化工原理課后習題答案上下冊(鐘理版)

1、下冊第一章蒸儲1.苯酚(C6H5OH)( A)和對甲酚(C6H4(CH3)OH)(B)的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)為溫度T C苯酚蒸氣壓0_Pa kPa對甲酚蒸氣壓0.fpBkPa溫度t C苯酚蒸氣壓0_Pa kPa對甲酚蒸氣壓0.fpBkPa113.7114.6115.4116.3117.010.010.410.811.1911.587.707.948.28.58.76117.8118.6119.4120.011.9912.4312.8513.269.069.399.7010.0試按總壓P=75mmHg(絕壓)計算該物系的“t-x-y ”數(shù)據(jù)，此物系為理想體系。 解：總壓 P=75mmHg=10kp 。

2、由拉烏爾定律得出0 PaXA +0Pb xb=P所以 P00Pb . v _ Pa0PPbxA=0Pa0 ' JA-Pbp00PaPb因此所求得的t-x-y數(shù)據(jù)如下:t, Cxy113.711114.60.8370.871115.40.6920.748117.00.4400.509117.80.3210.385118.60.2010.249119.40.0950.122120.000.2.承接第一題，利用各組數(shù)據(jù)計算(1)在x= 0至x= 1范圍內各點的相對揮發(fā)度i ,取各i的算術平均值為，算出 對的最大相對誤差。(2)以平均作為常數(shù)代入平衡方程式算出各點的“ y-x ”關系，算出由此

3、法得出的各組yi值的最大相對誤差。解:對理想物系，有0pA。所以可得出Pbt, C113.7114.6115.4116.3117.0117.8118.6119.4120.01.2991.3101.3171.3161.3221.3231.3241.3251.326算術平均值=1.318i的最大相對誤差=) max100% 0.6%。(2)1.318x得出如下數(shù)據(jù):1)x0.318xt,x113.711114.60.8370.871115.40.6920.748116.30.5580.625117.00.4400.509117.80.3210.384118.60.2010.249119.40.09

4、50.122120.000各組yi值的最大相對誤差y) max0.3%。V3.已知乙苯（A）與苯乙烯（B）的飽和蒸氣壓與溫度的關系可按下式計算ln pA 16.0195ln p0 16.01953279.47T 59.953328.57T 63.72式中 p0的單位是mmHg, T的單位是K。由題意知Ta= 59.95TB= 63.723279.47ln60 16.01953328.57ln60 16.0195334.95K =61.8 C342.84K=69.69 C問:總壓為60mmHg（絕壓）時，A與B的沸點各為多少？在上述總壓和 65 c時，該物系 可視為理想物系。此物系的平衡氣、液相

5、濃度各為多少摩爾分率？ 解:由 pA xa+ pB (1 xa) =6065 c時，算得 pA = 68.81mmHg ; pB =48.93 mmHg0xa= 0.56 , xb=0.44; y a= pA xa/60=0.64; yb=1-0.64=0.36。5若苯一甲苯混合液中含苯 0.4 (摩爾分率)，試根據(jù)本題中的txy關系求:(1) 溶液的泡點溫度及其平衡蒸氣的瞬間組成；(2) 溶液加熱到100 C,這時溶液處于什么狀態(tài)？各相的量和組成為若干？(3) 該溶液加熱到什么溫度時才能全部氣化為飽和蒸氣？這時蒸氣的瞬間組成如 何？toC110.680.1859095100105x01.00

6、00.7800.5810.4110.2580.130y1.0000.9000.7770.6320.4560.2620解：(1)由苯一甲苯的txy關系得x=0.4時，泡點溫度=95.5 C平衡蒸氣的瞬間組成=0.615(2)溶液加熱到100 C時處于氣液混合共存區(qū)氣液相組成各位x=0.26 ; y=0.47 。根據(jù)杠桿原理，氣液相量之比=0.4 0.26 =2:1 。0.47 0.4(3)由氣液平衡關系知溶液加熱到102 c時才能全部氣化為飽和蒸氣，此時 y=0.4 。6 常壓下將含苯(A) 60%、甲苯(B) 40% (均指摩爾百分數(shù))的混合液閃蒸(即平衡蒸儲)，得平衡氣、液相，氣相摩爾數(shù)占總

7、摩爾數(shù)的分率一氣化率(1-q )為0.30。物系相對揮發(fā)度=2.47，試求：閃蒸所得氣、液相的濃度。若改用簡單蒸儲，令殘液濃度與閃蒸的液相濃度相同，問：儲出物中苯的平均濃度為多少？qx提示：若原料液、平衡液、氣相中 A的摩爾分率分別以xf、x、y表示，則存在如下關系：士 O解:q 1閃蒸-q-x XF x 2和 y ,解方程得 x = 0.54 。從而 y =q 1 q 131 (1)x0.74。(2)簡單蒸儲由方程 ln F ln xF-ln 1一xW 和 FxFWxW DxD 得出W 1Xw1 XfXd =0.79 ,即儲出物中苯的平均濃度為79%。7.某二元物系，原料液濃度 頂產品中易揮

8、發(fā)組分回收率爾分率。解：xf =0.42 ,連續(xù)精微分離得塔頂產品濃度xd=0.95 。已知塔由 FXf WXw DXd 和DXdFX70.92 得出 Xw =0.056 。=0.92 ,求塔底產品濃度 xwo以上濃度皆指易揮發(fā)組分的摩8 有一二元理想溶液，在連續(xù)精儲塔中精儲。原料液組成50%(摩爾),飽和蒸氣進料。原料處理量為每小時100kmol ,塔頂、塔底產品量各為 50kmol/h ,已知精微段操作線方程為y=0.833 x+0.15 ,塔釜用間接蒸氣加熱，塔頂采用全凝器，泡點回流。試求 ：(1)塔頂、塔底產品組成(用摩爾分率表示)；(2)全凝器中每小時冷凝蒸氣量；(3)提儲段操作線方

9、程；(4)若全塔平均相對揮發(fā)度 =3.0 ,塔頂?shù)谝粔K板的液相默弗里板效率EML=O.6,求離開塔頂?shù)诙K板的氣相組成。解：R 1(1 )由精鐳段萬程y x xD及已知的精微段操作線方程為R 1 R 1y=0.833 x+0.15 得出R一Xc,一0.833和=0.15 ,解得R 1R 1R = 5, xd=0.9 , xw=0.1(2)全凝器中每小時冷凝蒸氣量V= (R+1)D=300 (kmol/h )。(3)提錨段操作線方程L qFWy x XW = 1.25 x - 0.025。L qF W L qF W(4)求離開塔頂?shù)诙K板的氣相組成y2XdXiyyXdEML= 0.6 ,又 x1

10、 =-=0.75XD X1y1(1 y1 )3 2y13 2xd解得 x1 = 0.81又由物料平衡得V2 = y1 L( XD x1)=0.9 R- (0.9 0.81 ) = 0.825 。 VR 19有一二元理想溶液 ，在連續(xù)精儲塔中精儲。原料液組成 50%(摩爾),飽和蒸汽進料。 原料處理量為每小時1000kmol ,塔頂、塔底產品量各為 500kmol/h ,已知精微段操作線方程為y=0.86 x+0.12 ,塔釜用間接蒸氣加熱，塔頂采用全凝器，泡點回流。試求 ：(1)回流比R、塔頂、塔底產品組成(用摩爾分率表示)；(2).精微段上升的蒸氣量 qn(V)及提儲段下降的液體量 qn(L

11、')(3)提儲段操作線方程；(4)若相對揮發(fā)度 =2.4 ,求回流比與最小回流比的比值：R- oRm in解：(1)回流比R、塔頂、塔底產品組成R 1y x xD =0.86 x + 0.12 ,解得R 1 R 1R= 6.14 , xd= 0.857 , xw=0.143 。(2)精微段上升的蒸氣量 qn(V)及提儲段下降的液體量qn(L')L'=L=RD=3070 kmol/h , V= (R+1) D=3570 kmol/h 。(3)提儲段操作線方程R 1y x xw =1.19 x -0.02R 1 R 11 xd1 xd(4)Rmin = 1 = 1.7341

12、 yF1 yFR所以一=3.54 。Rm in10 某連續(xù)精儲操作中，已知操作線方程如下：精微段：y=0.723x+0.263提福段：y=1.25x-0.0187若原料液于露點溫度下進入塔中，試求原料液，儲出液和釜殘液的組成及回流比。解： R一由題意知 =0.723 ,所以R=2.61R 1- = 0.263 ,所以 xd =0.95 。R 1由 y = xw = 1.25 xw -0.0187 得出 xw = 0.0748 。因為露點進料，q線方程為：y=xF。由q點坐標(解兩段操作線方程)x=0.535, y=0.65,得xF =0.6511.用一連續(xù)精微塔分離由組分 含A0.957 (以

13、上均為摩爾分率) 試說明原料液的熱狀況，并求出 解：A, B所組成的理想混合液，原料液中含 。已知溶液的平均相對揮發(fā)度為2.5 ,q值。A0.44 ,微出液中最小回流比為1.63 ,平衡線方程為:x 2.5xy =1 (1)x1 1.5xR 1精鐳段操作線萬程為：y x XD = 0.62 x + 0.364 。所以R 1 R 1q 點坐標為：x =0.365 , y =0.59因為x=0.365< xf =0.44, y =0.59> xf ,所以原料為氣液混合物。由q線方程可得xf = ( 1 q) y +q x ,解得q= 0.667 。12 無13 在常壓連續(xù)精微塔中，分離

14、苯一甲苯混合液，若原料為飽和液體，其中含苯為0.5 ,塔頂儲出液中含苯 0.9 ,塔底釜殘液中含苯 0.1 (以上均為摩爾分率)，回流比為4.52，試 求理論板層數(shù)和加料板位置。物系平衡資料見題7。解：按M-T圖解法求理論板層數(shù)。圖示步驟略。精鐳段操作線截距=0.9= 0.163 。R 14.52 1繪得的理論板層數(shù)為：N= 16。加料板為從塔頂往下的第三層理論板。14在常壓連續(xù)提儲塔中分離含乙醇0.033的乙醇一水混合液。飽和液體進料，直接蒸氣加熱。若要求塔頂產品乙醇回收率為0.99，試求(1)在無限多層理論板層數(shù)時，計算每摩爾進料所需蒸氣量；(2)若蒸氣量取為2倍最小蒸氣量時，求所需理論板

15、層數(shù)及兩產品的組成。假設塔內氣液恒摩爾流動。常壓下氣液平衡資料列于例1-5題附表中。解：由方程 F+ V0=D+W 和 F xf =D xd +W xw 及 D xd = 0.99 F xf 解得xw =0.00033。(1)在無限多層理論板層數(shù)時的操作線斜率為:WVominFVominyFyFyWxFxWxFxW直接蒸汽加熱,yW =0 °由平衡數(shù)據(jù)查得， xF =0.033 , yF =0.270 ,所以解得 V0min= 0.121 （mol/mol 進料）。(2 )V。= 2V°min時所需理論板層數(shù)及兩產品的組成DxD 0.242xD顯然 D=VO, =0.99

16、,所以 Xd =0.135 。FXfXf圖解法求得理論板層數(shù)為5 (圖解法略)。15在連續(xù)操作的板式精微塔中分離苯一甲苯混合液。在全回流的條件下測得相鄰板上的 液體組成分別為0.28 , 0.41和0.57，試求三層板中較低的兩層的單板效率。操作條件下苯一甲苯混合液的平衡資料如下。x0.260.380.51y0.450.600.72解：在全回流操作時，yn 1 = xn。由板效率定義知Em, v = -yny，y3=x2 = 0.41 , y2 = x1 = 0.57。由表查得 y2VnVn 1= 0.628 。所以 Em, 2=yy3 =0.73=73 %。V2V3同理 Em, 3=67%。

17、16.有一精微塔，已知塔頂儲出液組成xd =0.97 (摩爾分數(shù))，回流比R=2,塔頂采用全2.4x僦奮，泡點回流，其氣放平衡關系為y ,求從塔頂數(shù)起離開第一塊板下降的1 1.14x液體組成x 1和離開第二塊板上升的氣相組成y2。解：工 2.4xy由y 推出 x -1 1.14x1 1.14y由于 y1 = xd =0.97 ,所以 x 1=0.75 。故R ,y2 = y1 ( xd x1)=0.82 。R 117 T9 無第二章吸收 暫無第五章干燥1 無5-2 1.0133 X 10Pa （1個大氣壓）、溫度為50 c的空氣，如果濕球溫度為30 C,計算：（1）濕度；（2）烙；（3）露點；

18、（4）濕比容解：1、H=0.021, I=116kJ/kg, td=25? CVh10.021291822.450 2732730.125-3已知一個干燥系統(tǒng)的操作示意圖如下: 在I H圖中畫出過程示意圖求循環(huán)空氣量qm,LA14 oCHA=0.01k?kg-1 干氣預熱器B83oC理論干燥器C, 83oC,H=0.03kg ?kg-1 干氣6=80%間產冷凝器l冷凝水，1kg? h-1tA=83C解：示意圖，見右圖qm,L Ha Hc 1q m,L0.03-0.0150kg/htA=14C5-4在一連續(xù)干燥器中干燥鹽類結晶，每小時處理濕物料為1000kg ,經干燥后物料的含水量由40%減至5

19、% （均為濕基），以熱空氣為干燥介質，初始濕度Hi為0.009kg水？ kg-1絕干氣，離開干燥器時濕度H2為0.039kg水？ kg-1絕干氣，假定干燥過程中無物料損失,試求：(1) 水分蒸發(fā)是 qm,w (kg水？h-1);(2) 空氣消耗qm,L (kg絕干氣？ h-1);原濕空氣消耗量 qm,L，(kg原空氣？ h-1);(3)干燥產品量 q m,G2 (kg?h-1)。解：qmG1=1000kg/h, w 1 =40 C , w2=5%H1=0.009,H2=0.039qmGc=qmG1 (1-w 1)=1000(1-0.4)=600kg/hX1=0.4/0.6=0.67, X2=5

20、/95=0.053 qmw=q mGC(x 1-X2)=600(0.67-0.053)=368.6kg/hqmL(H2-H1)=qmwq mLq mwH2 Hi368.60.039 0.00912286.7q me =q mL(1+H1 )=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/hqmGC=qmG2(1-w 2)qmG2qmGC1 w26001 0.05631.6kg/h5-5某廠利用氣流干燥器將含水20%的物料干燥到5% (均為濕基)，已知每小時處理的原料量為1000kg ,于40 c進入干燥器，假設物料在干燥器中的溫度變化不大，空氣的 干球溫度為20 C,濕球溫度為16.5

21、 C,空氣經預熱器預熱后進入干燥器，出干燥器的空 氣干球溫度為60 C,濕球溫度為40 C,干燥器的熱損失很小可略去不計，試求：(1) 需要的空氣量為多少 m3?h-1?(以進預熱器的狀態(tài)計)(2) 空氣進干燥器的溫度？0 c時水的汽化熱2491.27kJ ?kg-1,空氣與水汽比熱分別為1.01與1.88kJ ?kg-1?K-1解：wi=0.2,w2=0.05, qmG1=1000kg/h,01=40 C , t0=20 C ,t w0= 16.5 C, t2=60 C,t w2 =40 CQ = 1.01 qmL(t2-t0)+qmw(2490+1.88 t2) + qmGC( (-9i)

22、+QcIl = l2查圖得：Ho=0.0l, H2=0.045Ii=(1.01 + 1.88 H0)ti+2490 H0=(1.01 + 1.88 H2)t2+2490 H2二(1.01 + 1.88X 0.045) X 60+2490 乂 0電457.7(1.01 + 1.88X 0.0®+2490 X 0.01 = 1.03 t1+24.9=177.7t1177.7 24.91.03148.4 CqmGC二qmG1(1-W1)=1000(1-0.2)=800X1=0.2/0.8=0.25,X2=5/95=0.053qmw=qmGc(X2-X1)=800(0.25-0.053)=1

23、57.6q mw qmLH2 H1157.60.045 0.014502.9qmL=qmL（1 + H0）=4502.9（1+0.01）=4547.95-6濕物料含水量為 42%,經干燥后為4% （均為濕基），產品產量為0.126kg/s ,空 氣的干球溫度為 21 C,相對濕度40%,經預熱器加熱至 93 c后再送入干燥器中，離開干 燥器時空氣的相對濕度為 60%,若空氣在干燥器中經歷等始干燥過程，試求：（1） 在I圖H上畫出空氣狀態(tài)變化過程的示意圖；（2） 設已查得H0=0.008kg水？ kg-1絕干氣，H2=0.03 kg水？ kg-1絕干氣），求絕干空氣消耗量qm,L （ kg絕干氣

24、？ s-1）。預熱器供應之熱量 Qp ( kw )。 p解：W1=0.42, w2=0.04,qmG2=0.126kg/st0=21,M=0.4,t1=93,02=0.6,I1 = I2H0=0.008,H2=0.03qmG2(1-W2)=qmG1(1-W 1)1 0.04 0.126 0.2091 0.42. qmw =qmG1- q mG2 =0.209-0.126=0.0826qmLqmwH2 H10.08260.03 0.0083.752kg/sQp=qmL(l1-l0)=qmL(1.01 + 1.88 H1)(t1-t0)=3.752(1.01 + 1.88X 0.008)(93-2

25、1)=301.2kg/s5-7有一連續(xù)干燥器在常壓下操作，生產能力為1000kg ?h-1 (以干燥產品計)物料水分由12%降為3% (均為濕基)物料溫度則由15 c至28 C,絕干物料的比熱為 1.3KJ ? kg-1絕干料，C,空氣的初溫為25 C,濕度為0.01kg ?kg-1絕干空氣，經預熱器后升溫至70C,干燥器出口廢氣為 45 C,設空氣在干燥器進出口處烙值相等，干燥系統(tǒng)熱損失 可忽略不計，試求： 在H-I圖上(或t H圖上)示意畫出濕空氣在整個過程中所經歷的狀態(tài)點； 空氣用量(m3?h-1)(初始狀態(tài)下)；為保持干燥器進出口空氣的烙值不變，是否需要另外向干燥器補充或移走熱量？其值

26、為多少？解：qmG2=1000,W1 = 12%,W2=3%,01 = 15,02=28,Cs=1.3,10=25 C , Ho=0.01, t1=70 C, t2=45 C, Ii = I2 qmGc=1000(1-0.12)=880,xi = 12/88=0.136,X2=3/97=0.0309q mw =880(0.136-0.0309)=92.5Ii=(1.01 + 1.88 H°)t1+2490 H0=(1.01 + 1.88X 0.01) X 70+2490 X 0.01 =96.9I2=(1.01 + 1.88 H2) X 45+249(H2=45.5+2574.6H

27、2=96.9H2=(96.9-45.5)/2574.6=0.02qmLq92.59250 kg/hH2 H10.02 0.01qmL=9250(1+0.01)=9343 qmL I1 +QD+qmGcI 1 =q mL I2+q mGcI2qmL(Il-l2)+QD=qmGc(I?2-I?1)=qmGc(Cs+CwXl)( 2- 01)=880(1.3+4.18 X 0.136)(28-15)=21375kg/h-1若要I1=I2, 需QD=21375kg/h5-8 用熱空氣干燥某濕物料?？諝獬跏紲囟萾0=20 ，初始濕度H0=0.006Kg 水? kg干氣。為保證干燥產品質量，空氣進干燥器的

28、溫度不得高于90 ；為此在干燥器中間設置加熱器。空氣經預熱器升溫至90通入干燥器，當熱空氣溫度降至60時，再用中間加熱器將空氣加熱至90，廢氣離開干燥器時的溫度變?yōu)?0。假設兩段干燥過程均視為等焓過程。1、在濕空氣的H-I （或t H）圖上定性表示出空氣通過整個干燥器的過程；2、汽化每千克水所需的絕干空氣量和所需供熱量。解：t0=20 ,H0=0.006,t1=90 , t?2=t2=60Ii=(1.01+1.88H 0)t1+2490H 0=(1.01 + 1.88 X 0.006) X 90+2490 X 0.00606.9I2=(1.01 + 1.88H 2 ) X 60+2490H2

29、=1.01 X 60+ (1.88 X 60+2490) H2， =60.6+2602.8H2 =106.9H2 =(106.9-60.6)/2602.8=0.0178I?1=(1.01 + 1.88H 2 ) X 90+2490H2, =(1.01 + 1.88X 0.0178) X 90+2490 X 0.0178138.2I?2=I?1 =60.6+2602.8H2=138.2H?2=(138.2-60.6)/2602.8=0.03q mL=q mw/(H ?2-H1)qmL/qmw=1/(H ?2-H1)=1/(0.03-0.006)=41.7Q=Qi+Q2=qmL(1.01+1.88

30、H o)(ti-to)+q mL(1.01+1.88H 2)(t2-to)=q mL(t 1-t0)(1.01+1.88H 0+1.01+1.88H 2 )=41.7(90-60)(2.02+1.88 X 0.006+1.88 X 0.03)11.695-9在一常壓氣流干燥器中干燥某種濕物料，已知數(shù)據(jù)如下：空氣進入預熱器的溫度為15 c濕含量為0.0073kg 水？kg-1絕干氣，始為35kJ ?kg-1絕干空氣；空氣進干燥器溫 度為90 C,烙為109 kJ ?kg-1絕干空氣；空氣出干燥器溫度為50 C；濕含量為0.023 kg水？ kg-1絕干氣；進干燥器物料含水量為0.15kg水？ kg-1絕干料；出干燥器物料含水量為0.01kg水？ kg-1絕干料；干燥器生產能力為237kg ?h-1 （按干燥產品計）。試求：1 .絕干空氣的消耗量（kg絕干氣？ h-1）；2 .進預熱器前風機的流量（m3?s-1）;3 .預熱器加入熱量（KW）（預熱器熱損失可忽略）。附濕空氣比容計算公式：V= （ 0.772 + 1.244H （ t + 273 ） / 273 X （ 1.0133 X 105 ） / P。解:t0 = 15 C,