化工原理答案

第六章蒸餾1１、在連續(xù)精餾操作中,已知精餾段操作線方程及q線方程分別為y＝０、8ｘ＋0、19;ｙ=-0、５ｘ＋0、６７5，試求:(１）進料熱狀況參數(shù)q及原料液組成ｘＦ；(2）精餾段與提餾段兩操作線交點坐標。解:由ｑ線方程y=-0、5x+0、6７5知故q＝1／３又故ｘF=0、6７5(1-q）=0、675×（１-1／3)=0、45因為精餾段操作線與提餾段操作線交點也就是精餾段操作線與q線得交點,所以yq＝-0、5xq＋0、675yq＝０、８xq+0、１8聯(lián)立求解xｑ=0、３73ｙｑ=０、4891２、用逐板計算習(xí)題10中泡點進料時精餾段所需理論板層數(shù)。在該組成范圍內(nèi)平衡關(guān)系可近似表達為y＝０、4６x+0、545解:由習(xí)題1０知xF=0、４、xD=０、95、Ｒ=2、6設(shè)塔頂為全凝器，故ｙ１=ｘＤ=０、95由平衡關(guān)系y1=0、４６x1+0、５4５=0、95得ｘ1=0、88由精餾段操作線方程得y2=0、72×0、88+0、２6=0、８9又０、４6x2+0、５45＝０、８9得x２=0、75同理ｙ3=0、７2×0、7５+０、２６＝0、８0又0、4６x3+0、54５=0、80得ｘ3=0、５5y3=0、72×0、５5＋0、26=0、66又0、４６x4+０、54５=0、66得x4=０、25＜xF∴精餾段理論板層數(shù)為3層,第四層為進料板。1３、在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合液。若原料為飽與液體,其中含苯0、5(摩爾分數(shù),下同）,塔頂餾出液組成為0、９5,釜液組成為0、０6,操作回流比為2、6。試求理論板層數(shù)與進料板位置。平衡數(shù)據(jù)見例6-２表。解：用圖解法求NT在ｙ－x相圖上找出xW=0、06、xＦ=0、５0、xD=0、95，對應(yīng)點為c、e、a。由回流比R=２、6得精餾段操作線截距在圖中確定ｂ點,并連接ａｂ為精餾段操作線。已知原料為飽與液體,故ｑ=1,q線為ｅ點出發(fā)得一條垂直線,與精餾段操作線交于ｄ點,連接ｃd為提餾段操作線。繪階梯數(shù)為９,故NT=８(不包括再沸器)。由圖可知第五塊為進料板。習(xí)題6－13附圖習(xí)題6－13附圖習(xí)題6－14附圖習(xí)題6－14附圖14、在常壓下用連續(xù)精餾塔分離甲醇－水溶液。已知原料液中甲醇含量為０、35（摩爾分數(shù),下同）餾出液及釜液組成分別為０、95與0、０5,泡點進料,塔頂為全凝器，塔釜為間接蒸汽加熱,操作回流比為最小回流比得２倍。求(1)理論板層數(shù)及進料板位置;(２)從塔頂向下第二塊理論板上升得蒸汽組成。平衡數(shù)據(jù)見習(xí)題１０。解：(1）根據(jù)第１0題得平衡數(shù)據(jù)作出y-x圖，由圖中可知q線與平衡線交點坐標為xq＝０、３５、yｑ=0、70由式(6－36)得R＝2Rmin=2×０、71＝1、４2由精餾段操作線截距與a點連接，作出精餾段操作線aｂ。ab與ｑ線交于d,連接cd即為提餾段操作線。繪出階梯數(shù)為8,故理論板層數(shù)為8(包括再沸器),進料板為第6塊（2）圖中查得從塔頂?shù)诙K板上升得蒸汽組成為0、９3。15、用簡捷法求算習(xí)題１3中連續(xù)精餾塔所需得理論板層數(shù)。解：由習(xí)題13圖中讀得q線與平衡線交點坐標為xｑ=0、５0yｑ=０、71由式(６－３６）得吉利蘭圖中橫坐標由吉利蘭圖中讀得縱坐標由例6－2知αm=2、４6由式（6－34ａ)所以解之ＮT＝８(不包括再沸器)與習(xí)題１３結(jié)果一致。16、一常壓操作得連續(xù)精餾塔中分離某理想溶液,原料液組成為0、4,餾出液組成為0、９5(均為輕組分得摩爾分數(shù)),操作條件下,物系得相對揮發(fā)度α＝２、0,若操作回流比R=1、5Rmiｎ,進料熱狀況參數(shù)q=1、5,塔頂為全凝器,試計算塔頂向下第二塊理論板上升得氣相組成與下降液體得組成。解:由相平衡方程式①由q線方程②式①②聯(lián)立求解,得到交點坐標xq＝０、484、yq=0、652由式(6-3６）得Ｒ=1、5Rmｉn=1、５×1、7７＝２、6６精餾段操作線方程為用逐板計算法:因塔頂為全凝器，則y1=xＤ=0、９５由平衡線方程得ｘ1=０、９05由精餾段操作線方程由相平衡方程得x２=0、８５1７、用常壓連續(xù)精餾塔分離苯－甲苯混合液。已知原料液流量１０0ｋmoｌ/ｈ，組成為0、4０,餾出液及釜液組成分別為0、95與0、03（均為摩爾分數(shù)),進料溫度為40℃,塔頂全凝器,泡點回流,Ｒ=3、0，塔釜為間接蒸汽加熱,加熱蒸氣壓力為３００kPａ（絕壓),若忽略熱損失,試求：(1)加熱蒸汽用量；(２)冷卻水用量(設(shè)冷卻水進出口溫差為15解:由全塔物料衡算查得ｘF=0、4０時，泡點溫度ｔｓ=96℃,而進料溫度tＦ＝40查tｓ=9６℃rA=３8９、4KJ/kgrB=376、8KＪ/kg則ｒm=0、4×38９、４×78+0、6×376、8×92=3２950kＪ/ｋｍｏｌ查℃下ＣPA=CPB=1、88kJ/(kｇ、℃)則ＣPm＝0、４×1、８8×７８＋0、6×1、88×92=162、4kJ／(kｍoｌ、℃)所以精餾段上升蒸汽量V=（R+1)D=(3＋1)×40、22=16０、8８kmｏl/h提餾段上升蒸汽量Ｖ‘＝V＋（q-１)F=1６0、88+(1、２8-1)×10０＝188、88kｍｏl／h塔釜與塔頂分別按純甲苯與苯計算:(1）查xw=0、０3時ts‘＝10９.3℃,對應(yīng)得汽化潛熱rB=３８0k則QB=V‘ｒB=188、88×380×9２=6、６×１06ｋJ／h又查3０0kPa（絕壓)下飽與水蒸氣得汽化潛熱r=２168、1kＪ/kg，則塔釜加熱蒸汽消耗量(2)查xD=０、9５時,ts‘’＝81.2℃,對應(yīng)得汽化潛熱ｒc=４00ｋ則Ｑｃ＝Vｒc＝160、８8×４00×78＝5、０2×10６kＪ/h冷卻水消耗量18、在連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合液。在全回流條件下測得相鄰板上得液相組成分別為０、28、0、41與０、5７,試求三層板中較低兩層板得液相單板效率。操作條件下苯－甲苯混合液得平均相對揮發(fā)度可取2、５。解:已知ｘ1=0、５7、ｘ2=0、41、ｘ3＝0、28又全回流時操作線方程為y2＝x1、y３＝x２、y４=x3故y2=0、5７、y3=０、41、ｙ4＝0、２8由相平衡方程式得到由式(6-46)19、試計算習(xí)題1４中精餾塔得塔徑與有效高度。已知條件如下:（１）進料量為１00kｍoｌ/h;(２)塔釜壓力為１1４kPa，對應(yīng)溫度為10２℃，塔頂為常壓,溫度為66.2（3)全塔效率55%,空塔氣速為0.84m/s,板間距為０．35ｍ。解：由習(xí)題14得知xＦ＝0、３5、xＤ=0、95、xＷ=０、05,泡點進料,R=1、42由全塔物料衡算F=D＋Ｗ1０0＝D+WＦxF=DxＤ+ＷxW1０0×0、３5＝0、95Ｄ+0、05W解之D=３3、3ｋmol/ｈＶ=V‘=（Ｒ＋1)D=(1、42+1)×33、3=80、5９kmｏl／h因全塔平均溫度為℃所以平均操作壓力為圓整為1000ｍm由于習(xí)題14已求出ＮT=7所以ＮP=NＴ／E=7/0、55=１2、7≈13Z=(ＮP-1)HＴ=(13-1)×０、３5=4.2m20、試計算習(xí)題19中冷凝器得熱負荷、冷卻水得消耗量以及再沸器得熱負荷、加熱蒸汽得消耗量。已知條件如下：(1)忽略冷凝器熱損失,冷卻水得進出口溫度分別為25℃與35(2)加熱蒸汽得壓力為2３2、2kＰａ,冷凝液在飽與溫度下排出,再沸器得熱損失為有效傳熱量得12％。解:塔頂可近似按純甲醇計算,則查塔頂６6.2℃下,rA＝11３0k由式（6－38)QC=VrA=８0、59×1130×3２=2、91×106kＪ／h塔釜可近似按水計算,則查塔釜102℃下,ｒＢ＝２252k由式（６-40）ＱB=Ｖ‘rB+QＬ=80、5９×18×２2５２×1、12=3、66×10６kJ／ｈ查加熱蒸汽23２、2kPa下，汽化潛熱為2191、8ｋJ/kｇ，則習(xí)題6－21附圖習(xí)題6－21附圖21、在連續(xù)精餾塔中分離二硫化碳-四氯化碳混合液。原料液在泡點下進入塔內(nèi),其流量為4000kｇ/h、組成為0、３(摩爾分數(shù),下同）。餾出液組成為0、9５,釜液組成為0、０２5。操作回流比取最小回流比得1、５倍,操作壓強為常壓,全塔操作平均溫度為61℃,空塔氣速為0．８m/s，塔板間距為0.４ｍ解:(１)由y－ｘ相圖中q線與平衡線得交點坐標為xｑ＝ｘF=0、３,ｙq=0、５４則R=1、５Rmin＝1、５×1、７1=２、57所以精餾段操作線得截距在圖中作出精餾段操作線與提餾段操作線，見附圖。得出ＮT=1２－1=11塊ＮP=NT/E=11/０、5=22塊(2)解法一:因ＭF=0、3×７6+0、7×1５4=13０.6kｇ/kmolF=40０0／130、６＝30、６3kｍol／h由全塔物料衡算Ｆ=Ｄ+W30、63＝D+WFｘF＝DｘD+WｘＷ30、63×０、３＝0、95D+0、025W解之D=9、11kｍol／hＷ=21、52ｋmｏl/h又MD=0、95×76+0、05×154=79.9kg／kmolMW=0、0２5×76＋0、９7５×154=152．0５ｋｇ／ｋmol所以D=9、11×７9、9=７2７．8９kg/ｈW=21、52×152、０5=327２.12kg/h解法二:各部分組成以質(zhì)量分數(shù)表示F=D+W４000=Ｄ+WFwF=ＤｗD+４０000×0、175=0、90４D＋0、012５W解之D＝729kｇ/hW＝327１kg/ｈ(3)因為泡點進料,故q=1Ｖ‘＝VV＝(R+１)Ｄ＝(2、57+1)×９、１1=3２、５２kmoｌ/ｈ由式(６-49)m圓整為700mｍ。(4)由式(6-47）Ｚ=(NP－１)ＨT＝（２2-1)×０、4=8.4m22、求習(xí)題2１中冷凝器得熱負荷與冷卻水得消耗量以及再沸器得熱負荷與加熱蒸氣得消耗量。假設(shè)熱損失可以忽略。已知條件如下：(1)塔內(nèi)各處得操作溫度為:進料62℃、塔頂47℃、塔釜75℃（２)加熱蒸氣表壓強為１00kPａ,冷凝水在飽與溫度下排出。(3)冷卻水進出口溫度分別為２５℃與３0解:（1)塔頂近似按CS2,因塔頂泡點溫度ts=47℃,而回流液與餾出液溫度tL=40℃,查4７℃47+４0/２＝43.5℃下CPAQc＝（R+1）D[rＡ＋ＣPＡ(ts－tＬ)］=（2、５7+1)×72７、89×[0、98×(47－40)+350]=9、3×105kJ／h（2）塔釜可近似按ＣCl4,查７５℃下rB=195kJ/kg又V‘＝ＱB=V‘rB=（2、57+1)×7２7、89×19５=5、07×１0５ｋJ/h查飽與水蒸氣10１、33+100=２01、3３kPa(絕壓)下，r=2205kJ／kg

第七章干燥1、常壓下濕空氣得溫度為７0解:查得7０℃水汽分壓濕度濕比容比熱焓2、已知濕空氣得(干球)溫度為50℃，濕度為0．02kg(1)總壓為1０1、３kPa;(2）總壓為26、7kPa。解:(1)時:由查得５０℃飽與濕度：（2)時:由此可知,當(dāng)操作壓力下降時,，HS,可吸收更多得水分,即減壓對干燥有利。3.在h－H圖上確定本題附表中空格內(nèi)得數(shù)值。干球溫度ｔ℃濕球溫度tｗ℃露點溫度td℃濕度Ｈkg／kg干氣相對濕度％焓hkJ／kg干氣水汽分壓pvkPa1(30)（２0)150、0１１４０６01、92(4０）25(２0)0、0153080２、２3(50)353０(0、03)23140４、54(５0)37３5、5０、042（５0)6０6、２5(60）３228０、02７30(120)46(７0)454２、50、063２4030（9、５)4、常壓下濕空氣得溫度為3０℃,濕度為0、0２kg水汽/kg干氣,計算其相對濕度。若將此濕空氣經(jīng)預(yù)熱器加熱到120℃時,則此時得相對濕度為多少？解:濕空氣中水汽分壓kPa30℃時水蒸氣得飽與蒸汽壓pS１20℃時水蒸氣得飽與蒸汽壓p’Ｓ５、已知在總壓１01、3kＰａ下，濕空氣得干球溫度為30℃,相對濕度為5０％,試求：(1)濕度;(2)露點;(3)焓;(4)將此狀態(tài)空氣加熱至120℃所需得熱量,已知空氣得質(zhì)量流量為解:（1)查得30℃時水得飽與蒸汽壓pS＝4、247水汽分壓:濕度(２)露點由，可查得對應(yīng)得飽與溫度為１8oC,即為露點。(３)焓（４)所需熱量(5)濕空氣體積6、濕物料從含水量20％(濕基,下同)干燥至10%時,以1kg濕物料為基準除去得水份量,為從含水量２%干燥至1％時得多少倍?解:當(dāng)濕物料從含水量20%干燥至10%時，相應(yīng)得干基濕含量分別為kg/kg干料kｇ/kｇ干料絕干物料量kg除去得水分量當(dāng)濕物料從含水量2％干燥至1%時，相應(yīng)干基含水量分別為ｋｇ/kg干料kｇ/ｋg干料kg所以即第一種情況下除去得水分量就是第二種情況下得11、２倍。7、在一連續(xù)干燥器中，每小時處理濕物料1000ｋg,經(jīng)干燥后物料得含水量由10%降至2％(均為濕基）。以熱空氣為干燥介質(zhì),初始濕度為0.008ｋｇ水汽／ｋｇ干氣,離開干燥器時得濕度為0.05解:(1)干基含水量kg水/kg干料kg水／kｇ干料絕干物料量ｋg干料/h則水分蒸發(fā)量kg/ｈ（2）絕干空氣消耗量kg/h新鮮空氣用量kg/ｈ(3）干燥產(chǎn)品量kg/h或ｋg/h8、溫度t０＝20℃、濕度H0＝0．01kg水汽／kg干氣得常壓新鮮空氣在預(yù)熱器被加熱到t１＝75℃后,送入干燥器內(nèi)干燥某種濕物料。測得空氣離開干燥器時溫度t２＝40℃、濕度Ｈ2＝0.024kg水汽／ｋg干氣。新鮮空氣得消耗量為2000kｇ/h。濕物料溫度θ1=20℃、含水量ｗ１=2、5％,干燥產(chǎn)品得溫度θ2=３5℃、w2＝０、5%(均為濕基）。濕物料平均比熱cM=2、89kJ/(kg絕干料·℃)。忽略預(yù)熱器得熱損失,干燥器得熱損失為1、３kＷ。試求:(1)蒸發(fā)水分量；(2)干燥產(chǎn)品量;(3)干燥系統(tǒng)消耗得總熱量；(4)干燥系統(tǒng)得熱效率。解:(1）絕干空氣量kg干氣／ｈ水分蒸發(fā)量kg／h(２）干基含水量ｋｇ水/kg干料kg水／kg干料絕干物料量kg干料/h則干燥產(chǎn)品量kｇ／h（3)干燥系統(tǒng)消耗得總熱量(5)干燥系統(tǒng)得熱效率若忽略濕物料中水分帶入系統(tǒng)中得焓,則9、濕度為0.01８kg水汽/ｋg干氣得濕空氣在預(yù)熱器中加熱到１28℃后進入常壓等焓干燥器中,離開干燥器時空氣得溫度為４9解:進入干燥器前kJ／kg∵等焓∴h1=h２即解得Ｈ2＝０．049９kg水汽其中水汽分壓ｋPａ即為露點溫度下得飽與蒸汽壓,查飽與蒸汽壓表,得td=4０20℃60℃90℃IHH0φ=100%AB1C1CB210、用熱空氣干燥某種濕物料,新鮮空氣得溫度ｔ０＝２0℃、濕度206090IHH0φ=100%AB1C1CB2(１)在濕空氣ｈ-Ｈ圖上定性表示出空氣經(jīng)過干燥系統(tǒng)得整個過程；(2)汽化每千克水分所需得新鮮空氣量。解:空氣狀態(tài)變化過程如圖所示。A:由得也即又得故汽化1kg水所需干空氣用量新鮮空氣用量１1、常壓下干球溫度為20℃、濕球溫度為1６℃得空氣,經(jīng)過預(yù)熱器溫度升高到50℃后送至干燥器。空氣在干燥器中得變化為等焓過程,離開時溫度為32℃。求:(1)空氣在預(yù)熱前、預(yù)熱后以及干燥后得狀態(tài)參數(shù)(濕度及焓);(2）２00m3解:(１)濕空氣預(yù)熱前:由t0=20℃與tＷ0=16℃,由濕度圖查得其濕度H0=焓kJ/kｇ干氣預(yù)熱后:t1＝5０℃,濕度不變，即Ｈ１＝0．009kg焓ｋJ／kg干氣干燥后:溫度為t2=32℃因干燥器中為等焓過程,故kJ/kｇ干氣由kJ／kg干氣得H2＝0.0１6３(２)原濕空氣得比容m3濕氣/kg干氣絕干空氣質(zhì)量kg干氣則在干燥器中獲得得水分量kｇ12.常壓下,已知２5℃時氧化鋅物料得氣固兩相水分得平衡關(guān)系,其中當(dāng)φ=10０%,Ｘ*=０．02kg水/ｋｇ干料；當(dāng)φ=40％時,Ｘ*＝0.0０7ｋg水／kg干料。設(shè)氧化鋅得初始含水量為0.2５kg水／kｇ干料,若與t=2５℃,φ=４0%得恒定狀態(tài)得空氣長時間接觸。試求:(1)該物料得平衡含水量與自由水分含量。（２)該物料得結(jié)合水分含量與非結(jié)合水分含量。解:(1）t＝25℃,φ=４０%時,平衡含水量X＊＝0．007kg水／kｇ干料,自由水分含量X-X*=0、25-０、0０7=0．2４３ｋｇ水／kg干料(２）φ=100%時得平衡含水量即為結(jié)合水分含量,即結(jié)合水分含量Ｘ*φ=100％=０.０２kg水/ｋg干料，非結(jié)合水分含量X-Ｘ＊φ＝1０0％＝0、25-0、02=０.23kg水／kg干料13．用熱空氣在廂式干燥器中將10kg得濕物料從20%干燥至２%（均為濕基),物料得干燥表面積為0.8m2。已測得恒速階段得干燥速率為1.8kg／m2?ｈ，物料得臨界含水量為0.08ｋg水／kg干料，平衡含水量為0.004解：絕干物料量kg干基含水量kg水/kg干料kg水/ｋg干料干燥時間14.某濕物料在恒定得空氣條件下進行干燥,物料得初始含水量為15%，干燥4小時后含水量降為8%,已知在此條件下物料得平衡含水量為1%,臨界含水量為6%(皆為濕基),設(shè)降速階段得干燥曲線為直線,試求將物料繼續(xù)干燥至含水量2%所需得干燥時間。解：物料初始干基含水量kg水/kg干料干燥4小時,物料得干基含水量ｋｇ水／kg干料物料得平衡含水量（干基)kg水／kg干料物料得臨界含水量(干基)kg水/kg干料物料得最終含水量(干基)為kg水/kg干料因X2＞ＸC，故整個4小時全部就是恒速干燥,即解得當(dāng)ｋg水/kｇ干料時,包含恒速、降速兩個階段。尚需干燥時間

第八章萃取２５℃時醋酸（A)–庚醇-３(B)–水(S）得平衡數(shù)據(jù)如本題附表所示。醋酸(A)–庚醇-3（Ｂ）–水(S)在25℃下得平衡數(shù)據(jù)(質(zhì)量%）醋酸（A)3-庚醇(B)水(S)醋酸(Ａ)3-庚醇（B)水(S)096、4３、64８、512、８３８、７3、593、03、54７、5７、5４5、08、６87、２4、242、7３、753、61９、374、3６、４36、71、9６1、４24、４67、5７、９29、31、169、630、７５8、６10、724、50、97４、641、439、319、319、60、779、745、８26、７2７、51４、9０、６84、546、524、1２９、47、10、５９２、４４7、5２0、432、10、0０、499、6聯(lián)結(jié)線數(shù)據(jù)(醋酸得質(zhì)量分數(shù)）水層3-庚醇層水層3-庚醇層6、45、338、226、813、７10、642、130、5１9、８14、84４、13２、62６、71９、2４８、13７、933、623、74７、６４4、9(１)在等腰直角三角形坐標圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線,在直角坐標圖上繪出分配曲線。(2)確定由10０ｋg醋酸、１0０kg3-庚醇與２0０kg水組成得混合液得物系點得位置,該混合液就是否處于兩相區(qū),若就是則確定兩相得量與組成。(3)上述兩液層得分配系數(shù)ｋA及選擇性系數(shù)β？(（1)圖略，（２)混合點處于兩相區(qū),兩相組成為：水層(wEＡ=０、27,wＥＢ=0、01,ｗES=０、7２），庚醇層（ｗRＡ＝0、2，wRB=０、74，wRS＝０、06;(３)kＡ=1、3５，β=1０0)解：(１）三角形溶解度曲線及直角坐標分配曲線見附圖(２)混合點得組成在附圖中定出混合點M(2５,50,２５)，顯然該點處于兩項區(qū)。根據(jù)聯(lián)結(jié)線數(shù)據(jù)與溶解度曲線得交點定出平衡點（R1,Ｅ１)，（R2,E2)……,作出輔助曲線。利用輔助曲線采用試差得方法定出過Ｍ點得聯(lián)結(jié)線ＲE、由圖中Ｒ點坐標（2０，6，74)得到萃余相組成wRA=0、2,wRB=０、74,ｗRS=０、0６,由圖中E點坐標(２７,72,１)得到萃取相組成wEA=0、27,wEB=0、０1,wES=0、72。根據(jù)物料衡算:kｇR=M－Ｅ=400-28５、7=114.３kg(3）MRMRE習(xí)題1附圖在單級萃取器內(nèi),以水為萃取劑從醋酸與氯仿得混合液中萃取醋酸,已知原料液量為800kｇ，其中醋酸得組成為35%(質(zhì)量分數(shù)）、要求使萃取液得濃度降為９6%、試求:(１）所需得水量為多少(2)萃取相E與萃余相Ｒ中醋酸得組成及兩相得量;(3）萃取液R得量與組成、操作條件下得平衡數(shù)據(jù)如下:氯仿層水層醋酸，%水，％醋酸,%水，%0、0００、９90、0０99、166、771、３825、１0