化工原理课后习题答案上下册(钟理版)

1、 下册第一章蒸馏1.苯酚(C6H5OH)(A)和对甲酚(C6H4(CH3)OH)(B)的饱和蒸气压数据为温度苯酚蒸气压对甲酚蒸气压温度苯酚蒸气压对甲酚蒸气压Tcp0kPAap0kPBatcp0kPAap0kPBa113.710.07.70117.811.999.06114.610.47.94118.612.439.39115.410.88.2119.412.859.70116.311.198.5120.013.2610.0117.011.588.76试按总压尸=75mmHg(绝压)计算该物系的“仇巧”数据，此物系为理想体系。解：总压P=75mmHg=10kp。由拉乌尔定律得出p0 xAp0 x

2、B=PAABB所以pp0p0pp0 xA=匸；yA=ABAp0p0App0p0ABAB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,利用各组数据计算在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度a，取各a的算术平均值为a,算出a对aiii的最大相对误差。a以平均a作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x”关系，算出由此法得出的各组y值的最大相对误差。解：对理想物系，有a=代。所以可得

3、出p0B t,C113.7114.6115.4116.3117.0117.8118.6119.4120.01.299i1.3101.3171.3161.3221.3231.3241.3251.326算术平均值=三=1.318。对的最大相对误差=i()imaxx100%，0.6%。(2)t,C由y，113.71+(1)X1+0.318x得出如下数据：119.4114.6115.4116.3117.0117.8118.6x10.8370.6920.5580.4400.3210.2010.095y10.8710.7480.6250.5090.3840.2490.122(Vy)1.318xxi120.

4、000maxiy3.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:3279.47lnpo，16.0195_aT59.95ln16.01953328.57lnpo，16.0195一bT63.72式中P0的单位是mmHg,T的单位是K。问:总压为60mmHg（绝压）时,A与B的沸点各为多少?在上述总压和砧C时，该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？解：由题意知3279.47Ta=59.95，334.95K=61.8CAln6016.01953328.57TB=63.72，342.84K=69.69CBln6016.019565C时,算得PA=6881m

5、mHg；pB=4893mmHg。由PAxa+pb(1-xA)=60=0.56,xB=0.44;yA=p0 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：溶液的泡点温度及其平衡蒸气的瞬间组成；溶液加热到loor，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？toC110.680.1859095100105x01.0000.7800.5810.4110.2580.130y1.0000.9000.7770.6320.4560.262解：由苯一甲苯的

6、txy关系得x=0.4时，泡点温度=95.5C平衡蒸气的瞬间组成=0.615溶液加热到100C时处于气液混合共存区气液相组成各位x=o.26；y=o.47。=2:1。根据杠杆原理，气液相量之比=0：70.470.4由气液平衡关系知溶液加热到102C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(即平衡蒸馏)，得平衡气、液相，气相摩尔数占总摩尔数的分率一气化率(1-q)为0.30。物系相对挥发度J=2.47，试求：闪蒸所得气、液相的浓度。若改用简单蒸馏，令残液浓度与闪蒸的液相浓度相同，问：馏出物中苯的平均浓度为多少？提示：若原

7、料液、平衡液、气相中A的摩尔分率分别以x”、x、y表示，则存在如下关系:qxxy，。q1q1解：闪蒸qx7小Ox由y，x匕，x+2和y，解方程得X=0.54。从而y=q一1q一131+(O1)x0.74。简单蒸馏由方程lnW=_、Wa-1和Fx=Wx+Dx得出FWDixi1-xln+alnwx1-xWFxD=0.79，即馏出物中苯的平均浓度为79。7.某二元物系，原料液浓度=0.42,连续精馏分离得塔顶产品浓度xd=0.95o已知塔顶产品中易挥发组分回收率H=0.92，求塔底产品浓度兀严以上浓度皆指易挥发组分的摩尔分率。解：Dx由Fx=Wx+Dx和耳=D=0.92得出x=0.056。FWDFx

8、WF8有一二元理想溶液，在连续精馏塔中精馏。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，已知精馏段操作线方程为尸0.833兀+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）提馏段操作线方程;（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：R1（1）由精镏段方程y=x+x及已知的精馏段操作线方程为R+1R+1Dj=0.833x+0.15得出=833和話=0.15,

9、解得 # R=5，xD=0.9，xW=0.1DW（2）全凝器中每小时冷凝蒸气量V=（R+1）D=300（kmol/h）。3）提镏段操作线方程L+qFW=1.25x0.025。x一xL+qF-WL+qF-WW求离开塔顶第二块板的气相组成y2x-xEML=D1x-x*D1y=0.6,又x*=1-1y+a(1-y)113-2y1x=D3-2xD=0.75解得x1=0.81又由物料平衡得LRy=y-(xn-x)=0.9(0.90.81)=0.825。21VD1R+19有一二元理想溶液，在连续精馏塔中精馏。原料液组成50%（摩尔%），饱和蒸汽进料。原料处理量为每小时I000kmol,塔顶、塔底产品量各为

10、500kmol/h，已知精馏段操作线方程为y=0.86x+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）.精馏段上升的蒸气量qn（V）及提馏段下降的液体量qn（L）（3）提馏段操作线方程；4）若相对挥发度=2.4，求回流比与最小回流比的比值：Rmin解：（1）回流比R、塔顶、塔底产品组成R1x+xR+1R+1d=0.86x+0.12,解得R=6.14，xD=0.857，xW=0.143。（2）精馏段上升的蒸气量qn（V）及提馏段下降的液体量qn（L）L=L=RD=3070kmol/h，V=（R+1）D=3570kmol

11、/h。3）提馏段操作线方程R1x-xR-1R-1w=1.19x0.024）R=minxD1-1-1=1.734yFR所以=3.54。Rmin10某连续精馏操作中，已知操作线方程如下：精馏段：y=0.723x+0.263提馏段：y=1.25x-0.0187若原料液于露点温度下进入塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比解：R由题意知=0.723，所以R=2.61R+1x七=0.263，所以x=0.95。R+1D由y=x=1.25x-0.0187得出x=0.0748。WWW因为露点进料，q线方程为：y=x。由q点坐标（解两段操作线方程）x=0.535,y=0.65,F得x=0.65F11.用

12、一连续精馏塔分离由组分A，B所组成的理想混合液，原料液中含A0.44,馏出液中含A0.957(以上均为摩尔分率)。已知溶液的平均相对挥发度为2.5,最小回流比为1.63,试说明原料液的热状况，并求出q值。解：平衡线方程为：，x1+(,1)x2.5x1+1.5xR1精镏段操作线方程为：y=x+x=0.62x+0.364。所以R+1R+1Dq点坐标为：x=0.365,y=0.59因为x=0.365x，所以原料为气液混合物。FF由q线方程可得xF=(1一q)y+qx，解得q=0.667。12无13在常压连续精馏塔中，分离苯甲苯混合液，若原料为饱和液体，其中含苯为0.5，塔顶馏出液中含苯0.9，塔底釜

13、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。x0.9精镏段操作线截距=石牛=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在常压连续提馏塔中分离含乙醇0.033的乙醇水混合液。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，试求在无限多层理论板层数时，计算每摩尔进料所需蒸气量；若蒸气量取为2倍最小蒸气量时，求所需理论板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+

14、W和Fx=Dx+Wx及Dx=0.99Fx解得0FDWDFx=0.00033。W(1)在无限多层理论板层数时的操作线斜率为：WFy，y，y直接蒸汽加热，yW=0。=F=FW,VVxxxx0min0minFWFW由平衡数据查得，x=0.033,y*=0.270,所以解得V=0.121（mol/mol进料）。FF0minV0=2V0min时所需理论板层数及两产品的组成Dx0.242x显然D=V,d：0FxF=D=0.99,所以x=0.135。xDF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馏塔中分离苯甲苯混合液。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0.5

15、7，试求三层板中较低的两层的单板效率。操作条件下苯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，y=x。n+1n由板效率定义知E=m,vy-ynn+1y*-ynn+1y3=X2=041,y2=X1=057。由表查得y2= # #0.628。y-y所以E2=0.73=73%。m,2y,-y23同理Em,3=67%。m,316.有一精馏塔，已知塔顶馏出液组成=0.97（摩尔分数），回流比R=2,塔顶采用全凝2.4x器，泡点回流，其气液平衡关系为y=,求从塔顶数起离开第一块板下降的液1+1.14x体组成X1和离开第二块板上升的气相组成匕。解：2.4

16、x1+1.14x推出y1+1.14y # #由于y1=%=097，所以xi=0.75。故 # y2=y1（xDx1）=0.82。 1719无第二章吸收暂无第五章干燥1无5-21.0133X105Pa（1个大气压）、温度为50C的空气，如果湿球温度为30C,计算:（1）湿度；（2）焓；（3）解：1、H=0.021,I=116kJ/kg,10.021+2918丿露点；（4）湿比容vH5-30化,22.4,50+2730.12273已知一个干燥系统的操作示意图如下在IH图中画出过程示意图tA=83C解：示意图，见右图q（H-HL1m,LACqm,L10.03-0.0150kg/htA=14C5-4在

17、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%（均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度H为0.009kg水kg-1绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039kg水kg-i绝干气，假定干燥过程中无物料损失， 试求：(1)(2)水分蒸发是qm,w（kg水h-1）；空气消耗qm,L（kg绝干气h-1）；原湿空气消耗量qmL（kg原空气h-1）；（3）干燥产品量qm,G2（kgh-i）。解：qmGi=1000kg/h，w1=40C,w2=5%H1=0.009,H2=0.039qmGC=qmG1(1-w1)=1000(1-0.4)=600kg/hx1=0

18、.4/0.6=0.67,x2=5/95=0.053qmw=qmGC(x1-x2)=600(067-0053)=3686kg/h368.6口述化-斗口皿qmL-H-H-0.039_0.00912286.721qmL=qmL(1+H1)=122867(1+0009)=123973kg/hqmGC=qmG2(l-W2)q600q二mG631.6kg/hmG21-w1-0.0525-5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40C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20C，湿球温度为16.5C,空气经预热器预热后进入

19、干燥器，出干燥器的空气干球温度为60C，湿球温度为40C，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m3h-1?（以进预热器的状态计）（2）空气进干燥器的温度？0C时水的汽化热2491.27kJkg-1,空气与水汽比热分别为1.01与1.88kJkg-1K-1解：匕=02，性=005,qmG1=1000kg/h,8产40C,t0=2OC,如=165C,t2=60C,tw2=40CQ=11qmL(t2_t0)+qmW(2490+188t2)+qmGC(O2-01)+Qc查图得：H0=O.01，H2=0.045I1=(1.01+1.88H0)t1+2490H0=(1.01+1.8

20、8H2)t2+2490H2=(1.01+1.88x0.045)x60+2490 x0.045=177.7(1.01+1.88x0.01)t1+2490 x0.01=1.03t1+24.9=177.7177.7-24.9rt148.4Ji1.03qmGC=qmG1(1-w1)=1000(1-0.2)=800 x1=0.2/0.8=0.25，x2=5/95=0.053 # 157.60.045-0.014502.9qmw=qmGC(x2-x1)=800(0.25-0.053)=157.6qqmwmLHH21qmL=qmL(1+H0)=4502.9(1+0.01)=4547.95-6湿物料含水量为4

21、2%,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21J，相对湿度40%，经预热器加热至93C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焓干燥过程,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=0.03kg水kg-1绝干气），求绝干空气消耗量qm,L（kg绝干气s-1）。预热器供应之热量Q(kw)。p解：w1=0.42，w2=0.04，qmG2=0.126kg/s沪21,00=04,Z1=93,02=06,H0=0.008，H2=0.03qmG2(1-w2)=qmG1

22、(1-w1):qmG11一wq2mG21一w11一0040.126-0.2091-0.42qqmwmLH-H210.08260.03-0.0083.752kg/s-qmG2=0.209-0.126=0.0826 # #Qp=qmL(11-I0)=q讥(I1+188再)(中0)=3.752(11+188x8)(93-21)=301.2kg/s5-7有一连续干燥器在常压下操作，生产能力为1000kgh-i（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15C至28C,绝干物料的比热为1.3KJkg-1绝干料，C,空气的初温为25C,湿度为0.01kgkg-1绝干空气，经预热器后升温

23、至70C,干燥器出口废气为45C,设空气在干燥器进出口处焓值相等，干燥系统热损失可忽略不计,试求：在HI图上（或tH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（m3h-1）（初始状态下）；为保持干燥器进出口空气的焓值不变,是否需要另外向干燥器补充或移走热量？其值为多少？解：qmG2=1000,W=12%，w2=3%,%=15,02=28,Cs=13，Z0=25C,H0=001,t1=70C,t2=45C,I1=I2qmGc=1000(1012)=880，x1=12/88=0.136，x2=3/97=0.0309q=880(0136-00309)=925mwI1=(1.01+188

24、H01+2490H0=(1.01+188x0.01)x70+2490 x0.01=969I2=(1.01+188H2)x45+2490H2=45.5+25746H2=969H2=(969-455)/25746=002_qqmwmLH-H2192.50.02-0.019250kg/h # qmL=9250(1+001)=9343 qmLI1+QD+qmGcI1_qmLI2+qmGcI2qmL（I1-l2）+QD=qmGc（F2-Fi）=qmGc（q+C/i）=880（13+4.18x0.136）（28-15）=21375kg/h若要I1=I2,需QD=21375kg/h5-8用热空气干燥某湿物料

25、。空气初始温度t0=20C,初始湿度H0=0.006Kg水kg-1干气。为保证干燥产品质量，空气进干燥器的温度不得高于90C；为此在干燥器中间设置加热器。空气经预热器升温至90C通入干燥器，当热空气温度降至60C时，再用中间加热器将空气加热至90C，废气离开干燥器时的温度变为60C。假设两段干燥过程均视为等焓过程。1、在湿空气的HI(或tH)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=20C,H0=0.006,t1=90C,t2=t2=60CI1=(1.01+1.88Ho)t1+2490Ho=(1.01+1.88x0.006)x90+2490

26、 x0.006=106.9I2=(1.01+1.88H2)x60+2490H2=1.01x60+(1.88x60+2490)H2=60.6+2602.8H2=106.9.H2=(106.9-60.6)/2602.8=0.0178I1=(1.01+1.88H2)x90+2490H2=(1.01+1.88x0.0178)x90+2490 x0.0178=138.2I2=I1,=60.6+2602.8H2=138.2H2=(138.2-60.6)/2602.8=0.03qmL=qm./(H，2-H1)qmL/qm,=1/(H，2-H1)=1/(0.03-0.006)=41.7Q=Q1+Q2=qmL(

27、1.01+1.88H0)(t1-t0)+qmL(1.01+1.88H2,)(t2-t0)=qmL(t1-t0)(1.01+1.88H0+1.01+1.88H2,)=41.7(90-60)(2.02+1.88x0.006+1.88x0.03)=2611.695-9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15C湿含量为0.0073kg水kg-1绝干气，焓为35kJkg-1绝干空气；空气进干燥器温度为90C,焓为109kJkg-1绝干空气；空气出干燥器温度为50C；湿含量为0.023kg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237kgh-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(m3s-1)；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)/273X(1.0133X105)/P。解：