第五章 蒸发
5-1、在单效蒸发器内，将10%NaOH 水溶液浓缩到25%，分离室绝对压强为15kPa ，求溶液的沸点和溶质
引起的沸点升高值。 解：
查附录：15kPa 的饱和蒸气压为53.5℃，汽化热为2370kJ/kg (1)查附录5，常压下25%NaOH 溶液的沸点为113℃ 所以，Δa= 113-100=13℃
()729.02370
2735.530162
.00162.02
2
=+=''=r T f 所以沸点升高值为
Δ=f Δa =0.729×13=9.5℃ 操作条件下的沸点： t=9.5+53.5=63℃ (2)用杜林直线求解
蒸发室压力为15kPa 时，纯水的饱和温度为53.5℃，由该值和浓度25%查图5-7，此条件下溶液的沸点为65℃
因此，用杜林直线计算溶液沸点升高值为 Δ=63-53.5=9.5℃
5-2、习题1中，若NaOH 水溶液的液层高度为2m ，操作条件下溶液的密度为 1230kg •m -3。计算因液柱引起的溶液沸点变化。 解：
液面下的平均压力
kPa g h p p m 65.242
81
.912306.1101523=⨯⨯+⨯=+
=ρ pm=24.65kPa 时，查得水的饱和蒸气温度为：63℃
所以液柱高度是沸点增加值为： Δ=63-53.5=9.5℃
所以，由于浓度变化和液柱高度变化使得溶液的沸点提高了 Δ=9.5+9.5=19℃
因此，操作条件下溶液的沸点为： t=53.5+19=72.5℃
5-3、在单效蒸发器中用饱和水蒸气加热浓缩溶液，加热蒸气的用量为2100kg •h -1，加热水蒸气的温度为
120ºC ，其汽化热为2205kJ •kg -1。已知蒸发器内二次蒸气温度为81ºC ，由于溶质和液柱引起的沸点升高值为9ºC ，饱和蒸气冷凝的传热膜系数为8000W •m -2k -1，沸腾溶液的传热膜系数为3500 W •m -2k -1。 求蒸发器的传热面积。
忽略换热器管壁和污垢层热阻，蒸发器的热损失忽略不计。 解：
热负荷 Q=2100×2205×103/3600=1.286×106
W 溶液温度计t=81+9=90℃
蒸汽温度T=120 ℃
∵1/K=1/h 1+1/h 2=1/8000+1/3500 ∴K=2435W/m 2K
∴S=Q/[K(T-t)]=1.286×106/[2435×(120-90)]=17.6 m 2
5-4、某效蒸发器每小时将1000kg 的25%（质量百分数，下同）NaOH 水溶液浓缩到50%。已知：加热蒸气
温度为120ºC ，进入冷凝器的二次蒸气温度为60ºC ，溶质和液柱引起的沸点升高值为45ºC ，蒸发器的总传热系数为1000 W •m -2k -1。溶液被预热到沸点后进入蒸发器，蒸发器的热损失和稀释热可以忽略，认为加热蒸气与二次蒸气的汽化潜热相等，均为2205kJ •kg -1。
求：蒸发器的传热面积和加热蒸气消耗量。 解：
蒸发水份量:q mW = q mF (1-x 0/x 1)=1000×(1-25/50)=500Kg/h=0.139Kg/s 加热蒸汽消耗量:
R
r q t t c q q mW p mF mD '
+-=
)(010
∵t 1=t 0 ∴R
r q q mw mD '
=
=0.139kg/s 传热面积:
∵Q=KS(T-t) 蒸发器中溶液的沸点温度：t=60+45=105℃
∴()()
23
4.201051201000102205139.0m t T K Q S =-⨯⨯=-=
5-5、将8%的NaOH 水溶液浓缩到18%，进料量为4540 kg 进料温度为21ºC ，蒸发器的传热系数为
2349W •m -2k -1，蒸发器内的压强为55.6Kpa ，加热蒸汽温度为110ºC ，求理论上需要加热蒸气量和蒸发器的传热面积。
已知：8%NaOH 的沸点在55.6Kpa 时为88ºC ，88ºC 时水的汽化潜热为2298.6kJ •kg -1。 8%NaOH 的比热容为3.85kJ •kg -1o C -1，110ºC 水蒸气的汽化潜热为2234.4kJ •kg -1。
解：
q mw =4540(1－8/18)=2522kJ/h t=T －t=109.2－88=21.2℃
传热速率：
Q=q mF C po (t 1－t 0)+q mw r ＇
=4540/3600×3.85×103
×(88－21)+2522/3600×2298.6×103
=1936×103
W
23
9.382
.212349101936m t K Q S =⨯⨯=∆=
q mD =Q/r ＇=1936×103
/(2234.4×103
)=0.87kg/s=3130kg/h
5-6、在一中央循环管式蒸发器内将浓度为10%（质量百分率，下同）的NaOH 水溶液浓缩到40%，二次
蒸气压强为40kPa ，二次蒸气的饱和温度为75ºC 。已知在操作压强下蒸发纯水时，其沸点为80ºC 。求溶液的沸点和由于溶液的静压强引起的温度升高的值。
解：溶液沸点用40%NaOH 水溶液杜林线的数据计算：
t 1＝３４+1.11t
＝３４+1.11×80 ＝１２２.８℃
由溶液静压强引起的温度差损失：
T t w '-=∆''
＝80-75＝5℃
5-7、双效并流蒸发系统的进料速率为1t •h -1，原液浓度为10%，第一效和第二效完成液浓度分别为15%和30%。两效溶液的沸点分别为108ºC 和95ºC 。当溶液从第一效进入第二效由于温度降产生自蒸发，求自蒸发量和自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数。 解：
两效并流蒸发的流程见图
h kg x x q q mF w m /3.33315.01.0110001101=⎪⎭⎫ ⎝⎛
-=⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-= h kg x x q q q mw mF w m /4.3333.015.01)3.3331000(1)(2112=⎪⎭⎫
⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛--= 自蒸发水分量为:
()22111)
(r t t c q q q p mw mF w m '
--=
'
其中 t 1=108˚C ， t 2=95˚C ，
x 1<20%，近似地 c p1=c pw （1-x 1）=4.187(1-0.15)=3.56kJ/(kg ˚C)
95˚C 时 r ΄2=2270.9kJ/kg 所以自蒸发量为
()h kg r t t c q q q p mw mF w m /59.139
.2270)
95108(56.3)3.3331000()
(22111=-⨯-=
'
--=
'
自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数为
%8.40%1004
.33359
.13%1002=⨯=⨯'mw w m q q
5-8、在三效蒸发系统中将某水溶液从5%连续浓缩到40%。进料温度为90ºC 。用120ºC 的饱和水蒸气加热。末效二次蒸气的温度为40ºC 。各效的传热面积均为140m 2。各效的总传热系数分别为：
K 1=2950W •m -2•ºC -1, K 2=2670W •m -2•ºC -1 , K 1=2900W •m -2•ºC -1
。若忽略溶液中溶质和液柱高度引起的沸点升高和蒸发器的热损失。求：原料液的流量和加热蒸气消耗量。 解：
（1）初步估算各效的温差 设Δt 1=19˚C Δt 2=21˚C Δt 3=40˚C
因为忽略各种温差损失，故各效的加热蒸汽温度及沸点为 T 1=120˚C r 1=2205kJ/kg T 2= t 1= T 1-Δt 1=120-19=101˚C r 2=r ΄1 =2257kJ/kg T 3= t 2= T 2-Δt 2=101-21=80˚C r 3=r ΄2 =2307kJ/kg T K = t 3= 40˚C r ΄3 =2401kJ/kg (2)总蒸发量
mF mF mF mw q q x x q q 875.04.005.01120=⎪⎭⎫
⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-=∑ (3)估算各效蒸发量及料液量
因为各效溶液的比热熔均相同，故
)(0111111t t c q r q t S K Q p mF mw -+'=∆= （a ） )()(12122222t t c q q r q t S K Q p mw mF mw --+'=∆= (b) )()(232133333t t c q q q r q t S K Q p mw mw mF mw ---+'=∆= (c)
代入已知值
)90101(2.422571914010003600
29501-⨯+=⨯⨯⨯wF mw q q
)10180(2.4)(23072114010003600
267012-⨯-+=⨯⨯⨯mw wF mw q q q
)8040(2.4)(2401401401000
3600
1360213-⨯--+=⨯⨯⨯mw mw wF mw q q q q
解得：
185.48611500mw mF q q -= （d ）
12906.135628mw mw q q -= (e) 1335.35.51713mw mw q q -= (f)
)55.35.51713()906.135628(111321mw mw mw mw mw mw mw
q q q q q q q -+-+=++=∑ (g) )85.48611500(875.0875.01mw mF mw
q q q
-==∑ (h)
因此，可解出 q mF = 43180kg/h q mw 1 = 11634kg/h q mw 2 = 13454kg/h q mw 3 = 12740kg/h (4)验算Δt
h kJ t t c q r q Q p mF mw /28252850)90101(2.443180225711634)(01111=-⨯+⨯=-+'=
h kJ r q r q Q mw mD /2625794022571163421222=⨯=== h kJ r q r q Q mw mD /3103838023071345432333=⨯===
266010003600
29502825285011=⨯=K Q 273210003600267026257940
2
2=⨯=K Q 63401000
3600
136031038380
33=⨯=K Q 11732634027322660=++=∑K Q
80401201
=-=-=∆∑K T T
t ˚C
1.188011732
2660
1
11
=⨯=
∆='∆∑∑t K Q K Q t ˚C
63.188011732
2732
2
22
=⨯=
∆='∆∑∑t K
Q K Q t ˚C
3.438011732
6340
3
33
=⨯=
∆='∆∑∑t K
Q K Q t ˚C
各效温差与初估温差相差较大，应重新分配 （a ）分配Δt 取Δt 1=20˚C Δt 2=20˚C Δt 3=40˚C
（b ）估算各效沸点及相应的汽化热
T 2= t 1= T 1-Δt 1=120-20=100˚C r 2=r ΄1 =2258kJ/kg T 3= t 2= T 2-Δt 2=100-20=80˚C r 3=r ΄2 =2307.8kJ/kg T K = 40˚C r ΄3 =2401kJ/kg (c) 计算总蒸发量 按式（a ）、（b ）及式（c ）计算各效蒸发量 代入已知值
)90100(2.422582014010003600
29501-⨯+=⨯⨯⨯wF mw q q
)10080(2.4)(8.23072014010003600
267012-⨯-+=⨯⨯⨯mw wF mw q q q
)8040(2.4)(2401401401000
3600
1360213-⨯--+=⨯⨯⨯mw mw wF mw q q q q
解得：
17.53708000mw mF q q -= 12994.137432mw mw q q -= 13693.34.58339mw mw q q -=
)693.34.58339()9946.137432(111321mw mw mw mw mw mw mw
q q q q q q q
-+-+=++=∑
)77.53708000(875.0875.01mw mF q q -==
因此，可解出 q mw 1 = 12363kg/h q mw 2 = 12780kg/h q mw 3 = 12583kg/h q mF = 43240kg/h
(d)验算Δt
h kJ t t c q r q Q p mF mw /29736680)80100(2.4432404.225812363)(01111=-⨯+⨯=-+'=
h kJ r q r q Q mw mD /2679206004.22581236321222=⨯=== h kJ r q r q Q mw mD /296936808.23071278032333=⨯===
280010003600
29502973668011=⨯=K Q 290510003600267027920600
2
2=⨯=K Q 60241000
3600
136029493680
33=⨯=K Q 11729602429052800=++=∑K Q
1.198011729
2800
1
11=⨯=
∆=
∆∑∑t K Q K Q t ˚C
8.1980117292905
2
22=⨯=∆=
∆∑∑t K Q K Q t ˚C
1.418011729
6024
3
33=⨯=
∆=
∆∑∑t K
Q K Q t ˚C
与前面所设的 Δt 1=20˚C Δt 2=20˚C Δt 3=40˚C
很相近，故认为该温差分配合适，所以 q mF = 43240kg/h
h kg r Q q mD /134862205
2973668011===
5-9、用双效蒸发器，浓缩浓度为5%（质量分率）的水溶液，沸点进料，进料量为2000 kg •h -1，经第一效浓缩到10%。第一、二效的溶液沸点分别为95ºC 和75ºC 。蒸发器消耗生蒸汽量为800 kg •h -1。各温度下水蒸气的汽化潜热均可取为2280 kJ •kg -1。忽略热损失，求蒸发水量。
解： 第一效蒸发水量：
已知：q mD 1=800kg/h, r 1=r 1΄=2280kJ/kg,
q mw 1= q mD 1=800kg/h
第二效蒸发水量：
已知：q mD 2= q mw 1=800Kg/h,
q mF 2= q mF - q mw 1=2000-800=1200kg/h
X 02=X 1= q mF X 0/( q mF - q mw 1)=2000×0.05/(2000-800)=0.033 t 1=95˚C t 2=70˚C r 2=r 2’=2280kJ/kg
C po =C pw (1-X 02)=4.187×(1-0.0833)=3.84kJ/(k g˚C)
22120222)(r q t t c q r q mw p mF mD '+-=
h kg r t t c q q q p mF mD mw /8402280
)
9575(84.31200800)
(2120222=-⨯-
='
--
=
蒸发水量
q mw = q mw 1+ q mw 2
=800+840=1640kg/h.
5-10、用三效并流加料的蒸发系统浓缩NaOH 水溶液，系统对原液的处理量为2.4×104kg •h -1，求生蒸气的消耗量和各效蒸发器的传热面积。 参数如下：
第一效：
生蒸气压强：4atm
进料：浓度10.6%；温度，80ºC ；
传热系数：K 1=1500 W •m -2•ºC -1
第二效：
传热系数：K 2=1000 W •m -2•ºC -1
第三效：
完成液浓度：30%
传热系数：K 3=560 W •m -2•ºC -1
末效冷凝器压强：0.2atm
料液比热容为：3.77kJ •kg -1o C -1， （设各效传热面积相等）
解：
（一） 总蒸发量
h kg x x q q mF mw /1055.1306.101104.214430⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=⎪
⎪⎭⎫ ⎝
⎛-=∑ （二） 估算各效溶液浓度
设各效水分蒸发量相等，故
h kg n
q q q q mw
mw mw mw /1017.53
1055.134
3
21⨯=⨯==
==∑
所以
mwi
mw mF
mF i q q q x q x ---=
(10)
可得
%5.13135.05170
104.2%6.10104.24
41==-⨯⨯⨯=x 同理可得
x 2 = 0.1865=18.65% x 3 = 0.3=30%
（三） 估算各效溶液的沸点和有效温度差 1、 蒸汽压力按等压分配原则，各效压降为
6.13
2
.0)14(=-+=
∆p atm
因此，计算得各效蒸汽压力，并由此查得相应二次蒸汽压力下的参数，列表于下
2、 计算各效温度损失，求有效温差和各效溶液的沸点
由图5-7查得各效溶液的沸点t A 分别为143˚C 、127˚C 、78˚C ，因此可求取各效由于溶液蒸汽压降低所引起的温差
Δ1΄=143-137.2=5.8˚C Δ2΄=127-116.3=10.7˚C Δ3΄=78-59.7=18.3˚C
∑Δ΄=5.8+10.7+18.3=34.8˚C
取各效由于液柱高度引起的温差分别为 Δ1″=1˚C Δ2″=2˚C Δ3″=5˚C ∑Δ″= 8˚C
管路损失引起的温度差每一效为1˚C ，因此 ∑Δ″΄= 3˚C
因此三效的总温差损失为
∑Δ = ∑Δ΄+∑Δ″+∑Δ″΄=34.8+8+3=45.8˚C
4atm 的生蒸汽的饱和温度为T 1=151.1˚C ，其潜热为r 1=2115kJ/kg 。因此，若无温差损失，总的传热温差为 Δt T =T 1-T k =151.1-59.7=91.4˚C
除去损失的温差后，三效蒸发的有效总温差为 ∑Δt=Δt T -∑Δ=91.4-45.8=45.6˚C 各效的沸点计算于下 t 1=143+1=144˚C t 2=127+2=129˚C t 3=78+5+1=84˚C
(四)生蒸汽消耗量和各效水分蒸发量
以所求得各效溶液的沸点作为初值，求各效的自蒸发系数
0301.0144
187.42734144
8011101-=⨯--=--=
t c H t t p β 分母可以用二次蒸汽汽化潜热简化计算。
同理可求得
β2=0.00695，β3=0.02
由于系数ηi =0.98-0.07Δx i ， 所以 η1=0.98-0.07×（13.5-10.6）= 0.962 同理可求得 η2=0.946 η3=0.896
由式（5-19a ）
忽略蒸汽汽化潜热的差别，代入已知量
[]
962.0)0301.0(77.3104.24
11110011
⨯-⨯⨯⨯+=⎥⎦⎤⎢⎣
⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'-+=mD p mF mD mw q r t t c q q q η 所以
2620962.011-=mD mw q q （a ）
()[]
946
.0)00965.0)(187.477.3104.2(1412
2211012⨯⨯-⨯⨯+=⎥⎦⎤
⎢⎣
⎡'--+=mw mw pw mw p mF mw mw q q r t t c q c q q q η 所以
5959185.012+=mw mw q q （b ）
()[]
896
.0)02.0)(187.4187.477.3104.2(21423
33221023⨯⨯-⨯-⨯⨯+=⎥⎦⎤⎢⎣
⎡'---+=mw mw mw pw mw pw mw p mF mw mw q q q r t t c q c q c q q q η 123075.01621821.0mw mw mw q q q -+= （c ）
由总蒸发量与各效蒸发量之间的关系
15500321=++=mw mw mw mw q q q q （d ）
联合求解式（a ）、(b)、 (c)和 (d)得到 生蒸汽消耗量 q mD 1=7840kg/h 各效蒸发量分别为 q mw 1=4920kg/h q mw 2=5125kg/h q mw 3=5485kg/h
(五)各效传热量及温差计算 不取额外蒸汽
q mD 2= q mw 1=4920kg/h, q mD 3= q mw 2=5125kg/h 因此各效的传热量为 Q 1= q mD 1 r 1=7840×2115=1.65×107W
i
i i i pw wi m pw w m pw w m po F m i i Di m wi m r t t c q c q c q c q r r q q η⎥⎦⎤⎢⎣⎡'--⋅⋅⋅---+'=--)()(11,2,1,,,,
同理可求得 Q 2= 2.94×106W Q 3= 3.14×106W
各效传热系数分别为1500、1000、560W/m 2˚C ，因此
30701500460000011==K Q 29402
2
=K Q 56203
3
=K Q 11630562029403070=++=∑K Q
已知总的有效温差∑Δt=45.6˚C ，当各效传热面积相同时，各效分配到的温差为
C t K
Q K Q t 126.4511630
3070
1
11=⨯=
∆=
∆∑∑
同理可算得 Δt 2=11.5˚C Δt 3=22˚C
(六)复核及结果校正
因为，以上结果是建立在两个假定基础上的，因此计算出的结果需要校核
1、 末效沸点为t 3=84˚C ，现求得Δt 3=22˚C ， 因此末效加热蒸汽温度为 T 3=Δt 3+ t 3=84+22=106˚C
此值也是第二效的二次蒸汽温度
2、 有所求得的各效蒸发水量 可求得各效溶液的浓度
%3.134920
104.2%6.10104.2441=-⨯⨯⨯=x 同理可得到 x 2=18.2% x 3=30%
3、 有第二效的二次蒸汽温度和溶液的浓度，可以计算第二效溶液的沸点 查图5-7得 t A =116˚C, 故
t 2=116+2+1=119˚C
4、 由所求到的Δt 2=11.5˚C 和计算得到的第二效溶液的沸点可求到第二效的加热蒸汽温度 T 2=Δt 2+ t 2=11.5+119=130.5˚C 此值也是第一效的二次蒸汽温度
5、有第一效的二次蒸汽温度和溶液的浓度，可以计算第一效溶液的沸点 查图5-7得
t A =136.5˚C, 故
t 1=136.5+1+1=138.5˚C
可见，复核得到的各效沸点和沸点初值（后者为t 1=144˚C ，t 2=129˚C ）相差较大，故需要重新计算。此时用新结果作为初值，重新计算自蒸发系数→计算q mD 1→各效水分蒸发量→有效温差→重新复核溶液的沸点→……继续到满足精度为止。 重新计算方法相同， 本题的结果为 生蒸汽消耗量 q mD 1=7510kg/h 各效蒸发量分别为 q mw 1=4895kg/h q mw 2=5176kg/h q mw 3=5430kg/h
因此各效的传热量为 Q 1= 4.4×106W Q 2= 2.95×106W Q 3= 3.2×106W Δt 1=11.5˚C Δt 2=11.6˚C Δt 3=22.5˚C t 1=139˚C t 2=119.5˚C t 3=84˚C
（七）传热面积
26
11112545
.111500104.4m t K Q S =⨯⨯=∆=
同理可计算其余各效的面积 S 2=254m 2 S 3=254m 2
传质与分离工程
第一章 精 馏
试按总压P =75mmHg(绝压)计算该物系的“t-x-y ”数据, 此物系为理想体系。 解：
总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0
A p x A ＋0
B p x B =P 所以 x A =
000B A B p p p p --；y A =p p A 00
00B
A B
p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下：
t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0.
2. 承接第一题，利用各组数据计算
（1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。
（2）以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组y i 值的最大相对误差。 解：
（1）对理想物系，有 α＝00B
A
p p 。所以可得出
t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0
i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326
算术平均值α=
9
∑i
α
=1.318。α对i α的最大相对误差＝
%6.0%100)(max
=⨯-α
ααi 。
（2）由x
x
x x y 318.01318.1)1(1+=-+=
αα得出如下数据：
t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差=
=∇i
y y m ax
)(0.3%。
3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算:
95.5947
.32790195.16ln 0
--
=T p A
72
.6357.33280195.16ln 0
--=T p B
式中 0p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。
问:总压为60mmHg(绝压)时，A 与B 的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？ 解：
由题意知
T A ==--
0195.1660ln 47
.327995.59334.95K ＝61.8℃
T B ==--0195
.1660ln 57
.332872.63342.84K=69.69℃
65℃时，算得0
A p ＝68.81mmHg ；0
B p =48.93 mmHg 。由0
A p x A ＋0
B p （1－x A ）=60得 x A ＝0.56， x B =0.44; y A =0
A p x A /60=0.64; y
B =1-0.64=0.36。
4. 苯（A ）和甲苯（B ）混合液可作为理想溶液，其各纯组分的蒸气压计算式为
8.2201211
906.6log 0
+-
=T p A
5
.2191345955.6log 0
+-
=T p B 式中 0
p 的单位是mmHg ，t 的单位是℃。
试计算总压为850mmHg(绝压)时含苯25%（摩尔分率）的该物系混合液的泡点。 解：
由题意知 A x 0
A p +(1-A x )0
B p ＝850即0.250
A p ＋0.750
B p ＝850。 因此需根据试差法求出泡点温度T 。解得T ＝104.2 ℃。
5． 试计算总压为760mmHg(绝压)时含苯0.37、甲苯0.63（摩尔分率）的混合蒸气的露点。若令该二元物系降温至露点以下3℃，求平衡的气、液相摩尔之比。 解：
在760 mmHg(绝压)时查苯-甲苯气液平衡图得： x （苯）=0.37时，露点为：103℃。
当温度下降3℃时，处于气液混合区，此时查得液相中 x=0.27；气相中y=0.47。 由杠杆原理得
平衡的气、液相摩尔之比＝
37
.047.027
.037.0--＝1:1。
6. 若苯—甲苯混合液中含苯0.4（摩尔分率），试根据本题中的t —x —y 关系求：
（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？ t o C 80.1 85 90 95 100 105 110.6 x 1.000 0.780 0.581 0.411 0.258 0.130 0 y 1.000 0.900 0.777 0.632 0.456 0.262 0 解：
（1）由苯—甲苯的t —x —y 关系得x=0.4时， 泡点温度＝95.5℃
平衡蒸气的瞬间组成＝0.615
（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=0.26；y=0.47。 根据杠杆原理，气液相量之比＝
4
.047.026
.04.0--＝2:1。
（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=0.4。
7．常压下将含苯（A ）60%、甲苯（B ）40%（均指摩尔百分数）的混合液闪蒸（即平衡蒸馏），得平衡气、液相，气相摩尔数占总摩尔数的分率—气化率（1-q ）为0.30。物系相对挥发度α=2.47，试求：闪蒸所得气、液相的浓度。
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？ 提示：若原料液、平衡液、气相中A 的摩尔分率分别以x F 、x 、y 表示，则存在如下关系： 1
1---=q x q qx
y F 。 解：
（1）闪蒸
由23711+-=---=
x q x x q q y F 和x
x y )1(1-+=αα，解方程得x ＝0.54。从而y ＝0.74。 （2）简单蒸馏 由方程⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡--+-=F W W F
x x x x W F 11ln ln 11ln
αα和D W F Dx Wx Fx +=得出 D x =0.79，即馏出物中苯的平均浓度为79％。
8． 某二元物系，原料液浓度x F =0.42，连续精馏分离得塔顶产品浓度x D =0.95。已知塔顶产品中易挥发组分回收率η=0.92，求塔底产品浓度x W 。以上浓度皆指易挥发组分的摩尔分率。 解：
由D W F Dx Wx Fx +=和92.0==
F
D
Fx Dx η得出W x =0.056。 9. 某二元混合液含易挥发组分0.35，泡点进料，经连续精馏塔分离，塔顶产品浓度x D =0.96，塔底产品浓度x W =0.025（均为易挥发组分的摩尔分率），设满足恒摩尔流假设。试计算塔顶产品的采出率q n ( D)/ q n ( F)。
若回流比R =3.2，泡点回流，写出精馏段与提馏段操作线方程。 解：
F x ＝0.35；x W =0.025；x D =0.96；R=3.2。
（1）q n ( D)/ q n ( F)＝
W
D W
F x x x x --＝0.3476＝34.76％。
（2）精镏段操作线方程 D x R x R R y 1
1
1+++=
＝0.762x ＋0.229。 提镏段操作线方程
W x W
F L W
x W F L F L y -+-'-++=
'＝1.45x '－0.0112。
10. 有一二元理想溶液，在连续精馏塔中精馏。原料液组成50%(摩尔%)，饱和蒸气进料。原料处理量为每小时l00kmol ，塔顶、塔底产品量各为50kmol/h ，已知精馏段操作线方程为y =0.833x +0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求:
（1） 塔顶、塔底产品组成(用摩尔分率表示)； （2） 全凝器中每小时冷凝蒸气量; （3） 提馏段操作线方程;
（4） 若全塔平均相对挥发度=3.0，塔顶第一块板的液相默弗里板效率EML=O.6, 求离开塔顶第二块板的气相组成。 解：
（1）由精镏段方程D x R x R R y 1
1
1+++=
及已知的精馏段操作线方程为y =0.833x +0.15得出
833.01
=+R R
和1+R x D ＝0.15， 解得
R ＝5，x D ＝0.9，x W =0.1
（2）全凝器中每小时冷凝蒸气量V ＝(R +1)D=300（kmol/h ）。 （3）提镏段操作线方程
W x W
qF L W
x W qF L qF L y -+--++=
＝1.25x －0.025。
（4）求离开塔顶第二块板的气相组成2y
EML=
*
--11x x x x D D ＝0.6，又*
1x ＝)1(111y y y -+α＝1123y y -＝D
D x x 23-=0.75 解得1x ＝0.81 又由物料平衡得
2y ＝1y －
V L ( x D －1x )＝0.9－1
+R R
（0.9－0.81）＝0.825。
11 有一二元理想溶液 ，在连续精馏塔中精馏。原料液组成50%(摩尔%)，饱和蒸汽进料。原料处理量为
每小时l000kmol ，塔顶、塔底产品量各为500kmol/h ，已知精馏段操作线方程为y =0.86x +0.12，塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求:
（1） 回流比R 、塔顶、塔底产品组成 (用摩尔分率表示)； （2）.精馏段上升的蒸气量q n (V)及提馏段下降的液体量q n (L ’) （3） 提馏段操作线方程；
（4） 若相对挥发度 α = 2.4，求回流比与最小回流比的比值： m in
R R 。 解：
（1）回流比R 、塔顶、塔底产品组成
D x R x R R y 1
1
1+++=
＝0.86x ＋0.12，解得 R ＝6.14，x D ＝0.857，x W =0.143。
（2）精馏段上升的蒸气量q n (V)及提馏段下降的液体量q n (L ’) L ’＝L ＝RD=3070 kmol/h ， V ＝（R ＋1）D ＝3570 kmol/h 。 （3）提馏段操作线方程
W x R x R R y 1
1
1---=
＝1.19x －0.02 （4）min R ＝
11111-⎥⎦⎤
⎢⎣⎡----F D F
D y x y x αα＝1.734
所以
m in
R R
＝3.54。
12. 连续蒸馏塔中分离二硫化碳和四氯化碳组成的混合液。已知原料液流量q n ( F)为4000kg/h ，组成为0.3（二硫化碳的质量分率，下同）。若要求釜液组成不大于0.05，塔顶中二硫化碳回收率为88%，试求馏出液的流量和组成，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。 解：
由方程F=D+W 和F F x =D D x +W W x 及D D x ＝0.88 F F x 解得 W=2880 kg/h ， D ＝1120 kg/h ， D x ＝0.943（质量百分率）。 单位换算： D x ＝
154
/)943.01(76/943.076
/943.0-+＝0.97（摩尔分率）
平均分子量＝0.97×76＋0.03×154＝78.3kg/kmol ，所以 D=1120÷78.3＝14.3kmol/h 。
13. 某连续精馏操作中，已知操作线方程如下： 精馏段：y=0.723x+0.263 提馏段：y=1.25x-0.0187
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比。 解：
由题意知
1
+R R
＝0.723，所以R =2.61 1
+R x D
＝0.263，所以 D x =0.95。 由y ＝W x ＝1.25W x -0.0187得出W x ＝0.0748。
因为露点进料，q 线方程为：y=F x 。由q 点坐标（解两段操作线方程）x=0.535, y=0.65，得 F x ＝0.65
14.用一连续精馏塔分离由组分A ，B 所组成的理想混合液，原料液中含A 0.44，馏出液中含A 0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最小回流比为1.63，试说明原料液的热状况，并求出q 值。 解：
平衡线方程为： y ＝
x x )1(1-+αα＝x
x
5.115.2+。
精镏段操作线方程为：D x R x R R y 1
1
1+++=
＝0.62x ＋0.364。所以 q 点坐标为： x =0.365， y ＝0.59
因为 x =0.365
F x ＝（1－q ）y ＋q x ，解得 q ＝0.667。
15. 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0.5，塔顶馏出液中含苯0.9，塔底釜残液中含苯0.1（以上均为摩尔分率）,回流比为4.52，试求理论板层数和加料板位置。物系平衡资料见题7。 解：
按M-T 图解法求理论板层数。图示步骤略。
精镏段操作线截距＝
1+R x D ＝1
52.49
.0+＝0.163。 绘得的理论板层数为： N ＝16。
加料板为从塔顶往下的第三层理论板。
16. 在常压连续提馏塔中分离含乙醇0.033的乙醇—水混合液。饱和液体进料，直接蒸气加热。若要求塔顶产品乙醇回收率为0.99，试求
（1）在无限多层理论板层数时，计算每摩尔进料所需蒸气量；
（2）若蒸气量取为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1-5题附表中。
解：
由方程F ＋V 0=D+W 和F F x =D D x +W W x 及D D x ＝0.99 F F x 解得 W x =0.00033。
（1） 在无限多层理论板层数时的操作线斜率为：
W
F W F W F F x x y y x x y V F
V W --=
-==**
min 0min 0， 直接蒸汽加热，W y =0。 由平衡数据查得，F x =0.033，*
F y ＝0.270，所以解得 min 0V ＝0.121（mol/mol 进料）。
（2） 0V ＝2min 0V 时所需理论板层数及两产品的组成 显然D =0V ,
F D Fx Dx =F
D
x x 242.0=0.99，所以D x =0.135。 图解法求得理论板层数为5（图解法略）。
17. 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成分别为0.28，0.41和0.57，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如下。
x 0.26 0.38 0.51 y 0.45 0.60 0.72 解：
在全回流操作时，1+n y ＝n x 。 由板效率定义知 E m, v =
1
1+*
+--n n n n y y y y ，3y ＝2x ＝0.41，2y ＝1x ＝0.57。由表查得*
2y ＝0.628。 所以 E m, 2=
3
23
2y y y y --*
=0.73=73％。 同理 E m, 3=67％。
18. 有一精馏塔，已知塔顶馏出液组成x D =0.97（摩尔分数），回流比R =2，塔顶采用全凝器，泡点回流，其气液平衡关系为x
x
y 14.114.2+=，求从塔顶数起离开第一块板下降的液体组成x 1和离开第二块板上升的
气相组成y 2。 解：
由x
x
y 14.114.2+=
推出 y y x 14.11+=
由于1y ＝x D =0.97，所以 x 1＝0.75。故
2y ＝1y －
1
+R R
( x D －1x )=0.82。
第二章 吸收
1,解：（1）008.0=*
y 1047.018
100017101710=+=x
764.001047
.0008
.0===
*x y m Pa mp E 4
5
1074.710013.1764.0⨯=⨯⨯== Pa m kmol E C H ⋅⨯=⨯==
3
44
1017.710
74.75
.55 （2）KPa P 9.301= H,E 不变，则2563.0109.3011074.734
⨯⨯=
=P E m (3)0195.010
9.301109.53
3
=⨯⨯=*
y 01047.0=x 862.101047
.00195.0===
*x y m Pa mp E 5
3
1062.5109.301862.1⨯=⨯⨯== Pa m kmol E C H ⋅⨯=⨯==
-355
10875.910
62.55.55 2，解：09.0=y 05.0=x x y 97.0=*
09.00485.005.097.0=<=⨯=*
y y 吸收∴ 同理也可用液相浓度进行判断
3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。现atm P 1=，,293k T = ,5.36=A M ,29=B M 5.215.1998.1=+=∑A
V
故()(
)
s
m
D G 2
52
17571071.11
.205.2112915.361293102
121
2
1
--⨯=+⨯+⨯=
HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M 粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积mol cm V A 3
3.286.247.3=+=
()()
s m cm D L 29256.081099.11099.13.28005.1293136.2104.721
---⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=或
华南理工化工原理真题 题目一 化工原理是化学工程专业的基础课程，是学生在学习和掌握化学工程过程中必须掌握的重要内容。下面是华南理工大学过去几年的化工原理真题，供学生参考。 1. 下面哪个量可以作为反应速率的度量？ A. 反应物的浓度 B. 反应物的质量 C. 反应物的体积 D. 反应物的压力 2. 在反应过程中，下面哪个条件会使反应速率发生变化？ A. 反应温度 B. 反应时间 C. 反应物的颜色 D. 反应容器的形状 3. 以下哪个是化学反应的平衡条件？ A. 反应物的质量相等 B. 反应物的浓度相等 C. 反应物的摩尔比相等 D. 反应物的体积相等
4. 化学反应中的活化能是指什么？ A. 反应的能量变化 B. 反应的速率变化 C. 反应物的摩尔数产生变化 D. 反应物的质量产生变化 5. 化学反应的速率和温度之间的关系是？ A. 温度升高，速率也升高 B. 温度升高，速率降低 C. 温度降低，速率升高 D. 温度降低，速率降低 解析 1.答案为A。反应速率可以通过反应物的浓度来度量， 浓度越高，反应速率越快。 2.答案为A。反应温度是影响反应速率的重要因素， 温度升高可以加快反应速率。 3.答案为C。化学反应的平衡条件是反应物的摩尔比 相等，即摩尔比满足化学方程式中的系数比例。 4.答案为A。活化能是指化学反应需要克服的能量障 碍，即反应的能量变化。 5.答案为A。温度升高可以提高反应物的平均动能， 增加碰撞概率，从而加快反应速率。
以上是华南理工大学化工原理真题的部分题目及解析，希望对学生们的学习有所帮助。 参考资料： •华南理工大学化工原理考试题库 •化工原理（第二版），杨之辉，高等教育出版社，2018年
第一章流体流动 问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件? 答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。 质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。 问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点? 答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。 问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降? 答3．分子间的引力和分子的热运动。 通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。 问题4. 静压强有什么特性? 答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。 问题5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。 (1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)； (2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？ 题5附图题6附图 答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。 2）内部压强p=ρgh=1000××； 外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强。 因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。 问题6.图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U形压差计，读数分别为R1、R2，两压差计间用一橡皮管相连接，现将容器A连同U形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R1与R2有何变化？(说明理由) 答6．容器A的液体势能下降，使它与容器B的液体势能差减小，从而R2减小。R1不变，因为该U形管两边同时降低，势能差不变。 问题7. 为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好? 答7．由静力学方程可以导出Δp=H(ρ冷-ρ热)g，所以H增加，压差增加，拔风量大。 问题8.什么叫均匀分布? 什么叫均匀流段? 答8．前者指速度分布大小均匀；后者指速度方向平行、无迁移加速度。 问题9. 伯努利方程的应用条件有哪些?
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化工原理习题及解答（华南理工大学化工原理教研组编） 2004年6月
流体力学与传热 第一章 流体流动 1.1 解：混合气体的平均分子量Mn 为 Mn=M 2co y 2co + M 2o y 2o + M 2N y 2N + M O H 2y O H 2 =44×0.085+32×0.075+28×0.76+18×0.08 =28.86kg/kmol 该混合气体在500℃，1atm 时的密度为 ρ=po T p To Mm **4.22**=4.2286.28×273 273=0.455kg/m ³ 1.2 解：设备上真空表的绝对压强为 绝对压强=大气压―真空度 =740―100 =640mmHg =640×760100133.15⨯=8.53×104N/m² 设备内的表压强为 表压强=―真空度 =―100mmHg =―（100×760 100133.15 ⨯）=―1.33×104N/m² 或表压强=―（100×1.33×102）=―1.33×104N/m² 1.3 解：设通过孔盖中心的0—0水平面上液体的静压强为p ，则p 便是罐内液体作用于孔盖上的平均压强。 根据流体静力学基本方程知 p=p a +ρg h 作用在孔盖外侧的是大气压强p a ，故孔盖内外两侧所受压强差为 Δp =p ―p a = p a +ρgh ―=a p ρgh Δp=960×9.81(9.6―0.8)=8.29×104N/m² 作用在孔盖上的静压力为 =p Δp ×24d π =8.29×104241076.376.04⨯=⨯⨯π N 每个螺钉能承受的力为 N 321004.6014.04807.9400⨯=⨯⨯⨯π
第五章习题解答 1）总压100，温度25℃的空气与水长时间接触，水中的的浓度为多少？ 分别用摩尔浓度和摩尔分率表示。空气中的体积百分率为0.79。 解：将空气看作理想气体：y=0.79 p*=yp=79kPa 查表得E=8.76×kPa H= C=p*.H=79×6.342×10-5=5.01×10-4kmol/m3 2）已知常压、25℃下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利系数E为大气压，溶质A的分压为0.54大气压的混合气体分别与三种溶液接触：①溶 质A浓度为的水溶液；②溶质A浓度为的水溶液； ③溶质A浓度为的水溶液。试求上述三种情况下溶质A在二相 间的转移方向。 解： E=0.15×104atm，p=0.054atm，P=1atm，y=p/P=0.054 ① ∴∴∴平衡 ② ∴∴∴气相转移至液相
③ ∴∴∴液相转移至气相 ④ P=3atm y=0.054 E=0.15×104atm ∴m=E/P=0.05×104 x4=x3=5.4×10-5 ∴∴∴气相转移至液相 3）某气、液逆流的吸收塔，以清水吸收空气～硫化氢混合气中的硫化氢。总压 为1大气压。已知塔底气相中含 1.5%（摩尔分率），水中含的浓 度为（摩尔分率）。试求塔底温度分别为5℃及30℃时的吸收过程推动力。 解：查表得（50C）E1=3.19×104kpa m 1=E 1 /P=315 p* 1 =Ex=0.319 4）总压为100，温度为15℃时的亨利系数E为。试计算： ①H、m的值（对稀水溶液密度为）；②若空气中的分压为 50，试求与其相平衡的水溶液浓度，分别以摩尔分率和摩尔浓度表示。
5）在总压为100、水温为30℃鼓泡吸收器中，通入纯，经充分接触后 测得水中的平衡溶解度为溶液，溶液的密度可近似取 为，试求亨利系数。 解： p*=100KPa (mol/L)/kPa kPa 6）组分A通过另一停滞组分B进行扩散，若总压为，扩散两端组分A 的分压分别为23.2和 6.5。实验测得的传质系数 为。若在相同的操作条件和组分浓度下，组分A和 B进行等分子扩散，试分别求传质系数和传质速率。 解：p A1=23.2KPa p A2=6.5KPa p B1=P－p A1=78.1KPa p B2=94.8KPa ∴ ∴
①传质单向②ｍ ①Ａ②Ｂ③传质单元高度传质单元数 液封作用气体倒灌 吸收效果达不到要求吸收率增大，出口气体浓度降低 ｐ＝０．１ａｔｍｐ ＝１．６２×０．０２＝０．０３２４ａｔｍ 从气相向液相转移Δｐ＝０．０６７６ａｔｍ ｃ ＝０．１／１．６２＝０．０６１７ｃ＝０．０２ ∴Δｃ＝０．０４１７Kmol/m ①液膜阻力气膜阻力Ｈ／ｋ ②× ③Ｄ④Ｄ （１）（ｐ－ｐ ）（２）Ｋ 不变降低 减小降低 ↑↓↓小大大于平衡 ＤＡＡ Ｃ＞Ｂ＞Ａ；在同一平衡分压下Ｃ ＞Ｃ ＞Ｃ 减小增大 图示 （１）气液两相接触的界面上无阻力，在界面上气液两相达到平衡 （２）传质阻力集中在有效膜内 ①液相气相②气膜Ｌ／ｍＶ塔底 ①精馏吸收 ②双膜溶质渗透表面更新双膜 ①也较大②ｙ ｘ ③溶解度大, 选择性高, 腐蚀性小, 挥发度小 大于上方增大远离增大 下降升高Ｌ／Ｇｍ提高明显 ①０．０１１９ ②Kmol/m .s. Pa 单位体积填料层中的传质面积 ③Ｂ同样大小气相分压下，气体Ｂ的平衡Ｃ ＞Ｃ ＮO G ＝４（ｙ －ｙ ）／（ｘ －ｘ ） 气膜１００％易Ｐ／Ｐ 由于总体流动使传质速率比单纯分子扩散增加的比率。 ①100% ②75% ①L/mG ; 操作线斜率与平衡线斜率之比 ②对应气相主体的平衡液相摩尔分率与液相主体摩尔分率的差值；溶质相界面上液相 摩尔分率与液相主体摩尔分率的差值； Kmol/m sΔx；或x -x；x -x；Kmol/m sΔx ①流动条件；填料特性；气液物性(3分) ②p-p ；y-y (2分) 解：1/K =1/k +1/Hk =1/0.1+1/（0.25×150）=10.03 K ≈k ；x易溶气体(2分) K =K P=1/10.03×1=0.0997 Kmol/（m h Δy）(1分) K =K /H =0.997/150=6.65×10 Kmol/（m h Kmol/m ） 1
化工原理习题：第一部分流体流动 一、填空 1.流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的 2 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/4 倍。 ( 2 f l u = d2 Wλ,层流时： du Re= ρ μ ， 64 = Re λ，带入可知：阻力损失正比于流速，反比于 管径平方) 2.离心泵的特性曲线通常包括H-Q曲线、η-Q 和 N-Q 曲线，这些曲线表示在一定转速下，输送某种特定的液体时泵的性能。 3.处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是静止的、连通着的、同一种连续的液体。流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用皮托流量计测量。 4.牛顿粘性定律的表达式τ=μ，其应用条件是牛顿型流体层（滞）流流体。 5.如果流体为理想流体且无外加功的情况下，写出： 单位质量流体的机械能衡算式为⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽； 单位重量流体的机械能衡算式为⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽； 单位体积流体的机械能衡算式为⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽； 6.有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 z 1ρg+（u 1 2ρ /2）+p 1+W s ρ= z 2 ρg+（u 2 2ρ/2）+p 2 +ρ∑h f ，各项单位为 Pa（N/m2）。 7.气体的粘度随温度升高而增加，水的粘度随温度升高而降低。 8.流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能减小。 9.并联管路中各管段压强降相等；管子长、直径小的管段通过的流量小。 10 在离心泵工作时，用于将动能转变为压能的部件是____泵壳__________。 11.测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将增加，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将不变。 12. 离心泵的轴封装置主要有两种：填料密封和机械密封。 13.若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头降低，流量减小，效率降低，轴功率增加。
第五章蒸发 5-1、在单效蒸发器内，将10%NaOH水溶液浓缩到25%，分离室绝对压强为15kPa，求溶液的沸点和溶质引起的沸点升高值。 解： 查附录：15kPa的饱和蒸气压为53.5℃，汽化热为2370kJ/kg (1)查附录5，常压下25%NaOH溶液的沸点为113℃ 所以，Δa= 113-100=13℃ 所以沸点升高值为 Δ=fΔa=0.729×13=9.5℃ 操作条件下的沸点： t=9.5+53.5=63℃ (2)用杜林直线求解 蒸发室压力为15kPa时，纯水的饱和温度为53.5℃，由该值和浓度25%查图5-7，此条件下溶液的沸点为65℃ 因此，用杜林直线计算溶液沸点升高值为 Δ=63-53.5=9.5℃ 5-2、习题1中，若NaOH水溶液的液层高度为2m，操作条件下溶液的密度为 1230kg•m-3。计算因液柱引起的溶液沸点变化。 解： 液面下的平均压力 pm=24.65kPa时，查得水的饱和蒸气温度为：63℃ 所以液柱高度是沸点增加值为： Δ=63-53.5=9.5℃ 所以，由于浓度变化和液柱高度变化使得溶液的沸点提高了 Δ=9.5+9.5=19℃ 因此，操作条件下溶液的沸点为： t=53.5+19=72.5℃ 5-3、在单效蒸发器中用饱和水蒸气加热浓缩溶液，加热蒸气的用量为2100kg•h-1，加热水蒸气的温度为120ºC，其汽化热为2205kJ•kg-1。已知蒸发器内二次蒸气温度为81ºC，由于溶质和液柱引起的沸点升高值为9ºC，饱和蒸气冷凝的传热膜系数为8000W•m-2k-1，沸腾溶液的传热膜系数为3500 W•m-2k-1。 求蒸发器的传热面积。 忽略换热器管壁和污垢层热阻，蒸发器的热损失忽略不计。 解： 热负荷Q=2100×2205×103/3600=1.286×106W 溶液温度计t=81+9=90℃ 蒸汽温度T=120 ℃ ∵1/K=1/h1+1/h2=1/8000+1/3500 ∴K=2435W/m2K ∴S=Q/[K(T-t)]=1.286×106/[2435×(120-90)]=17.6 m2 5-4、某效蒸发器每小时将1000kg的25%（质量百分数，下同）NaOH水溶液浓缩到50%。已知：加热蒸气温度为120ºC，进入冷凝器的二次蒸气温度为60ºC，溶质和液柱引起的沸点升高值为45ºC，蒸发器的总传热系数为1000 W•m-2k-1。溶液被预热到沸点后进入蒸发器，蒸发器的热损失和稀释热可以忽略，认为加热蒸气与二次蒸气的汽化潜热相等，均为2205kJ•kg-1。 求：蒸发器的传热面积和加热蒸气消耗量。 解：
一 填空题： 1. 操作中的吸收塔，若适用液气比小于设计时的最小液气比，则其操作结果是吸收效果______; 若吸收剂入塔浓度x 2降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率_______,出口气体浓度______________。 2. 低浓度气体的系数中，已知平衡关系y=2x, k xa =0.2 km OL /m 3.s, kya=2×10-4 km OL /m 3.s, 则此体系属于( ）A 气膜；B 液膜；C 气、液双膜控制，总传质系数近似为Kya ＝________km OL /m 3.s 。 3. 通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，（ ）A 回收率趋于最高 ； B 吸收推动力趋于最大；C 操作最为经济 ； D 填料层高度趋于无穷大。 4. 某操作中的吸收塔，用清水逆流吸收气体混合物中A 组分，若入塔气体浓度y 1下降，L ，G ，P ，T 等不变，则回收率有何变化____________;若 L 增加，其余条件不变，则出塔液体浓度x 1有何变化 ________________。 5. 如图所示，为同一温度下A ，B ，C 三种气体在水中的 溶解度曲线，由图可知，它们的溶解度大小顺序为 __________________; 因为 ____________________________. 6. 吸收中温度不变，压力增大，可使相平衡常数 ___________,传质推动力___________。在气体吸收时， 若可溶气体的浓度较大，则总体流动对传质的影响 ______。 7. 对易溶气体，气相一侧的界面浓度yi 接近于_________________;而液相一侧的界面浓度xi 接近于______________________。 8. 写出吸收操作中对吸收剂的主要要求的四项 。增加吸收剂用量，操作线的斜率____________, 则操作线_________平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y-y*）________。 9. 以分压差为推动力的总传质速率方程为N A =K G (p-p*)。由此可知，气相总体积传质系数K G a 的单位______________。其中符号a 代表_______________。 10、某系数过程中，用纯水吸收气体中A 组分，要求A 组分ya=0.1下降到0.02；一种吸收因子A=1，若该吸收过程所需理论板数NT=4，则所需传质单元数为______________。吸收过程中最小液气比的计算公式为(L/G)min=_____________________。 11、某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1，气膜和液膜体积吸收系数分别为k ya =2×10-4km OL /(m 3.s), k xa =0.4km OL /(m 3.s)。则该系数过程为____________阻力控制。气膜阻力占总阻力的百分数为____________；该气体为____________溶气体为提高其传质速率，在操作中可采取 措施。 12、在逆流解吸塔操作时，若气液入口组成及温度、压力均不变，而气量与液量同比例减少，对液膜控制系统，气体出口组成将____________，液体出口组成将_____________,溶质的解吸率将____________、解吸操作的目的是______________________________。 13、实验室用水逆流吸收空气中的二氧化碳，当水量和空气量一定时，增加CO 2的量，则入塔气体浓度____________，出塔气体浓度_____________，液体出口组成将________。 14、对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增加时，亨利系数______, 相平衡常数_____________,溶解度系数_____________。 15、对非液膜控制的系统，气体流量越大，则气相总传质系数______________，气相总传质C （km OL /l ） A B C P,atm 题 5
化工原理智慧树知到课后章节答案2023年下华南理工大学 华南理工大学 第一章测试 1.关于连续介质模型，说法不正确的是（）。 答案: 任何情况，都可以把流体视为连续介质 2.有关流体静压力的说法，不正确的是（）。 答案: 压力的法定单位为atm(标准大气压)，常用单位有Pa, mmH2O, mmHg等3.流体静力学方程式不可适用于（）。 答案: 密度的测量 4.流体在流动中克服静压力所需提供的能量称为（）。 答案: 静压能
5.关于伯努利方程，描述错误的是（）。 答案: 伯努利方程适用于各种流体 6.某流体在圆形管道内流动，其雷诺数为1600，则该流体的流动型态为（）。 答案: 滞流 ;层流 7.可用于测量点速度的装置为（）。 答案: 测速管 ;皮托管 8.构成转子流量计的主要部件有（）。 答案: 带刻度的锥形玻璃管 ;转子 9.若流体的速度仅随空间位置变化而不随时间变化，即为稳态流动。（） 答案: 对
10.局部阻力是指流体流经管路中的管件、阀门及管截面突然扩大或缩小等局部 地方所引起的阻力。（） 答案: 对 第二章测试 1.离心泵安装高度超过允许安装高度时，会发生（）现象。 答案: 汽蚀 2.以下不是离心式通风机的性能参数的是（）。 答案: 杨程 3.离心泵停车时应该（）。 答案: 先关闭泵出口阀，再断电 4.离心泵的轴功率与流量的关系是（）。 答案:
流量增大，轴功率增大 5.将离心泵的特性曲线与其所在管路的特性曲线绘于同一坐标图上，两线交点 成为离心泵在该管路上的（）。 答案: 工作点 6.当离心泵输送的液体黏度增大时，以下说法正确的是 ( )。 答案: 同一流量处，杨程下降，效率下降 7.离心泵启动时，泵内应充满输送的液体，否则会发生气缚现象。（） 答案: 对 8.离心泵的种类很多，但工作原理相同，主要依靠惯性离心力而连续吸液和排 液。（） 答案: 对 9.两台型号相同的离心泵并联操作时，总流量等于单台泵流量的两倍。（） 答案: 错
第六章习题 1）苯酚（C 6H 5 OH）（A）和对甲酚（C 6 H 4 （CH 3 ）OH）（B）的饱和蒸汽压数据为： 温度℃苯酚蒸汽压 kPa 对甲酚蒸汽压 kPa 温度 ℃ 苯酚蒸汽压 kPa 对甲酚蒸汽 压 kPa 113.710.07.70117.811.999.06 114.610.47.94118.612.439.39 115.410.88.2119.412.859.70 116.311.198.5120.013.2610.0 117.011.588.76 试按总压P=75mmHg（绝压）计算该物系的“t—x—y”数据。此物系为理想物系。 t0C p A 0kPa p B 0kPa x A x B 113.7 10.0 7.70 1.0 1.0 114.6 10.4 7.94 0.837 0.871 115.4 10.8 8.2 0.692 0.748 116.3 11.19 8.5 0.558 0.624 117.0 11.58 8.76 0.440 0.509 117.8 11.99 9.06 0.321 0.385 118.6 12.43 9.39 0.201 0.249 119.4 12.85 9.70 0.0952 0.122 120.0 13.26 10.0 0.000 0.000 2）承第1题，利用各组数据，计算 ①在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度α i ，取各α i 的算术平均值α，算出 α对α i 的最大相对误差。 ②以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y—x i ”关系，算出由此法得 出各组y i 值的最大相对误差。 t0C 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326
第一章 流体流动 填空题 1边界层的形成是液体具有 的结果; 答案：粘性 2用离心泵在两个敞口容器间输液;若维持两容器的液面高度不变,当关小输送管道的阀门后,管道的总阻力将____; 答案：不变 分析：在两个液面间列柏努力方程式,因位能、静压能和动能均不变化,所以管道总损失不变；阀门开度减小后,导致局部阻力增大,水量减小,直管阻力减小,总阻力不变化; 3粘性流体流体绕过固体表面的阻力为 和 之和,称局部阻力; 答案：摩擦阻力；形体阻力 4经内径为158mm 的钢管输送运动粘度为902mm /s 的燃料油;若保持油品作滞流流动,最大流速不能超过 ; 答案：s m / 分析：令临界雷诺数等于2000,即可求得大速度; 200010 90158.0Re 6=⨯==-u v du 解之 s m u /14.1= 6流体在阻力平方区流动,若其他条件不变,其压降随着管子的相对粗糙度增加而_____,随着流体的密度增大而_____;
答案：增加：增大 分析：在阻力区,λ只与相对粗糙度有关,且随其增大而增大; 由范宁公式 7流体沿壁面流动时,在边界层内垂直于流动方向上存在着显着的_____,即使_____很小,_______仍然很大,不容忽视; 答案：速度梯度；粘度；内摩擦应力 选择题 1滞流与湍流的本质区别是 A．流速不同； C. 雷诺数不同； B．流通截面积不同 D 滞流无径向运动,湍流有径向运动； 答案：D 3完成下面各类泵的比较： 1 离心泵； 2 往复泵； 3 旋转泵 ; A．流量可变,压头不很高,适用于粘性大的流体； B．流量不均匀,压头根据系统需要而定,用旁路阀调节流量；C．流量恒定,压头随流量变化,往复运动振动很大； D．流量较小,压头可达很高,适于输送油类及粘稠性液体；E．流量均匀,压头随流量而变,操作方便; 答案： 1 E ；2 B ；3 D 3用离心泵将贮槽内的溶液送到敞口的高位槽A和B中;已知泵下游的三通处到A槽的管子规格为Ф76mm⨯3mm,管长20 m,管件及阀门的
《第二章流体输送机械》习题解答 1）某盛有液体的圆筒容器，容器轴心线为铅垂向，液面水平，如附图中虚线所示。当容器以等角速度ω绕容器轴线旋转，液面呈曲面状。试证明： ①液面为旋转抛物面。 ②。 ③液相内某一点（r，z）的压强。式中ρ为液体密度。解题给条件下回旋液相内满足的一般式为 （常量） 取圆柱坐标如图，当Z=0,r=0,P=P 0,∵C=P 故回旋液体种，一般式为 ①液面为P=P 的等压面 ，为旋转抛物面② 又 即：h = ∴H=2h
③某一点（r,Z）的压强P: 2）直径0.2m、高0.4m的空心圆桶内盛满水，圆筒定该中心处开有小孔通大气，液面和顶盖内侧面齐平，如附图所示，当圆筒以800rpm转速绕容器轴心线回旋，问：圆筒壁内侧最高点和最低点的液体压强各为多少？ 解 取圆柱坐标如图，当Z=0,r=0, P=P 0,∴C=P 故回旋液体种，一般式为 B点： Z=0,r=R=0.1m, C 点:Z=-0.4m,r=0.1m, 3）以碱液吸收混合器中的CO 2 的流程如附图所示。已知：塔顶压强为0.45at （表压），碱液槽液面和塔内碱液出口处垂直高度差为10.5m，碱液流量为10m3/h，输液管规格是φ57×3.5mm，管长共45m（包括局部阻力的当量管长），碱液密度，粘度，管壁粗糙度。试求：①输送每千克质量碱液所需轴功，J/kg。②输送碱液所需有效功率，W。 解①
,查得 ∴ ② 4）在离心泵性能测定试验中，以2 泵汲入口处真空度为220mmHg，以孔板流量计及U形压差计测流量，孔板的孔径为35mm，采用汞为指示液，压差计读 数，孔流系数，测得轴功率为1.92kW，已知泵的进、出口截面间的垂直高度差为0.2m。求泵的效率η。 解 5）IS65-40-200型离心泵在时的“扬程～流量”数据如下： V m3/h 7.5 12.5 15 m 13.2 12.5 11.8 H e
第四章习题 1）用平板法测定材料的导热系数，其主要部件为被测材料构成的平板，其一侧用电热器加热，另一侧用冷水将热量移走，同时板的两侧用热电偶测量其表面温度。设平板的导热面积为0.03m2，厚度为0.01m。测量数据如下： 电热器材料的表面温度℃安培数 A 伏特数 V 高温面低温面 2.8 2.3 140 115 300 200 100 50 试求：①该材料的平均导热系数。②如该材料导热系数与温度的关系为线性： ，则λ 和a值为多 少？ 2）通过三层平壁热传导中，若测得各面的温度t 1、t 2 、t 3 和t 4 分别为500℃、 400℃、200℃和100℃，试求合平壁层热阻之比，假定各层壁面间接触良好。 3）某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m·℃)，0.16 W/(m·℃)和0。92 W/(m·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。
4）在外径100mm的蒸汽管道外包绝热层。绝热层的导热系数为0.08 W/(m·℃)，已知蒸汽管外壁150℃，要求绝热层外壁温度在50℃以下，且每米管长的热损失不应超过150W/m，试求绝热层厚度。 5）Φ38×2.5mm的钢管用作蒸汽管。为了减少热损失，在管外保温。 50第一层是mm厚的氧化锌粉，其平均导热系数为0.07 W/(m·℃)；第二层是10mm 厚的石棉层，其平均导热系数为0.15 W/(m·℃)。若管内壁温度为180℃，石棉层外表面温度为35℃，试求每米管长的热损失及两保温层界面处的温度？ 解：①r0 = 16.5mm = 0.0165m ，r1 =19mm = 0.019 m r2= r1＋ 1 = 0.019＋0.05 = 0.069 m r3= r2＋2= 0.069＋0.01 = 0.079 m 0= 45 W/(m·℃) W/m ②即 ∴t2= 41.8 ℃ 6）通过空心球壁导热的热流量Q的计算式为：，其中 ，A 1、A 2 分别为球壁的内、外表面积，试推导此式。
第六章 习题 1） 1） 苯酚（C 6H 5OH ）（A ）和对甲酚（C 6H 4（CH 3）OH ）（B ）的饱和蒸汽压数据为： 试按总压P=75mmHg （绝压）计算该物系的“t —x —y ”数据。此物系为理想物系。 分率） —，（解：mol y x P x p y p p p P x A A A B A B A 0 0=--= 2）承第1题，利用各组数据，计算 ①在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度αi ，取各αi 的算术平均值α，算出α 对αi 的最大相对误差。 ②以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y —x i ”关系，算出由此法得出各组y i 值的最大相对误差。 ，计算结果如下：）（解：①i A B i p p 00/=α
% 46.1299.1299 .1318.1318.1=-= == ∑最大误差n i α α 计，结果如下：按）（）318.1112αααi i i x x y -+= t 0C 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x i 1.0 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.0952 0 y i 1.0 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 最大误差=3 1060.2385.0385 .0384.0-⨯-=- 3）已知乙苯（A ）与苯乙烯（B ）的饱和蒸汽压与温度的关系可按下式算得： 式中p 0的单位是mmHg ，T 的单位是K 。 问：总压为60mmHg （绝压）时，A 与B 的沸点各为多少℃？在上述总压和65℃ 时，该物系可视为理想物系。此物系的平衡汽、液相浓度各为多少摩尔分率？ C K T T Ln B t p p C K T T Ln A t p p B B A A 00007.6985.34272.63/57.33280193.16608.6195.33495.59/47.32790195.1660)1==∴--====∴--==） （的沸点 为，算得的令）（的沸点 为算得的，令解： mmHg p Lnp K C t mmHg p A A 81.6895.5915.338/47.32790195.1615.33865602000=∴--====）（，） 639 .060557 .081.68557 .092 .4881.6892 .486092.4872.6315.338/57.33280193.1600=⨯= =--= =∴--=A A B B y x mmHg p Lnp ）（