化工原理(下册)

....化工原理（大学第二版）下册部分答案第8章2.在温度为25℃及总压为101.3kPa的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混淆空气与含二氧化碳为350g/m3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传达方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推进力。已知操作条件下，亨利系数E1.66105kPa，水溶液的密度为997.8kg/m3。2解：水溶液中CO的浓度为关于稀水溶液，总浓度为ct997.8kmol/m355.43kmol/m318水溶液中CO的摩尔分数为2由p*Ex1.661051.443104kPa23.954kPa气相中CO2的分压为ppt3.039kPa<p*故CO2必由液相传达到气相，进行解吸。以CO2的分压表示的总传质推进力为pp*p(23.9543.039)kPa20.915kPa在总压为110.5kPa的条件下，采纳填料塔用清水逆流汲取混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相构成分别为y0.0323-62、c1.06koml/m。气膜汲取系数kG=5.2×10kmol/(m·s·kPa)，液膜汲取系数L-4m/s。假定操作条件下均衡关系听从亨利定律，溶解度系数H＝0.725kmol/(m3·kPa)。k=1.55×101）试计算以p、c表示的总推进力和相应的总汲取系数；2）试剖析该过程的控制要素。解：(1)以气相分压差表示的总推进力为ppp*ptyc1.06)kPa2.074kPaH0.725其对应的总汲取系数为KG4.972106kmol/(m·s·kPa)以液相构成差表示的总推进力为其对应的总汲取系数为2）汲取过程的控制要素气膜阻力占总阻力的百分数为气膜阻力占总阻力的绝大多数，故该汲取过程为气膜控制。4.在某填料塔顶用清水逆流汲取混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为105.0kPa，操作温度为25℃。在操作条件下均衡关系切合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为2.12637.5kPa，液相构成为2.85kmol/m3，液膜汲取系数kL=2.12kmol/(m·kPa)。测得塔某截面处甲醇的气相分压为×10-5m/s，气相总汲取系数KG＝1.206×10-52kmol/(m·s·kPa)。求该截面处（1）膜汲取系数kG、kx及ky；（2）总汲取系数L、X及Y；（3）汲取速率。KKK解：(1)以纯水的密度取代稀甲醇水溶液的密度，25℃时水的密度为997.0kg/m3溶液的总浓度为..........ct997.0kmol/m355.39kmol/m318（2）由KLKG1.206105106m/sH2.126m/s5.673因溶质构成很低，故有3）汲取速率为在101.3kPa及25℃的条件下，用清水在填料塔中逆流汲取某混淆气中的二氧化硫。已知混淆气进塔和出塔的构成分别为y1=0.04、y2=0.002。假定操作条件下均衡关系听从亨利定律，亨利系数为4.13×103kPa，汲取剂用量为最小用量的1.45倍。（1）试计算汲取液的构成；（2）若操作压力提升到1013kPa而其余条件不变，再求汲取液的构成。解：（1）Y1y10.041y110.04170.04汲取剂为清水，所以X20所以操作时的液气比为汲取液的构成为（2）mE4.13103pt10134.077在向来径为0.8m的填料塔，用清水汲取某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混淆气的流量为45kmol/h，二氧化硫的体积分数为0.032。操作条件下气液均衡关系为Y34.5X，气相整体积汲取系数为0.0562kmol/(m3·。s)若汲取液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为98%。求水的用量（kg/h）及所需的填料层高度。y10.032解：Y10.03311y110.032惰性气体的流量为水的用量为求填料层高度3某填料汲取塔装有5m高，比表面积为221m/m的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流汲取某混合气体中的溶质组分。已知混淆气的流量为50kmol/h，溶质的含量为5％（体积分数％）；进塔清水流量为200kmol/h，其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液均衡关系为Y2.75X；气相总汲取系数为3104kmol/(m2s)；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。试计算（1）填料塔的汲取率；（2）填料塔的直径。解：（1）惰性气体的流量为关于纯溶剂汲取依题意y10.05（2）Y110.05261y10.05由qn,VHOGKYa填料塔的直径为8.在101.3kPa及20℃的条件下，用清水在填料塔逆流汲取混于空气中的氨气。已知混淆气的质量流速G..........为60020.05、0.000526，水的质量流速2kg/(m·h)，气相进、出塔的摩尔分数分别为W为800kg/(m·h)，填料层高度为3m。已知操作条件下均衡关系为Y=0.9X，Ka正比于G0.82）WG气体流速增添一倍；(3)液体流速增添一倍，试分别计算填料层高度应怎样变化，才能保持尾气构成不变。解：第一计算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数操作条件下，混淆气的均匀摩尔质量为HOGZ30.435mNOGm6.890（1）pt2pt若气相出塔构成不变，则液相出塔构成也不变。所以HOGqn,VHOG0.4350.218mKGap总2m2ZHOGNOG0.2185.499m1.199mZZZ(1.1993)m1.801m即所需填料层高度比本来减少1.801m。（2）qn,V2qn,V若保持气相出塔构成不变，则液相出塔构成要加倍，即故qn,V0.2HOGHOG20.2mqn,VZHOGNOG0.500mZZZ(7.9103)m4.910m即所需填料层高度要比本来增添4.910m。3）qn,L2qn,LW对KGa无影响，即Gqn,L对Ka无影响，所以传质单元高度不变，即HOGHOG0.435m即所需填料层高度比本来减少0.609m。9.某制药厂现有向来径为1.2m，填料层高度为3m的汲取塔，用纯溶剂汲取某气体混淆物中的溶质组分。入塔混淆气的流量为40kmol/h，溶质的含量为0.06（摩尔分数）；要求溶质的回收率不低于95%；操作条件下气液均衡关系为Y=2.2X；溶剂用量为最小用量的1.5倍；气相总汲取系数为0.35kmol/(m2·h)。填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。试计算（1）出塔的液相构成；（2）所用填料的总比表面积和等板高度。y10.060.0638解：（1）Y10.061y11惰性气体的流量为（2）Y1Y1Y1*0.06380.0213Z3m0.472mHOGNOG6.353..........qn,V由HOGKYa填料的有效比表面积为填料的总比表面积为由NOGlnSNTS1由ZHETPNT填料的等板高度为10.用清水在塔中逆流汲取混于空气中的二氧化硫。已知混淆气中二氧化硫的体积分数为0.085，操作条件下物系的相均衡常数为26.7，载气的流量为250kmol/h。若汲取剂用量为最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率为92%。试求水的用量（kg/h）及所需理论级数。解：Y1y10.0850.09291y110.085用清水汲取，X20操作液气比为水的用量为用清水汲取，A0.92Aln由NT11lnA11.某制药厂现有向来径为0.6m，填料层高度为6m的汲取塔，用纯溶剂汲取某混淆气体中的有害组分。现场测得的数据以下：V=500m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004。已知操作条件下的气液均衡关系为Y=1.5X。现因环保要求的提升，要求出塔气体构成低于0.002（摩尔比）。该制药厂拟采纳以下改造方案：保持液气比不变，在原塔的基础大将填料塔加高。试计算填料层增添的高度。解：改造前填料层高度为改造后填料层高度为故有ZHOGNOGHOGNOG因为气体办理量、操作液气比及操作条件不变，故关于纯溶剂汲取X20，Y2*0由NOG1ln[(1S)Y1Y2*S]1SY2Y2*故NOG1ln[(1S)Y1S]1SY2所以，有操作液气比为填料层增添的高度为12.若汲取过程为低构成气体汲取，试推导HOGHG1HL。A..........解：HGqn,Vkya由HOGqn,VKYa故HOGHG1HLA13.在装填有25mm拉西环的填料塔中，用清水汲取空气中低含量的氨。操作条件为20℃及101.3kPa，气相的质量速度为0.525kg/(m2·s)，液相的质量速度为2.850kg/(m2·s)。已知20℃及101.3kPa时氨在空气中的扩散系数为1.891052/s，20℃时氨在水中的扩散系数为1.761092/s。试估量传质单元高度G、L。mmHH解：查得20℃下，空气的相关物性数据以下：1.81105Pa·s3GG1.205kg/m由HG0.5GβWγScG查表8-6，0.557，0.32，0.51查得20℃下，水的相关物性数据以下：100.5105Pa·s3LL998.2kg/m由HLWScL0.5L查表8-7，2.36103，0.2214.用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯汲取液，已知进、出解吸塔的液相构成分别为0.0085和0.0016（均为摩尔比）。解吸所用载气为含二氧化碳0.0005（摩尔分数）的空气，解吸的操作条件为35℃、101.3kPa，此时均衡关系为Y=106.03X。操作气液比为最吝啬液比的1.45倍。若取HOL0.82m，求所需填料层的高度。解：进塔载气中二氧化碳的摩尔比为最吝啬液比为操作气液比为汲取因数为液相总传质单元数为填料层高度为15.某操作中的填料塔，其直径为0.8m，液相负荷为38.2m/h，操作液气比（质量比）为6.25。塔装有DN50金属阶梯环填料，其比表面积为109m2/m3。操作条件下，液相的均匀密度为995.6kg/m3，气相的均匀密度为1.562kg/m3。1）计算该填料塔的操作空塔气速；2）计算该填料塔的液体喷淋密度，并判断能否达到最小喷淋密度的要求。解：（1）填料塔的气相负荷为qV,V8.2995.6m3/h836.25m3/h6.251.562填料塔的操作空塔气速为2）填料塔的液体喷淋密度为最小喷淋密度为Umin，达到最小喷淋密度的要求。矿石焙烧炉送出的气体冷却后送入填料塔中，用清水清洗以除掉此中的二氧化硫。已知入塔的炉气流量..........33℃。为2400m/h，其均匀密度为1.315kg/m；清洗水的耗费量为50000kg/h。汲取塔为常压操作，汲取温度为20填料采纳DN50塑料阶梯环，泛点率取为60％。试计算该填料汲取塔的塔径。解：查得20℃下，水的相关物性数据以下：L100.5105Pa·s3L998.2kg/m炉气的质量流量为采纳埃克特通用关系图计算泛点气速，横坐标为查图8-23，得纵坐标为关于DN50塑料阶梯环，由表8-10和附录二分别查得F1271/m故uF212711.3151.0050.20.0389.81998.2解出uF1.492m/s操作空塔气速为由D4qV,Vπu圆整塔径，取D=1.0m校核D10008，故所选填料规格适合。d5020取(LW)min3·0.08m/（mh）最小喷淋密度为操作喷淋密度为U50000/998.23232>Uminπ1.02m/(mh)63.81m/(mh)4操作空塔气速为泛点率为经校核，采纳D=1.0m合理。第九章蒸馏1．在密闭容器中将A、B两组分的理想溶液升温至82℃，在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为pA*=107.6kPa及pB*＝41.85kPa，取样测得液面上方气相中组分A的摩尔分数为0.95。试求均衡的液相构成及容器中液面上方总压。解：此题可用露点及泡点方程求解。解得p总＝99.76kPa此题也可经过相对挥发度求解由气液均衡方程得2．试分别计算含苯0.4（摩尔分数）的苯—甲苯混淆液在总压100kPa和10kPa的相对挥发度和均衡的气相构成。苯（A）和甲苯（B）的饱和蒸气压和温度的关系为式中p﹡的单位为kPa，t的单位为℃。苯—甲苯混淆液可视为理想溶液。（作为试差起点，100kPa和10kPa..........对应的泡点分别取94.6℃和31.5℃）解：此题需试差计算1）总压p总＝100kPa初设泡点为94.6℃，则lgpA*6.0321206.352.191得pA*155.37kPa94.6220.24同理lgpB*6.0781343.941.80pB*63.15kPa94.6219.58或p总＝0.4则pA*155.372.46pB*63.152）总压为p总＝10kPa经过试差，泡点为31.5℃，p*A=17.02kPa，p*B＝5.313kPa随压力降低，α增大，气相构成提升。3．在100kPa压力下将构成为0.55（易挥发组分的摩尔分数）的两组分理想溶液进行均衡蒸馏和简单蒸馏。原料液办理量为100kmol，汽化率为0.44。操作围的均衡关系可表示为。试求两种状况下易挥发组分的回收率和残液的构成。解：（1）均衡蒸馏（闪蒸）依题给条件q10.440.56则qxxF0.56x0.55yq10.56q110.561由均衡方程y0.46x0.549联立双方程，得y=0.735，x=0.4045nD0.44nF0.44100kmol=44kmol（2）简单蒸馏nD44kmolnW56kmol即0.57981ln0.5490.54xW0.540.5490.540.55解得xW=0.3785简单蒸馏收率高（61.46%），釜残液构成低（0.3785）4．在一连续精馏塔中分别苯含量为0.5（苯的摩尔分数，下同）苯—甲苯混淆液，其流量为100kmol/h。已知馏出液构成为0.95，釜液构成为0.05，试求（1）馏出液的流量和苯的收率；（2）保持馏出液构成0.95不变，馏出液最大可能的流量。解：（1）馏出液的流量和苯的收率2）馏出液的最大可能流量当ηA=100%时，获取最大可能流量，即..........5．在连续精馏塔中分别A、B两组分溶液。原料液的办理量为100kmol/h，其构成为0.45（易挥发组分A的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为96％，釜液的构成为0.033。试求（1）馏出液的流量和构成；（2）若操作回流比为2.65，写出精馏段的操作线方程；（3）提馏段的液相负荷。解：（1）馏出液的流量和构成由全塔物料衡算，可得qn,W1.8kmol/h=54.55kmol/h0.033qn,Dqn,Fqn,W10054.55kmol/h=45.45kmol/h2）精馏段操作线方程3）提馏段的液相负荷6．在常压连续精馏塔中分别A、B两组分理想溶液。进料量为60kmol/h，其构成为0.46（易挥发组分的摩尔分数，下同），原料液的泡点为92℃。要求馏出液的构成为0.96，釜液构成为0.04，操作回流比为2.8。试求以下三种进料热状态的q值和提馏段的气相负荷。1）40℃冷液进料；2）饱和液体进料；3）饱和蒸气进料。已知：原料液的汽化热为371kJ/kg，比热容为1.82kJ/(kg?℃)。解：由题给数据，可得（1）40℃冷液进料q值可由定义式计算，即（2）饱和液体进料此时q=1（3）饱和蒸气进料q=0三种进料热状态下，因为q的不一样，提馏段的气相负荷（即再沸器的热负荷）有明显差别。饱和蒸气进料′V最小。7．在连续操作的精馏塔中分别两组分理想溶液。原料液流量为50kmol/h，要求馏出液中易挥发组分的收率为94％。已知精馏段操作线方程为y=0.75x+0.238；q线方程为y=2-3x。试求（1）操作回流比及馏出液构成；（2）进料热状况参数及原料的总构成；（3）两操作线交点的坐标值xq及yq；（4）提馏段操作线方程。解：（1）操作回流比及馏出液构成由题给条件，得R及xD0.238R0.75R11解得R=3，xD=0.9522）进料热状况参数及原料液构成因为q3及xF2q11q解得q=0.75（气液混淆进料），xF=0.5（3）两操作线交点的坐标值xq及yq联立操作线及q线双方程，即解得xq=0.4699及yq=0.5903（4）提馏段操作线方程其一般表达式为式中相关参数计算以下：..........qn,DAqn,FxF0.94500.5kmol/h24.68kmol/hqn,Wqn,Fqn,D5024.68kmol/h=25.32xD0.952kmol/hqn,LRqn,Dqqn,F50kmol/h=111.54kmol/hqn,Vqn,Lqn,W111.5425.32kmol/h=86.22kmol/h则y111.54x25.3286.2286.228．在连续精馏塔中分别苯—甲苯混淆液，其构成为0.48（苯的摩尔分数，下同），泡点进料。要求馏出液构成为0.95，釜残液构成为0.05。操作回流比为2.5，均匀相对挥发度为2.46，试用图解法确立所需理论板层数及适合加料板地点。解：由气液均衡方程计算气液相均衡构成如此题附表所示。x

习题8附表00.050.10.20.30.40.50.60.70.80.91.000.110.210.380.510.620.710.780.850.900.951.05413117287在x–y图上作出均衡线，如此题附图所示。习题8附图DFWa、e、c。由已知的x，x，x在附图上定出点精馏段操作线的截距为xD0.95，在y轴上定R12.50.2711出点b，连结点a及点b，即为精馏段操作线。过点e作q线（垂直线）交精馏段操作线于点d。连结cd即得提馏段操作线。从点a开始，在均衡线与操作线之间绘阶梯，达到指定分别程度需11层理论板，第5层理论板进料。9．在板式精馏塔中分别相对挥发度为2的两组分溶液，泡点进料。馏出液构成为0.95（易挥发组分的摩尔分数，下同），釜残液构成为0.05，原料液构成为0.6。已测得从塔釜上涨的蒸肚量为93kmol/h，从塔顶回流的液体量为58.5kmol/h，泡点回流。试求（1）原料液的办理量；（2）操作回流比为最小回流比的倍数。解：（1）原料液的办理量由全塔的物料衡算求解。关于泡点进料，q=1qn,Dqn,Vqn,L9358.5kmol/h=34.5kmol/h则0.6qn,F0.9534.5qn,F34.50.05解得qn,F56.45kmol/h2）R为Rmin的倍数R=1.70..........关于泡点进料，Rmin的计算式为于是R1.71.275Rmin1.33310．在常压连续精馏塔分别苯—氯苯混淆物。已知进料量为85kmol/h，构成为0.45（易挥发组分的摩尔分数，下同），泡点进料。塔顶馏出液的构成为0.99，塔底釜残液构成为0.02。操作回流比为3.5。塔顶采纳全凝器，泡点回流。苯、氯苯的汽化热分别为30.65kJ/mol和36.52kJ/mol。水的比热容为4.187kJ/(kg?℃)。若冷却水经过全凝器温度高升15℃，加热蒸汽绝对压力为500kPa（饱和温度为151.7℃，汽化热为2113kJ/kg）。试求冷却水和加热蒸汽的流量。忽视组分汽化热随温度的变化。解：由题给条件，可求得塔的气相负荷，即关于泡点进料，精馏段和提馏段气相负荷同样，则（1）冷却水流量因为塔顶苯的含量很高，可按纯苯计算，即（2）加热蒸汽流量釜液中氯苯的含量很高，可按纯氯苯计算，即11．在常压连续提馏塔中，分别两组分理想溶液，该物系均匀相对挥发度为2.0。原料液流量为100kmol/h，进料热状态参数q=1，馏出液流量为60kmol/h，釜残液构成为0.01（易挥发组分的摩尔分数），试求（1）操作线方程；（2）由塔最下一层理论板降落的液相构成x′m。解：此题为提馏塔，即原料由塔顶加入，所以该塔仅有提馏段。再沸器相当一层理论板。（1）操作线方程此为提馏段操作线方程，即式中qn,Lqqn,F100kmol/hn,Vqn,D60kmol/hqqn,Wqn,Fqn,D10060kmol/h＝40kmol/h则100x40y6060（2）最基层塔板降落的液相构成因为再沸器相当于一层理论板，故x′m与y′W切合操作关系，则提馏塔的塔顶一般没有液相回流。12．在常压连续精馏塔中，分别甲醇—水混淆液。原料液流量为100kmol/h，其构成为0.3（甲醇的摩尔分数，下同），冷液进料（q=1.2），馏出液构成为0.92，甲醇回收率为90％，回流比为最小回流比的3倍。试比较直接水蒸气加热和间接加热两种状况下的釜液构成和所需理论板层数。甲醇—水溶液的t–x–y数据见此题附表习题12附表温度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℃摩尔分数摩尔分数℃摩尔分数摩尔分数1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.958..........84.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.01.078.00.300.665解：（1）釜液构成由全塔物料衡算求解。①间接加热②直接水蒸气加热重点是计算R。因为q=1.2，则q线方程为在此题附图上过点e作q线，由图读得：xq=0.37，yq=0.71于是qn,W1.8529.351.2100kmol/h174.3kmol/h明显，在塔顶甲醇收率同样条件下，直接水蒸气加热时，因为冷凝水的稀释作用，xW明显降低。（2）所需理论板层数在x–y图上图解理论板层数附图1附图2①间习题12附图接加热精馏段操作线的截距为由xD=0.92及截距0.323作出精馏段操作线ab，交q线与点d。由xW=0.0425定出点c，连结cd即为提馏段操作线。由点a开始在均衡线与操作线之间作阶梯，NT=5（不含再沸器），第4层理论板进料。②直接蒸汽加热图解理论板的方法步骤同上，但需注意xW=0.0172是在x轴上而不是对角线上，如此题附图所示。此状况下共需理论板7层，第4层理论板进料。计算结果表示，在保持馏出液中易挥发组分收率同样条件下，直接蒸汽加热所需理论板层数增添。且需注意，直接蒸汽加热时再沸器不可以起一层理论板的作用。13．在拥有侧线采出的连续精馏塔中分别两组分理想溶液，如此题附图所示。原料液流量为100kmol/h，构成为0.5（摩尔分数，下同），饱和液体进料。塔习题13附图顶馏出液流量qn,D为20kmol/h，构成xD1为0.98，釜残液构成为0.05。从精馏段抽出构成xD2为0.9的饱和液体。物系的均匀相对挥发度为2.5。习题13附图塔顶为全凝器，泡点回流，回流比为3.0，试求（1）易挥发组分的总收率；（2）中间段的操作线方程。解：（1）易挥发组分在两股馏出液中的总收率由全塔的物料衡算，可得qn,D2的计算以下及..........qn,FxF200.980.9qn,D20.0510020qn,D2整理上式，获取则qn,D231.06kmol/h于是A200.9831.060.9100%95.1%1000.5（2）中间段的操作线方程由s板与塔顶之间列易挥发组分的物料衡算，得qn,Vsys1qn,Lsxsqn,DxD1qn,D2xD2（1）式中qn,Vs(R1)qn,D1(420)kmolh80kmolh将相关数值代入式（1）并整理，获取14．在常压连续精馏塔中分别两组分理想溶液。该物系的均匀相对挥发度为2.5。原料液构成为0.35（易挥发组分的摩尔分数，下同），饱和蒸气加料。已知精馏段操作线方程为y=0.75x+0.20，试求（1）操作回流比与最小回流比的比值；（2）若塔顶第一板降落的液相构成为0.7，该板的气相默弗里效率E。MV1解：（1）R与R的比值先由精馏段操作线方程求得R和x，再计算R。minDmin由题给条件，可知解得R3对饱和蒸气进料，q=0，yq=0.35则R31.152Rmin2.604（2）气相默弗里效率气相默弗里效率的定义式为EM,Vy1y2（1）y1*y2式中y1xD0.8将相关数据代入式（1），得15．在连续精馏塔中分别两组分理想溶液，原料液流量为100kmol/h，构成为0.5（易挥发组分的摩尔分数，下同），饱和蒸气进料。馏出液构成为0.95，釜残液构成为0.05。物系的均匀相对挥发度为2.0。塔顶全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。塔釜的汽化量为最小汽化量的1.6倍，试求（1）塔釜汽化量；（2）从塔顶往下数第二层理论板降落的液相构成。解：先求出最小回流比，再由最小回流比与最小汽化量的关系求得qn,Vmin。液相构成x2可用逐板计算获取。（1）塔釜汽化量关于饱和蒸汽进料q=0，yF=0.5，Rmin可用下式计算，即而qn,DxFxW1000.50.05kmol/h50kmol/hqn,FxWxD0.950.05则qn,Vmin(2.71)50kmol/h185kmol/hqn,Vmin也可由提馏段操作线的最大斜率求得，即即qn,Vminqn,W0.50.05qn,Vmin0.33331.5880.05将q=50kmol/h代入上式，解得n,W..........（2）第2层理论板降落液相构成x2逐板计算求x2需导出精馏段操作线方程。解得R3.72塔顶全凝器y1xD0.9516．某制药厂拟设计一板式精馏塔回收丙酮含量为0.75（摩尔分数，下同）水溶液中的丙酮。原料液的处理量为30kmol/h，馏出液的构成为0.96，丙酮回收率为98.5%。塔顶全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。试依据以下条件计算塔的有效高度和塔径。进料热状况饱和液体总板效率61％操作回流比2全塔均匀压力110kPa理论板层数17.0全塔均匀温度81℃板间距0.40m空塔气速0.82m/s解：由题给条件，可得NT17.0取28NP27.88ET0.611）塔的有效高度2）塔径精馏段和提馏段气相负荷同样，则式中22.4qn,VTp0(27381)101.333s0.5151m3sqV,VT0p3600273m3600110于是40.5151D0.82πm0.894m依据系列标准，选用塔径为900mm。17．在连续精馏中分别A、B、C、D、E（按挥发度降低次序摆列）五组分混淆液。在所选择流程下，C为轻重点组分，在釜液中构成为0.006（摩尔分数，下同）；D为重重点组分，在馏出液中的构成为0.005。原料液办理量为100kmol/h，其构成如此题附表1所示。17题附表1组分ABCDExF0.2130.2440.1830.1420.218试按清楚切割法估量馏出液、釜残液的流量和构成。解：由题意，A、B组分在釜残液中不出现，E组分在馏出液中不出现，且xW,C=0.006，xD,D=0.005。作全塔物料衡算，得将相关数据代入上式，解得计算结果列于此题附表2。17题附表2组分ABCDEΣqn,Fi/（kmol/h）21.324.418.314.221.8100qn,Di/（kmol/h）21.324.418.080.320064.1..........qn,Wi/（kmol/h）000.2213.8821.835.90.33230.38070.28210.00501.0000.0060.38660.60721.0第十一章固体物料的干燥习题解答1.已知湿空气的总压力为100kPa，温度为50℃，相对湿度为40%，试求（1）湿空气中的水汽分压；（2）湿度；（3）湿空气的密度。解：（1）湿空气的水汽分压由附录查得50℃时水的饱和蒸气压ps12.34kPa，故2）湿度3）密度0.9737m3湿空气/kg绝干气密度H1H10.0323kgm3湿空气1.06kgm3湿空气0.97372．常压连续干燥器用热空气干燥某湿物料，出干燥器的废气的温度为40℃，相对湿度为43%，试求废气的露点。解：由附录查得40℃时水的饱和蒸气压ps7.3766kPa，故湿空气中水汽分压为查出ps3.172kPa时的饱和温度为25.02℃，此温度即为废气露点。3.在总压101.3kPa下，已知湿空气的某些参数。利用湿空气的–I图查出附表中空格项的数值，并绘出H分题4的求解过程表示图。习题3附表序湿度干球温度湿球温度相对湿度焓水汽分压露点号kg/kg绝干气/℃℃%kJ/kg绝干气kPa℃1（0.02）86（35）51403232（0.03）793711（160）4.2303（0.04）8642（10）1936354（0.05）（60）42371927.538.5解：附表中括号的数为已知，其余值由H-I图查得。分题4的求解过程表示图略。4.将t025oC、H00.005kg水/kg绝干气的常压新鲜空气，与干燥器排出的t240oC、H20.034kg水/kg绝干气的常压废气混淆，二者中绝干气的质量比为1：3。试求（1）混淆气体的温度、湿度、焓和相对湿度；（2）若后边的干燥器需要相对湿度10%的空气做干燥介质，应将此混淆气加热至多少摄氏度？解：（1）对混淆气列湿度和焓的衡算，得1H03H24Hm（a）1I03I24Im（b）..........当to25℃、H00.005kg水/kg绝干气时，空气的焓为当t240℃、H20.034kg水/kg绝干气时，空气的焓为将以上值代入式（a）及式（b）中，即分别解得：Hm0.02675kg/kg绝干气Im105.2kJ/kg绝干气由Im1.011.88Hmtm2490Hm得tm36.4℃混淆气体中的水汽分压解出p4178Patm36.4℃时水的饱和蒸汽压为ps6075Pa所以混淆气体的相对湿度为4178100%68.8%60752）将此混淆气加热至多少度可使相对湿度降为10%故ps'41780Pa查水蒸气表知此压力下的饱和温度为76.83℃。故应将此混淆气加热至76.83℃。5．干球温度为20℃、湿度为0.009kg水／kg绝干气的湿空气经过预热器加热到80℃后，再送至常压干燥器中，走开干燥器时空气的相对湿度为80%，若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求：（1）1m3原湿空3气在预热过程中焓的变化；（2）1m原湿空气在干燥器中获取的水重量。3解：（1）1m原湿空气在预热器中焓的变化。当t020℃、H00.009kg/kg绝干气时，由图11-3查出I043kJ/kg绝干气。当t180℃、H1H00.009kg/kg绝干气时，由图11-3查出I1104kJ/kg绝干气。故1kg绝干空气在预热器中焓的变化为：原湿空气的比体积：故1m3原湿空气焓的变化为；（2）1m3原湿空气在干燥器中获取的水分。由80H1H00.009kg/kg-I线向右下方挪动与℃、绝干气在HI图上确立空气状态点，由该点沿等80%线订交，交点为走开干燥器时空气的状态点，由该点读出空气走开干燥器时的湿度H20.027kg/kg绝干气。故1m3原空气获取的水重量为：6.用4题（1）的混淆湿空气加热升温后用于干燥某湿物料，将湿物料自湿基含水量0.2降至0.05，湿物料流量为1000kg/h，假定系统热损失可忽视，干燥操作为等焓干燥过程。试求（1）新鲜空气耗量；（2）进入干燥器的湿空气的温度和焓；（3）预热器的加热量。解：（1）新鲜空气耗量蒸发水量..........绝干空气用量新鲜空气用量2）进入干燥器的湿空气的温度和焓因为干燥过程为等焓过程，故出入干燥器的空气的焓相等。将Hm0.02675kg/kg绝干气代入，解出：℃所以，进入干燥器的湿空气的温度为57.54℃，焓为127.6kJ/kg绝干气。（3）预热器的加热量7．在常压下用热空气干燥某湿物料，湿物料的办理量为l000kg/h，温度为20℃，含水量为4％(湿基，下同)，要求干燥后产品的含水量不超出0.5％，物料走开干燥器时温度升至60℃，湿物料的均匀比热容为3.28kJ／(kg绝干料．℃)。空气的初始温度为20℃，相对湿度为50％，将空气预热至100℃进干燥器，出干燥器的温度为50℃，湿度为0.06kg/kg绝干气，干燥器的热损失可按预热器供热量的10％计。试求（1）计算新鲜空气的耗费量；（2）预热器的加热量Qp；（3）计算加热物料耗费的热量占耗费总热量的百分数；（4）干燥系统的热效率。解：（１）新鲜空气耗费量，即绝干物料GG11w1100010.04kg绝干料h960kg绝干料h所以WG(X1X2)960(0.041670.00503)kg/h35.17kg/h20℃时空气的饱和蒸汽压为ps2.3346kPa2）预热器的加热量Ｑp，用式11-31计算Ｑp，即3）加热物料耗费的热量占耗费总热量的百分数加热物料耗热总耗热量加热物料耗费的热量占耗费总热量的百分数：125952100%51.9%242484（4）干燥器的热效率，若忽视湿物猜中水分带入系统中的焓，则用式11-37计算干燥系统的热效率。8.用通风机将干球温度t026oC、焓I066kJ/kg绝干气的新鲜空气送入预热器，预热到t1120oC后进入连续逆流操作的理想干燥器，空气走开干燥器时相对湿度250%。湿物料由含水量w10.015被干燥至含水量w20.002，每小时有9200kg湿物料加入干燥器。试求（1）达成干燥任务所需的新鲜空肚量；（2）预热器的加热量；（3）干燥器的热效率解：（1）新鲜空气耗量绝干物料流量依据t026℃、I066kJ/kg绝干气，求出H00.0157kg/kg绝干气依据t1120℃、H1H00.0157，求出I1163.8kJ/kg绝干气理想干燥器，所以I2I1163.8kJ/kg绝干气..........H20.6222ps0.311ps（a）p总ps1013300.5ps2I21.011.88H2t22490H2163.8kJkg绝干气（b）设温度t，查水蒸气表得相应的饱和蒸汽压ps，由（）式求湿度H2，再代入（）式反求温度t2，若与初2ab设值一致，计算结束。若与初设值不一致，则需重复以上步骤。解得：ps13180Pa，对应的饱和温度为：t251.34℃p26590Pa，H20.04326kg/kg绝干气绝干空气耗费量新鲜空气耗费量2）预热器的加热量3）干燥器的热效率此题亦可利用HI图求t2。9.在一常压逆流的转筒干燥器中，干燥某种晶状的物料。温度t025oC、相对湿度0=55%的新鲜空气经过预热器加热升温至t195oC后送入干燥器中，走开干燥器时的温度t245oC。预热器中采纳180kPa的饱和蒸汽加热空气，预热器的总传热系数为85W/(m2·K)，热损失可忽视。湿物料初始温度124℃、湿基含水量w1=0.037；干燥完成后温度升到2＝60℃、湿基含水量降为w2=0.002。干燥产品流量G2=1000kg/h，绝干物料比热容cs1.5kJ/（kg绝干料·℃），不向干燥器增补热量。转筒干燥器的直径=1.3m=7mD、长度Z。干燥器外壁向空气的对流—辐射结合传热系数为35kJ/（m2·h·℃）。试求（1）绝干空气流量；（2）预热器中加热蒸汽耗费量；（3）预热器的传热面积。解：（1）绝干空气流量绝干物料流量水分蒸发量查出25℃时水的饱和蒸气压为3168.4Pa，故新鲜空气的湿度为：H00.6220ps00.6220.553168.4kgkg绝干气0.0109kgkg绝干气101.330ps0101.330.553168.4对干燥器做水分的衡算，取为1h基准，得：L(H20.0109)36.33（a）对干燥器做热量衡算得：此中I11)t12490H1题给cs1.5kJ/（kg绝干料·℃）..........I1cs1cwX111.52424kJkg绝干料39.86kJkg绝干料I20.00260kJkg绝干料90.5kJkg绝干料题给a35kJ/(m2·h·℃)∴t1t2QLaSta(π)(t0)DL2将以上诸值代入热量衡算式，得：整理得79.59L2574.6H2L93042.5（b）联立式（a）和式（b），解得H20.02093kg/kg绝干气3621kg绝干气/h2）预热器中加热蒸气耗费量加热蒸气压强为180kPa，查出相应的汽化热为2214.3kJ/kg，T=116.6℃。预热器中耗费热量的速率为：此中0.01092524900.0109kJkg绝干气52.9kJkg绝干气I0∴3621125.0452.9kJh261205kJh72.56kWQP加热蒸气耗费量=261205118kg/h2214.3（3）预热器的传热面积10．采纳常压并流干燥器干燥某种湿物料。将20℃干基含水量为0.15的某