化工原理答案

1、 第六章蒸馏11、在连续精馏操作中，已知精馏段操作线方程及q线方程分别为y=0.8x+0.19；y=-0.5x+0.675,试求：(1)进料热状况参数q及原料液组成xF；(2)精馏段和提馏段两操作线交点坐标。解：由q线方程y=-0.5x+0.675知q-0.5q-1故q=1/3x又-0.675q-1故xF=0.675(1-q)=0.675X(1-1/3)=0.45因为精馏段操作线与提馏段操作线交点也是精馏段操作线与q线的交点，所以yq=-0.5xq+0.675飞=叫.18联立求解xq=0.373yq=0.48912、用逐板计算习题10中泡点进料时精馏段所需理论板层数。在该组成范围内平衡关系可近

2、似表达为y=0.46x+0.545解：由习题10知x=0.4、x=0.95、R=2.6FD设塔顶为全凝器，故y1=xD=0.95由平衡关系y1=0.46x1+0.545=0.95得x1=0.88由精馏段操作线方程=0.72x,0.26nRx2.60.95n+1x,=x,R,1nR,13.6n3.6得y2=0.72X0.88+0.26=0.89又0.46x2+0.545=0.89得x2=0.75同理y3=0.72X0.75+0.26=0.80又0.46x3+0.545=0.80得x3=0.55y3=0.72X0.55+0.26=0.66又0.46x4+0.545=0.66得x4=0.254000

3、=D+WLFwF=DwD+WwW40000X0.175=0.904D+0.0125W解之D=729kg/hW=3271kg/h(3)因为泡点进料，故q=1V=VV=(R+1)D=(2.57+1)X9.11=32.52kmol/h22.4VTP03600TP022.4x32.52x(273+61)3600 x2730.248m3/s由式(6-49)4Vg兀u4x0.2483.14x0.80.628圆整为700mm。(4)由式(6-47)Z=(NP-1)HT=(22-1)X0.4=8.4m22、求习题21中冷凝器的热负荷和冷却水的消耗量以及再沸器的热负荷和加热蒸气的消耗量。假设热损失可以忽略。已知

4、条件如下：(1)塔内各处的操作温度为：进料62C、塔顶47C、塔釜75C。回流液和馏出液温度为40C。(2)加热蒸气表压强为100kPa,冷凝水在饱和温度下排出。(3)冷却水进出口温度分别为25C和30Co解：(1)塔顶近似按CS2，因塔顶泡点温度ts=47C，而回流液和馏出液温度tL=40C,查47C 121 #rA=350kJ/kg47+40/2=43.5C下CpA=0.98kJ/kgQ=(R+1)DrA+CPA(t-tL)=(2.57+1)X727.89X0.98X(47-40)+350cAPAsL=9.3X105kJ/hQcC(tt)pc219.31054.187(30，25)=4.4

5、104kJ/h塔釜可近似按CC14，查75C下rB=195kJ/kg又V=VQB=VrB=(2.57+1)X727.89X195=5.07X105kJ/h查饱和水蒸气101.33+100=201.33kPa(绝压)下，r=2205kJ/kgQ5.07105W二兰hr亠二2205二2.3102kg/h 121 #第七章干燥1.常压下湿空气的温度为70C、相对湿度为10%，试求该湿空气中水汽的分压、湿度、湿比容、比热及焓。解：t70C,甲10%,水汽分压p如$0.1x31.363.136kPa湿度H0.622pv0.6223136=0.020kg/kg干气pp101.33.136湿比容273+1v

6、(0.773+1.244H)x一H27327370=(0.773+1.244x0.020)x函=1.002m3/kg干气比热cH1.01+1.88H=1.01+1.88x0.020=1.048kJ/kg干气C焓h(1.011.88H)t2492H=1.048x70+2492x0.020=123.2J/kg干气查得70C下水的饱和蒸汽压为31.36kPa。2.已知湿空气的（干球）温度为50C,湿度为0.02kg/kg干气，试计算下列两种情况下的相对湿度及同温度下容纳水分的最大能力（即饱和湿度），并分析压力对干燥操作的影响。(1)总压为101.3kPa；(2)总压为26.7kPa。解：(1)p10

7、1.3kPa时：由H0.622pppv002X101.33.156kPaHppv0.622H查得50C水的饱和蒸汽压为12.34kPa，则相对湿度:x100%Sx100%2557%s饱和湿度：p12.34H0.6220.622x.=0.086kg/kg干气Spp101.312.34(2)p26.7kPa时:Hpp0.02x26.70.832kPav0.622+H0.622+0.02p0.8320dX100%X100%6.74%p12.34sp12.34hs。622金062220g/kg干气 121 #由此可知，当操作压力下降时，/，HS，,可吸收更多的水分，即减压对干燥有利。3.在h-H图上确

8、定本题附表中空格内的数值。干球温度tC湿球温度tCw露点温度JC湿度Hkg/kg干气相对湿度%焓hkJ/kg干气水汽分压PvkPa1(30)(20)150.01140601.92(40)25(20)0.01530802.23(50)3530(0.03)231404.54(50)3735.50.042(50)606.25(60)32280.02730(120)46(70)4542.50.06324030(9.5)常压下湿空气的温度为30C，湿度为0.02kg水汽/kg干气，计算其相对湿度。若将此湿空气经预热器加热到120C时，则此时的相对湿度为多少？Hp解：湿空气中水汽分压p=0.02101.3

9、=3.156kPav0.622H0.6220.0230C时水蒸气的饱和蒸汽压pS=4.247kPa,则相对湿度9=厶xl00%=3156xl00%=74.3%p4.247s120C时水蒸气的饱和蒸汽压pS=198.64kPa,而湿空气中的水汽分压不变，则相对湿度变为9=厶x100%=3.156x100%=1.59%p198.64已知在总压101.3kPa下，湿空气的干球温度为30C，相对湿度为50%，试求：（1）湿度;（2）露点；（3）焓；（4）将此状态空气加热至120C所需的热量，已知空气的质量流量为400kg绝干气/h；（5）每小时送入预热器的湿空气体积。解：（1）查得30C时水的饱和蒸汽

10、压pS=4.247kPa,水汽分压：p=9Ps=0.54.247=2.124kPa湿度p2.124H=0.622=0.622=0.0133kg水汽/kg干气p-p101.3-2.1242）露点由p=2.124kPa，可查得对应的饱和温度为18C，即为露点。V焓h，(1.01+1.88H)t+2492H=(1.01+1.880.0133)30+24920.0133=64.2kJ/kg干气所需热量TOC o 1-5 h zQ，Lc(tt)H10，400(1.01+1.880.0133)(12030)，3.726104kJ/h，10.35kW湿空气体积273+1V，Lv，400(0.773+1.24

11、4H)-H273273+30，400(0.773+1.244x0.0133)，350.5m3/h湿物料从含水量20%(湿基，下同)干燥至10%时，以1kg湿物料为基准除去的水份量，为从含水量2干燥至1时的多少倍?解：当湿物料从含水量20%干燥至10%时，相应的干基湿含量分别为X，W，20，0.25kg/kg干料1w801X，10，0.11kg/kg干料90绝干物料量Gc，G1(1w1)，1(10.2)，0.8kg除去的水分量W，Gc(X1X2)，0.8(0.250.11)，0.112kg当湿物料从含水量2%干燥至1%时，相应干基含水量分别为2X，一，0.0204kg/kg干料981X，一，0.

12、0101kg/kg干料99Gc，G1(1w1)，1(10.02)，0.98kgW2，Gc(X1X2)，0.98(0.02040.0101)，0.01kg所以H,聾,11.2W0.012即第一种情况下除去的水分量是第二种情况下的11.2倍。在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后物料的含水量由10%降至2%(均为湿基)。以热空气为干燥介质，初始湿度为0.008kg水汽/kg干气，离开干燥器时的湿度为0.05kg水汽/kg干气。假设干燥过程无物料损失，试求：(1)水分蒸发量；(2)空气消耗量；(3)干燥产品量。解：(1)干基含水量X1亠X20.111kg水/kg干料1w10.11W

13、21w1Sb0.0204kg水企干料2绝干物料量GcG1(1-wi)1000,(1-0.1)900kg干料/h则水分蒸发量WGc(X1X2)900,(0.1110.204)=81.5kg/h81.5(2)绝干空气消耗量LH-H一0.050.008一1940kg/h21新鲜空气用量LL(1+H0)1940,(1+0.008)=1956kg/h(3)干燥产品量G-G900918.4kg/h21-w21-J。2或G2G1W1000-8159185kg/h8.温度t0=20C、湿度H=0.01kg水汽/kg干气的常压新鲜空气在预热器被加热到q=75C后，送入干燥器内干燥某种湿物料。测得空气离开干燥器时

14、温度t2=40C、湿度H2=0.024kg水汽/kg干气。新鲜空气的消耗量为2000kg/h。湿物料温度0=20C、含水量W=2.5%，干燥产品的温度02=35C、w2=0.5%(均为湿基)。湿物料平均比热cM=2.89kJ/(kg绝干料C)。忽略预热器的热损失，干燥器的热损失为1.3kW。试求：蒸发水分量；干燥产品量；干燥系统消耗的总热量干燥系统的热效率。解：(1)绝干空气量L占册Okg干气0水分蒸发量WL(H2H0)1980，(0.0240.01)=27.72kg/h干基含水量X10.0250.0256kg水/kg干料11w1X20.0050.005kg水/kg干料1w10.0052WW2

15、27.72绝干物料量g占亦站丽1346廳干料/h12则干燥产品量1-w213461-0.0051353kg/h(3)干燥系统消耗的总热量Q1-01L(t2-10)+W(2492,l88t2)+GcCm2(2)+Ql1.011980(40-20),27.72(2492,1.8840),13462.89(35-20),1.336001.742105kJ/h48.4kW干燥系统的热效率若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则W(2492+1.88tJ100%27.72(2492+1.8840)1.742105100%40.9% #121 # 121 #湿度为0.018kg水汽/kg干气的湿空气在预热器中

16、加热到128后进入常压等焓干燥器中，离开干燥器时空气的温度为49C，求废气离开干燥器时的露点温度。解：进入干燥器前片(1.01,1.88H1)t1,2492H1=(1.01,1.880.018)128,24920.018=178.5kJ/kg等焓h1=h2即h(1.01,1.88H)t,2492H=(1.01,1.88H)49,2492H=178.5222222解得H2=0.0499kg水汽/kg干气其中水汽分压H$0.622,H2.0499101.37.52kPa0.622,0.0499即为露点温度下得饱和蒸汽压，查饱和蒸汽压表，得td=40.3Cd用热空气干燥某种湿物料，新鲜空气的温度t0

17、=20C、湿度H=0.006kg水汽/kg干气，为保证干燥产品质量，空气在干燥器内的温度不能高于90C，为此，空气在预热器内加热到90C后送入干燥器，当空气在干燥器内温度降至60C时，再用中间加热器将空气加热至90C，空气离开干燥器时温度降至t2=60C,假设两段干燥过程均可视为等焓过程，试求：(1)在湿空气h-H图上定性表示出空气经过干燥系统的整个过程；2)汽化每千克水分所需的新鲜空气量。解：空气状态变化过程如图所示。A：t20OC,H0.006kg/kg干气AAhB1hC1(1.01,1.88X0.006)X90,2492x0.006=(1.01,1.88H)x60,2492HC1C1得H

18、c10.0178kg/kg干气也即H0.0178kg/kg干气B2又hhBCa01+1，88x00178)X90+2492x0017801+1-88Hc)X60+2492Hc得HC0.0298kg/kg干气故汽化1kg水所需干空气用量10.0298-0.00642.02kg/kg水新鲜空气用量l1(1+H)42.02x1.006=42.3kg/kg水A常压下干球温度为20C、湿球温度为16C的空气，经过预热器温度升高到50r后送至干燥器。空气在干燥器中的变化为等焓过程，离开时温度为32C。求：空气在预热前、预热后以及干燥后的状态参数(湿度及焓)；200m3原湿空气经干燥器后所获得的水分量。解：

19、(1)湿空气预热前：由t0=20C和tW0=16C，由湿度图查得其湿度H0=0.009kg/kg干气，焓h0(1.01+1.88H0)t0+2492H。=(1.01+1.88x0.009)x20+2492x0.009=43.0kJ/kg干气预热后：t1=50C，湿度不变，即H1=0.009kg/kg干气，焓kJ/kg干气干燥后：温度为t2=32C，因干燥器中为等焓过程，故hh73.8kJ/kg干气21由h(1.01+1.88H)t+2492H=(1.01+1.88H)x32+2492H=73.8kJ/kg干气222222得H2=0.0163kg/kg干气2)原湿空气的比容273+1273+20

20、泊“十vh(0.773+1.244H)=(0.773+1.244,0.009)函=0.842m3湿气/kg干气绝干空气质量L二上0匕237.5kg干气v0.842H则在干燥器中获得的水分量WL(H2H1)237.5，(0.01630.009)=1.73kg12.常压下，已知25C时氧化锌物料的气固两相水分的平衡关系，其中当p=100%,X*=0.02kg水/kg干料；当申=40%时，X*=0.007kg水/kg干料。设氧化锌的初始含水量为0.25kg水/kg干料，若与t=25C,申=40%的恒定状态的空气长时间接触。试求：该物料的平衡含水量和自由水分含量。该物料的结合水分含量和非结合水分含量。

21、解：(1)t=25C,申=40%时，平衡含水量X*=0.007kg水/kg干料，自由水分含量X-X*=0.25-0.007=0.243kg水/kg干料；(2)申=100%时的平衡含水量即为结合水分含量，即结合水分含量X*=100%=0.02kg水/kg干料，非结合水分含量X-X冷=100%=0.25-0.02=0.23kg水/kg干料。13.用热空气在厢式干燥器中将10kg的湿物料从20%干燥至2%(均为湿基)，物料的干燥表面积为0.8m2。已测得恒速阶段的干燥速率为1.8kg/m2h，物料的临界含水量为0.08kg水/kg干料，平衡含水量为0.004kg水/kg干料，且降速阶段的干燥速率曲线

22、为直线，试求干燥时间。解：绝干物料量Gcq(1-W)10,(10.20)8kg干基含水量X11w1煌0.25血水/kg干料w21w2蛊0.0204kg水他干料 #121 #干燥时间 121 #G(X-X)G(X-X*)X-X*C1C,CClnCX-X*2x(0.25-0.08),(0.08-0.004)ln0.08-00041.8x0.80.0204-0.0041.59h1+2UCACUAC14某湿物料在恒定的空气条件下进行干燥，物料的初始含水量为15，干燥4小时后含水量降为8，已知在此条件下物料的平衡含水量为1，临界含水量为6（皆为湿基），设降速阶段的干燥曲线为直线，试求将物料继续干燥至含水

23、量2所需的干燥时间。解：物料初始干基含水量X10.150.176kg水/kg干料1-w1-0.151干燥4小时，物料的干基含水量X21-w1-0.087kg水他干料2w2物料的平衡含水量（干基）X*w*1-w1S010.0101kg水他干料 #121 #物料的临界含水量（干基）Xc1-w脇0.0638kg水他干料c #121 #物料的最终含水量（干基）为X2w21-w21监0.0204kg水他干料 #121 #因X2XC，故整个4小时全部是恒速干燥,G(X-X)UACUCA4_Gc(0.1760.087)解得GJ44.94UAC0.0204kg水/kg干料时，包含恒速、降速两个阶段。1+2Gc

24、(X1-Xc),Gc(Xc-X*)Xc-X*X2-X*UCACUAC #121 # 121 #遊上皿9.02h0.02040.010135.65x0.176-0.0638+(0.06380.0101)ln尚需干燥时间A=9.024=5.02h第八章萃取1.25C时醋酸(A)-庚醇-3(B)-水(S)的平衡数据如本题附表所示。醋酸(A)-庚醇-3(B)-水(S)在25C下的平衡数据(质量)醋酸(A)3-庚醇(B)水(S)醋酸(A)3-庚醇(B)水(S)096.43.648.512.838.73.593.03.547.57.545.08.63.753.619.374.36.4

25、36.71.961.424.467.57.930.758.610.724.50.974.641.439.319.319.60.779.745.826.727.514.90.684.546.50.592.447.520.432.10.00.499.6联结线数据(醋酸的质量分数)水层3-庚醇层水层3-庚醇层6.45.338.226.813.710.642.130.519.814.844.132.626.733.623.747.644.9(1)在等腰直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。(2)确定由

26、100kg醋酸、100kg3-庚醇和200kg水组成的混合液的物系点的位置，该混合液是否处于两相区，若是则确定两相的量和组成。(3)上述两液层的分配系数kA及选择性系数“？(1)图略，(2)混合点处于两相区，两相组成为：水层(wEA=0.27,wEB=0.01,wES=0.72),庚醇层(w=0.2,wRB=0.74,wRS=0.06;(3)kA=1.35,=100)解：(1)三角形溶解度曲线及直角坐标分配曲线见附图2)混合点的组成wMA100,100,200X100%25%wMS100,100,200X100%50%100wMB100,100,200 x100%25%在附图中定出混合点M(2

27、5,50,25),显然该点处于两项区。根据联结线数据与溶解度曲线的交点定出平衡点(R,E),(R2,E2)，作出辅助曲线。利用辅助曲线采用试差的方法定出过M点的联结线RE.由图中R点坐标(20,6，74)得到萃余相组成wRA=0.2,wRB=0.74,wRS=0.06,由图中E点坐标(27,72，1)得到萃取相组成wEA=0.27,wEB=0.01,wES=0.72。根据物料衡算:厂M(w-w(w-wEARA400 x(2520)285.7(27-20)kg #121 # 121 #R=M-E=400-285.7=114.3kgyw27(3)kAEA1.35axw20ARAw1kEB0.013

28、5Bw74RB二!：35100k0.0135附图在单级萃取器内,以水为萃取剂从醋酸和氯仿的混合液中萃取醋酸，已知原料液量为800kg,其中醋酸的组成为35%(质量分数).要求使萃取液的浓度降为96%.试求:(1)所需的水量为多少(2)萃取相E和萃余相R中醋酸的组成及两相的量;(3)萃取液R的量和组成操作条件下的平衡数据如下:氯仿层水层醋酸，%水，%醋酸，%水，%0.000.990.0099.166.771.3825.1073.6917.722.2844.1248.5625.724.1550.1834.7127.655.2050.5631.1132.087.9349.4125.3934.1610.0347.8723.2842.5016.5042.5016.50(S=800kg/h，E=1082.3kg,wEA=0.23,R=517.7kg,wRA=0.06;R=508.7kg,wrA=0.062;)100AE、9080706050403020100B0102030405060708090100R解：(1)在AB轴上定出萃余液组成点E(0,96,4),连接E，S交溶解度曲线与E点(23