化工原理课后习题答案上下册

1、 下册第一章蒸馏 AB)OH)(的饱和蒸气压数据为和对甲酚(CH 苯酚 1. (CHOH)(CH) 36564温度 T H= A=, 苯酚蒸气压 0p kP aA A o C14-1kg?=干气 HA对甲酚蒸气压 0p kP aB 预热器 83 温度 t B o C苯酚蒸气压 0p kPaA 理论干燥器对甲酚蒸气压 0p kP aB 83C,C， -1kg? =干气 HC 间壁冷凝器冷凝水， 1kg -1 ?h t=931 80H =II21Pt-x-y”数据, 此物系为理想体系。 =75mmHg(绝压)计算该物系的“试按总压解： 总压 P=75mmHg=10kp。 00pp xx=P 由拉乌

2、尔定律得出 BABA 所以000p?p?pppBBA x=。 ；y=AA 0000pppp?pBBAAt-x-y数据如下： 因此所求得的 t, x y 1 1 0 0. 2. 承接第一题，利用各组数据计算 ?x=x=对范围内各点的相对挥发度，,取各的算术平均值为算出（ 1）在 0 至 1iii的最大相对误差。 ?y-x”关系,“作为常数代入平衡方程式算出各点的算出由此法得出的各组 2 （）以平均y值的最大相对误差。 i解： 0p?A。所以可得出 ）对理想物系，有（1 0pBt,t, ? i?)(?imaxi?100%?0.6%。= =。的最大相对误差算术平均值。的最大相对误差算术平均值= =对

3、对 i?9?x1.318x?y得出如下数据：）由得出如下数据：）由 2 2 （ ?1)x1?01?(.318xt,t, x 1 0 y 1 0 (?y)max?y% %值的最大相对误差值的最大相对误差= =各组。各组。 i yi AB) )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: :与苯乙烯与苯乙烯(3.(3.已知乙苯已知乙苯( ( ) )3279.470?019516.lnp? A9559.?T573328.0?lnp?160195. B72.?63T0pKT 的单位的单位是是 mmHg,mmHg,。的单位是式中。的单位是式中 BA该物系可视该物系可视时与时

4、与, ,的沸点各为多少在上述总压和问的沸点各为多少在上述总压和问: :总压为总压为 60mmHg(60mmHg(绝压绝压) )时，时，6565 为理想物为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率 解：解： 由题意知由题意知3279.47?59.95?= = T T A 0195?16.ln60573328.?63.72 = T=T=B 0195ln60?16.0000pppp 1x1x）=60=60 得得 6565时，算得；时，算得；= = mmHgmmHg。由。由 x x（AABAAB0p =;=; y y，x x x=x= x/60=;

5、x/60=; y y。=BAABAA 无无 4 4 txy关系求： 若苯甲苯混合液中含苯（摩尔分率） ，试根据本题中的 5 （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，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 ot C 85 90 95 100 105 x 0 y 0 解： txy关系得 x=时， （1）由苯甲苯的 泡点温度 平衡蒸气的瞬间组成 （2）溶液加热到 100时处于气液混合共存区气液相组成各位 x=；y=。 0.4?0.262:1。根据杠杆原理，气液相量之比 0.47?0.4（

6、3）由气液平衡关系知溶液加热到 102时才能全部气化为饱和蒸气，此时 y=。 AB）40%60%、甲苯（6 常压下将含苯（均指摩尔百分数）的混合液闪蒸（即平衡蒸）1-q）为。物系相对挥发，得平衡气、液相，气相摩尔数占总摩尔数的分率气化率（馏）?=，试求：闪蒸所得气、液相的浓度。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 Ax、x、y 表示，则存在如下关系：提示：若原料液、平衡液、气相中的摩尔分率分别以FxqxF?y。 q?1q?1解： （1）闪蒸 ?x7qxF?x?2xyy?yx。 ，解方程得由和 。从而 ?311q?q?1)x1?(（2）简单蒸馏 ?x

7、?1x1FWF?lnln?lnFx?Wx?Dx得出和由方程 ? DWF?x1xW?1?FWx=，即馏出物中苯的平均浓度为 79。 D x=x。已知塔顶产品中易某二元物系，原料液浓度7 ，连续精馏分离得塔顶产品浓度=DF ?x 。以上浓度皆指易挥发组分的摩尔分率。= =，求塔底产品浓度挥发组分回收率，求塔底产品浓度挥发组分回收率W 解：解：Dx?D920.?x?Fx?DxWx 和由和由 = =得出。得出。WWDFFxF%)%)，饱和蒸气进料。，饱和蒸气进料。50%(50%(摩尔摩尔 8 8 有一二元理想溶液，在连续精馏塔中精馏。原料液组成原料处理量为每小时原料处理量为每小时 l00kmol，塔顶

8、、塔底产品量各为 50kmol/h50kmol/h，已知精馏段操作线方程，已知精馏段操作线方程y=+=+，塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求: : 为（为（1 1） 塔顶、塔底产品组成( (用摩尔分率表示用摩尔分率表示) )； （2 2） 全凝器中每小时冷凝蒸气量全凝器中每小时冷凝蒸气量; ; （3 3） 提馏段操作线方程提馏段操作线方程; ; （4 4） 若全塔平均相对挥发度= =，塔顶第一块板的液相默弗里板效率，塔顶第一块板的液相默弗里板效率 EML=,EML=, 求离开塔顶第二块求离开塔顶第二块板的气相组成。板的气相组成。 解：解： R1x?y?xy=+=+得出得出 及已

9、知的精馏段操作线方程为（1 1）由精镏段方程）由精镏段方程DR?1R?1xRD8330.?， 解得解得 和和 R?1R?1Rxx= =，5 5， WDR+1)D=300+1)D=300（kmol/hkmol/h） 。2 2）全凝器中每小时冷凝蒸气量V V( ( （3 3）提镏段操作线方程）提镏段操作线方程 L?qFWx?y?xx。 WL?qF?WL?qF?Wy ）求离开塔顶第二块板的气相组成）求离开塔顶第二块板的气相组成（4 42yx?xyx?1D1D1x，又，又=EML=EML= 1?(1?y?y)3?2y3?2xx?x11D11Dx解得解得 1又由物料平衡得又由物料平衡得 LRxyy x)

10、 )（）。（）。 ( (D112VR?1 9 9 有一二元理想溶液有一二元理想溶液 ，在连续精馏塔中精馏。原料液组成，在连续精馏塔中精馏。原料液组成 50%(50%(摩尔摩尔%)%)，饱和蒸汽进料。原料，饱和蒸汽进料。原料处理量为每小时处理量为每小时 l000kmoll000kmol，塔顶、塔底产品量各为 500kmol/h500kmol/h，已知精馏段操作线方，已知精馏段操作线方y=+=+，塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求: :程为程为 R、塔顶、塔底产品组成 ( (用摩尔分率表示) )；（；（1 1） 回流比回流比 qV)q(L) ( (精馏段上升的蒸气量（2 2）. .

11、及提馏段下降的液体量nn（3 3） 提馏段操作线方程； R 。 = = 若相对挥发度）若相对挥发度） （4 4 ，求回流比与最小回流比的比值：，求回流比与最小回流比的比值：Rinm解：解： R、塔顶、塔底产品组成 1 1）回流比（）回流比（R1x?xy?x，解得，解得 DR?1R?1Rxx= =。，。， ，WDqV)q(L) ( (（2 2）精馏段上升的蒸气量及提馏段下降的液体量nnLV kmol/hkmol/h。 D D35703570， （R R1 1）L LRD=3070RD=3070 kmol/hkmol/h（3 3）提馏段操作线方程）提馏段操作线方程 R1x?y?xx WR?1R?1

12、?x?x11DD?1R） （4 4? min?y1?y1?FFR。 所以所以 Rmin 1010 某连续精馏操作中，已知操作线方程如下： y=+ 精馏段：精馏段：y=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提馏段：比。提馏段：比。 解：解： RR= =，所以由题意知，所以由题意知 R?1xDx= =。 ，所以，所以 DR?1xxxy。 由得出由得出WWWx。由。由 q q 点坐标（解两段操作线方程）x=,x=, y=y=，得因为露点进料，得因为露点进料，q q 线方程为：线方程为：y=y= Fx F

13、 A，B所组成的理想混合液，原料液中含，馏出液中含（以用一连续精馏塔分离由组分所组成的理想混合液，原料液中含，馏出液中含（以用一连续精馏塔分离由组分 11.11.上均上均为摩尔分率）为摩尔分率） 。已知溶液的平均相对挥发度为，最小回流比为，试说明原料液的热状。已知溶液的平均相对挥发度为，最小回流比为，试说明原料液的热状q值。值。 况，况，并求出解：并求出解： ?2.5xxy平衡线方程为：平衡线方程为： 。 ?1)x(1?1?1.5xR1x?xy?x精镏段操作线方程为：。所以。所以 D11R?R?xy ，= = 点坐标为：点坐标为：q qxxyx，所以原料为气液混合物。，所以原料为气液混合物。

14、, , 因为因为 =FF由由 q q 线方程可得线方程可得 xyx，解得，解得 qqqq） （1 1Fq q。 1212 无无 1313 在常压连续精馏塔中，分离苯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，塔顶甲苯混合液，若原料为饱和液体，其中含苯为，塔顶馏出液中含苯，塔底釜残液中含苯（以上均为摩尔分率）, ,回流比为，试求理论板层数和加料板位置。加料板位置。物系平衡资料见题物系平衡资料见题 7 7。 解：解： 按按 M-TM-T 图解法求理论板层数。图示步骤略。图解法求理论板层数。图示步骤略。 x0.9D。精镏段操作线截距。精镏段操作线截距 R?14.52?1绘得的

15、理论板层数为： N N1616。 加料板为从塔顶往下的第三层理论板。加料板为从塔顶往下的第三层理论板。 1414 在常压连续提馏塔中分离含乙醇的乙醇在常压连续提馏塔中分离含乙醇的乙醇水混合液。饱和液体进料，水混合液。饱和液体进料，直接蒸气加热。若要求若要求塔顶产品乙醇回收率为，试求塔顶产品乙醇回收率为，试求 （1 1）在无限多层理论板层数时，计算每摩尔进料所需蒸气量；）在无限多层理论板层数时，计算每摩尔进料所需蒸气量； （2 2）若蒸气量取为）若蒸气量取为 2 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 1-51-5 题附表中。题附表

16、中。 解：解： xxxxx解得解得 F F 及及 D DV=D+WV=D+W 和和 F F =D=D+W+W 由方程由方程 F F0 0WFDFDx= =。 W（1 1） 在无限多层理论板层数时的操作线斜率为： ?y?yyWFWFFy? =0=0 ， 直接蒸汽加热， 。 WVVx?xx?xWFF0minW0min?yVx 进料）进料） 。（由平衡数据查得，。（由平衡数据查得，mol/mol=mol/mol=，所以解得，所以解得 Fmin0FVV 2 2 时所需理论板层数及两产品的组成（时所需理论板层数及两产品的组成（2 2） min00Dx0.242xDDVxD= =。 =,=, 显然显然=

17、=，所以，所以 0DFxxFF图解法求得理论板层数为图解法求得理论板层数为 5 5（图解法略）（图解法略） 。 1515 在连续操作的板式精馏塔中分离苯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，和，试求三层板中较低的两层的单板效率。操作条件下苯成分别为，和，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甲苯混合液的平衡资料如下。如下。 x y 解：解： yx。在全回流操作时，。在全回流操作时， n1n?y?y?1nn?yxxyy，由板效率定义知，由板效率定义知 E=E=，。由表查得

18、。，。由表查得。 m, v 32122?y?ynn?1y?y32=73=73 所以所以 E=E=。 m, 2 ?y?y32同理同理 E=67E=67。 m, 3 xR=2=2，塔顶采用全凝器，塔顶采用全凝器， （摩尔分数）（摩尔分数）16.16. 有一精馏塔，已知塔顶馏出液组成，回流比有一精馏塔，已知塔顶馏出液组成，回流比 = =D2.4x?y，求从塔顶数起离开第一块板下降的液体组泡点回流，其气液平衡关系为，求从塔顶数起离开第一块板下降的液体组泡点回流，其气液平衡关系为 1?1.14xxy。 和离开第二块板上升的气相组成成和离开第二块板上升的气相组成成21解：解： 2.4xyx?y 推出由推出

19、由 1?1.14y1?1.14xyxx。故。故 = =由于，所以由于，所以 D11Rxyy x)=)=。( ( D 112R?1 1717 无无1919 第二章吸收第二章吸收 暂无暂无 第五章 干燥 1 1 无无 55-25-2 10Pa10Pa（1 1 个大气压）个大气压） 、温度为、温度为 5050的空气，如果湿球温度为的空气，如果湿球温度为 3030，计算：（，计算：（1 1）湿度；）湿度；（2 2）焓；（）焓；（3 3）露点；（）露点；（4 4）湿比容）湿比容 解：解： 1 1、H=,H=, I=116kJ/kg,I=116kJ/kg, t t C C?=25=25d0210.50?2

20、731? ?.124?22v?0.? H9227318? 已知一个干燥系统的操作示意图如下：5-3 图中画出过程示意图在 IHq 求循环空气量m,Lo t=83= A 解： 示意图，见右图?1?qHH CAm,L1 h/?q?50kg L,m0.03-0.01t=14 A H=A ，经干燥后物料的含在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为 1000kg5-4-1H绝干气，离水量由 40%减至 5%（均为湿基） ，以热空气为干燥介质，初始湿度为水?kg1-1H kg 绝干气，假定干燥过程中无物料损失，试求：开干燥器时湿度为水?2q-1 ；）水分蒸发是 kg （水?h1（） m,Wq-1

21、）?h；空气消耗（2） kg（绝干气m,Lq-1 h 原湿空气消耗量（kg 原空气?） ；m,Lq-1 h） 。?（3）干燥产品量 kgm,G2解： q=1000kg/h, w=40, w=5% mG211H=, H= 21q=q(1-w)=1000=600kg/h 1mG1mGCx=, x =5/95=21qq=q(x-x)=600qq(H-H)=q mw1mLmw2mGC12q368.6 mw712286.q? mLH?H0.039?0.00912q q=q(1+H)=(1+=h 1mLmLqq=q(1-w) ) 2mGCmG2q600 mGCh6kg/q?631.? mG21?w1?0.

22、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 40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，湿球温度为，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，湿球温度为 40，干燥器的热损失很小可略去不计，试求： ?h-13（以进预热器的状态计）m 需要的空气量为多少（1） （2） 空气进干燥器的温度 ?K-1-1-1 ?kg0时水的汽化热?kg，空气与水汽比热分别为与解：解： wwqttt , ,=60, =40, =20 , =, =, =1000kg/h,=1000kg/h,

23、 wmG2110210t=40 w2QttqqQ )+- -()+- -(2490+=(mGCmwc2021II = =21HH= =, 查图得：20ItHtH +2490+2490+2490=+=+22101=+60+2490 t+2490=+=+2490=+= +1177.7?24.9 4.?148t? 11.03qqw)=1000=800)=1000=800 = =(1-mGmGC11xx =,=, =5/95=5/95=21q157.6xqxq)=800(-=mw?q?4502.9湿物料含水量为mGCmw12 mLH?H0.045?0.011242%，经干燥后为 4%（均为湿基） ，产

24、品产量为 s，空气的干球温度为 21，相对湿度 40%，经预热器加热至 93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； -1-1HH= kg 水?绝干气，kg 绝干气)（2） 设已查得，求绝干空气消耗量=水?kg20q-1） 。s （kg 绝干气?m,LQ（kw） 。预热器供应之热量 p 解2 wqw =, =,=smG212tt=, =21, =93, 2001II =t=21 210= 0HH =, 20qqw (1-w(1-)=mGmG12211?w1?0.04 2209.126?

25、0qq?0. mGmG1?w1?0.42211q0.0826qqq=- =mwq?.?3752kg/s?有一连续干燥器mGmGmw21 mL008?HH0.03?0.12-1在常压下操作，生产能力为 1000kg ?h（以干燥产品计）物料水分由 12%降为 3%（均为-1湿基）物料温度则由 15至 28，绝干物料的比热为 ?kg 绝干料，空气的初温为-125，湿度为 ?kg 绝干空气，经预热器后升温至 70，干燥器出口废气为 45，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； ?h-13） （初始状

26、态下）空气用量（m； 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： qwwCt=25, =, =12%, =28, =3%, =15, =1000, mG0s22121HttII =45, =, =70, =21102qxx =12/88=, =1000=880, =3/97=mGc21q92.5qqQqqqqqQqqq+I+=880II+mwh/?9250q?kg?mLDmLmGcmw211 mLH?H0.02?0.0112I mGc2qQqqCCxqQqqCCx)(-I?)=)( (I-I)+=(I?wmGcsmGcmLD1211122=880+(2

27、8-15)=21375kg/h 若要 I=I, 需 Q=21375kg/h D12 -1干气。为 kg=水?5-8 用热空气干燥某湿物料。空气初始温度 t=20，初始湿度 H00；为此在干燥器中间设置加热器。90 保证干燥产品质量，空气进干燥器的温度不得高于时，再用中间加热器将空 60 空气经预热器升温至 90通入干燥器，当热空气温度降至 。假设两段干燥过程均视为等焓过程。90，废气离开干燥器时的温度变为 60 气加热至 ）图上定性表示出空气通过整个干燥器的过程；HHI（或 t1、 在湿空气的 、汽化每千克水所需的绝干空气量和所需供热量。2解： t=20, H=, t=90, t?=t=60 20102I=+t+2490H=+90+2490 011I=+)60+2490H=60+（60+2490）H 222=+= qq=1/(H?-H)=1/在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已H= /mwmL122-1-1知数据如下：空气进入预热器的温度为 15湿含量为水?kg 绝干气，焓为 35kJ?kg 绝-1干空气；空气进干燥器温度为 90，焓为 109 kJ?kg 绝干空气；空气出干燥