化工原理课后习题答案上下册(钟理版)

1、下册第一章蒸储1.苯酚(C6H5OH)( A)和对甲酚(C6H4(CH3)OH)(B)的饱和蒸气压数据为温度T C苯酚蒸气压0_Pa kPa对甲酚蒸气压0.fpBkPa温度t C苯酚蒸气压0_Pa kPa对甲酚蒸气压0.fpBkPa113.7114.6115.4116.3117.010.010.410.811.1911.587.707.948.28.58.76117.8118.6119.4120.011.9912.4312.8513.269.069.399.7010.0试按总压P=75mmHg(绝压)计算该物系的“t-x-y ”数据，此物系为理想体系。 解：总压 P=75mmHg=10kp 。

2、由拉乌尔定律得出0 PaXA +0Pb xb=P所以 P00Pb . v _ Pa0PPbxA=0Pa0 ' JA-Pbp00PaPb因此所求得的t-x-y数据如下:t, Cxy113.711114.60.8370.871115.40.6920.748117.00.4400.509117.80.3210.385118.60.2010.249119.40.0950.122120.000.2.承接第一题，利用各组数据计算(1)在x= 0至x= 1范围内各点的相对挥发度i ,取各i的算术平均值为，算出 对的最大相对误差。(2)以平均作为常数代入平衡方程式算出各点的“ y-x ”关系，算出由此

3、法得出的各组yi值的最大相对误差。解:对理想物系，有0pA。所以可得出Pbt, C113.7114.6115.4116.3117.0117.8118.6119.4120.01.2991.3101.3171.3161.3221.3231.3241.3251.326算术平均值=1.318i的最大相对误差=) max100% 0.6%。(2)1.318x得出如下数据:1)x0.318xt,x113.711114.60.8370.871115.40.6920.748116.30.5580.625117.00.4400.509117.80.3210.384118.60.2010.249119.40.09

4、50.122120.000各组yi值的最大相对误差y) max0.3%。V3.已知乙苯（A）与苯乙烯（B）的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算ln pA 16.0195ln p0 16.01953279.47T 59.953328.57T 63.72式中 p0的单位是mmHg, T的单位是K。由题意知Ta= 59.95TB= 63.723279.47ln60 16.01953328.57ln60 16.0195334.95K =61.8 C342.84K=69.69 C问:总压为60mmHg（绝压）时，A与B的沸点各为多少？在上述总压和 65 c时，该物系 可视为理想物系。此物系的平衡气、液相

5、浓度各为多少摩尔分率？ 解:由 pA xa+ pB (1 xa) =6065 c时，算得 pA = 68.81mmHg ; pB =48.93 mmHg0xa= 0.56 , xb=0.44; y a= pA xa/60=0.64; yb=1-0.64=0.36。5若苯一甲苯混合液中含苯 0.4 (摩尔分率)，试根据本题中的txy关系求:(1) 溶液的泡点温度及其平衡蒸气的瞬间组成；(2) 溶液加热到100 C,这时溶液处于什么状态？各相的量和组成为若干？(3) 该溶液加热到什么温度时才能全部气化为饱和蒸气？这时蒸气的瞬间组成如 何？toC110.680.1859095100105x01.00

6、00.7800.5810.4110.2580.130y1.0000.9000.7770.6320.4560.2620解：(1)由苯一甲苯的txy关系得x=0.4时，泡点温度=95.5 C平衡蒸气的瞬间组成=0.615(2)溶液加热到100 C时处于气液混合共存区气液相组成各位x=0.26 ; y=0.47 。根据杠杆原理，气液相量之比=0.4 0.26 =2:1 。0.47 0.4(3)由气液平衡关系知溶液加热到102 c时才能全部气化为饱和蒸气，此时 y=0.4 。6 常压下将含苯(A) 60%、甲苯(B) 40% (均指摩尔百分数)的混合液闪蒸(即平衡蒸储)，得平衡气、液相，气相摩尔数占总

7、摩尔数的分率一气化率(1-q )为0.30。物系相对挥发度=2.47，试求：闪蒸所得气、液相的浓度。若改用简单蒸储，令残液浓度与闪蒸的液相浓度相同，问：储出物中苯的平均浓度为多少？qx提示：若原料液、平衡液、气相中 A的摩尔分率分别以xf、x、y表示，则存在如下关系：士 O解:q 1闪蒸-q-x XF x 2和 y ,解方程得 x = 0.54 。从而 y =q 1 q 131 (1)x0.74。(2)简单蒸储由方程 ln F ln xF-ln 1一xW 和 FxFWxW DxD 得出W 1Xw1 XfXd =0.79 ,即储出物中苯的平均浓度为79%。7.某二元物系，原料液浓度 顶产品中易挥

8、发组分回收率尔分率。解：xf =0.42 ,连续精微分离得塔顶产品浓度xd=0.95 。已知塔由 FXf WXw DXd 和DXdFX70.92 得出 Xw =0.056 。=0.92 ,求塔底产品浓度 xwo以上浓度皆指易挥发组分的摩8 有一二元理想溶液，在连续精储塔中精储。原料液组成50%(摩尔),饱和蒸气进料。原料处理量为每小时100kmol ,塔顶、塔底产品量各为 50kmol/h ,已知精微段操作线方程为y=0.833 x+0.15 ,塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求 ：(1)塔顶、塔底产品组成(用摩尔分率表示)；(2)全凝器中每小时冷凝蒸气量；(3)提储段操作线方

9、程；(4)若全塔平均相对挥发度 =3.0 ,塔顶第一块板的液相默弗里板效率EML=O.6,求离开塔顶第二块板的气相组成。解：R 1(1 )由精镭段万程y x xD及已知的精微段操作线方程为R 1 R 1y=0.833 x+0.15 得出R一Xc,一0.833和=0.15 ,解得R 1R 1R = 5, xd=0.9 , xw=0.1(2)全凝器中每小时冷凝蒸气量V= (R+1)D=300 (kmol/h )。(3)提锚段操作线方程L qFWy x XW = 1.25 x - 0.025。L qF W L qF W(4)求离开塔顶第二块板的气相组成y2XdXiyyXdEML= 0.6 ,又 x1

10、 =-=0.75XD X1y1(1 y1 )3 2y13 2xd解得 x1 = 0.81又由物料平衡得V2 = y1 L( XD x1)=0.9 R- (0.9 0.81 ) = 0.825 。 VR 19有一二元理想溶液 ，在连续精储塔中精储。原料液组成 50%(摩尔),饱和蒸汽进料。 原料处理量为每小时1000kmol ,塔顶、塔底产品量各为 500kmol/h ,已知精微段操作线方程为y=0.86 x+0.12 ,塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求 ：(1)回流比R、塔顶、塔底产品组成(用摩尔分率表示)；(2).精微段上升的蒸气量 qn(V)及提储段下降的液体量 qn(L

11、')(3)提储段操作线方程；(4)若相对挥发度 =2.4 ,求回流比与最小回流比的比值：R- oRm in解：(1)回流比R、塔顶、塔底产品组成R 1y x xD =0.86 x + 0.12 ,解得R 1 R 1R= 6.14 , xd= 0.857 , xw=0.143 。(2)精微段上升的蒸气量 qn(V)及提储段下降的液体量qn(L')L'=L=RD=3070 kmol/h , V= (R+1) D=3570 kmol/h 。(3)提储段操作线方程R 1y x xw =1.19 x -0.02R 1 R 11 xd1 xd(4)Rmin = 1 = 1.7341

12、 yF1 yFR所以一=3.54 。Rm in10 某连续精储操作中，已知操作线方程如下：精微段：y=0.723x+0.263提福段：y=1.25x-0.0187若原料液于露点温度下进入塔中，试求原料液，储出液和釜残液的组成及回流比。解： R一由题意知 =0.723 ,所以R=2.61R 1- = 0.263 ,所以 xd =0.95 。R 1由 y = xw = 1.25 xw -0.0187 得出 xw = 0.0748 。因为露点进料，q线方程为：y=xF。由q点坐标(解两段操作线方程)x=0.535, y=0.65,得xF =0.6511.用一连续精微塔分离由组分 含A0.957 (以

13、上均为摩尔分率) 试说明原料液的热状况，并求出 解：A, B所组成的理想混合液，原料液中含 。已知溶液的平均相对挥发度为2.5 ,q值。A0.44 ,微出液中最小回流比为1.63 ,平衡线方程为:x 2.5xy =1 (1)x1 1.5xR 1精镭段操作线万程为：y x XD = 0.62 x + 0.364 。所以R 1 R 1q 点坐标为：x =0.365 , y =0.59因为x=0.365< xf =0.44, y =0.59> xf ,所以原料为气液混合物。由q线方程可得xf = ( 1 q) y +q x ,解得q= 0.667 。12 无13 在常压连续精微塔中，分离

14、苯一甲苯混合液，若原料为饱和液体，其中含苯为0.5 ,塔顶储出液中含苯 0.9 ,塔底釜残液中含苯 0.1 (以上均为摩尔分率)，回流比为4.52，试 求理论板层数和加料板位置。物系平衡资料见题7。解：按M-T图解法求理论板层数。图示步骤略。精镭段操作线截距=0.9= 0.163 。R 14.52 1绘得的理论板层数为：N= 16。加料板为从塔顶往下的第三层理论板。14在常压连续提储塔中分离含乙醇0.033的乙醇一水混合液。饱和液体进料，直接蒸气加热。若要求塔顶产品乙醇回收率为0.99，试求(1)在无限多层理论板层数时，计算每摩尔进料所需蒸气量；(2)若蒸气量取为2倍最小蒸气量时，求所需理论板

15、层数及两产品的组成。假设塔内气液恒摩尔流动。常压下气液平衡资料列于例1-5题附表中。解：由方程 F+ V0=D+W 和 F xf =D xd +W xw 及 D xd = 0.99 F xf 解得xw =0.00033。(1)在无限多层理论板层数时的操作线斜率为:WVominFVominyFyFyWxFxWxFxW直接蒸汽加热,yW =0 °由平衡数据查得， xF =0.033 , yF =0.270 ,所以解得 V0min= 0.121 （mol/mol 进料）。(2 )V。= 2V°min时所需理论板层数及两产品的组成DxD 0.242xD显然 D=VO, =0.99

16、,所以 Xd =0.135 。FXfXf图解法求得理论板层数为5 (图解法略)。15在连续操作的板式精微塔中分离苯一甲苯混合液。在全回流的条件下测得相邻板上的 液体组成分别为0.28 , 0.41和0.57，试求三层板中较低的两层的单板效率。操作条件下苯一甲苯混合液的平衡资料如下。x0.260.380.51y0.450.600.72解：在全回流操作时，yn 1 = xn。由板效率定义知Em, v = -yny，y3=x2 = 0.41 , y2 = x1 = 0.57。由表查得 y2VnVn 1= 0.628 。所以 Em, 2=yy3 =0.73=73 %。V2V3同理 Em, 3=67%。

17、16.有一精微塔，已知塔顶储出液组成xd =0.97 (摩尔分数)，回流比R=2,塔顶采用全2.4x僦奋，泡点回流，其气放平衡关系为y ,求从塔顶数起离开第一块板下降的1 1.14x液体组成x 1和离开第二块板上升的气相组成y2。解：工 2.4xy由y 推出 x -1 1.14x1 1.14y由于 y1 = xd =0.97 ,所以 x 1=0.75 。故R ,y2 = y1 ( xd x1)=0.82 。R 117 T9 无第二章吸收 暂无第五章干燥1 无5-2 1.0133 X 10Pa （1个大气压）、温度为50 c的空气，如果湿球温度为30 C,计算：（1）湿度；（2）烙；（3）露点；

18、（4）湿比容解：1、H=0.021, I=116kJ/kg, td=25? CVh10.021291822.450 2732730.125-3已知一个干燥系统的操作示意图如下: 在I H图中画出过程示意图求循环空气量qm,LA14 oCHA=0.01k?kg-1 干气预热器B83oC理论干燥器C, 83oC,H=0.03kg ?kg-1 干气6=80%间产冷凝器l冷凝水，1kg? h-1tA=83C解：示意图，见右图qm,L Ha Hc 1q m,L0.03-0.0150kg/htA=14C5-4在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg ,经干燥后物料的含水量由40%减至5

19、% （均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度Hi为0.009kg水？ kg-1绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039kg水？ kg-1绝干气，假定干燥过程中无物料损失,试求：(1) 水分蒸发是 qm,w (kg水？h-1);(2) 空气消耗qm,L (kg绝干气？ h-1);原湿空气消耗量 qm,L，(kg原空气？ h-1);(3)干燥产品量 q m,G2 (kg?h-1)。解：qmG1=1000kg/h, w 1 =40 C , w2=5%H1=0.009,H2=0.039qmGc=qmG1 (1-w 1)=1000(1-0.4)=600kg/hX1=0.4/0.6=0.67, X2=5

20、/95=0.053 qmw=q mGC(x 1-X2)=600(0.67-0.053)=368.6kg/hqmL(H2-H1)=qmwq mLq mwH2 Hi368.60.039 0.00912286.7q me =q mL(1+H1 )=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/hqmGC=qmG2(1-w 2)qmG2qmGC1 w26001 0.05631.6kg/h5-5某厂利用气流干燥器将含水20%的物料干燥到5% (均为湿基)，已知每小时处理的原料量为1000kg ,于40 c进入干燥器，假设物料在干燥器中的温度变化不大，空气的 干球温度为20 C,湿球温度为16.5

21、 C,空气经预热器预热后进入干燥器，出干燥器的空 气干球温度为60 C,湿球温度为40 C,干燥器的热损失很小可略去不计，试求：(1) 需要的空气量为多少 m3?h-1?(以进预热器的状态计)(2) 空气进干燥器的温度？0 c时水的汽化热2491.27kJ ?kg-1,空气与水汽比热分别为1.01与1.88kJ ?kg-1?K-1解：wi=0.2,w2=0.05, qmG1=1000kg/h,01=40 C , t0=20 C ,t w0= 16.5 C, t2=60 C,t w2 =40 CQ = 1.01 qmL(t2-t0)+qmw(2490+1.88 t2) + qmGC( (-9i)

22、+QcIl = l2查图得：Ho=0.0l, H2=0.045Ii=(1.01 + 1.88 H0)ti+2490 H0=(1.01 + 1.88 H2)t2+2490 H2二(1.01 + 1.88X 0.045) X 60+2490 乂 0电457.7(1.01 + 1.88X 0.0®+2490 X 0.01 = 1.03 t1+24.9=177.7t1177.7 24.91.03148.4 CqmGC二qmG1(1-W1)=1000(1-0.2)=800X1=0.2/0.8=0.25,X2=5/95=0.053qmw=qmGc(X2-X1)=800(0.25-0.053)=1

23、57.6q mw qmLH2 H1157.60.045 0.014502.9qmL=qmL（1 + H0）=4502.9（1+0.01）=4547.95-6湿物料含水量为 42%,经干燥后为4% （均为湿基），产品产量为0.126kg/s ,空 气的干球温度为 21 C,相对湿度40%,经预热器加热至 93 c后再送入干燥器中，离开干 燥器时空气的相对湿度为 60%,若空气在干燥器中经历等始干燥过程，试求：（1） 在I图H上画出空气状态变化过程的示意图；（2） 设已查得H0=0.008kg水？ kg-1绝干气，H2=0.03 kg水？ kg-1绝干气），求绝干空气消耗量qm,L （ kg绝干气

24、？ s-1）。预热器供应之热量 Qp ( kw )。 p解：W1=0.42, w2=0.04,qmG2=0.126kg/st0=21,M=0.4,t1=93,02=0.6,I1 = I2H0=0.008,H2=0.03qmG2(1-W2)=qmG1(1-W 1)1 0.04 0.126 0.2091 0.42. qmw =qmG1- q mG2 =0.209-0.126=0.0826qmLqmwH2 H10.08260.03 0.0083.752kg/sQp=qmL(l1-l0)=qmL(1.01 + 1.88 H1)(t1-t0)=3.752(1.01 + 1.88X 0.008)(93-2

25、1)=301.2kg/s5-7有一连续干燥器在常压下操作，生产能力为1000kg ?h-1 (以干燥产品计)物料水分由12%降为3% (均为湿基)物料温度则由15 c至28 C,绝干物料的比热为 1.3KJ ? kg-1绝干料，C,空气的初温为25 C,湿度为0.01kg ?kg-1绝干空气，经预热器后升温至70C,干燥器出口废气为 45 C,设空气在干燥器进出口处烙值相等，干燥系统热损失 可忽略不计，试求： 在H-I图上(或t H图上)示意画出湿空气在整个过程中所经历的状态点； 空气用量(m3?h-1)(初始状态下)；为保持干燥器进出口空气的烙值不变，是否需要另外向干燥器补充或移走热量？其值

26、为多少？解：qmG2=1000,W1 = 12%,W2=3%,01 = 15,02=28,Cs=1.3,10=25 C , Ho=0.01, t1=70 C, t2=45 C, Ii = I2 qmGc=1000(1-0.12)=880,xi = 12/88=0.136,X2=3/97=0.0309q mw =880(0.136-0.0309)=92.5Ii=(1.01 + 1.88 H°)t1+2490 H0=(1.01 + 1.88X 0.01) X 70+2490 X 0.01 =96.9I2=(1.01 + 1.88 H2) X 45+249(H2=45.5+2574.6H

27、2=96.9H2=(96.9-45.5)/2574.6=0.02qmLq92.59250 kg/hH2 H10.02 0.01qmL=9250(1+0.01)=9343 qmL I1 +QD+qmGcI 1 =q mL I2+q mGcI2qmL(Il-l2)+QD=qmGc(I?2-I?1)=qmGc(Cs+CwXl)( 2- 01)=880(1.3+4.18 X 0.136)(28-15)=21375kg/h-1若要I1=I2, 需QD=21375kg/h5-8 用热空气干燥某湿物料。空气初始温度t0=20 ，初始湿度H0=0.006Kg 水? kg干气。为保证干燥产品质量，空气进干燥器的

28、温度不得高于90 ；为此在干燥器中间设置加热器。空气经预热器升温至90通入干燥器，当热空气温度降至60时，再用中间加热器将空气加热至90，废气离开干燥器时的温度变为60。假设两段干燥过程均视为等焓过程。1、在湿空气的H-I （或t H）图上定性表示出空气通过整个干燥器的过程；2、汽化每千克水所需的绝干空气量和所需供热量。解：t0=20 ,H0=0.006,t1=90 , t?2=t2=60Ii=(1.01+1.88H 0)t1+2490H 0=(1.01 + 1.88 X 0.006) X 90+2490 X 0.00606.9I2=(1.01 + 1.88H 2 ) X 60+2490H2

29、=1.01 X 60+ (1.88 X 60+2490) H2， =60.6+2602.8H2 =106.9H2 =(106.9-60.6)/2602.8=0.0178I?1=(1.01 + 1.88H 2 ) X 90+2490H2, =(1.01 + 1.88X 0.0178) X 90+2490 X 0.0178138.2I?2=I?1 =60.6+2602.8H2=138.2H?2=(138.2-60.6)/2602.8=0.03q mL=q mw/(H ?2-H1)qmL/qmw=1/(H ?2-H1)=1/(0.03-0.006)=41.7Q=Qi+Q2=qmL(1.01+1.88

30、H o)(ti-to)+q mL(1.01+1.88H 2)(t2-to)=q mL(t 1-t0)(1.01+1.88H 0+1.01+1.88H 2 )=41.7(90-60)(2.02+1.88 X 0.006+1.88 X 0.03)11.695-9在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下：空气进入预热器的温度为15 c湿含量为0.0073kg 水？kg-1绝干气，始为35kJ ?kg-1绝干空气；空气进干燥器温 度为90 C,烙为109 kJ ?kg-1绝干空气；空气出干燥器温度为50 C；湿含量为0.023 kg水？ kg-1绝干气；进干燥器物料含水量为0.15kg水？ kg-1绝干料；出干燥器物料含水量为0.01kg水？ kg-1绝干料；干燥器生产能力为237kg ?h-1 （按干燥产品计）。试求：1 .绝干空气的消耗量（kg绝干气？ h-1）；2 .进预热器前风机的流量（m3?s-1）;3 .预热器加入热量（KW）（预热器热损失可忽略）。附湿空气比容计算公式：V= （ 0.772 + 1.244H （ t + 273 ） / 273 X （ 1.0133 X 105 ） / P。解:t0 = 15 C,