化工原理第二版(下册)夏清贾绍义课后习题解答带图

..精选实用文档..精选化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答〔夏清、贾绍义第二版〔下册〕.天津大学出版〕社,20.〕第1章蒸馏1.含苯0.5〔摩尔分率〕的苯-甲苯混合液，假设外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。t〔℃〕80.1859095100105解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压PB*，PA*，由于总压P=99kPa，那么由x=(P-PB*)/(PA*-PB*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。..精选实用文档..精选以℃同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当x=0.5时，相应的温度为92℃2.正戊烷〔C5H12〕和正己烷〔C6H14〕的饱和蒸汽压数据列于此题附表，试求P=13.3kPa下该溶液的平衡数据。温度C5H12KC6H14解：根据附表数据得出相同温度下C5H12〔A〕和C6H14〔B〕的饱和蒸汽压℃℃时PB*查得PA*得到其他温度下A¸B的饱和蒸汽压如下表t(℃PA*PB*利用拉乌尔定律计算平衡数据℃时为例℃时x=(P-PB*)/(PA*-PB*)=〔13.3-2.826〕/〔13.3-2.826〕=1℃为例℃时y=PA*×1/13.3=1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃)260.6275.1276.9279289x10.38350.33080.02850..精选实用文档..精选y10.7670.7330.5240根据平衡数据绘出t-x-y曲线3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2的结果相比拟。解：①计算平均相对挥发度理想溶液相对挥发度α=PA*/PB*计算出各温度下的相对挥发度：t(℃α----5.2915.5634.178----℃和279℃时的α值做平均αm②按习题2的x数据计算平衡气相组成y的值当x=0.3835时，×0.3835/[1+(4.73-1)×同理得到其他y值列表如下t(℃)260.6275.1276.9279289αx10.38350.33080.20850y10.7460.7000.5550③作出新的t-x-y'曲线和原先的t-x-y曲线如图4...精选实用文档..精选解：①简单蒸馏由ln(W/F)=∫xxF得ln(W/F)=∫xxFF)/(0.549-0.54x)]∵汽化率1-q=1/3那么q=2/3即W/F=2/3∴×0.6)/(0.549-0.54x)]解得x=0.498代入平衡关系式y=0.46x+0.549得②平衡蒸馏由物料衡算FxF=Wx+DyD+W=F将W/F=2/3代入得到xF=2x/3+y/3代入平衡关系式得5.在连续精馏塔中别离由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。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〕。假设要求釜液组成xW不大于0.05，馏出液回收率为88％。试求馏出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。解：馏出回收率=DxD/FxF=88％得馏出液的质量流量DxD=FxF88％=4000××0.88=1056kg/h结合物料衡算FxF=WxW+DxDD+W=F得xD=0.943馏出液的摩尔流量1056/(76×以摩尔分率表示馏出液组成xD=(0.943/76)/[(0.943/76)+(0.057/154)]6.在常压操作的连续精馏塔中别离喊甲醇0.4与说.6〔均为摩尔分率〕的溶液，试求以下各种进料状况下的q值。〔1〕进料温度40℃；〔2〕泡点进料；〔3〕饱和蒸汽进料。常压下甲醇-水溶液的平衡数据列于此题附表中。温度t液相中甲醇的气相中甲醇的温度t液相中甲醇的气相中甲醇的℃摩尔分率摩尔分率℃摩尔分率摩尔分率..精选实用文档..精选78.00.300.665解：〔1〕进料温度40℃℃时，甲醇的汽化潜热r1=825kJ/kg水蒸汽的汽化潜热r2℃时，甲醇的比热CV1=2.784kJ/(kg·℃)水蒸汽的比热CV2=4.178kJ/(kg·℃)查附表给出数据当xA℃∴40℃进料为冷液体进料即将1mol进料变成饱和蒸汽所需热量包括两局部一局部是将40℃冷液体变成饱和液体的热量Q1℃饱和液体变成气体所需要的汽化潜热Q2，即q=〔Q1+Q2〕/Q2=1+〔Q1/Q2〕Q1×32××Q2=825××××18=35546.88kJ/kg∴q=1+〔Q1/Q2〔2〕泡点进料泡点进料即为饱和液体进料∴q=1〔3〕饱和蒸汽进料q=07.对习题6中的溶液，假设原料液流量为100kmol/h，馏出液组成为0.95，釜液组成为0.04〔以上均为易挥发组分的摩尔分率〕，回流比为2.5，试求产品的流量，精馏段的下降液体流量和提馏段的上升蒸汽流量。假设塔内气液相均为恒摩尔流。..精选实用文档..精选解：①产品的流量由物料衡算FxF=WxW+DxDD+W=F代入数据得W=60.44kmol/h∴产品流量D=100–60.44=39.56kmol/h②精馏段的下降液体流量L×39.56=98.9kmol/h③提馏段的上升蒸汽流量V'40℃V=V'+〔1-q〕F=D〔1+R〕=138.46kmol/h∴V'=146.46kmol/h8.某连续精馏操作中，精馏段y=0.723x+0.263；提馏段y=1.25x–假设原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比。解：露点进料q=0即精馏段y=0.723x+0.263过〔xD，xD〕∴xD提馏段y=1.25x–0.0187过〔xW，xW〕∴xW精馏段与y轴交于[0，xD/〔R+1〕]即xD∴连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为〔0.5345，0.6490〕∴xF9.在常压连续精馏塔中，别离苯和甲苯的混合溶液。假设原料为饱和液体，其中含苯0.5〔摩尔分率，下同〕。塔顶馏出液组成为0.9，塔底釜残液组成为0.1，回流比为2.0，试求理论板层数和加料板位置。苯-甲苯平衡数据见例1-1。解：常压下苯-甲苯相对挥发度α=2.46..精选实用文档..精选精馏段y1=xD由平衡关系式y=αx/[1+(α-1)x]得x1=0.7853再由精馏段操作线方程y=2x/3+0.3得y2=0.8236依次得到x2=0.6549y3x3=0.5320y4x4=0.4353∵x4﹤xF=0.5<x3精馏段需要板层数为3块提馏段x1'=x4=0.4353提馏段操作线方程y=L'x/〔L'-W〕-WxW/〔L'-W〕饱和液体进料q=1L'/〔L'-W〕=〔L+F〕/V=1+W/〔3D〕由物料平衡FxF=WxW+DxDD+W=F代入数据可得D=WL'/〔L'-W〕=4/3W/〔L'-W〕=W/〔L+D〕=W/3D=1/3即提馏段操作线方程y'=4x'/3–∴y'2由平衡关系式y=αx/[1+(α-1)x]得x'2依次可以得到y'3=0.4058x'3y'4=0.2564x'4y'5=0.1306x'5∵x'5<xW=0.1<x4'∴提馏段段需要板层数为4块∴理论板层数为n=3+4+1=8块〔包括再沸器〕加料板应位于第三层板和第四层板之间10.假设原料液组成和热状况，别离要求，回流比及气液平衡关系都与习题9相同，但回流温度为20℃，试求所需理论板层数。回流液的泡殿温度为83℃×104kJ/kmol，平均比热为140kJ/(kmol·℃)解：回流温度改为20℃，低于泡点温度，为冷液体进料。即改变了q的值精馏段不受q影响，板层数依然是3块..精选实用文档..精选提馏段由于q的影响，使得L'/〔L'-W〕和W/〔L'-W〕发生了变化q=〔Q1+Q2〕/Q2=1+〔Q1/Q2〕Q1=CpΔT=140×〔83-20〕=8820kJ/kmolQ2×104kJ/kmol∴×104L'/〔L'-W〕=[V+W-F(1-q)]/[V-F(1-q)]=[3D+W-F(1-q)]/[3D-F(1-q)]∵D=W，F=2D得L'/〔L'W/〔L'∴x1'=x4=0.4353代入操作线方程得y2'x2'=0.3141依次计算y3'x3'=0.1956y4'x4'=0.1042y5'x5'=0.0457∵x5'<xW=0.1<x4'∴提馏段板层数为4理论板层数为3+4+1=8块〔包括再沸器〕11.在常压连续精馏塔内别离乙醇-水混合液，原料液为饱和液体，其中含乙醇0.15〔摩尔分率，下同〕，馏出液组成不低于0.8，釜液组成为0.02；操作回流比为2。假设于精馏段侧线取料，其摩尔流量为馏出液摩尔流量的1/2，侧线产品为饱和液体，组成为0.6。试求所需的理论板层数，加料板及侧线取料口的位置。物系平衡数据见例1-7。解：如下图，有两股出料，故全塔可以分为三段，由例1-7附表，在x-y直角坐标图上绘出平衡线，从xD=0.8开始，在精馏段操作线与平衡线之间绘出水平线和铅直线构成梯级，当梯级跨过两操作线交点d时，那么改在提馏段与平衡线之间绘梯级，直至梯级的铅直线到达或越过点C(xW，xW)。..精选实用文档..精选如图，理论板层数为10块〔不包括再沸器〕出料口为第9层；侧线取料为第5层12.用一连续精馏塔别离由组分A¸B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〕。溶液的平均相对挥发度为2.5，最回流比为1.63，试说明原料液的热状况，并求出q值。解：在最回流比下，操作线与q线交点坐标〔xq，yq〕位于平衡线上；且q线过〔xF，xF〕可以计算出q线斜率即q/(1-q)，这样就可以得到q的值由式1-47Rmin=[(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/〔α-1〕代入数据得q×(1-0.957)/(1-xq)]/〔2.5-1〕∴xq=0.366或xq=1.07〔舍去〕即xq=0.366根据平衡关系式y=2.5x/〔1+1.5x〕得到yqq线y=qx/〔q-1〕-xF/〔q-1〕过〔0.44，0.44〕，〔0.366，0.591〕q/〔q-1〕=〔0.591-0.44〕/〔0.366-0.44〕得q=0.67∵0<q<1∴原料液为气液混合物13.在连续精馏塔中别离某种组成为0.5〔易挥发组分的摩尔分率，下同〕的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率96％。假设测得塔顶第一层板的液相组成为0.79，试求：〔1〕操作回流比和最小回流比；〔2〕假设馏出液量为100kmol/h，那么原料液流量为多少？解：〔1〕在塔顶满足气液平衡关系式y=αx/[1+(α-1)x]代入数据α/[1+0.88(α-1)]∴α第一块板的气相组成y111〕..精选实用文档..精选××在塔顶做物料衡算V=L+DVy1=LxL+DxD0.907〔L+D〕=0.88L+0.95D∴由式1-47Rmin=[(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/〔α-1〕泡点进料xq=xF∴Rmin〔2〕回收率DxD/FxF=96％得到F=100××0.96〕=197.92kmol/h15.在连续操作的板式精馏塔中别离苯-甲苯的混合液。在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为0.28，0.41和0.57，试计算三层中较低的两层的单板效率EMV。操作条件下苯-甲苯混合液的平衡数据如下：解：假设测得相邻三层板分别为第n-1层，第n层，第n+1层即xn-1=0.28xn=0.41xn+1=0.57根据回流条件yn+1=xn∴yn=0.28yn+1=0.41yn+2=0.57由表中所给数据α与第n层板液相平衡的气相组成yn*××与第n+1层板液相平衡的气相组成yn+1*××由式1-51EMV=〔yn-yn+1〕/〔yn*-yn+1〕可得第n层板气相单板效率EMVn=〔xn-1-xn〕/〔yn*-xn〕=〔0.57-0.41〕/〔0.625-0.41〕=74.4％第n层板气相单板效率EMVn+1=〔xn-xn+1〕/〔yn+1*-xn+1〕=〔0.41-0.28〕/〔0.483-0.28〕=64％..精选实用文档..精选..精选实用文档..精选..精选实用文档..精选第2章吸收1.从手册中查得101.33kPa,25℃时,假设100g水中含氨1g,那么此溶液上方的氨气平衡分压为0.987kPa。在此浓度范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数Hkmol/(m3·kPa)及相平衡常数m解：液相摩尔分数x=〔1/17〕/[〔1/17〕+〔100/18〕=0.0105液相体积摩尔分数C=〔1/17〕/〔101×10-3/103×103mol/m3由亨利定律P=C/H得H=C/P=0.5824/0.987=0.590kmol/(m3·kPa)2.101.33kPa,10℃×106x表示。式中：P为氧在气相中的分压kPa；x为氧在液相中的摩尔分率。试求在此温度及压强下与空气充分接触的水中每立方米溶有多少克氧。××106×103×103×32/〔18×10-63．某混合气体中含有2％〔体积〕CO2，其余为空气。混合气体的温度为30℃，总压强为506.6kPa。从手册中查得30℃时CO2×105kPa，试求溶解度系数Hkmol/(m3·kPa)及相平衡常数m，并计算每100g与该气体相平衡的水中溶有多少gCO2。解：由题意y=0.02，m=E/P总×105×103..精选实用文档..精选×103=0.000054即每100g与该气体相平衡的水中溶有CO2×44×100/18=0.0132gH=ρ/18E=103/〔10××105×10-4kmol/(m3·kPa)7.在101.33kPa，27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气，液两相中的浓度都很低，平衡关系服从亨利定律。溶解度系数H=1.995kmol/(m3·kPa)，气膜吸收系数kG×10-5kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数kL×10-5kmol/(m2·s·kmol/m3)。试求总吸收系数KG，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。解：由1/KG=1/kG+1/HkL可得总吸收系数1/KG×10-5××10-5〕KG2×10-5kmol/(m2·s·kPa)气膜阻力所占百分数为：〔1/kG〕/〔1/kG+1/HkL〕=HkL/〔HkL+kG〕××2.08+1.55〕=0.723=72.3％8.在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇，操作温度为27℃3。试根据上题有关的数据算出该截面上的吸收速率。解：由可得kG×10-5kmol/(m2·s·kPa)根据亨利定律P=C/H得液相平衡分压P*∴NA=KG(P-P*2×10-5×10-5kmol/(m2·s)58kmol/(m2·h)9.在逆流操作的吸收塔中，于101.33kPa，25℃下用清水吸收混合气中的CO2×104kPa。假设吸收剂为最小理论用量的1.2倍，试计算操作液气比L/V及出口组成X。解：⑴Y1=2/98=0.0204，Y2m=E/P总×104×104..精选实用文档..精选由〔L/V〕min=〔Y1-Y2〕/X1*=〔Y1-Y2〕/〔Y1/m〕=〔0.0204-0.001〕/〔0.0204/545〕L/V=1.2〔L/V〕min=622由操作线方程Y=〔L/V〕X+Y2-〔L/V〕X2得出口液相组成X1=〔Y1-Y2×10-5⑵改变压强后，亨利系数发生变化，及组分平衡发生变化，导致出口液相组成变化m‘=E/P总’×104×10-5〔L/V〕‘=1.2〔L/V〕min’X1‘=〔Y1-Y2〕/〔L/V〕’×10-410.根据附图所列双塔吸收的五种流程布置方案，示意绘出与各流程相对应的平衡线和操作线，并用图中边式浓度的符号标明各操作线端点坐标。在101.33kPa下用水吸收混于空气中的氨。氨的摩尔分数为0.1，混合气体于40℃下进入塔底，体积流量为0.556m3/s，空塔气速为1.2m/s。吸收剂用量为理论最小用量的1.1倍，氨的吸收率为95%，且已估算出塔内气相体积吸收总系数KYα的平均值为0.1112kmol/(m3·s)。在操作条件下的气液平衡关系为Y=2.6X，试求塔径及填料层高度。..精选实用文档..精选2，气体流量为5000m3〔标准〕/h，其中SO2占10％，要求SO2的回收率为95％。气，液逆流接触，在塔的操作条件下，SO2在两相间的平衡关系近似为Y..精选实用文档..精选*=26.7X，试求：假设取用水量为最小用量的1.5倍，用水量应为多少？在上述条件下，用图解法求所需理论塔板数；如仍用〔2〕中求出的理论板数，而要求回收率从95％提高到98％，用水量应增加到多少？解：〔1〕y2=y1〔1-η×Y12〔L/V〕min=〔Y1-Y2〕/X1*=〔Y1-Y2〕/〔Y1/26.7〕=〔0.111-0.005〕×〔L/V〕=1.5〔L/V〕min惰性气体流量：V=5000××200.89=7684kmol/h〔2〕吸收操作线方程Y=〔L/V〕X+Y2代入数据在坐标纸中画出操作线和平横线，得到理论板数NT13、..精选实用文档..精选..精选实用文档..精选14．在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的H2S，进塔气相中含H2S〔体积〕2.91％要求吸收率不低于99％，操作温度300Ｋ，压强101.33kPa，平衡关系为Y*=2X，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H2S浓度为0.013kmol(H2S)/kmol(溶剂)单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.015kmol/(m2·s)，气相体积吸收总系数为0.000395kmol/(m3·s·kPa)。求所需填料蹭高度。解：y2=y1〔1-η×Y2=y2=0.000291Y1ΔYm=[〔Y1-Y1*〕-Y2]/ln[〔Y1-Y1*〕/Y2]××2〕/0.000291]∴ΝOG=〔Y1-Y2〕/ΔYm1HOG=V/(KYaΩ×101.33〕H=ΝOG×HOG×有一吸收塔，填料层高度为3m，操作压强为101.33kPa，温度20℃，用清水吸收混于空气中的氨。混合气质量流速G=580kg/(m3·h)，含氨6%(体积)，吸收率为99%；水的质量流速W=770kg/(m2·h)。该塔在等温下逆流操作，平衡关系为Y*=0.9X。KGa与气相质量流速为0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。试计算当操作条件分别作以下改变时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率(塔径不变)：(1)操作压强增大一倍；(2)液体流量增大一倍；(3)气体流量增大一倍。..精选实用文档..精选..精选实用文档..精选..精选实用文档..精选第3章枯燥1.湿空气的总压强为50kPa，温度为60℃相对湿度40％，试求：〔1〕湿空气中水气的分压；〔2〕湿度；〔3〕湿空气的密度解：〔1〕查得60℃时水的饱和蒸汽压PS∴水气分压P水气=PSф×〔2〕H=0.622P水气/〔P-P水气×7.973/〔50-7.973〕=0.118kg/kg绝干x绝干x水气∴湿空气分子量M0=18x水气+29x绝干气=18×0.16+29×=27.249g/mol∴湿空气密度ρ×10-3×50×103×333〕=0.493kg/m3湿空气2.利用湿空气的H-I图查出此题附表中空格内的数值，并给出序号4中各数值的求解过程序号干球温度湿球温度湿度相对湿度焓水气分压露点..精选实用文档..精选℃℃kg/kg绝干％kg/kg绝干kPa℃160350.0322140530240270.024090325320180.0137550215430280.02585954253.干球温度为20℃，湿度为0.009kg/kg绝干的湿空气通过预热器加热到50℃，再送往常压枯燥器中，离开枯燥器时空气的相对湿度为80％。假设空气在枯燥器中经历等焓枯燥过程，试求：1m3原湿空气在预热器过程中焓的变化；1m3原湿空气在枯燥器中获得的水分量。解：〔1〕原湿空气的焓：I00)t+2490H0×0.009)×20+2490×=43kJ/kg绝干通过预热器后空气的焓I1×0.009)×50+2490×=73.756kJ/kg绝干焓变化ΔH=I1-I0=30.756kJ/kg绝干空气的密度ρ=MP/RT=〔29×10-3××103×293〕=1.21kg/m3∴1m3原湿空气焓的变化为Δ×〔2〕等焓枯燥I1=I2=73.756kJ/kg绝干..精选实用文档..精选℃，查得此时水蒸汽的饱和蒸汽压PS=3.635kPa∴H2φPS/〔P-фPS〕×××3.635)=0.0184kJ/kg绝干由I22〕t2+2490H2试差假设成立∴H2=0.0184kJ/kg绝干获得水分量：ΔH=H2-H0=0.0184-0.009=0.0094kJ/kg绝干×4.将t0=25℃，ф0=50％的常压新鲜空气，与枯燥器排出的t2=50℃，ф2=80％的常压废气混合，两者中绝干气的质量比为1：3。(1)混合气体的温度和焓;

(2)现需将此混合温空气的相对