化工原理习题

本文格式为Word版，下载可任意编辑——化工原理习题177、某液体组成为xA＝0.6、xB＝0.4，试在三角相图中表示出该点的座标位置。A

AF?

B

B

178、某液体组成为xA＝0.6、xB＝0.4，若在其中参与与原料液等量的萃取剂S，此时座标点位置在何处(在座标图中标明)。

A

A

F?

?M

BB

179、某液体组成为xA＝0.6、xB＝0.4，若在其中参与与原料液等量的萃取剂S，写出混合后的组成：xA=（0.3）、xB=（0.2）、xS=（0.5）。

AA

F??MB

B

180、现有含A组分30％（质量％）的A＋B混合物，用溶剂S进行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲线如图示。采用单级萃取器时（理论级），萃取液中A组分最大浓度可达（55％）。E?max

181、现有含A组分30％（质量％）的A＋B混合物，用溶剂S进行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲线如图示。采用单级萃取器（理论级），当萃取液中A组分为最大浓度时，溶剂用量为（S＝（MF／MS）?F）。(用线段比及符号注明即可)E?max

EFMR

182、现有含A组分30％（质量％）的A＋B混合物，用溶剂S进行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲线如图示。采用单级萃取器（理论级），当萃取液中A组分为最大浓度时，在图上标出相应萃取相E的座标点位置。

E?max

E

1

183、现有含A组分30％（质量％）的A＋B、混合物，用溶剂S进行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲线如图示。采用单级萃取器（理论级），当萃取液中A组分为最大浓度时，在图上标出相应萃余相R的座标点位置。

E?max

E

R

184、现有含A组分30％（质量％）的A＋B混合物，用溶剂S进行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲线如图示。采用单级萃取器（理论级），当萃取液中A组分为最大浓度时，在图上标出相应三元混合物M的座标点位置。

E?max

E

FMR

2

6、某液体分别在此题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均一致，上游截面1-1’的压强、流速也相等。问：在三种状况中，下游截面2-2’的流速是否相等？

答：三种状况中，下游截面2-2’的流速相等。

7、某液体分别在此题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均一致，上游截面1-1’的压强、流速也相等。问：在三种状况中，下游截面2-2’的压强是否相等？假使不等，指出哪一种状况的数值最大，哪一种状况的数值最小？其理由何在？

答：三种状况中，下游截面2-2’的压强不相等，其中（a）的压强最大，（c）的压强最小。这是由于（c）管上不仅有一个阀门消耗能量，且管子末端垂直上升一段，又使得静压强降低。

2、在附图所示的储油罐中盛有密度为960取

3

kg／m的油品。油面高于罐底9.6m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760mm圆孔，其中心距罐底800mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为

6

39.23×10Pa，问：至少需要几个螺钉？解：设通过孔盖中心的水平面上液体的静压强为p，则p就是管内液体作用与孔盖上的平均压强。由流体静力学基本方程式知p?pa??gh作用在孔盖外侧的是大气压强pa，故孔盖内外两侧所受压强差为：

?p?p?pa?pa??gh?pa??gh?p?960?9.81?9.6?0.8??8.29?104N/m2

?d2?作用在孔盖上的静压力为P??p??8.29?104??0.762?3.76?104N

44?每个螺钉能承受的力为400?9.81?104??0.0142?6.04?103N

443

螺钉的个数＝3.76×10／6.04×10=6.23个

3

即至少需要7个螺钉。

3、根据此题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强p。压差计中以油和

3

水为指示液，其密度分别为920kg/m及998

3

kg/m，U管中油、水交界面高度差R=300mm。两扩大室的内径D均为60mm，U管内径d为6mm。当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐。

解：当管路内的气体压强等于大气压强时，两扩大室的液面平齐，则两扩大室液面差

??Δh与微差压差计读数R的关系为D2?h?d2R

44?d??6?当压差计读数R=300mm时，两扩大室液面差为?h?R???0.3???0.003m

?D??60?22则管路中气体的表压强为

2

p＝（998－920）×9.81×0.3＋920×9.81×0.003＝257N／m（表压）

6、用泵将水从水池送至高位槽。高位槽液面高于水池液面50m，管路全部能量损失为20

3

J／kg，流量为36m／h，高位槽与水池均为敞口。若泵的效率为60%，求泵的轴功率。（水

3

的密度取为1000kg／m）

解：设水池液面为1-1’截面，高位槽液面为2-2’，以水池液面为基准水平面，在

2u1p1u2p??we?gZ2?2?2??hf两截面间列柏努利方程式。gZ1?2?2?Z1＝0，Z2＝50m，u1≈0，u2≈0，P1＝P2＝0（表压），Σhf＝20J／kg

∴we＝9.81×50＋20＝510.5J／kg

水的质量流率ws＝36×1000／3600＝10kg／s有效功率Ne＝we〃ws＝510.5×10＝5105W轴功率N＝5105／0.6＝8508.3W7、高位槽内的水面高于地面8m，水从Φ108×4mm的管道中流出。管路出口高于地面2m。在此题特定条件下，水流经系统的能量损失可

2

按Σhf＝6.5u计算(不包括出口的能量损失)，

A?

4

其中u为水在管内的流速，m／s。计算：

3

（1）A?A?截面处水的流速；（2）水的流量，m／h。

解：（1）以高位槽液面为上游截面1-1',管路出口内侧为下游截面2-2',并以地面为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式

2u1p1u2p??gZ2?2?2??hfgZ1?2?2?Z1＝8m，Z2＝2m，u1≈0，P1＝P2＝0（表压）

22Σhf＝6.5u＝6.5u2代入上式,得u2＝2.9m／s

由于输水管的直径一致,且水的密度可视为常数,所以A-A'截面处水的流速为uA＝2.9m／s。

3

（2）水的流量Vh＝3600Au＝3600×π／4×0.12×2.9＝82m／h8、水以2.5m／s的流速流经?38×2.5mm的水平管，此管以锥形管与另一?38×3mm的水平管相连。如附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观测两截面的压强。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5J／kg，求两玻璃管的水面差（以mm记），并在此题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。

3

（水的密度取为1000kg／m）

解：上游截面A-A’，下游截面B-B’，通过管子中心线作基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。

u2pAu2pA??gZB?B?B??hfA,BgZA?2?2?式中ZA＝ZB＝0，uA＝2.5m／s，ΣhfA,B＝1.5J／kg

??2根据连续性方程式，对于不可压缩流体uAd2dBA?uB44?dA有uB?uA??d?B??33???2.5???1.23m／s??47??2?u2?A?uB???hfA,B?两截面的压强差为pB?pA????

2???2.52?1.232???1000=868.55N／m2?1.5＝???2??22即pB?pA?868.55?0.102?88.6mmH2O

由于pB?88.6?pA∴pB＞pA

9、在此题附图所示的试验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为10800kg／h时，U管压差计读数R为100mm。粗、

5

细管的直径分别为Φ60×3.5mm与Φ42×3mm。计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失；（2）与该能量损失相当的压强降为多少

3

Pa？（水的密度取为1000kg／m）

解：（1）1kg水流经两截面间的能量损失设导管在上游的连接处为截面1-1’，下游的连接处为截面2-2’，并通过管轴作基准水平面。在两截面间列柏努利方程

2u1p1u2p??gZ2?2?2??hfgZ1?2?2?式中Z1=Z2=0，u=ws／Aρu1??2.95m／s

?23600??0.036?1000410800?1.36m／su2??3600??0.0532?10004p?p2∵p1?p2??gR，∴1?9.81?0.1?0.981J／kg

?108002.952?1.362将以上各数值代入柏努利方程式，解得?hf?0.981??4.41J／kg

22

（2）与该能量损失相当的压强降?pf???hf?1000?4.41?4410N／m

10、在图示装置中，水管直径为Φ57×3.5mm。当阀门全闭时，压力表读数为0.3大气压,而在阀门开启后，压力表读数降至0.2大气压。设管路入口至压力表处的压头损失为0.5

3

mH2O，求水的流量为若干m／h？

5

解：阀门全闭时，由P2＝ρgH，H＝0.3×1.013×10／（1000×9.81）＝3.1m即水槽液面距阀门中心线的高度为3.1m。

阀门开启时，以水槽液面为上游截面1-1'，压力表处为下游截面2-2'，管路中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式

2u1p1u2p1Z1???Z2?2?2??hf

2g?g2g?ggZ1＝H＝3m，Z2＝0，P1＝0，P2＝0.2×1.013×10Pa，u1≈0，Σhf／g＝0.5mH2O

52代入上式3.1＝0.2×1.013×10／（1000×9.81）+u2／（2×9.81）+0.5解得u2＝3.24m／s

23

Vh＝（π／4）du×3600＝22.9m／h

3

11、如下图，密度为850kg／m的料液从高位槽送入塔中，高位槽内的液面维持恒定。

33

塔内表压强为9.81×10Pa，进料量为5m／h。连接纳直径为?38×2.5mm，料液在连接纳内滚动时的能量损失为30J／kg（不包

6

5

括出口的能量损失）。求：高位槽内的液面应比塔的进料口高出多少？

解：以高位槽液面为上游截面1-1’，连接纳出口内侧为下游截面2-2’，并以截面1-1’为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。

2u1p1u2p??gZ2?2?2??hfgZ1?2?2?V5?1.62m／s式中Z1＝0，u1≈0，u2?s??A23600??0.0334p1＝0（表压），p2＝9.81×10Pa（表压），Σhf=30J／kg

?1.6229810??/9.81??4.37m将上述数值代入柏努利方程，解得Z2?????30?2?850??3

高位槽内的液面应比塔的进料口高4.37m。

12、如下图，用泵将储槽中密度为1200

3

kg／m的溶液送到蒸发器内。储槽内液面维持恒定，其上方与大气一致。蒸发器内的操作压强为200mmHg（真空度），蒸发器进料口高于储槽内的液面15m，输送管道的直径为?68×4

3

mm，送料量为20m／h，溶液流径全部管道的能量损失为120J／kg，求泵的有效功率。

解：以储槽的液面为上游截面1-1’，管路出口内侧为下游截面2-2’，并以截面1-1’为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。

2u1p1u2p??we?gZ2?2?2??hfgZ1?2?2?式中Z1＝0，Z2＝15m，p1＝0（表压），p2??u1≈0，u2?200?101300??26670Pa（表压）

76020?1.97m／s，Σhf=120J／kg

?3600??0.0624将以上各项数值代入柏努利方程中

1.97226670we?15?9.81???120?246.9J／kg

2120230?1200ws?V????6.67kg／s

3600Ne＝we〃ws＝246.9×6.67＝1647W

13、此题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水

33

的密度为1100kg／m，循环量为36m／h。管路的直径一致，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.1J／kg，由B流至A的能量损失为49J／kg。求：若泵的效率是70％，其轴

7

功率为多少kW？

解：在循环管路中任选某截面为1-1’，并兼为截面2-2’（意即流体由截面1-1’出发，完成一个滚动循环后达到截面2-2’）。在两截面间列柏努利方程式。

2u1p1u2p??we?gZ2?2?2??hfgZ1?2?2?因截面为1-1’与截面2-2’重合，所以u1＝u2，p1＝p2，Z1＝Z2

上式可简化为we＝Σhf＝ΣhfAB＋ΣhfBA＝98.1＋49＝147.1J／kg流体的质量流量ws＝Vs〃ρ=36×1100／3600=11kg／s泵的轴功率N＝we〃ws／η＝147.1×11／0.7＝2312W

14、附图中所示的高位槽液面维持恒定，管路中ab和cd两段的长度、直径及粗糙度均一致。某液体以一定流量流过管路，液体在滚动中温度可视为不变。问：（1）液体通过ab和cd两管段的能量损失是否相等？（2）此两管段的压强差是否相等？写出它们的表达式。

lu2解：（1）直管的能量损失?hf??

d2管段ab与cd中，长度、直径均一致；流量不变则流速一致；温度不变，密度一致，粘度一致，则雷诺数一致；又由于粗糙度一致，则摩擦系数一致，所以两管段的能量损失相等。

（2）两管段的压强差不相等。在两管段上分别列柏努利方程式

2uapau2p??gZb?b?b??hfab式中ua＝ub，ab管段gZa?2?2?则pb?pa??gZa?gZb??hfab??

22ucpcudp??gZd??d??hfcd式中uc=ud，Zc=Zd，cd管段gZc?2?2?则pd?pc????hfcd

15、附图所示的管路上装有一个阀门，如减小阀门的开度，问：（1）液体在管内的流速及流量的变化状况；（2）液体流经整个管路系统的能量损失状况。解：（1）液体在管内的流速及流量均减小。

（2）以水槽液面为上游截面1-1’，管路出口外侧为下游截面2-2’，并以管路出口中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。

2u1p1u2p??gZ2?2?2??hfgZ1?2?2?式中Z1＝h，Z2＝0，u1≈0，u2＝0，p1＝p2＝0（表压）

得Σhf＝gh即能量损失不变

8

21、两平行的大平板，放置在空气中相距为5mm。一平板的黑度为0.1，温度为350K；另一平板的黑度为0.01，温度为300K。若将第一板加涂层，使其黑度变为0.025，计算由此引起辐射传热变化的百分率。（角系数与总辐射系数的计算式见附表）

??T?4?T?4?Q12解：传热的热通量q??C1?2????????????S100100????????C1?2?C0，?1?0.1，?2?0.01，??1

11??1?1?2??350?4?300?4?5.672

∴q?????????3.59W／m

11??100??100?????1?0.10.01第一板加涂层后，?1?0.025

??350?4?300?4?5.672q?????????2.82W／m

11??100??100?????1?0.0250.01辐射传热变化的百分率（3.59－2.82）／3.59＝21.45％

22、用热电偶测量管道中热空气流的温度。热电偶的读数为200℃,管道内壁温度为100℃,热电偶热端的黑度为0.8，由空气流至热端的对流传热系数为46.52W／2

（m〃℃）,求空气的真实温度和以热电偶读数作为空气温度的测量误差。（角系数与总辐射系数的计算式见附表）

9

解：设空气的真实温度为t，热电偶的表面积为S

空气向热电偶对流传热Q1＝αS（t－200）＝46.52S（t－200）

44

热电偶向管壁辐射传热Q2＝εC、0S[（T1/100）－（T2／100）]

44

＝0.8×5.67S{[（200+273）／100]-[（100+273）/100]}＝1392.45S

达到热平衡时Q1＝Q2，46.52S（t-200）＝1392.45S∴t＝229.93℃误差δ＝│200-229.93│／229.93=13％23、某平壁厚度为0.37m,内表面温度t1为1650℃,外表面温度t2为300℃,平壁材料导热系数λ=0.815＋0.00076t（式中ｔ的单位为℃,λ的单位为W／(ｍ〃℃）。若导热系数可取平均值计算时，求平壁的导热热通量。

解：平壁的平均温度为tm＝（t1＋t2）／2＝（1650＋300）／2＝975℃λ＝0.815＋0.00076t＝0.815＋0.00076×975＝1.556W／(ｍ〃℃)

Q?1.556导热热通量q???t1?t2???1650?300??5677W／m2

Sb0.3724、某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9W／（ｍ〃℃）及0.7W／（ｍ〃℃）。待操作稳定后，测得炉壁的内表面温度为700℃,外表面温度为130℃。为减少燃烧炉的热损失，在普通砖的外表面增加一层厚度为40mm,导热系数为0.06W／（ｍ〃℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃,外表面温度为90℃。设两层材料的导热系数不变。计算加保温层后炉壁的热损失比原来减少百分之几？解：设单位面积炉壁的热损失为q（q＝Q／S），加保温层前，是双层平壁的热传导

t?t700?1302

q1?13??2240W／m

b1b20.10.1??0.90.7?1?2t1?t4740?902

加保温层后，是三层平壁的热传导q2???707W／m

0.10.10.04b1b2b3????0.90.70.06?1?2?3热损失减少的百分数（q1－q2）／q1＝（2240－707）／2240＝68.4％

25、外径为426mm的蒸气管道,其外包扎一层厚度为426mm的保温层,保温材料的导热系数可取为0.615W／(ｍ〃℃)。若蒸汽管道的外表面温度为177℃,保温层的外表面温度为38℃,求每米管长的热损失。

解：由已知r2＝0.426／2＝0.213m，r3＝0.213＋0.426＝0.639m

Q2???t2?t3?2???177?38?每米管长的热损失???489W／m

r30.639Llnln0.213r226、在列管换热器中，水以1.2m／s的速度流过内径为25mm，长为5m的管束。

若管内壁平均温度为50℃，水的进口温度为20℃,求水的出口温度。管壁对水的平

23

均对流传热系数为4850W／(ｍ〃℃)，热损失可忽略，水的密度取为1000kg／m，比热为4.187kJ／(kg〃℃)。解：设水的出口温度为t2

换热器一根管子的传热面积S＝πDl＝3.14×0.025×5

10

流通截面积A＝πD／4＝3.14×0.025／4

由热量衡算和对流传热速率方程得Q＝WCCpC（t2－t1）＝αS[tW－（t1＋t2）／2]即π／4×0.0252×1.2×1000×4.187×1000（t2－20）＝4850×3.14×0.025×5[50－（20＋t2）／2]解得t2=36.7℃27、某列管换热器由Φ25×2.5mm的钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管间与

2

空气呈逆流滚动。已知管内侧空气的αi为50W／(ｍ〃℃),管外侧的α0为1000W

2

／(ｍ〃℃),钢的λ为45W／(ｍ〃℃)。求Ｋ及按平壁计的总传热系数。解：基于管外表面积的总传热系数

dbdo110.0250.0025?0.0251?o??????0.026K?idi?dm?o50?0.0245?0.022510002

22

K＝38.37W／(ｍ〃℃)按平壁计算时

111112

?????0.021，K=47.62W／(ｍ〃℃)K?i?o50100028、一单程列管式换热器,由直径为Φ25×2.5mm的钢管束组成。苯在换热器的管内滚动,流量为1.25kg／s，由80℃冷却到30℃，冷却水在管间和苯呈逆流滚动,进口水温为20℃,出口不超过50℃。已知水侧和苯侧的对流传热系数分别为1.70和

2

0.85kW／(ｍ〃℃)，污垢热阻和换热器的热损失可忽略，求换热器的传热面积。苯的平均比热为1.9kJ／(kg〃℃),管壁材料的导热系数为45W／(m〃℃)。解：由总传热速率方程式Q=KOSOΔtm

3

式中Q=WhC、ph（T1–T2）=1.25×1.9×10×（80-30）=118.8kW

112

Ko???0.472kW／(ｍ〃℃)

dobd0.0250.0025?0.02511???o?0.85?0.020.045?0.02251.7?idi?dm?o?t??t1?80?50???30?20??tm?2??18.2℃

?t280?50lnln30?20?t1∴So?Q118.82

??13.8m

Ko?tm0.472?18.22

29、在一传热外表面积S0为300m的单程列管换热器中，300℃的某气体流过壳方被加热到420℃。另一种560℃的气体作为加热介质。两气体逆流滚动，流量均为10000kg／h，平均比热为1.05kJ／（kg〃℃）。求总传热系数K0。解：换热器的传热量Q＝WC、C、pC、（t2－t1）＝（10000／3600）×1050×（420－300）

5

＝3.5×10W

热气体出口温度Q＝WhC、ph（T1–T2）

5即3.5×10＝（10000/3600）×1050×（560–T2）解得T2＝440℃流体的平均温度差∵

?t2560?420??1＜2?t1440?300∴?tm??560?420???440?300??140℃

2Q3.5?1052

??8.33W／(ｍ〃℃)Ko?So?tm300?140

11

30、用平板法测定材料的导热系数，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水

2

冷却，同时在板之间两侧均用热电偶测量其表面温度。所测固体的表面积为0.02m，材料的厚度为20mm。现测得电流表的读数为2.8Ａ，伏特计的读数为14Ｖ，两侧温度分别为280℃和100℃，求该材料的导热系数。解：平板的导热速率方程式Q?t1?t2b?SQb39.2?0.02??0.218W／（ｍ〃℃）

S?t1?t2?0.02??280?100?其中Q＝IV＝2.8×14＝39.2W∴??

22

31、苯和甲苯在92℃时的饱和蒸气压分别为143.73kN／m和57.6kN／m。求：苯的摩尔分率为0.4,甲苯的摩尔分率为0.6的混合液在92℃时各组分的平衡分压、系统压力及平衡蒸气组成。此溶液可视为理想溶液。

2

解：由拉乌尔定律PA＝143.73×0.4＝57.492kN／m，

2

PB＝57.6×0.6＝34.56kN／m

2

系统压力P＝PA＋PB＝57.492＋34.56＝92.052kN／m平衡蒸气组成YA＝PA／P＝57.492／92.052＝0.625，YB＝PB／P＝34.56／92.052＝0.375

32、将含24％（摩尔百分数，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95％易挥发组分,釜液含3％易挥发组分。送至冷凝器的蒸气量为850kmol／h，流入精馏塔的回流液为670kmol／h。求：（1）每小时能获得多少kmol的馏出液？（2）回流比为多少？（3）塔底产品量？解：（1）V＝L＋D、，D＝V－L＝850－670＝180kmol／h（2）R＝L／D＝670／180＝3.72（3）F＝D＋W，FXF＝DXD＋WXW

即F＝180＋W，0.24F＝0.95×180＋（F－180）×0.03解得F＝788.6kmol／h，W＝788.6－180＝608.6kmol／h33、每小时将15000kg含苯40％（质量％，下同）和甲苯60％的溶液在连续精馏塔中进行分开，要求釜残液中含苯不高于2％，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1％。求馏出液和釜残液的流量和组成，以摩尔流量和摩尔流率表示。（苯的分子量为78，甲苯的分子量为92）

40/78解：进料组成xF??0.44

40/78?60/922/78釜残液组成xw??0.0235

2/78?98/92原料液的平均分子量MF＝0.44×78＋0.56×92＝85.8kg／kmol进料量F＝15000／85.8＝175kmol／h由题意DxD／FxF＝0.971

所以DxD＝0.971×175×0.44（a）全塔总物料衡算为D＋W＝175（b）全塔苯的衡算为DxD＋0.0235W＝175×0.44（c）联立式a、b、c、，解得W＝95kmol／h，D＝80kmol／h，xD＝0.935

12

34、在连续精馏塔中分开由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。已知原料液流量F为4000kg／h，组成xF为0.3（二硫化碳的质量分率，下同）。若要求釜液组成xw不大于0.05，馏出液中二硫化碳的回收率为88％，求馏出液的流量和组成，分别以摩尔流量和摩尔流率表示。（二硫化碳的分子量为76，四氯化碳的分子量为154）

30/76解：进料组成xF??0.4648

30/76?70/1545/76釜残液组成xw??0.0964

5/76?95/154原料液的平均分子量MF＝0.4648×76＋0.5352×154＝117.75kg／kmol进料量F=4000／117.75=33.97kmol／h由题意DxD／FxF＝0.88

所以DxD＝0.88×33.97×0.4648（a）全塔总物料衡算为D＋W＝33.97（b）全塔苯的衡算为DxD＋0.0964W＝33.97×0.4648（c）联立式a、b、c、，解得W＝19.65kmol／hD＝14.32kmol／h

xD＝0.97（摩尔分率）

35、氯仿（CHCl3）和四氯化碳（CCl4）的混合物在一连续精馏塔中分开。馏出液中氯仿的浓度为0.95（摩尔分率），馏出液流量为50kmol／h，平均相对挥发度?＝1.6，回流比R＝2。求：（1）塔顶其次块塔板上升的气相组成；（2）精馏段各板上升蒸气量V及下降液体量L（以kmol／h表示）。氯仿与四氯化碳混合液可认为是理想溶液。解：（1）由题知，y1＝xD＝0.95，R＝2由相平衡方程yn?即x1??xnyn，得xn?

1????1?xn?????1?yny10.95??0.92

?????1?y11.6??1.6?1?0.95R1xn?xDR?1R?12121则y2?x1?xD??0.92??0.95?0.93

2?12?133（2）V＝L＋D，L／D＝R，V＝（R＋1）D

∴V=3×50＝150kmol／h，L＝2×50＝100kmol／h

36、一连续精馏塔，泡点进料。已知操作线方程如下：精馏段y＝0.8x＋0.172提馏段y＝1.3x－0.018求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。

R1解：由精馏段操作线方程yn?1?xn?xD

R?1R?1R1?0.8，得R＝4；xD?0.172，得xD＝0.86

R?1R?1?y?1.3x?0.018将提馏段操作线方程与对角线方程y＝x联立?

?y?x由精馏段操作线方程yn?1?解得x＝0.06，即xw＝0.06

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将两操作线方程联立??y?0.8x?0.172解得x＝0.38

y?1.3x?0.018?因是泡点进料，q＝1，q线垂直，两操作线交点的横坐标即是进料浓度，

∴xF＝0.38

37、某连续精馏操作中，已知操作线方程为：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精馏塔中，求原料液、馏出液和釜残液的组成及回流比。

R1解：由精馏段操作线方程yn?1?xn?xD

R?1R?1R1?0.723，得R＝2.61；xD?0.263，得xD＝0.95

R?1R?1将提馏段操作线方程与对角线方程y＝x联立?解得x＝0.07，即xw＝0.07将两操作线方程联立??y?0.723x?0.263解得x＝0.535，y＝0.65

?y?1.25x?0.0187?y?1.25x?0.0187

?y?x因是露点进料，q＝0，q线水平，两操作线交点的纵坐标即是进料浓度，∴xF=0.65

38、用一连续精馏塔分开由组分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，说明原料液的热状况，并求出q值。解：采用最小回流比时，精馏段操作线方程为yn?1?即y?Rmin1xn?xD

Rmin?1Rmin?11.631x??0.957?0.62x?0.364

1.63?11.63?1?xn2.5x2.5x由相平衡方程yn?，得y??1????1?xn1??2.5?1?x1?1.5x?y?0.62x?0.364?联立两方程?，解得x=0.367，y=0.5922.5xy??1?1.5x?此点坐标（0.367，0.592）即为（xq，yq）。

因xF＝0.44，即xq＜xF＜yq，说明进料的热状况为气液混合进料。

q1x?xF，由q线方程y?q?1q?1此线与平衡线的交点即是操作线与平衡线的交点有0.592?q1?0.367??0.44q?1q?1解出q＝0.676

39、今有含苯40％和甲苯60％（摩尔百分数，下同）的混合液,欲用精馏塔分开出含苯95％的塔顶产品。进料为饱和液体,塔内平均相对挥发度为2.5。若操作回流比

14

取为最小回流比的1.5倍,写出精馏段操作线方程。此溶液可视为理想溶液。解：因是泡点进料，xq=xF由相平衡方程yq??xq1????1?xq?2.5?0.4?0.625

1??2.5?1??0.4最小回流比Rmin?xD?yqyq?xq?0.95?0.625?1.44

0.625?0.4回流比R＝1.5Rmin＝1.5×1.44＝2.16

2.161精馏段操作线方程y?x??0.95?0.684x?0.3

2.16?12.16?1

40、用连续精馏塔每小时处理100kmol含苯40%和甲苯60％的混合物，要求馏出液中含苯90％，残液中含苯1％（组成均以mol％计），求：（1）馏出液和残液的流率（以kmol／h计）；（2）饱和液体进料时，若塔釜的气化量为132kmol／h，写出精馏段操作线方程。解：（1）??100?D?W?F?D?W代入数据?

100?0.4?0.9D?0.01WFx?Dx?Wx?DW?F解此方程组，得D＝43.8kmol／h，W＝56.2kmol／h

（2）饱和液体进料时，V＝V’，即V＝132kmol／h，则L＝V－D＝132－43.8＝88.2kmol／hR＝L／D＝88.2／43.8＝2

RR21精馏段操作线方程y?x?xD?x??0.9?0.667x?0.3

R?1R?12?12?141、一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A，入塔气体中含Al％（摩尔比），经