化工原理答案[教学知识]

1、 祁存谦 丁楠 吕树申 化工原理习题解答第1章 流体流动第2章 流体输送第3章 沉降过滤第4章 传热第5章 蒸发第6章 蒸馏第7章 吸收第9章 干燥第8章 萃取第10章 流态化 广州 中山大学化工学院（510275）2008/09/28第1章 流体流动1-1容器A中气体的表压力为，容器B中的气体的真空度为。试分别求出A、B二容器中气体的绝对压力为若干。该处环境大气压等于标准大气压。（答：； ）解：取标准大气压为，所以得到：；。 1-2某设备进、出口的表压分别为 和，当地大气压为，试求此设备进、出口的压力差为多少。 (答：) 解：。 1-3为了排除煤气管中的少量积水，用如图示水封设备，水由煤气管

2、道上的垂直支管排出，已知煤气压力为（表压）。问水封管插入液面下的深度最小应为若干？ （答：）解：习题1-3 附图1-4某一套管换热器，其内管为外管为。内管流过密度为，流量为的冷冻盐水。管隙间流着压力（绝压）为，平均温度为，流量为的气体。标准状态下气体密度为，试求气体和液体的流速分别为若干？（ 答：； ）习题1-4 附图解：，； 对液体：； 对气体：， ，。1-5水在内径为的管内流动，流速为。试求雷诺准数为若干？ （ 答： ） 解：。（下水的，查物性手册） 1-6（1）设流量为，水温，管径为，试判断流动类型。（2）条件与上相同，但管中流过的是某种油类，油的运动黏度为，试判断流动类型。 （答：（1

3、），湍流 ；(2) ，层流） 解：， ， 查物性手册得下水的密度和粘度分别为：，所以流体在管内的流动类型为湍流；所以流体在管内的流动类型为层流。1-7密度为的某液体经一内径为的管道输送到某处，若其流速为，求该液体的体积流量，质量流量和质量流速。（答：；）解：，。 1-8有一输水管路，的水从主管向两支管流动，主管内水的流速为，支管1与支管2的水流量分别为与。支管为。试求：（1）主管的内径；（2）支管1内水的流速。(答：（1）；（2）)习题1-8 附图解：，；，。1-9已知水在管中流动。在截面1处的流速为。管内径为，由于水的压力产生水柱高为；在截面2处管内径为。试计算在截面1、2处产生水柱高度差为

4、多少？（忽略水由1到2处的能量损失） （答：）习题1-9 附图 解：， 对截面1与截面2列伯努利方程： ， ， 。1-10图示吸液装置中，吸入管尺寸为，管的下端位于水面下，并装有底阀及拦污网，该处的局部压头损失为 。若截面处的真空度为，由截面至截面的压头损失为 。求：（1）吸入管中水的流量，;（2）吸入口处的表压。 (答：（1） ；（2）)习题1-10 附图 解：以水面为基准面，在基准面与截面间列伯努利方程： ， ,（表压）， 代入上式得： 在截面与截面间列伯努利方程： ，（表压）， 代入上式得： 由与解得： ， ； 由式可以解得： 。1-11在图示装置中，出水管直径为 。当阀门全闭时，压力表

5、读数为,而在阀门开启后，压力表读数降至，设总压头损失为（水柱），求水的流量为若干 ? ( 答： )习题1-11附图解：取水面为截面，压力表处为截面，以压力表管中心线为基准面。故，。 当阀门全关闭时：， 由流体静力学原理得： ，当阀门打开后，在截面与截面间列伯努利方程：式中，。1-12在水平管道中，水的流量为,已知管内径,及。若忽略能量损失，问联接于该管收缩断面上的水管，可将水自容器内吸上高度为多少？ （ 答： ） 习题1-12 附图 解：，以管中心线为基准面，取处为面，处为面，在 面与面间列伯努利方程：，又有，。 1-13求常压下的空气以的流速流经长的水平通风管的能量损失，管道截面为长方形，高

6、，宽。（） （答：气柱，这个答案与读图很有关系） 解：，由，查图得，。 1-14如图所示，某一输油管路未装流量计，但在A与B点压力表读数分别为,。试估计管路中油之流量。已知管路尺寸为的无缝钢管，A、B两点间长度为，其间还有6个弯头，油的密度为，黏度为。（答：）习题1-14 附图 解：取A点的水平面为基准面，在A与B间列伯努利方程： 式中：， ， ， 代入得： ， 假设为层流，则： ， 将代入中得： ， 校核 与假设相符， 。1-15水从水塔用有缝钢管引至车间的低位水槽中，水槽与水塔的液位差为，管路长度为（包括管件的当量长度）。水温为，试求此管路输水量为若干（设）。 （答：）解：由查得：， 取低

7、位水槽水面为基准面，在低位水槽和水塔间列伯努利方程： 式中：， ， ， 由查图并用试差法求得： ， 。1-16在管径为的管道中心装一皮托管，以测定管道中流过的空气流量，空气温度为，压力为（绝压），用斜管压差计测量，其读数为。斜管压差计的倾斜角度为度。问这时空气质量流量为若干？（答：）解：， ， ， ， 查图得：， ， 。 1-17密度为的液体，以的流量流经一内径为的管道，该液体的黏度为 ,若流过孔板的压力降不超过,问孔板的孔径为若干? (答：) 解： 式中：， ， ， 查图并用试差法得：， 故， 验证： （在直线段）， 所以得到：。第2章 流体输送2-1某离心泵以水进行泵性能实验，体积流量为，

8、泵出口压力表读数为，泵入口真空表读数为。若压力表和真空表测压截面间的垂直距离为，吸入管和压出管内径分别为及，试求泵的扬程。（ 答：）解：， ， ， 。 2-2在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一个高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为，管内径为，换热器的压头损失为，在上述条件下摩擦系数可取为，离心泵在转速时的特性曲线数据如下表所示。00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0082625.524.5232118.515.5128.5试求：（1）管路特性曲线；（2）泵的工作点及其相应流量及压头。

9、 （答：） 解：设管路特性曲线为， ， 代入上式得：， 计算列表如下：00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0081010.51214.51822.628.134.642.2 作泵的特性曲线和管路特性曲线图得： 由图可以看出，泵的工作点为两条特性曲线的交点。工作点：，。2-3某离心泵的额定流量为，扬程为。试问此泵是否能将密度为、流量为的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为的设备中，敞口贮槽与高位设备的液位的垂直距离为。已知管路的管径为，管长为（包括直管长度与所有管件的当量长度），摩擦系数为。 （答：此泵合用） 解：离心泵的送液能力和扬程都大于管路系统所要求的，

10、故此泵合用。2-4由山上的湖泊中引水至某贮水池，湖面比贮水池面高出，管道流量达到,试选择管直径为多少？假定所选管道的磨檫系数。经长期使用，输水管内壁锈蚀，其磨檫阻力系数增大至。问此时水的流量减至若干？（答：，）解：， 因为水在管内的流速一般取，我们取， 此时：，选用的热轧无缝钢管。在湖面和贮水池面之间列伯努利方程得： 式中：， ，又 ， 2-4由山上的湖泊中引水至某贮水池，湖面地面高出45m，管道总长4000m （包括直管长度和局部阻力当量长度），要求流量达到。若使用新铸铁管，其摩擦阻力系数，则铸铁内径需多大？经长期使用，铸铁管内壁腐蚀，其摩擦阻力系数增大至，问此时水流量减至若干？解：在湖面和

11、贮水池面之间列伯努利方程得： 因为 （表压），所以 （1） 因为 所以 代入式(1)得 所以: 当时,代入式(1)得 2-5某工艺装置的部分流程如下图所示。已知各段管路均为的无缝钢管，AB段和BD段的总长度（包括直管与局部阻力当量长度）均为，BC段总长度为。管中流体密度为,管内流动状况均处于阻力平方区，且，其它条件如图所示，试计算泵的流量和扬程。（答：，）图2-27 习题2-5附图解：以地面为基准面。在E和F之间列伯努利方程得： 其中：， ， 即在BD段中流体的流速， 在B与右侧贮液器之间列伯努利方程得： 在B与C之间列伯努利方程得： 由得： 其中：， ，由分支管路特性知：，在B与左侧贮液器之

12、间列伯努利方程得：其中：， 泵的流量第3章 沉降过滤3-1、试求直径，密度为的球形石英粒子，在水中及在空气中的沉降速度。（答：，）解：在水中的沉降速度 先假定此沉降属层流区，可按斯托克斯定律求， 查表得水的， 复核：与假定相符； 在空气中的沉降速度 先假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求， 查表得空气的， 复核：与假定不符， 再设该沉降属于过渡区，按艾伦定律求， 复核：属于过渡区，与假定相符。3-2、有一玉米淀粉水悬浮液，温度，淀粉颗粒平均直径为，淀粉颗粒吸水后的密度为，试求颗粒的沉降速度。（答：）解：先假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求， 已知：，查表得20的水的，检验值： 计算结果表

13、明，与假设相符，故算得的正确。3-3、密度为的球形石英微粒在空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大微粒直径及服从牛顿公式的最小微粒直径。（答：，）解：层流区的上限值：， 查表得空气的， 湍流区的下限值：， 3-4、气流中悬浮某种球形微粒，其中最小微粒为10，沉降处于斯托克斯定律区。今用一多层隔板降尘室以分离此气体悬浮物。已知降尘室长度，宽度，共层，每层高，气体密度为，粘度，微粒密度为。试问：（1）为保证最小微粒的完全沉降，可允许的最大气流速度为多少？（2）此降沉室最多每小时能处理多少气体？（答：，）解： 水平流速； 。 3-5、一除尘室用以除去炉气中的硫铁矿尘粒。矿尘最小粒径，密度为。除尘

14、室内长，宽，高。室内温度为，在此温度下炉气的黏度为，密度为。若每小时需处理炉气标准，试计算除尘室隔板间的距离及除尘室的层数。（答：，）解：， 水平流速， 假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求， ， 每层间距， 层数， 复核：与假定相符。3-6、用一个截面为矩形的沟槽，从炼油厂的废水中分离所含的油滴。拟回收直径为以上的油滴。槽的宽度为，深度为。在出口端，除油后的水可不断从下部排出，而汇聚成层的油则从顶部移去。油的密度为，水温为。若每分钟处理废水，求所需槽的长度。 （答：）解：假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求，查表得20的水的，负号代表油滴向上运动，复核：与假定相符，油滴从槽底升至表面所需

15、的时间，故废水在槽中通过的时间应大于，即：废水在槽内通过的时间3-7、过滤含（质量）固相的水悬浮液，得到滤液。滤渣内含有水分。求所得干滤渣的量。 （答：）解：设悬浮液量，湿滤渣量，干滤渣量 由上面两式可得：，。3-8、用一台型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固相质量分率为，固相密度为，液相为水。每一滤饼中含水，其余全为固相。已知操作条件下的过滤常数，。滤框尺寸为，共个框。试求：（1）过滤到滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得滤液体积；（2）过滤完毕用清水洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同。（答：，）解：滤框尺寸：，共个框， 框内实际总容积为， 滤饼体积等于全部滤框内的实际总容积即，

16、 滤饼中含水量，体积为， 滤饼中固相体积， 滤饼中固相质量， 悬浮液的质量， 滤液的质量 滤液的体积， 过滤面积， 单位面积的滤液量， 由 式中：， （过滤时间） 清洗时间。第4章 传热4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为 厚度 ；绝热砖的热导率为；普通砖的热导率为。若耐火砖内侧温度为 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。试求：（1）绝热砖的厚度。绝热砖的尺寸为：; (2) 普通砖外测的温度。普通砖的尺寸为：。(答： ； )解：第一层： 第二层： 因为绝热砖尺寸厚度为，故绝热砖层厚度取，

17、校核： ； 。4-2、某工厂用的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚的矿渣棉，其热导率为 ;第二层为厚的石棉灰，其热导率为。管内壁温度为，保温层外表面温度为。管道长。试求该管道的散热量。无缝钢管热导率为 （答：）解：已知：， 查表得： 其中：， ， ， 。4-3、冷却水在，长为的钢管中以的流速通过。水温由升至。求管壁对水的对流传热系数。 (答：)解：设为湍流 水的定性温度， 查表得：， ， ， ， ， ， 与假设相符， ， 。4-4、空气以的流速通过一的钢管，管长。空气入口温度为，出口为。试计算空气与管壁间的对流传热系数。如空气流速增加一倍。其它条件不变，

18、对流传热系数又为多少？（答： ，）解：设为湍流 空气的定性温度， 查表得：， ， ， ， ， ， 与假设相符， ， ，当时。 。4-5、有一套管式换热器，外管尺寸为，内管为的钢管，冷水在管内以的流速流动。水进口温度为，出口为。试求管壁对水的对流传热系数。（答：）解：设为湍流 水的定性温度， 查表得：， ， ， ， 与假设不符，为过度流， ， ，。4-6、现测定套管式换热器的总传热系数，数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为，进口温度为，出口温度为；水在环隙中流动，进口温度为，出口为。逆流流动。冷却面积为。问所测得得总传热系数为若干？ （答： ）解：甲苯的定性温度， 查表得：， ， ， ， ，

19、。4-7、在一套管式换热器中，内管为的钢管，内管中热水被冷却，热水流量为，进口温度为，出口为。环隙中冷却水进口温度为，出口温度为，总传热系数。试求：（1）冷却水用量； （2）并流流动时的平均温度差及所需的管子长度；（3）逆流流动时的平均温度差及所需的管子长度。（答：（1） ；（2） ， ；（3） ， ）解：， ； ， ， ， ， ； ， ， ， ， 4-8、一套管式换热器内流体的对流传热系数，管外流体的对流传热系数。已知两种流体均在湍流情况下进行换热。试回答下列问题：（1）假设管内流体流动增加一倍； （2）假设管外流体流速增加二倍。 其它条件不变，试问总传热系数是原来的多少倍？管壁热阻及污垢热

20、阻可不计。（答：（1）倍 ；（2）倍 ） 解：， ； 管内流速增加一倍，即， 因为是湍流情况下的换热，故： ， ， ， ； 管外流速增加二倍，即， 因为是湍流情况下的换热，故： ， ， ， 。4-9、有一套管式换热器，内管为，外管为的钢管。内管中苯被加热，苯进口温度为，出口为。流量为。套管中为的饱和水蒸气冷凝，冷凝的对流传热系数为。已知管内壁的垢阻为，管壁及管外侧热阻均可不计。苯的密度为。试求：（1）加热水蒸气用量；（2）管壁对苯的对流传热系数；（3）完成上述处理所需套管的有效长度。(答：（1）；（2） ；（3）) 解：苯的定性温度， 查表得：， ， ， ， 下：饱和水蒸气的饱和温度，汽化热；

21、 ；设为湍流 ， 与假设相符， ， ； ， ， ， ， 4-10、空气在预热器内从加热至，的饱和蒸汽在管外冷凝，若保持空气进出口温度不变，而将预热器内的空气流量增加，而预热器不更换。试通过定量计算来说明采用什么措施来完成新的生产任务？假定空气在管内做湍流流动，且总传热系数约等于空气一侧的对流传热系数。（答：管径缩小为原来管径的倍；管长增加为原来管长的倍；将加热蒸气的温度升为）解： 故， 根据，且， 故可从以下三方面着手提高生产能力： 增大值，即提高值，物性不变： ，而 可减小， 而，不变 ， 而， ，即管径缩小为原来管径的倍； 增大：由，故，因管径不变，也不变，且， ， 而， 即管长增加为原来

22、管长的倍；提高： 由于，不变，故只能升高加热蒸气的温度，此时不改变， ， ， ， ， ， 即， ， 即将加热蒸气的温度升为。4-11、在列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油，温度为的饱和蒸汽在壳程冷凝，原料油在管程流动并由加热到。操作温度下油的密度为，油在管中的平均流速为，换热器热负荷为。列管换热器共有根的管子，管长为。若已知蒸汽冷凝系数为，油侧污垢热阻为，管壁和蒸汽侧污垢热阻可忽略。试求管内油侧对流传热系数为多少？若油侧流速增加一倍，此时总传热系数为原来的倍，试求油的出口温度，设油的物性常数不变。（答：）解：， 基于管内表面总传热系数： ， 由 即 ； 由原热负荷：， 得: , 现热负荷：，

23、又传热速率方程： ， ， 。第5章 蒸发5-1、在葡萄糖水溶液浓缩过程中，每小时的加料量为，浓度由15%（质量）浓缩到70%（质量）。试求每小时蒸发水量和完成液量。（答：，）解：蒸发水量； 完成液量。5-2、固体NaOH的比热容为，试分别估算NaOH水溶液浓度为10%和25%时的比热。 （答：，）解：浓度的溶液：； 浓度的溶液： 。5-3、已知单效常压蒸发器每小时处理 NaOH水溶液，溶液浓度由15%（质量）浓缩到25%（质量）。加热蒸汽压力为（绝压），冷凝温度下排出。分别按20加料和沸点加料（溶液的沸点为113）。求此两种情况下的加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。假设蒸发器的热损失可以忽略不计

24、。（答：、，、）解：蒸发水量， 时蒸气的潜热， 溶液的比热， 原料于加入 二次蒸气的焓 ； 沸点加料 。5-4、传热面积为52m2的蒸发器，在常压下每小时蒸发2500kg浓度为7%（质量）的某种水溶液。原料液的温度为95，常压下的沸点为103。完成液的浓度为45%（质量）。加热蒸汽表压力为。热损失为110000W。试估算蒸发器的总传热系数。（答：）解：查得时水蒸气饱和温度为，时水蒸气的潜热为， ， ， 由传热方程及热量衡算式得： 解得：。5-5、已知25%（质量）的NaCl水溶液在压力下的沸点为107，在绝对压力下的沸点为65.8。试利用杜林规则计算此溶液在绝对压力下的沸点。（答：） 解：由，

25、常压下水的沸点为， 查表得：下水的沸点为， 下水的沸点为， ， ， 解得：。5-6、试计算浓度为30%（质量）的NaOH水溶液，在450mmHg（绝压）下由于溶液的蒸汽压降低所引起的温度差损失。 （答：）解：查表得：下蒸气饱和温度为， 溶液的沸点为， 因溶液沸点升高引起的温度损失，即由蒸气压降低引起的温度损失， 。5-7、某单效蒸发器的液面高度为2m，溶液的密度为。试通过计算比较在下列操作条件下，因液层静压力所引起的温度差损失：操作压力为常压；操作压力为330mmHg（绝压）。 （答：，）解：液层， 二次蒸气压力为常压时： ， 常压下水的沸点为，在压力下水的沸点为， 因液层静压力引起的温度损失

26、； 二次蒸气压力为时： ， 下水的沸点为，在压力下水的沸点为， 因液层静压力引起的温度损失。5-8、用单效蒸发器浓缩CaCl2水溶液，操作压力为，已知蒸发器中CaCl2溶液的浓度为40.83%（质量），其密度为。若蒸发时的液面高度为1m。试求此时溶液的沸点。 （答：）解：蒸发器中平均静压力差： ， 常压下， ， ， 查表得溶液（下）， 。5-9、在单效蒸发器中，每小时将5000kg的NaOH水溶液从10%（质量）浓缩到30%（质量），原料液温度50。蒸发室的真空度为500mmHg，加热蒸汽的表压为。蒸发器的传热系数为。热损失为加热蒸汽放热量的5%。不计液柱静压力引起的温度差损失。试求蒸发器的传

27、热面积及加热蒸汽消耗量。当地大气压力为。（答：，）解：， 真空度，绝对压力为， 查表得：在下水的沸点为， 溶液的沸点为，溶液比热，时蒸气的焓为， ， 在下饱和蒸气的温度为， 传热面积, 加热蒸气耗量。5-10、用单效蒸发器处理NaNO3溶液。溶液浓度为5%（质量）浓缩到25%（质量）。蒸发室压力为300mmHg（绝压），加热蒸汽为（表压）。总传热系数为，加料温度为40，原料液比热容为，热损失为蒸发器传热量的5%。不计液柱静压力影响，求每小时得浓溶液2吨所需蒸发器的传热面积及加热蒸汽消耗量。（答：，）解：蒸发室压力， 查表得：下水蒸气的饱和温度为， 溶液在常压下沸点上升为， 在下饱和蒸气的温度为

28、， 溶液的沸点， 蒸发器的传热量 ， 传热面积 加热蒸气耗量。5-11、在一单效蒸发器中与大气压下蒸发某种水溶液。原料液在沸点105下加入蒸发器中。若加热蒸汽压力为（绝压）时，蒸发器的生产能力为（以原料液计）。当加热蒸汽改为（绝压）时，试求其生产能力。假设总传热系数和完成液浓度均不变化，热损失可以忽略。（答：） 解：查表得：下蒸气饱和温度为， 下蒸气饱和温度为， 由传热方程，列出下列比例式： ， 上式中，开始情况，蒸气压力变化后情况 又， 。第6章 蒸馏6-1.苯（A）和甲苯（B）的饱和蒸气压数据为苯的饱和蒸气压甲苯的饱和蒸气压80.284.188.092.096.0100104108110.

29、4101.33113.59127.59143.72160.52179.19199.32221.19233.0539.9944.450.657.665.6674.5383.3393.93101.33根据上表数据作下苯和甲苯溶液的图及图。此溶液服从拉乌尔定律。解：； 80.284.188.092.096.0100104108110.41.00.8230.6590.5080.3760.2560.1550.05801.00.9250.830.720.5960.4530.3040.12306-2利用习题6-1的数据（1）计算相对挥发度。（2）写出平衡方程式。 （3）算出的一系列平衡数据与习题1作比较。（

30、答：（1） ， （2）解：，80.284.188.092.096.0100104108110.42.532.562.522.502.442.402.392.362.301.00.8230.6590.5080.3760.2560.1550.058010.9190.8250.7160.5950.4560.3090.1310 由计算所得的一系列、值与习题6-1之值很接近。6-3将含（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含易挥发组分，釜液含易挥发组分。送至冷凝器的蒸气量为，流入精馏塔的回流液量为。试求：（1）每小时能获得多少的馏出液？多少的釜液？（2）回流比 为多少？

31、 (答： ， ； )解：， ， ， ， 即， 解得：， 。6-4有含物质A（摩尔质量为 ）（质量分数，下同）和含物质B（摩尔质量为 ）的混合蒸气自一连续精馏塔底送入。若要求塔顶产品中物质A的组成为，釜液中物质A的组成为。试求：（1）进入冷凝器底蒸气流量为多少？以摩尔流量表示。（2）回流比为多少？ (答：（1） ; (2) )解：， ， ， ， ，。6-5某连续精馏塔，泡点加料，已知操作线方程如下：精馏段 提馏段 试求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。（答： ； ； ； ）解：精馏段操作线的斜率为， ； 精馏段操作线的截距为。 ； 提馏段操作线在对角线的坐标为： ， ， ； 泡点进料，线为垂直线

32、，两操作线交点的横坐标为， ， ， 。6-6要在常压操作的连续精馏塔中把含苯及甲苯的溶液加以分离，以便得到含0.95苯的馏出液和苯（以上均为摩尔分数）的釜液。回流比为，泡点进料，进料量为。求从冷凝器回流入塔顶的回流液的流量及自釜升入塔底的蒸气的流量。（ 答： ； ）解：由、， 解得：， ， 。6-7在连续精馏塔中将甲醇（摩尔分数，下同）的水溶液进行分离，以便得到含甲醇的馏出液及的釜液。操作压力为常压，回流比为，进料为泡点液体，试求理论板数及加料位置。常压下甲醇和水的平衡数据如下： 液相中甲醇的摩尔分数 气相中甲醇的摩尔分数 10096.493.591.289.387.784.481.778.0

33、75.373.171.269.367.666.065.064.50.02.04.06.08.010.015.020.030.040.050.060.070.080.090.095.0100.00.013.423.430.436.541.851.757.966.572.977.982.587.091.595.897.9100.0（答：块板进料 ）解：，在图上得点， 精馏段截距， 在图上得点，连接得精馏段操作线， 过做垂直线与精馏段操作线的交点， 当时，提馏段操作线 对角线上点， 在平衡线与操作线间作梯级，塔内理论板数为八块，加料板为第六块。（图略）6-8用一连续精馏塔分离苯甲苯混合液，原料中含苯

34、，要求塔顶馏出液中含苯，釜液中含苯（以上均为摩尔分数），若原料液温度为，求进料热状态参数为多少？若原料为气液混合物，气液比为，值为多少？ （ 答： ； ） 解：， 泡点为， 查得：， ， ， 平均温度：， 查得苯的比热为， 甲苯的比热为， ， ； 气液混合物： 。6-9某液体混合物含易挥发组分（摩尔分数，下同），以饱和蒸汽（露点）加入连续精馏塔中，加料量为，残液组成为，塔顶产品的回收率为，回流比为，试求：（1）塔顶、塔底的产品流量；（2）精馏段和提馏段内上升蒸汽及下降液体的流量；（3）写出精馏段和提馏段的操作线方程。 解：根据回收率的定义有：， 又， ， 则， ； 根据回流比的定义有： ， 又

35、， 因为进料为饱和蒸气，所以提馏段上升蒸气和下降的液流量如下： ， ； 由回收率定义得： ， 精馏段操作线方程为： ， 即， 提馏段操作线方程为： ， 即。6-10一常压操作的精馏塔用来分离苯和甲苯的混合物。已知进料中含苯（摩尔分数，下同），且为饱和蒸汽进料。塔顶产品组成为，塔底产品组成为，塔顶为全凝器，泡点回流。原料处理器为，系统的平均相对挥发度为，回流比是最小回流比的倍。试求：（1）塔顶、塔底产品的流量；（2）塔釜中的上升蒸汽流量；（3）塔顶第二块理论板上升蒸汽的组成。解：， ， ； ， ， 又， ， 则， ， ， 塔釜中的上升蒸汽流量： ； 塔顶上升蒸汽量， ， ， 塔顶第一块板下降液体

36、组成（理论板）为：，塔顶第二块理论板上升的蒸汽组成为：。6-11某二元混合物含易挥发组分（摩尔分数，下同），用精馏方法加以分离，所用精馏塔具有块理论板（不包括釜）。塔顶装有全凝器，泡点进料与回流。在操作条件下该物系平均相对挥发度为，要求塔顶组成为，轻组分回收率为。试求：（1）为达到分离要求所需要的回流比为多少？（2）若料液组成因故障降为，馏出率 及回流比与（1）相同。塔顶产品组成及回收率有何变化？（3）若料液组成降为，但要求塔顶产品组成及回收率不变，回流比应为多少？（答： ）解：本题由于理论板数已定，要确定各操作参数属操作型计算，需采用试差法计算。根据回收率和物料衡算可计算出： ， ， 由于、

37、及均为已知。先设一值，则平衡线与操作线如下： 平衡线：， 精馏线：， 加料线：， 提馏线： 将平衡线与操作线绘在图上，在两线间作梯级得理论板数。如果，则应增大回流比，否则反之，重复计算；如果，但，此时应稍微增大回流比值，直到稍小于和等于为止。 根据上述过程经试差作图得理论板数（图略）。此时，。即所求回流比为； 由于料液组成的改变，在馏出率及回流比均与相同的情况下，塔顶、塔底产品组成均要发生改变。 先设一塔顶组成，由物料衡算得，根据、及作操作线。在操作线与平衡线间作梯级。如果则降低，否则反之，重复计算直到，时为止。 经图解试差得：。（图略） 则， 与，一致，即为所求。 回收率为：； 因，不变，故

38、馏出率将减少为： ， ， 因、及均为已知，故求解回流比方法与相同。最后经作图试差得：，此时，。（图略） 在理论板数一定，由上述三种情况计算结果可见，当馏出率与回流比不变时，料液组成降低，则产品组成随之降低。若要求塔顶产品组成不变，料液组成降低，必须增大回流比。第7章 吸收7-1水中溶解，从手册查得时的平衡分压为，在此浓度以内服从亨利定律。试求溶解度系数（单位为）和相平衡常数，总压力为。 （答： , ）解：， ， ， ， 。7-2时氧在水中的溶解度的表达式,式中为氧在气相中的平衡分压， ；为溶液中氧的摩尔分数。空气中氧的体积分数为，试求总压为时，每水中可溶解多少氧？（答： ，或 ）解：， ， 。

39、7-3用清水吸收混合气中的 ，进入常压吸收塔的气体含体积分数为，吸收后气体含体积分数为，出口溶液的摩尔比为水。此物系的平衡关系为 。气液逆流流动，试求塔顶、塔底处气相推动力各为多少？（答：顶，底）解：， 塔底：， 塔顶：， 塔顶气相推动力， 塔底气相推动力。7-4用水吸收空气中的甲醇蒸汽，在操作温度下的溶解度系,传质系数， 。求总传质系数以及气相阻力在总阻力中所占的分数。（答： , ）解：， 气相阻力所占分率： 。7-5从矿石焙烧送出的气体，含体积分数 ，其余视为空气。冷却后送入吸收塔，用水吸收其中所含的。吸收塔的操作温度为 ，压力为。每小时处理的炉气量为（、时的体积流量），所用液气比为最小值

40、的倍。求每小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为液相溶解度/7.5 5.0 2.5 1.5 1.0 0.5 0.2 0.1气相平衡分压91.7 60.3 28.8 16.7 10.5 4.8 1.57 0.63( 答： )解：， ， ， 进吸收塔的分压， 由平衡关系内插得溶液平衡浓度为， 换算为摩尔比， ， ， ， ， 。7-6用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收。入塔的混合气中，含苯（摩尔分数）。入塔的煤油中，含苯。溶剂用量为最小用量的倍，操作温度为 ，压力为。平衡关系为，总传质系数 。入塔气体的摩尔流量为。求填料层高度。（ 答：）解：， ， ， ， ， ， 。7-7在填料

41、塔内用稀硫酸吸收空气中所含的。溶液上方的分压为零（相平衡常数）。下列情况所用的气、液流速及其他操作条件都大致相同，总传质单元高度都可取为。试比较所需填料层高度有何不同。混合气中含摩尔分数，要求回收。混合气中含，要求回收。 混合气中含，要求回收。作了上述比较之后，你对塔高与回收率的关系能获得什么概念？（答：（1） ；（2） ；（3） ）解：， ， ， ， 查图得：， ； ， ， ， 查图得：， ； ， ， ， 查图得：， 。7-8今有连续逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为（操作状态），原料中含甲醇，吸收后水中含甲醇量等于与进料气体中相平衡时浓度的。设在常压、下操作，吸

42、收的平衡关系取为，甲醇回收率要求为，塔内填料的比表面积为塔内气体的空塔气速为。试求：（1）水的用量为多少？（2）塔径；（3）传质单元高度；（4）传质单元数；（5）填料层高度。(答：)解：， ， ， ， ， ， ， ； ， ； ； 用解析法： ； 。7-9直径为的填料吸收塔内，装有拉西环填料，填料层高为。每小时处理含丙酮与空气的原料气，操作条件为1个大气，。用清水作吸收剂，塔顶出口废气含丙酮（以上均为摩尔分数），出塔溶液中每千克含丙酮，操作条件下的平衡关系为。试计算：（1）气相总体积传质系数；（2）每小时可回收丙酮多少千克？（3）若将填料层加高，又可以多回收多少千克丙酮？（答： ）解：塔截面积， 惰性气体量， ， ， ， ， ， ， ； 丙酮回收量：， ， ， ， ， ， 增加填料层高度后，传质单元数变为， 当，时，从图上读得：， 回收率：， 原回收率：， 可多回收丙酮量： 。第8章 萃取8-1、20醋酸水异丙醚的溶解度数据如下表。在直角坐标上做出相平衡曲线，既X-Y曲线。其中，X是萃余相的比质量分率，Y是萃取相的比质量分率。萃余相（水层）萃取相（异丙醚层）醋酸（A）水（