《化工原理》（下）期末考试样卷及解答
（适用于化学工程学院的学生）
一 填空题和作图题（40分）
1. 对低浓溶质的气液平衡系统，当系统温度增加时，其亨利系数E将__增加______；温度一定且气相分压不变，当系统中液相总浓度增加时，其平衡常数m将____增加______。 2. 在相同的溶质液相浓度下，易溶气体溶液上方的分压较__小____。（大，小）
3. 在对流传质理论中，有代表性的三个物理模型分别为___双膜模型_______、__溶质渗透模型________、_______表面更新模型________。
4. 对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则该塔的HOG将____不变______，NOG将___增大______ 。（增大；减小；不变）
5. 用逆流操作的吸收塔处理低浓度易溶溶质的气体混合物，吸收剂为纯溶剂。如其他操作条件不变，而入口气体的浓度y1增加，则此塔的气相总传质单元数NOG将__不变_____；出口气体组成y2将_____增大_____；出口液相组成x1将__增大______。（增大；减小；不变） 6. 某逆流吸收塔，用纯溶剂吸收混合气中易溶组分，设备高为无穷大，入塔y1=8%（体积），平衡关系ye=2x。若液气比（摩尔比，下同）为2.5时，吸收率= ___100______%；若液气比为1.5 时，吸收率=____75______%
7. 部分互溶物系单级萃取操作中，在维持相同萃余相浓度前提下，用含有少量溶质的萃取剂S’代替纯溶剂S，则所得萃取相量与萃余相量之比将__增加______；萃取液中溶质A的质量分数___不变_____。（增加；减小；不变）
8. 多级逆流萃取，设计中欲达到同样的分离程度，溶剂比愈大则所需理论级数愈__小____；而操作中溶剂比中越大，则最终萃余相中溶质组分的浓度愈___小_______。
9某精馏塔的设计任务为：原料为F、xF ，要求塔顶为xD ，塔底为xW 。设计时若选定的回流比R不变，加料热状态由原来的饱和蒸汽加料改为饱和液体加料，则所需理论板数NT 减小，提馏段上升蒸汽量V′增加。提馏段下降液体量L′增加，精馏段上升蒸汽量V不变。（增大，不变，减小）
10板式塔不正常操作现象通常有过量液沫（雾沫）夹带（夹带液泛） ，溢流液泛（或液泛） 和严重漏液
11筛板上可能出现各种汽液接触状态，工业上常用的是泡沫接触状态，和 喷射接触状态。 12某精馏塔有8块塔板，塔顶采用分凝器，塔底采用间接蒸汽加热。根据实验结果确定出
完成一定分离任务的理论板数为6块，则全塔效率为 50% 。
13精馏操作时，增大回流比，若F，xF，q，D不变，则精馏段液汽比L/V 增大，提馏段液汽比L’/V’ 变小 ，塔底xW 下降 。（增大，不变，减小）
14 状态点在同一等湿线上的两股湿空气具有相同的绝对湿度和相同的露点温度。状态点在同一绝热冷却线（即等焓线）上的两股湿空气具有相同的湿球温度和相同的焓。
15 已知湿空气总压为101.33kPa，干球湿度为40℃，相对湿度为50%，已知40℃水的饱和蒸汽压为7.375kPa，则此湿空气的湿度H为0.0235 kg水/kg绝干气，其焓值是100.73 kJ/kg绝干气
16 作图题（4分）
三级错流萃取如图示。已知各级分配系数kA均为 1，各级的溶剂比：S1F?S2R1?S3R2?1，使用纯溶剂。试在图中表示三级错流过程。
S S1 S2 S3 F，xF R1 R2 R3 E1 E2 E3
A xF B S
二 计算题（20分）
欲用纯溶剂逆流操作吸收某混合气体中可溶组分。混合气体流量为0.5kmol/s 进塔浓度y1=0.05，出塔浓度y2=0.005(均为摩尔分率)，操作液气比为最小液气比的1.5倍，拟采用吸收塔塔径为0.8m，气相总体积传质系数Kya=0.85kmol/m3.s，操作条件下相平衡关系为
ye=1.5x，试求：
(1)出塔液体组成x1； (2)填料层高度H；
(3)若填料层高度增加2米,则回收率为多少? 解 (1) (L/G)min =(0.05-0.005)/(0.05/1.5-0)=1.35 (L/G)=1.5×1.35=2.025≈2 x1= G (0.05-0.005)/L=0.0225 (2) 1/A=lnG/L=1.5/2=0.75 1-1/A=0.25
G0.5HOG(D2)(?0.82)?4?4?1.17mKya0.85?? ∴NOG =1/0.25×ln[0.25×0.05/0.005 +0.75] =4.715≈4.72 m H=1.17×4.72=5.52 m
NOG?11?1Aln((1?1y1?mx21)?)Ay2?mx2A (3) H' =5.52 + 2 =7.52 m NOG'=H'/HOG=6.427
6.427=1/0.25×ln[(0.25)×0.05/y2' +0.75] 得y2' =0.00295
η=(y1- y2')/ y2=(0.05-0.00295)/0.05=94.1%
三 计算题（15分）
用常压精馏塔分离某二元混合物，其平均相对挥发度?=2，原料液量F=10kmol/h，饱和蒸汽进料，进料浓度xF =0.5（摩尔分数，下同），馏出液浓度xD=0.9，易挥发组分的回收率为90%，回流比R=2Rmin ，塔顶设全凝器，泡点回流，塔底为间接蒸汽加热，求： （1）馏出液量D及残液量W；
（2）从塔顶第一块理论塔板下降的液体组成x1 为多少？ （3）最小回流比；
（4）提馏段各板上升的蒸汽量为多少kmol/h？
解（1）∵?=DxD/FxF=0.9 ∴D=0.9FxF/xD=0.9×10×0.5/0.9=5kmol/h W=F-D=5kmol/h （2）∵xD=y1=0.9 ∴y1= ? x1/[1+（? -1）x1]=2×x1/[1+（2-1）x1]=0.9 ∴x1=0.82 （3）∵q=0 ∴yq=xF=O.5 又∵yq= ? xq/[1+（? -1）xq]=2×xq/[1+（2-1）xq]=0.5 ∴xq=0.33 即： Rmin=xD-yq/yq-xq=0.9-0.5/0.5-0.33=2.35 （4）∵R=2Rmin=2×2.35=4.7 ∴V=（R+1）D=（4.7+1）×5=28.5kmol/h V′=V-（1-q）F=28.5-（1-0）×10=18.5kmol/h 四 计算题 （15分）
一理想干燥器在总压为100kPa下将湿物料由含水50%干燥至含水1%（均为湿基），湿物料的处理量为20kg/s。室外空气温度为25℃，湿度为0.005kg水/kg干气，经预热后送入干燥器。废气排出温度为50℃，相对湿度为60%。已知50℃时水的饱和蒸汽压为12.3kPa。试求：
（1）湿空气的体积用量(以预热室入口状态计) （2）预热温度。
解：（1）废气湿度：H2?0.622?ps0.6*12.3?0.622?0.0496kg水/kg干
p??ps100?12.3*0.6汽化水分量：W?G1w1?w20.5?0.01?20?9.90kg/s
1?w21?0.01空气用量：L?湿空气体积：
WW9.90???222kg干/s
H2?H1H2?H00.0496?0.005V?LVH?L*?0.773?1.244H0?273?t0273?25?222?0.773?1.244*0.005??188.83m3/s273273（2）理想干燥过程，空气传给物料的热量全部用于汽化水分；产生的水汽又返回空气中，空气在干燥器中等焓。
I2??1.01?1.88H2?t2?2492H2?I1??1.01?1.88H?t1?2492H1
t1??1.01?1.88H2?t2?2492(H2?H1)1.01?1.88H1?55.16?111.14?163.2℃
1.019五 计算题（10分）
拟设计一多级逆流接触萃取塔。在操作范围内所用纯溶剂S与料液中稀释剂B完全不
互溶；相平衡关系为Y=2X。已知入塔顶F=100kg/h，其中含溶质A为0.2（质量分率），要求出塔底的萃余相中A的浓度降为0.02（质量分率）。若实际采用的萃取剂量为60kg/h，试求离开第二理论级的萃取相和萃余相的组成。 解：XF=
xf1?xf=
x0.20.02=0.25 XN=N==0.0204
1?x1?0.21?0.02N B=F（1-xf）=100（1-0.2）=80 kg/h Y1 =BS(XF-XN)+Z
=
80（0.25-0.0204）+0 = 0.306 60 X1=Y1/K =0.306/2 =0.153 Y2 =BS(X1-XN)+0 =
80（0.153-0.0204）=0.1768 60 X2= Y2/K =0.1768/2 =0.0884
B，XF X1 X2 B，XN 1 2 N S，Y1 Y2 Y3 S，Z