化工原理第十章液-液萃取和液-固浸取
第十章液-液萃取和液-固浸取
1. 25℃时醋酸（A）–庚醇-3（B）–水（S）的平衡数据如本题附表所示。
习题1附表1 溶解度曲线数据（质量分数/%）
习题1附表2 联结线数据（醋酸的质量分数%）
试求：（1）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。（2）确定由200 kg醋酸、200 kg庚醇-3和400 kg水组成的混合液的物系点位置。混合液经充分混合并静置分层后，确定两共轭相的组成和
k及选择性系数 。（4）从上述混合液中蒸质量。（3）上述两液层的分配系数
A
出多少千克水才能成为均相溶液？
解：（1）溶解度曲线如附图1中曲线SEPHRJ所示。辅助曲线如附图1曲线SNP所示。分配曲线如附图2 所示。
（2）和点醋酸的质量分率为
25
.0
400
200
200
200
A
=
+
+
=
x
水的质量分率为
50
.0
400
200
200
400
S
=
+
+
=
x
由此可确定和点M的位置，如附图1所示。由辅助曲线通过试差作图可确定M 点的差点R和E。由杠杆规则可得
kg
260
kg
800
40
13
40
13
=
?
=
=M
R
()kg
540
kg
260
800=
-
=
-
=R
M
E
由附图1可查得E相的组成为
A S B
0.28,0.71,0.01
y y y
===
R相的组成为
A S B
0.20,0.06,0.74
x x x
===
（3）分配系数
A
A
A
0.28
1.4
0.20
y
k
x
===
B
B
B
0.01
0.0135
0.74
y
k
x
===
习题1 附图1 习题1 附图2
选择性系数 7.1030135
.04
.1B
A ===k k β
（4）随水分的蒸发，和点M 将沿直线SM 移动，当M 点到达H 点时，物系分层消失，即变为均相物系。由杠杆规则可得 kg 5.494kg 80055
34
5534=?==
M H 需蒸发的水分量为
()kg 5.305kg 5.494800=-=-H M
2. 在单级萃取装置中，以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸–庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的处理量为1 000 kg/h ，要求萃余相中醋酸的质量分数不大于10%。试（1）水的用量；（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作条件下的平衡数据见习题1。
解：（1）物系的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示。
由原料组成x F =0.3可确定原料的相点F ，由萃余相的组成x A =0.1可确定萃余相的相点R 。借助辅助曲线，由R 可确定萃取相的相点E 。联结RE 、FS ，则其交点M 即为萃取操作的物系点。由杠杆规则可得 3726F S ?=? kg 1423kg 100026
372637=?=?=
F S
（2）由杠杆规则可确定萃余相的量。 4916R M ?=? ()kg 791kg 1423100049
16
4916=+=
=
M R 由附图可读得萃取相的组成为 A 0.14y = 萃取率=
()
0.14242379176.2%10000.3
?-=?
3. 在三级错流萃取装置中，以纯异丙醚为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸水溶液中提取醋酸。已知原料液的处理量为2000 kg ，每级的异丙醚用量为800 kg ，操作温度为20 ℃，试求（1） 各级排出的萃取相和萃余相的量和组成；（2）若用一级萃取达到同样的残液组成，则需若干千克萃取剂。
20 ℃时醋酸（A ）–水（B ）–异丙醚（S ）的平衡数据如下：
习题3附表 20 ℃时醋酸（A ）–水（B ）–异丙醚（S ）的平衡数据(质量分数)
水 相 有 机 相 醋酸（A ） 水（B ） 异丙醚（S ） 醋酸（A ） 水（B ） 异丙醚（S ） 0.69
98.1
1.2
0.18
0.5
99.3
习题2 附图
1.41 97.1 1.5 0.37 0.7 98.9
2.89 95.5 1.6 0.79 0.8 98.4 6.42 91.7 1.9 1.9 1.0 97.1 1
3.34 8
4.4 2.3 4.8 1.9 93.3 2
5.50 71.7 3.4 11.4 3.9 84.7 3
6.7 58.9 4.4 21.6 6.9 71.5 44.3 45.1 10.6 31.1 10.8 58.1 46.40 3
7.1 16.5 36.2 15.1 4
8.7
解：由平衡数据在直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，如附图所示。
由原料组成x F =0.3，在图中确定原料相点F 。由物料衡算确定一级萃取物系的组成
A 20000.30.2142000800x ?==+
S 800
0.2862000800
x ==+
由此可确定一级萃取物系点M 1的位置。借助辅助曲线，通过试差作图可由M 1
确定一级萃取的萃取相点E 1和萃余相点R 1。由杠杆规则可得 115034.5R M ?=? kg 19322800kg 50
5
.34505.341=?==
M R
习题3 附图
()kg 868kg 19322800111=-=-=R M E 由附图可读得一级萃取相和萃余相的组成为 110.1100.255
y x ==
由R 1的量及组成，以及所加萃取剂的量，通过物料衡算可求得二级萃取的物系点M 2。与一级萃取计算方法相同可得 2930E =kg 21800R =kg 220.100.23
y x ==
与二级萃取计算相同，可得三级萃取计算结果 3920E =kg 31890R =kg
330.080.21
y x ==
（2）若采用一级萃取达到同样的萃取效果，则萃取物系点为附图中的N 点。由杠杆规则可得 37.526.5F S ?=? kg 2830kg 20005
.265
.375.265.37=?==
F S
4. 在多级错流萃取装置中，以水为溶剂从含乙醛质量分数为6%的乙醛—甲苯混合液中提取乙醛。已知原料液的处理量为1 200kg/h ，要求最终萃余相中乙醛的
质量分数不大于0.5%。每级中水的用量均为250 kg/h 。操作条件下，水和甲苯可视为完全不互溶，以乙醛质量比表示的平衡关系为Y =2.2X 。试求所需的理论级数。
解：（a ）直角坐标图解法 在X –Y 直角坐标图上绘出平衡曲线Y =2.2X ，如附图所示。 F F F 0.06
0.064110.06
x X x =
==-- 原料中稀释剂的量为
()()h kg 1128h kg 06.0112001F =-?=-=x F B
习题4 附图
操作线的斜率为 1128 4.512250
B S -
=-=- 过X F 作斜率为–4.512的直线，与平衡线交于Y 1，则X F Y 1为一级萃取的操作线。过Y 1作Y 轴的平行线，与X 轴交于X 1。过X 1作X F Y 1的平行线，与平衡曲线交于Y 2，X 1Y 2即为二级萃取的操作线。同理可作以后各级萃取的操作线，其中X i 为第i 级萃余相的组成，直至X n 小于或等于所规定的组成0.005为止。操作线的条数即为理论级数，即 n =7
（b ）解析法 由于B 与S 不互溶，故可采用式（10–35）计算理论级数。
F n S 2.2
0.0640.0050
K X X Y ==≈=
m 2.2250
0.48761128
KS A B ?=
== ()
F S n S m 0.064ln ln 0.005 6.4ln 1ln 10.4876X Y K X Y K n A ??-??-??===++ 取n =7
也可采用迭代计算求理论级数。平衡关系为 i i 2.2Y X = 操作关系为
()i i i-14.512Y X X =-- 由此可得迭代关系为 i i-10.6722X X =
迭代计算结果为
0F 12345670.0640.04300.0289
0.0194
0.01310.008790.005910.003970.005
X X X X X X X X X =========<
即所需理论级数为7级。
5. 在多级逆流萃取装置中，以水为溶剂从含丙酮质量分数为40%的丙酮–醋酸乙酯混合液中提取丙酮。已知原料液的处理量为2 000kg/h ，操作溶剂比（F S ）为0.9，要求最终萃余相中丙酮质量分数不大于6%，试求（1）所需的理论级数；（2）萃取液的组成和流量。操作条件下的平衡数据列于本题附表。
习题5附表 丙酮（A ）–醋酸乙酯（B ）–水（S ）的平衡数据（质量分数）
解：（1）由平衡数据在直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，如附图所示。
1.、在逆流连续操作的塔内，以水为萃取剂从丙酮--苯混合液内提取丙酮。苯与水可视作完全不互溶。在操作条件下，丙酮在水和苯中以质量比为基准的分配系数为0.65，即:Y= 0.65X，原料的流率为1200kg/h，其中含丙酮0.35(质量分率，下同)，要求萃余相中丙酮含量不大于0.06。若用水量为最小量的1.6倍，试求水的实际用量kg/h。 解：Z F=0.35/(1-0.35)=0.54 Z N=0.06/(1-0.06)=0.064 Ymax=0.65×0.54=0.351 (B/S)min=(Ymax-Z)/(Z F-Z N)=(0.351-0)/(0.54-0.064)=0.74 (S/B)min=1/0.74=1.35 Smin=1.35×1200=1620 实际用水量S=1.6×1620=2592 kg/h 2、在B-S部分互溶物系的单级萃取中，料液中溶质A与稀释剂B的质量比为40：60。采用纯溶剂S=200kg，溶剂比为1，脱除溶剂后萃余液浓度X A°=0.3(质量分率)，选择性系数β=8。试求萃取液量E°为多少kg? 解：萃取液浓度y A°=(βX A°)/[1＋(β-1)X A°]=8×0.3/(1＋7×0.3)=0.774 X F=40/(40＋60)=0.4 又S=F=200 kg 据物料衡算(杠杆法则)： E°=F×(X F-X A°)/(Y A°-X A°)=200×(0.4-0.3)/(0.774-0.3)=42.2 3、使用纯溶剂S对A、B混合液作萃取分离。在操作范围内，S-B不互溶，平衡关系Y A= 1.2X A(Y、X均为比质量分率)，要求最终萃余相中萃余分率φR=0.05。试求用单级萃取时，每kg稀释剂B中，溶剂S消耗量kg。 解：φR=(BX)/(BX F)=X/X F∴X=X FφR Y=KX=KφR X F 物料衡算：SY=B(X F-X) ∴ S/B=(X F-X)/Y=X F(1-φR)/(KφR X F)=(1-0.05)/(1.2×0.05)=15.83 kgS/kgB 4、用纯溶剂S进行单级萃取，X F=0.15(质量分率，下同)。 萃取相中A的浓度与萃余相中A 的浓度相同。采用溶剂比为1。 试求: ⑴选择性系数β； ⑵当溶剂用量为最少时, 求萃取液浓度y A°。(设所涉及范 围内分配系数K A均相同) 解：(1) ∵y A=x A∴k A= y A/x A= 1 又S/F = 1 5、连FS取中点即M点， 过M点作ER平行于BS，脱溶 剂S后得x A°=0.1 y A°=0.5 ∴选择性系数 β=[y A°/(1-y A°)]/[x A°/(1-x A°)]=[0.5/(1-0.5)]/[0.1/(1-0.1)]=9 (2)联点S、F,与平衡线交于M'点,过M'点作平行于BS(虚线所示)的线,与平衡线交于点E'连S、E'两点延伸到AB上得y A°=0.7
第四章 传 热 热传导 【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面温度。 解 2375℃, 30℃t t == 计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=?016℃ (1757530025005016016) t --= ..145 025********t =?+=℃ 【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。软木的热导率λ= W/(m·℃)。若外表面温度为28℃，内表面温度为 3℃，试计算单位表面积的冷量损失。 解 已 知 .(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==?=， 则单位表面积的冷量损失为 【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.02m 2 ，材料的厚度为0.02m 。现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。 解 根据已知做图 热传导的热量 .28140392Q I V W =?=?= .().() 12392002 002280100Qb A t t λ?= = -- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。 耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。 (1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。 (2) 若普通砖层厚度为240mm ，试计算普通砖层外表面温度。 解 (1)确定绝热层的厚度2b 温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q 。 绝热砖层厚度2b 的计算 每块绝热砖的厚度为023m ．，取两块绝热砖的厚度为 习题4-1附图 习题4-3附图 习题4-4附图
第十章 液-液萃取和液-固浸取 1. 25℃时醋酸（A ）–庚醇-3（B ）–水（S ）的平衡数据如本题附表所示。 习题1附表1 溶解度曲线数据（质量分数/%） 试求：（1）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。（2）确定由200 kg 醋酸、200 kg 庚醇-3和400 kg 水组成的混合液的物系点位置。混合液经充分混合并静置分层后，确定两共轭相的组成和质量。（3）上述两液层的分配系数A k 及选择性系数β。（4）从上述混合液中蒸出多少千克水才能成为均相溶液？ 解：（1）溶解度曲线如附图1中曲线SEPHRJ 所示。辅助曲线如附图1曲线SNP 所示。分配曲线如附图2 所示。 （2）和点醋酸的质量分率为 25.0400 200200200 A =++= x 水的质量分率为 50.0400 200200400 S =++=x 由此可确定和点M 的位置，如附图1所示。由辅助曲线通过试差作图可确定M 点的差点R 和E 。由杠杆规则可得 kg 260kg 80040 13 4013=?==M R ()kg 540kg 260800=-=-=R M E
由附图1可查得E 相的组成为 A S B 0.28, 0.71,0.01y y y === R 相的组成为 A S B 0.20, 0.06,0.74x x x === （3）分配系数 A A A 0.28 1.40.20y k x === B B B 0.010.01350.74 y k x = == 选择性系数 7.1030135 .04.1B A === k k β （4）随水分的蒸发，和点M 将沿直线SM 移动，当M 点到达H 点时，物系分层消失，即变为均相物系。由杠杆规则可得 kg 5.494kg 80055 34 5534=?== M H 需蒸发的水分量为 ()kg 5.305kg 5.494800=-=-H M 2. 在单级萃取装置中，以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸–庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的处理量为1 000 kg/h ，要求萃余相中醋酸的质量分数不大于10%。试（1）水的用量；（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作条件下的平衡数据见习题1。 解：（1）物系的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示。 由原料组成x F =0.3可确定原料的相点F ，由萃余相的组成x A =0.1可确定萃余相的相点R 。借助辅助曲线，由R 可确定萃取相的相点E 。联结RE 、FS ，则其交点M 即为萃取操作的物系点。由杠杆规则可得 习题1 附图1 习题1 附图2
第七章干燥 湿空气的性质 I 1.01 1.88H t 2492H 的下列各参数：(1)湿度H; (2)饱和湿度 H s ; (3)露点t d ; (4)焓I ; (5)空气中的水汽 分压P V o 解 总压 p 101.33kPa,t 303K 30C, 0.7 (1) 30 C 时，水的饱和蒸气压 p s 4.241kPa 湿度 H 0.622 — -P ^ 0.622 0.7 4.241 0.0188?g 水/ kg 干气 P P s 101.33 0.7 4.241 ⑵饱和湿度 H s 0.622 Ps 4.241 0.622 0.0272kg 水/ kg 干气 P P s 101.33 4.241 ⑶ 露点t d 时的饱和湿度 H s 0.0188kg 水/ kg 干气 H s 0.622— P P s pH s 101 33 0 0188 p s s . 2.97kPa 0.622 H s 0.622 0.0188 从水的饱和蒸气压为查得水的饱和温度为 23.3 C,故空气的露点 t d 233C (4) t 30C, H 0.0188kg 水/ kg 干气时，空气的焓为 H 1.01 1.88H t 2492H =(1.01 1.88 0.0188) 30 2492 0.0188 78.2kJ/kg 干气 【7-1】湿空气的总压为 101.3kPa , (1) 试计算空气为 40C 、相对湿度为 60%时 的湿度与焓; (2)已知湿空气中水蒸气分压为, 求该空气在 50 C 时的相对湿度 与湿 度Ho (1 ) 湿空气总压 p 101.3kPa 0.6 , 40C 时水蒸气的饱和蒸气压 湿度 H 0.622 —p ^ 0.622 P P s P s 7.375kPa 0.6 7.375 101.3 0.6 7.375 °. 0284 ?水/kg 干 气 =(1.01 1.88 0.0284) 40 湿空气中水汽分压 2492 0.0284 113.3kJ/kg 50C 时水的饱和蒸气压 相对湿度 P V P s 湿度 H 0.622』 P I p v 9.3kPa P s 12.34kPa 鑰 0754 9.3 =0.622 P V 101.3 9.3 【7-2】空气的总压为，干球温度为 0.0629kg 水/ kg 干气 303K ，相对湿度 70%，试用计算式求空气
第四章多组分系统热力学 4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。 解：根据各组成表示的定义 4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C时的密度。求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。 解：质量分数的定义为
4.3在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于 和之间时，溶液的总体积 。求： （1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。 解：根据定义
当时 4.460 ?C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。二者可形成理想液态混合物。若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 ?C 时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。 解：质量分数与摩尔分数的关系为 求得甲醇的摩尔分数为
根据Raoult定律 4.580 ?C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。两液体可形成理想液态混合物。若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 ?C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。 解：根据Raoult定律 4.6在18 ?C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2 0.045 g，能溶解N2 0.02 g。现将 1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 ?C下的体积及其组成。设空气为理想气体混合物。其组成体积分数为：，
七气液传质设备习题解答 1 解: 塔底压强=101+30=131[kn/m2], 在上此压强下水沸点为107℃ ,此温度下 ρG=18×131×273/×101×380)=[kg/m3] ρl=953[kg/m3] θ=[dyn/cm] μ=[cp] (ρl/ρG)1/2V l/V G=(ρG/ρl)1/2m l/m G =953)1/2×= H T=0.3m 当P148图11--6 ,C20= C=C200(σ/20)=20)= UF=C[(ρl-ρG)/ρG]=[/] =[m/s] U==×=2[m/s] 气体流量 : V G=m G/ρG==[m3/s] 塔的有效截面An(指塔版上可供气体通过的截面) An=V G/u=2=[m2] 塔的总截面为A,依题意0.9A=An , ∴A=An/==[m2] 塔截面为A,故塔径为D πD2/4=A D=(4A/π)=(4×=≈[m] 2 解: 已知a=, 86℃时, μ水=[cp]
μ甲醇=[cp] μaΩ=×+×=[cp] aμaΩ=×= 由图11--21查得总板效率E==42% 筛板塔增大10% 故得 E=×=46% 实际塔板数为(30-1)/E=29/=63 (釜算一块理论板) 塔板层高度为(63-1)×=[m] 3 解 : 校核液泛是否发生 气体通过筛孔压力降ho h O=(1/2g)(uo/Co)2ρG/ρl 式中:uo=[m/s] ,ρG=[kg/m3] ; ρl=953[kg/m3] 根据do/tp=4mm/2mm=2 ,由图11--9读出Co= ∴ho=(1/2953)=[m清液柱] 气体通过泡沫层压降e he=β(hw+how) 式中hw=0.05m ; β为充气系数,how为堰头高度。现先求β。它根据u AρG1/2 值从图中查取.u A为按工作面计算的气速: u A=V G/(A-2Ad)=××= [m/s] u AρG1/2== 由此查得β= 。 how=(V′l/lw)2/3 式中.V l为液体体积流量953)×3600=[m3/h] lw为堰长,lw=0.36 m(题给条件)
化工原理《液-液萃取》概念题 一、单项选择题 1、单级萃取中，若增加纯溶剂S的加入量，则萃取液的浓度y A将。 A.不变 B.减小 C.增大 D.不确定 2、单级萃取操作时，若降低操作温度，其他条件不变，则溶剂的选择性将。 A.变差 B.变好 C.不变 D.不确定 3、选用溶剂进行萃取操作时，其必要条件为。 A.分配系数k A＜1 B.萃取相含量y A≤萃余相含量x A C.选择性系数β＞1 D.分配系数k B=1 4、单级萃取中，若升高操作温度，则萃取液中溶质的浓度y A将。 A.不变 B.减小 C.增大 D.不确定 5、对于萃取过程，若溶剂的选择性好，则溶剂的溶解度也将。 A.变大 B.变小 C.不变 D.不确定 6、当萃取过程溶剂比S/F减小时，萃取液中溶质A的浓度，所需理论级数。 A.不变，减小 B.减小，减小 C.增大，减小 D.减小，增大 7、萃取过程的能耗主要集中在。 A.萃取操作时溶剂的输送 B.萃取操作时原溶液的输送 C.萃取操作时溶剂的回收 D.萃取操作时温度的升高 8、以下说法错误的是。
A.临界混溶点位于溶解度曲线最高点 B.临界混溶点左方曲线表达式为：)(A S x x ψ= C.临界混溶点右方曲线表达式为：)(A S y y ?= D.溶解度曲线内的平衡联结线两端的表达式为：)(A A x f y = 9、一般情况下，稀释剂B 组分的分配系数k B 值 。 A.大于1 B.小于1 C.等于1 D.难以判断，都有可能 10、单级(理论)萃取中，在维持进料组成和萃取相浓度不变的条件下，若用含有少量溶质的萃取剂代替纯溶剂所得萃余相浓度将 。 A. 增加 B.减少 C.不变 D.不一定 11、单级(理论)萃取操作中，在维持相同萃余相浓度下，用含有少量溶质的萃取剂代替纯溶剂，则萃取相量与萃余相量之比将 。 A.增加 B.不变 C.降低 D.不定 12、单级(理论)萃取操作中，在维持相同萃余相浓度下，用含有少量溶质的萃取剂代替纯溶剂，萃取液的浓度(指溶质)将 。 A.增加 B.不变 C.降低 D.不定 13、萃取剂加入量应使原料和萃取剂的和点M 位于 。 A.溶解度曲线之上方区 B.溶解度曲线上 C.溶解度曲线之下方区 D.座标线上 14、萃取是利用各组分间的 差异来分离液体混合物的。 A.挥发度 B.离散度 C.溶解度 D.密度 15、采用多级逆流萃取与单级萃取相比较，如果溶剂比、萃取相浓度一样，则多级逆流萃取可使萃余相分率 。
七气液传质设备 板式塔 3.1 用一筛板精馏塔分离甲醇水溶液。料液中甲醇浓度为52%(摩尔%,以下同),使塔顶得99.9%的甲醇产品,塔底为99.8%水。塔顶压强为101[KN/m2],全塔压降为30[KN/m2],试按塔底状况估算塔径。取液泛分率为0.7,板间距初步定为300mm, 塔的有效截面为总截面积的90%,塔底气体负荷(可视为水蒸汽)为0.82[kg/s],塔底的液体负荷(可视为水)为1.24[kg/s] 3.2若上题精馏塔经计算所需的理论板数为30块(包括釜), 且在塔顶与塔底平均温度为86℃下甲醇对水的相对挥发度ａ=6.3,水的粘度为0.33厘泊,甲醇粘度为0.26厘泊,求该塔整个塔板层的高度为多少米? 3.3 用第一题给定的条件,经初步设计得到筛板塔主要尺寸如下: 塔径D=900[mm] 板间距H t=300[mm] 孔径d o=4[mm] 板厚t p=2[mm] 堰高t w=50[mm] 堰长L w=630[mm] 筛孔气速U o=12.7[m/s] 降液管面积与塔截面积之比A d/A=0.1 液面落差△=0 降液管下沿离塔板距离y=40[mm] 试校验塔板是否发生液泛;校验液体在降液管中的停留时间是否满足要求。 填料塔 3.4 习题1与2中的筛板塔若改用填料塔代替,内装填38mm 钢鲍尔环试求塔径及填料层高度。塔径按塔底条件计算，取液泛分率为0.6。并比较筛板与填料塔的压降。 3.5 有一填料塔,内充填40[mm]陶瓷拉西环,当塔内上升的气量达到8000[kg/h]时, 便在顶部开始液泛,为了提高产量,拟将填料改为50[mm]陶瓷矩鞍。问此时达到液泛的气量为若干?产量提高的百分率为多少? 综合思考题 3.6 选择与填空 [1].(1) 塔板中溢流堰的主要作用是为了保证塔板上有。 当喷淋量一定时,填料塔单位高度填料层的压力降与空塔气速关系上存在着两个转折点, 其中下转折点称为_______,上转折点称为_______。 (2) 筛板塔、泡罩塔，浮阀塔相比较,操作弹性最大的是_______; 单板压力降最小的是_______; 造价最便宜的是_______。 A.筛板塔 B.浮阀塔 C.泡罩塔 [2].(1) 鲍尔环比拉西环优越之处有(说出三点来)_______。 (2) 是非题 在同样空塔气速和液体流量下,塔板开孔率增加
化工原理课后习题(第四章)
第4章 传热 4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为,K m W 05.111 --??=λ 厚度 mm 230=b ；绝热砖的热导率为1 1 K m W 151.0--??=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0--??=λ。若耐火砖内侧温度为C 10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。试求：（1）绝热砖的厚度。绝热砖的尺寸为：mm 230mm 113mm 65??; (2) 普通砖外测的温度。普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5??。(答： ⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344 ?=t ) 解：⑴第一层：1 1 2 1λb t t A Q -= 第二层：2 2 32 λb t t A Q -= ? ()()322 22111 t t b t t b -=-λλ ?()()130940151.0940100023.005 .12 -=-b ?m 446.02 =b 因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2 b 取m 460.0， 校核： ()()3 940460 .0151.0940100023.005 .1t -=- ?C 3.1053 ?=t ； ⑵()()4 33 3 2111t t b t t b -=-λλ ?C 6.344?=t 。
4-2、某工厂用mm 5mm 170?φ的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚mm 30的矿渣棉，其热导率为 11 K m 0.065W --?? ;第二层为厚mm 30的石棉灰， 其热导率为1 1 K m 0.21W --??。管内壁温度为C 3000 ，保温层外表面温度为C 400 。管道长m 50。试求该管道的散热量。无缝钢管热导率为1 1K m 45W --?? （答：kW 2.14=Q ） 解：已知：11棉K m 0.065W --??=λ，1 1灰 K m 0.21W --??=λ 查表得：1 1K m W 54--??=钢 λ ()3 4 323 2 1 2 1 4 1ln 1ln 1ln 12d d d d d d t t l Q λλλπ++ -= 其中：0606.016.017.0ln ln 12==d d ， 302.017.023.0ln ln 23==d d ， 231.023 .029.0ln ln 34==d d ()1 m W 28421 .0231.0065.0302.0450606.0403002-?=++-=πl Q ， kW 2.14W 1042.1502844 =?=?=Q 。 4-3、冷却水在mm 1mm 19?φ，长为m 0.2的钢管中以1 s 1m -?的流速通过。水温由88K 2升至K 298。求管壁对水的对流传热系数。 (答：1 2 K m 4260W --??) 解：设为湍流 水的定性温度K 2932 298 288=+=t ， 查表得：1 1 C kg kJ 183.4--???=p c ， 1 1 K m W 5985.0--??=λ， s Pa 10004.13 ??=-μ，
7-1．g 100水中溶解31gNH ，从手册查得C 200 时3NH 的平衡分压为86.6Pa 9，在此浓度以内服从亨利定律。试求溶解度系数H （单位为1 3 kPa m kmol --??）和相平衡常数m ，总压力为kPa 100。 （答：13 kPa m 0.59kmol --??=H , 0.943m =） 解：3m kmol 582.010******* 1-?== c ， 31m Pa mol 59.09866.0582 .0--??===Pe c H ， 0099.03.101100760 4.7== e y ， 0105.01810017117 1=+= x ， 943.00105 .00099 .0== =x y m e 。 7-2．C 100 时氧在水中的溶解度的表达式x p 6*10313.3?=,式中*p 为氧在气相中的平衡分压，kPa ；x 为溶液中氧的摩尔分数。空气中氧的体积分数为%21，试求总压为kPa 101时，每3m 水中可溶解多少g 氧（答：3m g 4.11-? ，或3m 0.35mol -? ） 解：kPa 3.213.10121.0=?=Pe ， 66 61042.610313.33 .2110313.3-?=?=?=Pe x ， 36m g 4.111000 1832 1042.6--?=???= c 。 7-3．用清水吸收混合气中的 3NH ，进入常压吸收塔的气体含3NH 体积分数为%6， 吸收后气体含3NH 体积分数为%4.0，出口溶液的摩尔比为1 3kmol kmol 012.0-??NH 水。 此物系的平衡关系为X Y 52.2=* 。气液逆流流动，试求塔顶、塔底处气相推动力各为多少（答：顶00402.02=ΔY ，底034.01=ΔY ） 解：064.006.0106.01111=-=-= y y Y ，0402.0004 .01004 .01222=-=-=y y Y ， 塔底：03024.0012.052.252.2=?==X Y e ， 塔顶：0052.252.2=?==X Y e ， 塔顶气相推动力00402.02=?Y ， 塔底气相推动力034.003024.0064.01,11=-=-=?e Y Y Y 。 7-4．用水吸收空气中的甲醇蒸汽，在操作温度300K 下的溶解度系13kPa m 2kmol --??=H ,传质系数112kPa h m 0.056kmol ---???=G k ， 3-112m km ol h m 0.075km ol ????=--L k 。求总传质系数G K 以及气相阻力在总阻力中所占 的分数。（答：1 1-2kPa h m 0.0408kmol --???=G K , 73.0） 解：112kPa h m kmol 0408.0075 .021 056.011 1 11---???=?+ = + = L G G HK K K ， 气相阻力所占分率：
化工原理第十章液-液萃取和液-固浸取
第十章液-液萃取和液-固浸取 1. 25℃时醋酸（A）–庚醇-3（B）–水（S）的平衡数据如本题附表所示。 习题1附表1 溶解度曲线数据（质量分数/%） 习题1附表2 联结线数据（醋酸的质量分数%） 试求：（1）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。（2）确定由200 kg醋酸、200 kg庚醇-3和400 kg水组成的混合液的物系点位置。混合液经充分混合并静置分层后，确定两共轭相的组成和 k及选择性系数 。（4）从上述混合液中蒸质量。（3）上述两液层的分配系数 A 出多少千克水才能成为均相溶液？ 解：（1）溶解度曲线如附图1中曲线SEPHRJ所示。辅助曲线如附图1曲线SNP所示。分配曲线如附图2 所示。 （2）和点醋酸的质量分率为
25 .0 400 200 200 200 A = + + = x 水的质量分率为 50 .0 400 200 200 400 S = + + = x 由此可确定和点M的位置，如附图1所示。由辅助曲线通过试差作图可确定M 点的差点R和E。由杠杆规则可得 kg 260 kg 800 40 13 40 13 = ? = =M R ()kg 540 kg 260 800= - = - =R M E 由附图1可查得E相的组成为 A S B 0.28,0.71,0.01 y y y === R相的组成为 A S B 0.20,0.06,0.74 x x x === （3）分配系数 A A A 0.28 1.4 0.20 y k x === B B B 0.01 0.0135 0.74 y k x === 习题1 附图1 习题1 附图2
化工原理-第七章-蒸发 一.选择题 1. 蒸发操作中，从溶液中汽化出来的蒸汽，常称为（）。B A. 生蒸汽； B. 二次蒸汽； C. 额外蒸汽 2 . 蒸发室内溶液的沸点（二次蒸汽的温度。B A. 等于； B. 咼于； C. 低于 3 . 在蒸发操作 中， 若使溶液在（）下沸腾蒸发，可降低溶液沸点而增大蒸发器的有效温度差。A A. 减压； B. 常压； C. 加压 4 . 在单效蒸发 中， 从溶液中蒸发1kg水，通常都需要（）1kg的加热蒸汽。C A. 等于； B. 小于； C. 不少于 5 .蒸发器的有效温度差是指（)o A A. 加热蒸汽温度与溶液的沸点之差； B.加热蒸汽与二次蒸汽温度之差； C. 温度差损失 6. 提高蒸发器生产强度的主要途径是增大（）o C A. 传热温度差； B. 加热蒸汽压力； C. 传热系数； D. 传热面积； 7. 中央循环管式蒸发器属于（）蒸发器。A A. 自然循环； B. 强制循环； C. 膜式 8. 蒸发热敏性而不易于结晶的溶液时，宜采用（）蒸发器。B A. 列文式； B.膜式； C.外加热式； D.标准式 9. 多效蒸发可以提高加热蒸汽的经济程度，所以多效蒸发的操作费用是随效数的增加而 （）o A A. 减少； B. 增加； C. 不变 10. 蒸发装置中，效数越多，温度差损失（）o B A. 越少； B. 越大； C. 不变 11. 采用多效蒸发的目的是为了提高（）B A. 完成液的浓度； B.加热蒸汽经济程度； C.生产能力 12. 多效蒸发中，蒸汽消耗量的减少是用增加（）换取的。A A. 传热面积； B. 加热蒸汽压力； C. 传热系数 13. 多效蒸发中，由于温度差损失的影响，效数越多，温度差损失越大，分配到每效的有效 温度差就（）o A A. 越小； B. 越大； C. 不变 14. （）加料的多效蒸发流程的缺点是料液粘度沿流动方向逐效增大，致使后效的传热 系数降低。A A. 并流； B. 逆流； C. 平流 15. 对热敏性及易生泡沫的稀溶液的蒸发，宜采用（）蒸发器。C A. 中央循环管式； B. 列文式； C. 升膜式 二.填空题 1. 蒸发是浓缩溶液的单元操作。 2. 为了保证蒸发操作能顺利进行，必须不断的向溶液供给热能—,并随排除气化出来 的溶剂蒸汽—o
【4-6】某工厂用1705mm mm φ?的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚30mm 的矿渣棉，其热导率为./()W m K ?0065；第二层为厚30mm 的石棉灰，其热导率为./()W m K ?021。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为40℃。管路长50m 。试求该管路的散热量。 解 () ln ln ln 14234 112233 2111l t t q r r r r r r πλλλ-= ++ () ln ln ln ..230040185111511454580006585021115 π-= ++ /W m =284 .42845014210l Q q l W ==?=? .kW =142 【4-7】水蒸气管路外径为108mm ，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度/℃t 的变化关系为 ../()0033000023t W m K λ=+?。水蒸气管路外表面温度为150℃，希望保温层外表面温度不超过50℃，且每米管路的热量损失不超过/160W m 。试确定所需保温层厚度。 解 保温层厚度以b 表示 (..)220033000023l dt dt q r t r dr dr λππ=-=-+ (..)2 21 1 20033000023r t l r t dr q t dt r π=-+? ? .ln .()()2221212100023200332l r q t t t t r π? ?=-+-???? 已知/12150℃,50 160t t q W m ===℃, ,.1210．0540054r m r r b b ==+=+ ..()..() ln .220066314150500000233141505016010054b ??-+??-= ?? + ??? ..ln .2073144510054160b +? ?+= ??? 解得保温层厚度为 ..00133133b m mm == 保温层厚度应不小于13.3mm 【4-9】空气以4m s ／的流速通过..755375mm mm φ?的钢管，管长5m 。空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到的热量为578W ，钢管内壁的平均温度为多少。 解 已知/,.,,,124 0068 5 32 68℃u m s d m l m t t =====℃ (1)对流传热系数α计算 空气的平均温度 3268 502 m t += =℃
第十章 液-液萃取和液-固浸取 1. 25℃时醋酸（A ）–庚醇-3（B ）–水（S ）的平衡数据如本题附表所示。 习题1附表1 溶解度曲线数据（质量分数/%） 试求：（1）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。（2）确定由200 kg 醋酸、200 kg 庚醇-3和400 kg 水组成的混合液的物系点位置。混合液经充分混合并静置分层后，确定两共轭相的组成和质量。（3）上述两液层的分配系数A k 及选择性系数β。（4）从上述混合液中蒸出多少千克水才能成为均相溶液？ 解：（1）溶解度曲线如附图1中曲线SEPHRJ 所示。辅助曲线如附图1曲线SNP 所示。分配曲线如附图2 所示。 （2）和点醋酸的质量分率为 25.0400 200200200A =++= x 水的质量分率为 50.0400 200200400S =++=x 由此可确定和点M 的位置，如附图1所示。由辅助曲线通过试差作图可确定M 点的差点R 和E 。由杠杆规则可得 kg 260kg 80040134013=?==M R ()kg 540kg 260800=-=-=R M E
由附图1可查得E 相的组成为 A S B 0.28, 0.71,0.01y y y === R 相的组成为 A S B 0.20,0.06,0.74x x x === （3）分配系数 A A A 0.28 1.40.20y k x === B B B 0.010.01350.74 y k x === 选择性系数 7.1030135 .04.1B A ===k k β （4）随水分的蒸发，和点M 将沿直线SM 移动，当M 点到达H 点时，物系分层消失，即变为均相物系。由杠杆规则可得 kg 5.494kg 80055 345534=?== M H 需蒸发的水分量为 ()kg 5.305kg 5.494800=-=-H M 2. 在单级萃取装置中，以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸–庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的处理量为1 000 kg/h ，要求萃余相中醋酸的质量分数不大于10%。试（1）水的用量；（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作条件下的平衡数据见习题1。 解：（1）物系的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示。 由原料组成x F =0.3可确定原料的相点F ，由萃余相的组成x A =0.1可确定萃余相的相点R 。借助辅助曲线，由R 可确定萃取相的相点E 。联结RE 、FS ，则其交点M 即为萃取操作的物系点。由杠杆规则可得 习题1 附图1 习题1 附图2
第七章 干 燥 湿空气的性质 【7-1】湿空气的总压为.1013kPa ，(1)试计算空气为40℃、相对湿度为%60?=时的湿度与焓；(2)已知湿空气中水蒸气分压为9.3kPa ，求该空气在50℃时的相对湿度?与湿度H 。 解 湿空气总压.1013p kPa = (1).06?=，40℃时水蒸气的饱和蒸气压.7375s p kPa = 湿度 ..../ (067375) 0622 0622002841013067375 s s p H kg kg p p ???==?=--?．水干气 焓 ()..1011882492I H t H =++ (...)../= 10118800284402492002841133kJ kg +??+?= (2) 湿空气中水汽分压.93V p kPa = 50℃时水的饱和蒸气压.1234s p kPa = 相对湿度 ..93 07541234 V s p p ?===． 湿度 . (93) 0622 =062200629101393 V V p H kg kg p p =?=--．水／干气 【7-2】空气的总压为101.33kPa ，干球温度为303K ，相对湿度%70?=，试用计算式求空气的下列各参数：(1)湿度H ；(2)饱和湿度s H ；(3)露点d t ；(4)焓I ；(5)空气中的水汽分压V p 。 解 总压.,.101333033007p kPa t K ?====℃， (1) 30℃时，水的饱和蒸气压.4241s p kPa = 湿度 ...? (074241) 0622 06220018810133074241 s s p H kg kg p p ???==?=--?．．水／干气 (2) 饱和湿度 (4241) 0622 062200272101334241 s s s p H kg kg p p ==?=--．水／干气 (3)露点d t 时的饱和湿度.00188s H kg kg =水／干气 .0622s s s p H p p =- (1013300188) 2970622062200188 s s s pH p kPa H ?= ==++ 从水的饱和蒸气压为 2.97kPa 查得水的饱和温度为23.3℃，故空气的露点.233℃d t = (4) .3000188t H kg kg ==℃，水／干气时，空气的焓为 ()..1011882492H H t H =++
第7章 吸收 7-1．g 100水中溶解31gNH ，从手册查得C 200时3NH 的平衡分压为86.6Pa 9，在此浓度以内服从亨利定律。试求溶解度系数H （单位为13kPa m kmol --??）和相平衡常数m ，总压力为kPa 100。 （答：13kPa m 0.59kmol --??=H , 0.943m =） 解：3m kmol 582.01000 101171-?==c ， 31m Pa mol 59.09866 .0582.0--??===Pe c H ， 0099.03 .1011007604.7==e y ， 0105.018 100171171=+=x ， 943.00105 .00099.0===x y m e 。 7-2．C 100时氧在水中的溶解度的表达式x p 6*10313.3?=,式中*p 为氧在气相中的平衡分压，kPa ；x 为溶液中氧的摩尔分数。空气中氧的体积分数为%21，试求总压为kPa 101时，每3m 水中可溶解多少g 氧？（答：3m g 4.11-? ，或3m 0.35mol -? ） 解：kPa 3.213.10121.0=?=Pe ， 6661042.610 313.33.2110313.3-?=?=?=Pe x ， 36m g 4.111000 18321042.6--?=???=c 。 7-3．用清水吸收混合气中的 3NH ，进入常压吸收塔的气体含3NH 体积分数为%6，吸收后气体含3NH 体积分数为%4.0，出口溶液的摩尔比为13kmol kmol 012.0-?NH 水。此物系的平衡关系为X Y 52.2=* 。气液逆流流动，试求塔顶、塔底处气相推动力各为多少？（答：顶00402.02=ΔY ，底034.01=ΔY ） 解：064.006.0106.01111=-=-=y y Y ，0402.0004 .01004.01222=-=-=y y Y ， 塔底：03024.0012.052.252.2=?==X Y e ， 塔顶：0052.252.2=?==X Y e ， 塔顶气相推动力00402.02=?Y ， 塔底气相推动力034.003024.0064.01,11=-=-=?e Y Y Y 。 7-4．用水吸收空气中的甲醇蒸汽，在操作温度300K 下的溶解度系13kPa m 2kmol --??=H ,传质系数112kPa h m 0.056kmol ---???=G k ， 3-112m kmol h m 0.075kmol ????=--L k 。求总传质系数G K 以及气相阻力在总阻力中所占的分数。（答：11-2kPa h m 0.0408kmol --???=G K , 73.0） 解：112kPa h m kmol 0408.0075.021056.011111 ---???=?+=+=L G G HK K K ， 气相阻力所占分率：
第十章液-液萃取和液-固浸取 1. 25℃时醋酸（A）–庚醇-3（B）–水（S）的平衡数据如本题附表所示。 习题1附表1 溶解度曲线数据（质量分数/%） 习题1附表2 联结线数据（醋酸的质量分数%） 试求：（1）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。（2）确定由200 kg醋酸、200 kg庚醇-3和400 kg水组成的混合液的物系点位置。混合液经充分混合并静置分层后，确定两共轭相的组成和质量。（3）上述两液层的分配系数 k及选择性系数 。（4）从上述混合液中蒸出多少千克水才能成为均相溶液？ A 解：（1）溶解度曲线如附图1中曲线SEPHRJ所示。辅助曲线如附图1曲线SNP所示。分配曲线如附图2 所示。
（2）和点醋酸的质量分率为 25.0400 200200200 A = ++= x 水的质量分率为 50.0400 200200400 S =++= x 由此可确定和点M 的位置，如附图1所示。由辅助曲线通过试差作图可确定M 点的差点R 和E 。由杠杆规则可得 kg 260kg 80040 134013=?== M R ()kg 540kg 260800=-=-=R M E 由附图1可查得E 相的组成为 A S B 0.28, 0.71,0.01y y y === R 相的组成为 A S B 0.20,0.06,0.74x x x === （3）分配系数 A A A 0.28 1.40.20 y k x = == 习题1 附图1 习题1 附图2
B B B 0.010.01350.74y k x === 选择性系数 7.1030135 .04.1B A === k k β （4）随水分的蒸发，和点M 将沿直线SM 移动，当M 点到达H 点时，物系分层消失，即变为均相物系。由杠杆规则可得 kg 5.494kg 80055 345534=?== M H 需蒸发的水分量为 ()kg 5.305kg 5.494800=-=-H M 2. 在单级萃取装置中，以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸–庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的处理量为1 000 kg/h ，要求萃余相中醋酸的质量分数不大于10%。试（1）水的用量；（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作条件下的平衡数据见习题1。 解：（1）物系的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示。 由原料组成x F =0.3可确定原料的相点F ，由萃余相的组成x A =0.1可确定萃余相的相点R 。借助辅助曲线，由R 可确定萃取相的相点E 。联结RE 、FS ，则其交点M 即为萃取操作的物系点。由杠杆规则可得 3726F S ?=? kg 1423kg 100026 37 2637=?=?=F S