＿＿＿。

③物料干燥时的临界水份是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；它比物料的结合水份＿＿＿＿。

答文较大较小０．０１６８由恒速干燥转到降速阶段的临界点时，物料中的含水率; 大11、（6分）①物料的平衡水份一定是( )(Ａ)．非结合水份 (Ｂ)．自由水份 (Ｃ)．结合水份 (Ｄ)．临界水份②空气温度为ｔo，湿度为Ｈo，相对湿度为φo的湿空气，经一间接蒸汽加热的预热器后，空气的温度为ｔ1，湿度为Ｈ1，相对湿度为φ1，则( )(Ａ)．Ｈ1 ＞Ｈ0 (Ｂ)．φ0 ＞φ1 (Ｃ)．Ｈ1 ＜Ｈ0 (Ｄ)．φ0 ＜φ1③在恒定干燥条件下，将含水20％的湿物料进行干燥，开始时干燥速率恒定，当干燥至含水量为５％时，干燥速率开始下降，再继续干燥至物料恒重，并测得此时物料含水量为０．０５％，则物料的临界含水量为( )(Ａ)．５％ (Ｂ)．２０％ (Ｃ)．０．０５％ (Ｄ)．４．５５％④空气的干球温度为ｔ，湿球温度为ｔw ，露点为ｔd ，当空气的相对湿度φ＝９８％时，则( )(Ａ)．ｔ＝ｔw ＝ｔd (Ｂ)．ｔ＞ｔw ＞ｔd(Ｃ)．ｔ＜ｔw ＜ｔd (Ｄ)．ｔ＞ｔw ＝ｔd 答文ＣＢＡＢ12、填空（4分）①板式塔的类型有：＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿等（至少列举三种）。

②筛板塔设计中，板间距ＨT设计偏大优点是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；缺点是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

答文①泡罩塔、浮阀塔、筛板塔②液沫夹带少，不易造成降液管液泛；增加全塔高度。

二、计算题（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α=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。

答文解：F=D+W FｘF＝ＤｘD＋Ｗｘw30=D+W 30×0.5=D×0.95+W×0.10 D=14.1kmol/h W=15.9kmol/hx e=x F=0.5, ｙe=αｘe／[1+(α-1)ｘe]=2.40×0.5/[1+(2.40-1)×0.5]=0.706Rmin=（ｘD－ｙe）／（ｙe－ｘe）＝(0.95-0.706)/(0.706-0.5)=1.18R=1.5×1.18=1.77y=[R/(R+1)]x+ｘD／（R+1)=[1.77/(1.77+1)]x+0.95/(1.77+1)=0.639x+0.343ｙ1＝ｘD＝0.95ｘ1＝ｙ1／[α－y1(α－1）]=0.95/[(2.40-0.95(2.40-1)]=0.888ｙ2＝0.639x1+0.343=0.639×0.888+0.343=0.910ｘ2＝0.910/[2.40-0.910(2.40-1)]=0.808三、计算题（15分）采用常压干燥器干燥湿物料。

每小时处理湿物料１０００ｋｇ，干燥操作使物料的湿基含量由４０％减至５％，干燥介质是湿空气，初温为２０℃，湿度Ｈo＝０．００９ｋｇ水／ｋｇ绝干空气，经预热器加热至１２０℃后进入干燥器中，离开干燥器时废气温度为４０℃，若在干燥器中空气状态沿等Ｉ线变化。

试求：（１）水分蒸发量Ｗｋｇ／ｓ；（２）绝干空气消耗量Ｌｋｇ绝干气／ｓ；（３）干燥收率为９５％时产品量ｋｇ／ｓ；（４）如鼓风机装在新鲜空气进口处，风机的风量应为多少ｍ3／ｓ？答文（１）Ｗ＝Ｇc（ｘ1－ｘ2）ｘ1＝０．４／（１－０．４）＝０．６６７ｘ2＝０．０５／（１－０．０５）＝０．０５２６Ｇc＝１０００（１－０．４）＝６００ｋｇ绝干料／ｈ∴Ｗ＝６００（０．６６７－０．０５２６）＝３６８．６４ｋｇ／ｈ＝０．１０２４ｋｇ／ｓ（２）Ｌ＝Ｗ（Ｈ2－Ｈ1）Ｈ1＝Ｈo＝０．００９ｋｇ水／ｋｇ绝干气ｔ1＝１２０℃，ｔ2＝２０℃Ｈ2未知，可通过Ｉ1＝Ｉ2求算Ｉ1＝(1.01+1.88Ｈ1)ｔ1+2490Ｈ1＝1.01ｔ1+(1.88ｔ1+2490)Ｈ1Ｉ2＝(1.01+1.88Ｈ2)ｔ2+2490Ｈ2＝1.01ｔ2+(1.88ｔ2+2490)Ｈ2∴Ｈ2＝（1.01×120+(1.88×120+2490)×0.009-1.01×40）／（1.88×40+2490）＝０．０４１ｋｇ水／ｋｇ绝干气∴Ｌ＝0.1024/(0.041-0.009)＝３．１９７４ｋｇ绝干气／ｓ（３）Ｇ2’＝０．９５Ｇ2∴Ｇ2’＝０．９５×Ｇc（１＋ｘ2）＝０．９５×６００／３６００×（１＋０．０５２６）＝０．１６７ｋｇ／ｓ（４）Ｖ＝Ｌ·ｖH ＝3.1974[(0.772+1.244Ｈo)(ｔo+273)/273]＝3.1974[(0.772+1.244×0.009)×(20+273)/273] ＝２．６９ｍ3／ｓ四、计算题（15分）用填料塔从一混合气体中逆流吸收所含的苯。

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９４０[标准ｍ3]，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ＫY a＝０.035[Kmol/m3.s]，纯煤油的平均分子量Ｍs ＝１７０，塔径Ｄ＝０.６[ｍ]。

试求：（１）吸收剂的耗用量为多少[Kg/h]？（２）溶液出塔浓度x1为多少？（３）填料层高度Z为多少[ｍ]？答文解：（1）η=90%, y b=0.05,进口： Y b=y b/(1-y b)=0.05/(1-0.05)=0.05263 （mol苯/mol气体）出口 Y a=Y b(1-η)=0.005266（气体＋苯流量）V=940/22.4=41.96 kmol/h（气体流量） V B =V(1-y b)=41.96(1-0.05)=39.87 kmol/h (L s /V B )min =(Y b-Y a)/(Y b/m)=(0.05263-0.00526)/(0.05263/0.14)=0.126 L s =1.5L s min =1.5×0.126×39.87=7.536 kmol/h =7.536×170 Kg/h=1281Kg/h（2）X b =(Y b -Y a )/（1.5(L s /V B )min ）=(0.05263-0.00526)/(1.5×0.126)=0.251 x b =X b /(1+X b )=0.2006（3）ＨOG =V B /(ＫY ａΩ)=(39.87/3600)/(0.035×0.785×０．６2)=1.12 mＮOG =(Y b -Y a )/ΔYm ΔY b =Y b -Y b *=0.05263-0.14×0.251=0.01749 ΔY a =Y a -Y a *=0.00526—0=0.00526 ΔY m =(0.01749-0.00526)/ln(0.01749/0.00526)=0.01018 ＮOG =(0.05263-0.00526)/0.01018=4.65 Ｚ＝ＨOG ×ＮOG =1.12×4.65=5.2 m五、计算题（15分）在B-S 部分互溶物系的单级萃取中，料液中溶质A 与稀释剂B 的质量比为40:60。