化工原理下册试卷及答案共六套

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

5、（1分）进行萃取操作时应使：（ ） C

A 分配系数大于1 B 分配系数小于1

C 选择性系数大于1 D 选择性系数小于1

6．（1分）萃取剂加入量应使原料和萃取剂的和点M位于（ ）。 C

A 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。 C

A 挥发度 B 离散度 C 溶解度 D 密度

8．（3分）某液体组成为xA = 0.6、xB = 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：xA =（ ）、xB =（ ）、 xS =（ ）。 0.3 0.2 0.5

B A

A 9、（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yA/yB =（ ）。 5.67

10、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

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 ＜φ1

③ 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

Ｃ Ｂ Ａ Ｂ

12、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＋Ｗｘw

30=D+W 30×0.5=D×0.95+W×0.10 D=14.1kmol/h W=15.9kmol/h xe=xF=0.5, ｙe=αｘe／[1+(α-1)ｘe]=2.40×0.5/[1+(2.40-1)×0.5]=0.706 Rmin=（ｘD－ｙe）／（ｙe－ｘe）＝(0.95-0.706)/(0.706-0.5)=1.18 R=1.5×1.18=1.77 y=[R/(R+1)]x+ｘD／（R+1)=[1.77/(1.77+1)]x+0.95/(1.77+1)=0.639x+0.343 ｙ1＝ｘD＝0.95 ｘ1＝ｙ1／[α－y1(α－1）]=0.95/[(2.40-0.95(2.40-1)]=0.888 ｙ2＝0.639x1+0.343=0.639×0.888+0.343=0.910 ｘ2＝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＝０．００９ ｋｇ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Ｗ ｋｇ／ｓ； （２）绝干空气消耗量Ｌ ｋｇ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ｍ／ｓ？ 答文

（１）Ｗ＝Ｇc（ｘ1－ｘ2） ｘ1＝０．４／（１－０．４）＝０．６６７ ｘ2＝０．０５／（１－０．０５）＝０．０５２６ Ｇc＝１０００（１－０．４）＝６００ ｋｇ绝干料／ｈ ∴Ｗ＝６００（０．６６７－０．０５２６） ＝３６８．６４ ｋｇ／ｈ＝０．１０２４ ｋｇ／ｓ （２）Ｌ＝Ｗ（Ｈ2－Ｈ1） Ｈ1＝Ｈo＝０．００９ ｋｇ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)Ｈ1 3

Ｉ2＝(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） ＝０．０４１ ｋｇ水／ｋｇ绝干气 ∴Ｌ＝0.1024/(0.041-0.009)＝３．１９７４ ｋｇ绝干气／ｓ （３）Ｇ2’＝０．９５Ｇ

2 ∴Ｇ2’＝０．９５×Ｇc（１＋ｘ2） ＝０．９５×６００／３６００×（１＋０．０５２６） ＝０．１６７ ｋｇ／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]

＝２．６９ ｍ／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ｍ]，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

333质系数ＫY a＝０.035[Kmol/m.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%, yb=0.05,

进口： Yb=yb/(1-yb)=0.05/(1-0.05)=0.05263 （mol苯/mol气体） 出口 Ya=Yb(1-η)=0.005266 （气体＋苯流量）

V=940/22.4=41.96 kmol/h （气体流量） VB =V(1-yb)=41.96(1-0.05)=39.87 kmol/h (Ls /VB )min =(Yb-Ya)/(Yb/m)

=(0.05263-0.00526)/(0.05263/0.14)=0.126 Ls =1.5Ls min =1.5×0.126×39.87=7.536 kmol/h =7.536×170 Kg/h=1281Kg/h

（2）Xb =(Yb-Ya)/（1.5(Ls /VB )min ）

=(0.05263-0.00526)/(1.5×0.126)=0.251 xb=Xb/(1+Xb)=0.2006

（3）ＨOG =VB /(ＫY ａΩ) =(39.87/3600)/(0.035×0.785×０．６)=1.12 m ＮOG =(Yb-Ya)/ΔYm ΔYb=Yb-Yb*=0.05263-0.14×0.251=0.01749 ΔYa =Ya-Ya*=0.00526—0=0.00526 2 ΔYm =(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。采用纯溶剂S=200kg，溶剂比S / F为1，脱出溶剂后萃余液R'浓度xA'=0.3（质量分率），选择性系数 = 8。

试求：萃取液量E'为多少kg？

解：yAxAyA'xA'yA'xA' yBxByB'xB'(1yA')/(1xA')

yA'xA'80.30.774 1(1)xA'1(81)0.3

FS200kg,xF40/(4060)0.4

FxFE'yA'R'xA'2000.4E'0.774R'0.3 即200E'R'FE'R'

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

5、（1分）进行萃取操作时应使：（ ） C

A 分配系数大于1 B 分配系数小于1

C 选择性系数大于1 D 选择性系数小于1

6．（1分）萃取剂加入量应使原料和萃取剂的和点M位于（ ）。 C

A 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。 C

A 挥发度 B 离散度 C 溶解度 D 密度

8．（3分）某液体组成为xA = 0.6、xB = 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：xA =（ ）、xB =（ ）、 xS =（ ）。 0.3 0.2 0.5

B A

A 9、（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yA/yB =（ ）。 5.67

10、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

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 ＜φ1

③ 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

Ｃ Ｂ Ａ Ｂ

12、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＋Ｗｘw

30=D+W 30×0.5=D×0.95+W×0.10 D=14.1kmol/h W=15.9kmol/h xe=xF=0.5, ｙe=αｘe／[1+(α-1)ｘe]=2.40×0.5/[1+(2.40-1)×0.5]=0.706 Rmin=（ｘD－ｙe）／（ｙe－ｘe）＝(0.95-0.706)/(0.706-0.5)=1.18 R=1.5×1.18=1.77 y=[R/(R+1)]x+ｘD／（R+1)=[1.77/(1.77+1)]x+0.95/(1.77+1)=0.639x+0.343 ｙ1＝ｘD＝0.95 ｘ1＝ｙ1／[α－y1(α－1）]=0.95/[(2.40-0.95(2.40-1)]=0.888 ｙ2＝0.639x1+0.343=0.639×0.888+0.343=0.910 ｘ2＝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＝０．００９ ｋｇ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Ｗ ｋｇ／ｓ； （２）绝干空气消耗量Ｌ ｋｇ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ｍ／ｓ？ 答文

（１）Ｗ＝Ｇc（ｘ1－ｘ2） ｘ1＝０．４／（１－０．４）＝０．６６７ ｘ2＝０．０５／（１－０．０５）＝０．０５２６ Ｇc＝１０００（１－０．４）＝６００ ｋｇ绝干料／ｈ ∴Ｗ＝６００（０．６６７－０．０５２６） ＝３６８．６４ ｋｇ／ｈ＝０．１０２４ ｋｇ／ｓ （２）Ｌ＝Ｗ（Ｈ2－Ｈ1） Ｈ1＝Ｈo＝０．００９ ｋｇ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)Ｈ1 3

Ｉ2＝(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） ＝０．０４１ ｋｇ水／ｋｇ绝干气 ∴Ｌ＝0.1024/(0.041-0.009)＝３．１９７４ ｋｇ绝干气／ｓ （３）Ｇ2’＝０．９５Ｇ

2 ∴Ｇ2’＝０．９５×Ｇc（１＋ｘ2） ＝０．９５×６００／３６００×（１＋０．０５２６） ＝０．１６７ ｋｇ／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]

＝２．６９ ｍ／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ｍ]，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

333质系数ＫY a＝０.035[Kmol/m.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%, yb=0.05,

进口： Yb=yb/(1-yb)=0.05/(1-0.05)=0.05263 （mol苯/mol气体） 出口 Ya=Yb(1-η)=0.005266 （气体＋苯流量）

V=940/22.4=41.96 kmol/h （气体流量） VB =V(1-yb)=41.96(1-0.05)=39.87 kmol/h (Ls /VB )min =(Yb-Ya)/(Yb/m)

=(0.05263-0.00526)/(0.05263/0.14)=0.126 Ls =1.5Ls min =1.5×0.126×39.87=7.536 kmol/h =7.536×170 Kg/h=1281Kg/h

（2）Xb =(Yb-Ya)/（1.5(Ls /VB )min ）

=(0.05263-0.00526)/(1.5×0.126)=0.251 xb=Xb/(1+Xb)=0.2006

（3）ＨOG =VB /(ＫY ａΩ) =(39.87/3600)/(0.035×0.785×０．６)=1.12 m ＮOG =(Yb-Ya)/ΔYm ΔYb=Yb-Yb*=0.05263-0.14×0.251=0.01749 ΔYa =Ya-Ya*=0.00526—0=0.00526 2 ΔYm =(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。采用纯溶剂S=200kg，溶剂比S / F为1，脱出溶剂后萃余液R'浓度xA'=0.3（质量分率），选择性系数 = 8。

试求：萃取液量E'为多少kg？

解：yAxAyA'xA'yA'xA' yBxByB'xB'(1yA')/(1xA')

yA'xA'80.30.774 1(1)xA'1(81)0.3

FS200kg,xF40/(4060)0.4

FxFE'yA'R'xA'2000.4E'0.774R'0.3 即200E'R'FE'R'