化工原理第二版
第1章蒸馏
1.已知含苯（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。
t（℃） 85 90 95 100 105
x
解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据
查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P
B *，P
A
*，由
于总压
P = 99kPa，则由x = (P-P
B *)/(P
A
*-P
B
*)可得出液相组成，这样就可以得到一
组绘平衡t-x图数据。
以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（）= 同理得到其他温度下液相组成如下表
根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线
由图可得出当x = 时，相应的温度为92℃
2.正戊烷（C
5H
12
）和正己烷（C
6
H
14
）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P =
下该溶液的平衡数据。
温度 C
5H 12
K C
6H 14
饱和蒸汽压(kPa)
解：根据附表数据得出相同温度下C
5H
12
（A）和C
6
H
14
（B）的饱和蒸汽压
以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P
B
* =
查得P
A
*=
得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表
t(℃) 248 251 279 289
P
A
*(kPa)
利用拉乌尔定律计算平衡数据
平衡液相组成以260.6℃时为例
当t= 260.6℃时 x = (P-P
B *)/(P
A
*-P
B
*)
=（）/（）= 1
平衡气相组成以260.6℃为例
当t= 260.6℃时 y = P
A
*x/P = ×1/ = 1
同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下
t(℃) 279 289
x 1 0
y 1 0
根据平衡数据绘出t-x-y曲线
3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。
解：①计算平均相对挥发度
理想溶液相对挥发度α= P
A */P
B
*计算出各温度下的相对挥发度：
t(℃)
α - - - - - - - -
取275.1℃和279℃时的α值做平均α
m
= （+）/2 =
②按习题2的x数据计算平衡气相组成y的值
当x = 时，
y = ×[1+×]=
同理得到其他y值列表如下
t(℃) 279 289
α
x 1 0
y 1 0
③作出新的t-x-y'曲线和原先的t-x-y曲线如图
4.在常压下将某原料液组成为（易挥发组分的摩尔）的两组溶液分别进行简单蒸馏和平衡蒸馏，若汽化率为1/3，试求两种情况下的斧液和馏出液组成。假设在操作范围内气液平衡关系可表示为y = +
解：①简单蒸馏
dx/(y-x) 以及气液平衡关系y = +
由ln(W/F)=∫x
xF
dx/ = [ ∵汽化率1-q = 1/3则 q = 2/3 即 W/F = 2/3 得ln(W/F)=∫x
xF
∴ln(2/3) = [ 解得
x = 代入平衡关系式y = + 得
y =
②平衡蒸馏
= Wx + Dy
由物料衡算 Fx
F
D + W = F 将W/F = 2/3代入得到
x
= 2x/3 + y/3 代入平衡关系式得
F
x = 再次代入平衡关系式得 y =
5.在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。已知原料液流量
F为4000kg/h，组成x
F 为（二硫化碳的质量分率，下同）。若要求釜液组成x
W
不
大于，馏出液回收率为88％。试求馏出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。
解：馏出回收率 = Dx
D /Fx
F
= 88％得馏出液的质量流量
Dx
D = Fx
F
88％ = 4000×× = 1056kg/h
结合物料衡算 Fx
F = Wx
W
+ Dx
D
D + W = F 得x
D
=
馏出液的摩尔流量 1056/(76× = h
以摩尔分率表示馏出液组成 x
D
= 76)/[76)+154)]
=
6.在常压操作的连续精馏塔中分离喊甲醇与说.6（均为摩尔分率）的溶液，试求以下各种进料状况下的q值。（1）进料温度40℃；（2）泡点进料；（3）饱和蒸汽进料。
常压下甲醇-水溶液的平衡数据列于本题附表中。
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
℃摩尔分率摩尔分率℃摩尔分率摩尔分率
100
解：（1）进料温度40℃
75.3℃时，甲醇的汽化潜热r
1
= 825kJ/kg
水蒸汽的汽化潜热r
2
= kg
57.6℃时，甲醇的比热 C
V1
= (kg·℃)
水蒸汽的比热 C
V2
= (kg·℃)
查附表给出数据当x
A
= 时，平衡温度t = 75.3℃
∴40℃进料为冷液体进料
即将1mol进料变成饱和蒸汽所需热量包括两部分
一部分是将40℃冷液体变成饱和液体的热量Q
1
，二是将75.3℃饱和液体变
成气体所需要的汽化潜热Q
2，即 q = （Q
1
+Q
2
）/ Q
2
= 1 + （Q
1
/Q
2
）
Q
1
= ×32××（）= kg
Q
2
= 825××32 + ××18 = kJ/kg
∴q = 1 +（Q
1/Q
2
）=
（2）泡点进料
泡点进料即为饱和液体进料∴q = 1
（3）饱和蒸汽进料 q = 0
7.对习题6中的溶液，若原料液流量为100kmol/h，馏出液组成为，釜液组成为（以上均为易挥发组分的摩尔分率），回流比为，试求产品的流量，精馏段的下降液体流量和提馏段的上升蒸汽流量。假设塔内气液相均为恒摩尔流。
解：①产品的流量
由物料衡算 Fx
F = Wx
W
+ Dx
D
D + W = F 代入数据得
W = kmol/h
∴产品流量 D = 100 – = kmol/h
②精馏段的下降液体流量L
L = DR = × = kmol/h
③提馏段的上升蒸汽流量V'
40℃进料q =
V = V' + （1-q）F = D（1+R）= kmol/h
∴ V' = kmol/h
8.某连续精馏操作中，已知精馏段 y = + ；提馏段y = –
若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成
及回流比。
解：露点进料 q = 0
即精馏段 y = + 过（x
D ，x
D
）∴x
D
=
提馏段 y = –过（x
W ，x
W
）∴x
W
=
精馏段与y轴交于[0 ，x
D /（R+1）] 即 x
D
/（R+1）=
∴R =
连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为（，）
∴ x
F
=
9.在常压连续精馏塔中，分离苯和甲苯的混合溶液。若原料为饱和液体，其中含苯（摩尔分率，下同）。塔顶馏出液组成为，塔底釜残液组成为，回流比为，试求理论板层数和加料板位置。苯-甲苯平衡数据见例1-1。
解：常压下苯-甲苯相对挥发度α=
精馏段操作线方程 y = Rx/（R+1）= 2x/3 + 3
= 2x/3 +
精馏段 y
1 = x
D
= 由平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 得
x
1
= 再由精馏段操作线方程 y = 2x/3 + 得
y 2 = 依次得到x
2
= y
3
=
x 3 = y
4
=
x 4 = ∵x
4
﹤ x
F
= < x
3
精馏段需要板层数为3块
提馏段 x
1'= x
4
=
提馏段操作线方程 y = L'x/（L'-W）- Wx
W
/（L'-W）饱和液体进料 q = 1
L'/（L'-W）= （L+F）/V = 1 + W/（3D）
由物料平衡 Fx
F = Wx
W
+ Dx
D
D + W = F 代入数据可得 D = W
L'/（L'-W）= 4/3 W/（L'-W）= W/（L+D）= W/3D = 1/3即提馏段操作线方程 y' = 4x'/3 – 3
∴y'
2
=
由平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 得 x'
2
=
依次可以得到y'
3= x'
3
=
y'
4= x'
4
=
y'
5= x'
5
=
∵ x'
5 < x
W
= < x
4
'
∴提馏段段需要板层数为4块
∴理论板层数为 n = 3 + 4 + 1 = 8 块（包括再沸器）
加料板应位于第三层板和第四层板之间
10.若原料液组成和热状况，分离要求，回流比及气液平衡关系都与习题9相同，但回流温度为20℃，试求所需理论板层数。已知回流液的泡殿温度为83℃，平均汽化热为×104kJ/kmol，平均比热为140 kJ/(kmol·℃)
解：回流温度改为20℃，低于泡点温度，为冷液体进料。即改变了q的值精馏段不受q影响，板层数依然是3块
提馏段由于q的影响，使得 L'/（L'-W）和 W/（L'-W）发生了变化
q = （Q
1+Q
2
）/ Q
2
= 1 + （Q
1
/Q
2
）
Q 1= C
p
ΔT = 140×（83-20）= 8820 kJ/kmol
Q
2
= ×104kJ/kmol
∴ q = 1 + 8820/×104)=
L'/（L'-W）=[V + W - F(1-q)]/[V - F(1-q)]
= [3D+W- F(1-q)]/[3D- F(1-q)] ∵D = W，F = 2D 得L'/（L'-W）= (1+q)/+q)=
W/（L'-W）= D/[3D- F(1-q)]= 1/（1+2q）=
∴提馏段操作线方程为 y = -
x 1'= x
4
= 代入操作线方程得 y
2
' = 再由平衡关系式得到
x 2'= 依次计算y
3
' =
x 3'= y
4
' =
x 4'= y
5
' =
x
5
'=
∵ x
5'< x
W
= < x
4
'
∴提馏段板层数为4
理论板层数为 3 + 4 + 1 = 8块（包括再沸器）
11.在常压连续精馏塔内分离乙醇-水混合液，原料液为饱和液体，其中含乙醇（摩尔分率，下同），馏出液组成不低于，釜液组成为；操作回流比为2。若于精馏段侧线取料，其摩尔流量为馏出液摩尔流量的1/2，侧线产品为饱和液体，组成为。试求所需的理论板层数，加料板及侧线取料口的位置。物系平衡数据见例1-7。
解：如图所示，有两股出料，故全塔可以分为三段，由例1-7附表，在x-y直角
坐标图上绘出平衡线，从x
D
= 开始，在精馏段操作线与平衡线之间绘出水平线和铅直线构成梯级，当梯级跨过两操作线交点d时，则改在提馏段与平衡线之间
绘梯级，直至梯级的铅直线达到或越过点C(x
W ，x
W
)。
如图，理论板层数为10块（不包括再沸器）
出料口为第9层；侧线取料为第5层
12.用一连续精馏塔分离由组分A?B组成的理想混合液。原料液中含A ，馏出液中含A （以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为，最回流比为，试说明原料液的热状况，并求出q值。
解：在最回流比下，操作线与q线交点坐标（x
q ，y
q
）位于平衡线上；且q线过
（x
F ，x
F
）可以计算出q线斜率即 q/(1-q)，这样就可以得到q的值
由式1-47 R
min = [(x
D
/x
q
)-α(1-x
D
)/(1-x
q
)]/（α-1）代入数据得
= [x
q )×/(1-x
q
)]/（）
∴x
q = 或x
q
= （舍去）
即 x
q
= 根据平衡关系式y = （1 + ）
得到y
q
=
q线 y = qx/（q-1）- x
F
/（q-1）过（，），（，）
q/（q-1）= （）/（）得 q =
∵ 0 < q < 1 ∴原料液为气液混合物
13.在连续精馏塔中分离某种组成为（易挥发组分的摩尔分率，下同）的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为，全凝器提供组成为的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率96％。若测得塔顶第一层板的液相组成为，试求：（1）操作回流比
和最小回流比；（2）若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少？
解：（1）在塔顶满足气液平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 代入已知数据 = α/[1 + (α-1)] ∴α=
第一块板的气相组成 y
1
= （1 + ）
= ×（1 + ×）=
在塔顶做物料衡算 V = L + D
Vy
1 = Lx
L
+ Dx
D
（L + D）= 0.88L + ∴ L/D = 即回流比为 R =
由式1-47 R
min = [(x
D
/x
q
)-α(1-x
D
)/(1-x
q
)]/（α-1）泡点进料 x
q
= x
F
∴ R
min
=
（2）回收率Dx
D /Fx
F
= 96％得到
F = 100×（×）= kmol/h
15.在连续操作的板式精馏塔中分离苯-甲苯的混合液。在全回流条件下测得相邻
板上的液相组成分别为，和，试计算三层中较低的两层的单板效率
E
MV
。
操作条件下苯-甲苯混合液的平衡数据如下：
x
y
解：假设测得相邻三层板分别为第n-1层，第n层，第n+1层
即 x
n-1 = x
n
= x
n+ 1
= 根据回流条件 y
n+1
= x
n
∴ y
n = y
n+1
= y
n+2
=
由表中所给数据α =
与第n层板液相平衡的气相组成 y
n
* = ×（1+×）=
与第n+1层板液相平衡的气相组成 y
n+1
* = ×（1+×）=
由式1-51 E
MV = （y
n
-y
n+1
）/（y
n
*-y
n+1
）
可得第n层板气相单板效率 E
MVn = （x
n-1
-x
n
）/（y
n
*-x
n
）
= （）/（） = ％
第n层板气相单板效率 E
MVn+1 = （x
n
-x
n+1
）/（y
n+1
*-x
n+1
）
= （）/（）
= 64％
第2章吸收
1.从手册中查得,25℃时,若100g水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为。已知在此浓度范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H kmol/(m3·kPa)及相平衡常数m
解：液相摩尔分数 x = （1/17）/[（1/17）+（100/18） =
气相摩尔分数 y = =
由亨利定律 y = mx 得 m = y/x = =
液相体积摩尔分数 C = （1/17）/（101×10-3/103）= ×103 mol/m3
由亨利定律P = C/H 得H = C/P = = kmol/(m3·kPa)
10℃时，氧气在水中的溶解度可用P = ×106x表示。式中：P为氧在气相中的分压kPa；x为氧在液相中的摩尔分率。试求在此温度及压强下与空气充分接触的水中每立方米溶有多少克氧。
解：氧在气相中的分压P = ×21％ =
氧在水中摩尔分率x = （×106）= ×103
每立方米溶有氧×103×32/（18×10-6）= 11.43g
3．某混合气体中含有2％（体积）CO
2
，其余为空气。混合气体的温度为30℃，
总压强为。从手册中查得30℃时CO
2
在水中的亨利系数E = ×105 kPa，试求溶解度系数H kmol/(m3·kPa) 及相平衡常数m，并计算每100g与该气体相平衡的
水中溶有多少gCO
2
。
解：由题意 y = ，m = E/P
总
= ×105/ = ×103
根据亨利定律 y = mx 得x = y/m = ×103 = 即
每100g与该气体相平衡的水中溶有CO
2
×44×100/18 = 0.0132 g
H =ρ/18E = 103/（10××105）= ×10-4kmol/(m3·kPa)
7.在，27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气，液两相中的浓度都很
低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数H = (m3·kPa)，气膜吸收系数 k
G
= ×10-5kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数 k
L
= ×10-5kmol/(m2·s·kmol/m3)。
试求总吸收系数K
G
，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。
解：由1/K
G = 1/k
G
+ 1/Hk
L
可得总吸收系数
1/K
G
= 1/×10-5 + 1/（××10-5）
K
G
= ×10-5 kmol/(m2·s·kPa)
气膜阻力所占百分数为：（1/ k
G ）/（1/k
G
+ 1/Hk
L
）= Hk
L
/（Hk
L
+ k
G
）
= （×）/（× + ）
= = ％
8.在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇，操作温度为27℃，压强。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5kPa，液相中甲醇浓度位m3。试根据上题有关的数据算出该截面上的吸收速率。
解：由已知可得 k
G
= ×10-5kmol/(m2·s·kPa)
根据亨利定律 P = C/H 得液相平衡分压
P* = C/H = =
∴N
A = K
G
(P-P*)= ×10-5（）= ×10-5kmol/(m2·s)
= kmol/(m2·h)
9.在逆流操作的吸收塔中，于，25℃下用清水吸收混合气中的CO
2
，将其浓度从2％降至％（体积）。该系统符合亨利定律。亨利系数Ｅ=×104kPa。若吸收剂为最小理论用量的倍，试计算操作液气比L/V及出口组成X。
解：⑴ Y
1 = 2/98 =， Y
2
= =
m = E/P
总
= ×104/ = ×104
由（L/V）
min = （Y
1
-Y
2
）/X
1
* = （Y
1
-Y
2
）/（Y
1
/m）
= （）/（545） =
L/V = （L/V）
min
= 622
由操作线方程 Y = （L/V）X + Y
2-（L/V）X
2
得出口液相组成
X
1 = （Y
1
-Y
2
）/（L/V）= （）/622 = ×10-5
⑵改变压强后，亨利系数发生变化，及组分平衡发生变化，导致出口液相组成变化
m‘ = E/P
总
’ = ×104/10133 = ×10-5
（L/V）‘ = （L/V）
min
’ =
X
1‘ = （Y
1
-Y
2
）/（L/V）’= （）/ = ×10-4
10.根据附图所列双塔吸收的五种流程布置方案，示意绘出与各流程相对应的平衡线和操作线，并用图中边式浓度的符号标明各操作线端点坐标。
11.在下用水吸收混于空气中的中的氨。已知氨的摩尔分率为，混合气体于40℃下进入塔底，体积流量为0.556m3/s，空塔气速为1.2m/s。吸收剂用量为最小用
量的倍，氨的吸收率为95％，且已估算出塔内气相体积吸收总系数K
Y
a的平均值为( m3·s).
水在20温度下送入塔顶，由于吸收氨时有溶解热放出，故使氨水温度越近塔底越高。已根据热效应计算出塔内氨水浓度与起慰问度及在该温度下的平衡气相浓度之间的对应数据，列入本题附表中试求塔径及填料塔高度。
氨溶液温度t/℃氨溶液浓度气相氨平衡浓度
Xkmol(氨)/kmol(水)
Y*kmol()/kmol()
20 0 0
26
29
34
42
47
解：混合气流量G = πD2u/4
∴D = (4G/πu)1/2=[(4×/×]1/2= 0.77 m
Y
1
= =
y 2 = y
1
（1-η）= × =
Y
2
= =
根据附表中的数据绘成不同温度下的X-Y*曲线查得与Y
1
= 相平衡的液相组成
X
1
*=
（L/V）
min = （Y
1
- Y
1
）/ X
1
* = （）/ =
（L/V）= (L/V)
min
=
由操作线方程Y = (L/V)X + Y
2可得 X
1
= (V/L)(Y
1
-Y
2
) =
由曲线可查得与X
1相平衡的气相组成Y
1
* =
ΔY
m =（ΔY
1
-ΔY
2
）/ln(ΔY
1
-ΔY
2
)
= [（）]/ln（）/ =
∴Ν
OG =（Y
1
-Y
2
）/ΔY
m
= （）/ =
惰性气体流量 G' = × = ×
= 0.5004m3/s
= （××103）/（×313） = mol/s
H OG = V/(K
Y
aΩ) = ×10-3)/π×4)
= ×10-3 m
填料层高度 H =Ν
OG × H
OG
= ××10-3
= 7.654m
12.在吸收塔中用请水吸收混合气体中的SO
2
，气体流量为5000m3（标准）/h，其
中SO
2占10％，要求SO
2
的回收率为95％。气，液逆流接触，在塔的操作条件下，
SO
2
在两相间的平衡关系近似为Y* = ，试求：
（1）若取用水量为最小用量的倍，用水量应为多少？
（2）在上述条件下，用图解法求所需理论塔板数；
（3）如仍用（2）中求出的理论板数，而要求回收率从95％提高到98％，用水量应增加到多少？
解：（1）y
2 = y
1
（1-η）= ×（）=
Y
1
= = Y
2
= （）=
（L/V）
min =（Y
1
-Y
2
）/X
1
* = （Y
1
-Y
2
）/（Y
1
/）= （）×
=
（L/V）=（L/V）
min
=
惰性气体流量： V = 5000× =
用水量 L = × = 7684kmol/h
（2）吸收操作线方程 Y = （L/V）X + Y
2
代入已知数据
Y = +
在坐标纸中画出操作线和平横线，得到理论板数N
T
= 块
14．在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的H
2
S，进塔气相中
含H
2
S（体积）％要求吸收率不低于99％，操作温度300Ｋ，压强，平衡关系为
Y* = 2X，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H
2S浓度为(H
2
S)/kmol(溶剂)
已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为(m2·s)，气相体积吸收总系数为 kmol/(m3·s·kPa)。求所需填料蹭高度。
解：y
2 = y
1
（1-η）=× =
Y
2
= y
2
= Y
1
= （）=
ΔY
m
= [（Y
1
-Y
1
*）-Y
2
]/ln[（Y
1
-Y
1
*）/Y
2
] = [（）]/ln[（）/]
=
∴Ν
OG
=（Y
1
-Y
2
）/ΔY
m
= （）/ =
H
OG
= V/(K
Y
aΩ) = （×）
=
H =Ν
OG
× H
OG
= × = 7.9m
第3章干燥
1.已知湿空气的总压强为50kPa，温度为60℃相对湿度40％，试求：（1）湿空气中水气的分压；（2）湿度；（3）湿空气的密度
解：（1）查得60℃时水的饱和蒸汽压P
S
=
∴水气分压 P
水气 = P
S
ф= × =
（2）H = P
水气 / （P-P
水气
）=×（）
= 0.118 kg/kg绝干
（3）1kg绝干气中含0.118kg水气
x
绝干
= (1/29)/[(1/29)+18)] =
x
水气
= 18)/[(1/29)+18)] =
∴湿空气分子量M
0 = 18x
水气
+ 29x
绝干气
= 18× + 29×
= 27.249 g/mol
∴湿空气密度ρ= MP/RT = （×10-3×50×103）/（×333）
= 0.493 kg/m3湿空气
2.利用湿空气的H-I图查出本题附表中空格内的数值，并给出序号4中各数值的求解过程
序号干球温度湿球温度湿度相对湿度焓水气分
压露点
℃℃kg/kg绝干％kg/kg绝干
kPa ℃
1 60 35 2
2 140 5 30
2 40 27 40 90
3 25
3 20 18 75 50 2 15
4 30 28 8
5 95 4 25
3.干球温度为20℃，湿度为0.009 kg/kg绝干的湿空气通过预热器加热到50℃，
再送往常压干燥器中，离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原湿空气在预热器过程中焓的变化；
（2）1m3原湿空气在干燥器中获得的水分量。
解：（1）原湿空气的焓： I
0 = + t + 2490 H
= + ××20 + 2490×
= 43 kJ/kg绝干
通过预热器后空气的焓 I
1
= + ××50 + 2490 × = kJ/kg绝干
焓变化ΔH = I
1 - I
= kJ/kg绝干
空气的密度ρ= MP/RT = （29×10-3××103）/（×293）= 1.21 kg/m3
∴ 1m3原湿空气焓的变化为ΔH = × = kJ/kg湿气
（2）等焓干燥 I
1 = I
2
= kJ/kg绝干
假设从干燥器中出来的空气湿度t = 26.8℃，查得此时水蒸汽的饱和蒸汽压
P
S
= kPa
∴ H
2 = φ P
S
/ （P-фP
S
）= ×× kJ/kg绝干
由 I
2 = = （ + ）t
2
+ 2490 H
2
试差
假设成立
∴ H
2
= kJ/kg绝干
获得水分量：ΔH = H
2 - H
= = kJ/kg绝干
= × = kJ/kg湿气
4.将t
0= 25℃，ф
= 50％的常压新鲜空气，与干燥器排出的t
2
= 50℃，ф
2
= 80％
的常压废气混合，两者中绝干气的质量比为1：3。分别用计算法和做图法求混合气体的湿度和焓。
解：（1）查得25℃时和50℃时水的饱和蒸汽压分别为 kPa和
新鲜空气湿度 H
0 = φ
P
S
/ （P-ф
P
S
）
= ××（）
= 0.01027 kg水/kg绝干
废气湿度 H
2 = φ
2
P
S
/ （P-ф
2
P
S
）
= ××（）
= 0.20142 kg水/3kg绝干
混合气湿度 H
m
= （+×3）/（1+3）
= 0.0529 kg水/kg绝干
混合气温度 t
m
= （25+50×3）/（1+3）= 43.75℃
∴混合气焓：I
m =（ + ）t
m
+ 2490 H
m
=（+×）× + 2490× = kJ/kg绝干
（2）做图发略
5.干球温度t
0 = 26℃，湿球温度t
ｗ0
= 23℃的新鲜空气，预热到t
1
= 95℃后送
入连续逆流干燥器内，离开干燥器时温度为t
2
= 85℃。湿物料初始状况为：温度
θ
1= 25℃，含水量ω
1
= ％
终了时状态为：温度θ
2= 34.5℃，ω
2
= ％。每小时有9200kg湿物料加入干
燥器内。绝干物料的比热容C
S
= kJ/(kg绝干·℃)。干燥器内无输送装置，热损失为580kJ/kg汽化的水分。试求：
（1）单位时间内回的的产品质量；
（2）写出干燥过程的操作线方程；
（3）在H-I图上画出操作线；
（4）单位时间内消耗的新鲜空气质量。
解：（1）G = G
1（1-ω
1
）= 9200×（）= 9062kg/h
∴干燥产品质量 G
2 = G/（1-ω
2
）= 9080 kg/h
（2）X
1 = ω
1
/ （1-ω
1
）=
X
2 = ω
2
/（1-ω
2
）=
当干球温度t
= 26℃，湿球温度为23℃时由图5-3查的空气的湿度
H
= 0.02 kg水/kg绝干
I 1 = + t
1
+ 2490 H
1
=（+×）×95 + 2490×
= kJ/kg绝干
I 1' - I
2
' = C
S
（θ
1
-θ
2
）+ C
W
（X
1
θ
1
–X
2
θ
2
）
= ×（）+ ×（××）
= kJ/kg绝干
围绕干燥器做物料衡算
L(I
1
- I
2
) + G(I
1
' - I
2
') = Q
L
代入已知条件
L - I) –×9062 = 580G（X
1
-X
2
）
下册第一章蒸馏 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 0 p 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 无
第五章 蒸馏 一、选择与填空 1、精馏操作的依据是 混合液中各组分挥发度的差异 。实现精馏操作的必要条件是 塔顶液相回流 和 塔底上升蒸汽 。 2、汽液两相呈平衡状态时，汽液两相温度_相同_，但液相组成_小于_汽相组成。 3、用相对挥发度α表达的汽液平衡方程可写为1(1)x y x αα= +-。根据α的大小，可用 来 判定用蒸馏方法分离的难易程度 ，若α=1则表示 不能用普通的蒸馏方法分离该混合液 。 4、在精馏操作中，若降低操作压强，则溶液的相对挥发度 增加 ，塔顶温度 降低 ，塔釜温度 降低 ，从平衡角度分析对该分离过程 有利 。 5、某二元物系，相对挥发度α=3，在全回流条件下进行精馏操作，对第n 、n+1两层理论板，已知 y n =0.4，则 y n+1=_0.182_。全回流通常适用于 开工阶段 或 实验研究 。 6、精馏和蒸馏的区别在于 精馏必须引入回流；平衡蒸馏和简单蒸馏的主要区别在于前者为连续的稳态过程而后者是间歇的非稳态过程 。 7、精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因是 塔底压强高 和 塔底难挥发组分含量高 。
8、在总压为101.33kPa 、温度为85℃下，苯和甲苯的饱和蒸汽压分别为p A 0 =116.9kPa,p B 0 =46 kPa ，则相对挥发度α= 2.54，平衡时液相组成x A = 0.78 ，气相组成y A = 0.90 。 9、某精馏塔的精馏段操作线方程为y=0.72x+0.275，则该精馏塔的操作回流比为_2.371_，馏出液组成为_0.982_。 10、最小回流比的定义是 在特定分离任务下理论板数为无限多时的回流比 ，适宜回流比通常取 1.1~2.0 R min 11、精馏塔进料可能有 5 种不同的热状况，当进料为气液混合物且气液摩尔比为2:3时，则进料热状况q 值为 0.6 。 注：23() 550.6V V L V F V L V L I I I I I q I I I I -+-===-- 12、在塔的精馏段测得 x D =0.96、x 2=0.45、x 3=0.40（均为摩尔分率），已知R=3 ，α=2.5，则第三层塔板的气相默弗里效率 E MV _44.1%_。 注：1 * 1 n n MV n n y y E y y ++-= - 13、在精馏塔设计中，若F 、x F 、q 、D 保持不变，若增加回流比R ，则x D 增加, x W 减小 ,V 增加,L/V 增加 。 14、在精馏塔设计中，若F 、x F 、x D 、x W 及R 一定，进料由原来的饱和蒸气改为饱和液体，则所需理论板数N T 减小 。精馏段上升蒸气量V 不变 、下降液体量L 不变 ；
化工原理（上）复习题及答案 一、填空题 1.在阻力平方区内，摩擦系数λ与（相对粗糙度）有关。 2.转子流量计的主要特点是（恒流速、恒压差）。 3.正常情况下，离心泵的最大允许安装高度随泵的流量增大而（减少）。 4.气体在等径圆管内作定态流动时，管内各截面上的（质量流速相等）相等。 5.在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是（在同一种水平面上、同一种连续的流 体） 6.离心泵的效率η和流量Q的关系为（Q增大，η先增大后减小） 7.从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差与（指示液密度、液面高 度）有关。 8.离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生（气缚）现象。 9.离心泵在一定的管路系统工作，如被输送液体的密度发生变化(液体其余性质不变)，则 扬程（不变）。 10.已知列管换热器内外侧对流传热系数分别为αi和αo且αi>>αo,则要提高总传热系数， 关键是（增大αo）。 11.现场真空表的读数为8×104 Pa，该处绝对压力为（2×104 Pa ）（当时当地大气压为 1×105 Pa）。 12.为防止泵发生汽蚀，则要求装置的汽蚀余量（大于）泵的必需汽蚀余量。（大于、 小于、等于） 13.某流体于内径为50mm的圆形直管中作稳定的层流流动。其管中心处流速为3m/s，则 该流体的流量为（10.60 ）m3/h，管壁处的流速为（0 ）m/s。 14.在稳态流动系统中，水连续地从粗管流入细管。粗管内径为细管的两倍，则细管内水的 流速是粗管内的（4 ）倍。 15.离心泵的工作点是指（泵）特性曲线和（管路）特性曲线的交点。 16.离心泵的泵壳做成蜗壳状，其作用是（汇集液体）和（转换能量）。 17.除阻力平方区外，摩擦系数随流体流速的增加而（减小）；阻力损失随流体流速的 增加而（增大）。 18.两流体通过间壁换热，冷流体从20℃被加热到50℃，热流体从100℃被冷却到70℃， 则并流时的Δt m= （43.5 ）℃。 19.A、B两种流体在管壳式换热器中进行换热，A为腐蚀性介质，而B无腐蚀性。（A腐 蚀性介质）流体应走管内。
第八章课堂练习： 1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数E不变，H 不变，相平衡常数m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2，过程属于（B ） A、气膜控制 B、液膜控制 C、两相扩散控制 ②其气膜阻力（C）液膜阻力A、大于B、等于C、小于 ２、溶解度很大的气体，属于气膜控制 ３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m的直线时，则1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数E值很大，则说明该气体为难溶气体 5、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG，当(气膜阻力1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、G 、Ky 、Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG表征了（分离任务的难易）特性。 3、吸收因子A的定义式为L/（Gm），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当A<1时，塔高H=∞，则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。 6、液气比低于（L/G）min时，吸收操作能否进行？能 此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元高度HOG将↑，总传质单元数NOG 将↓，操作线斜率（L/G）将不变。 8、若吸收剂入塔浓度x2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↓。 9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组成x2增大，其它条件不变，则气相总传质单元高度将（ A ）。 A.不变 B.不确定 C.减小 D.增大 吸收小结： 1、亨利定律、费克定律表达式 2、亨利系数与温度、压力的关系；E值随物系的特性及温度而异，单位与压强的单位一致；m与物系特性、温度、压力有关（无因次） 3、E、H、m之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程（并、逆流时）及在y~x图上的画法 6、出塔气体有一最小值，出塔液体有一最大值，及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高，有利于吸收 减压和升温溶解度低，有利于解吸
3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？ 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378 .081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～
化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答（夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津 大学出版）社,2011.8.） 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由 于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一 组绘平衡t-x图数据。 以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该溶液的平衡数据。 温度C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9
饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0 y 1 0.767 0.733 0.524 0 根据平衡数据绘出t-x-y曲线 3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。
1.某精馏塔的设计任务为：原料为F, X f ，要求塔顶为X D，塔底为X w 。 设计时若选定的回流比R不变，加料热状态由原来的饱和蒸汽加料改为饱和液体加料，则所需理论板数N T减小，提馏段上升蒸汽量V 增加，提馏段下降液体量L' 增加，精馏段上升蒸汽量V 不变，精馏段下降 液体量L不变。（增加，不变，减少） 2.某二元理想溶液的连续精馏塔,馏出液组成为X A=0.96（摩尔分率）.精馏段操 作线方程为y=0.75x+0.24?该物系平均相对挥发度a =2.2,此时从塔顶数起的第二块理论板上升蒸气组成为y 2= ______________ . 3.某精馏塔操作时，F，X f ，q，V保持不变，增加回流比R,贝吐匕时X D增 加_，X w减小，D减小，L/V 增加。（增加，不变，减少） 6.静止、连续、—同种_的流体中，处在—同一水平面_上各点的压力均相等。 7.水在内径为? 105m M 2.5mm的直管内流动，已知水的黏度为1.005mPa?s， 密度为1000kg ? m流速为1m/s,贝U忌= _________________ ，流动类型为_______ 湍流________ 。 8.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_4_倍；如果只将管径增加一倍，流速不变，则阻力损失为原来的 __1/4_倍。 9.两个系统的流体力学相似时，雷诺数必相等。所以雷诺数又称作相似准数。 10.求取对流传热系数常常用_____ 量纲_________ 析法，将众多影响因素组合 成若干_____ 无因次数群_____ 数群，再通过实验确定各—无因次数群 ________ 间的关系，即得到各种条件下的 _______ ■关联____ 。 11.化工生产中加热和冷却的换热方法有______ 传导____ 、—对流_________ 和 ____ 辐射—。 12.在列管式换热器中，用饱和蒸气加热空气，此时传热管的壁温接近—饱和蒸 汽一侧_____ 体的温度，总传热系数K接近—空气侧—流体的对流给热系 数.
化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.） 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。 解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到： 设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa =8.54×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa 2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/?的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ， 问至少需要几个螺钉？ 分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P油≤σ螺 解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N σ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P油≤σ螺得 n ≥ 6.23 取 n min= 7
至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附 图所示。测得R1 = 400 mm ， R2 = 50 mm，指示液为水 银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气 连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3= 50 mm。试求A﹑B 两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a– a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分 别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：P A = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa 4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测 定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两 吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示 液为水银，煤油的密度为820Kg／?。试求当 压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气 管出口距离ｈ。 分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1′和4－4′为等压面，2－2′和3－3′为等压面，且1－1′和2－2′的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解 解：设插入油层气管的管口距油面高Δh 在1－1′与2－2′截面之间
化工原理（天津大学第二版）下册部分答案 第8章 2. 在温度为25 ℃及总压为 kPa 的条件下，使含二氧化碳为%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨 利系数51066.1?=E kPa ，水溶液的密度为 kg/m 3。 解：水溶液中CO 2的浓度为 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318 c ==kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为 由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==???=kPa 气相中CO 2的分压为 t 101.30.03kPa 3.039p p y ==?=kPa < *p 故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。 以CO 2的分压表示的总传质推动力为 *(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ?=-=-=kPa 3. 在总压为 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y =、3 1.06koml/m c =。气膜吸收系数k G =×10-6 kmol/(m 2skPa)，液膜吸收系数k L =×10-4 m/s 。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝ kmol/(m 3kPa)。 （1）试计算以p ?、c ?表示的总推动力和相应的总吸收系数； （2）试分析该过程的控制因素。 解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 t 1.06*(110.50.032)kPa 2.0740.725 c p p p p y H ?=-=- =?-=kPa 其对应的总吸收系数为 6G 1097.4-?=K kmol/(m 2skPa) 以液相组成差表示的总推动力为 其对应的总吸收系数为 （2）吸收过程的控制因素 气膜阻力占总阻力的百分数为 气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。 4. 在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为 kPa ，操作温度为25 ℃。在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为 kmol/(m 3kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为 kPa ，液相组成为 kmol/m 3，液膜吸收系数k L =×10-5 m/s ，气相总吸收系数K G ＝×10-5 kmol/(m 2skPa)。求该截面处（1）膜吸收系数k G 、k x 及k y ；（2）总吸收系数K L 、K X 及K Y ；（3）吸收速率。 解：(1) 以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25 ℃时水的密度为 0.997=ρkg/m 3 溶液的总浓度为
化工原理复习题 一 判断题 流体流动与输送 1. 当流体在管内流动达完全湍流时，摩擦系数λ与雷诺数Re 的大小无关。（ ） 2. 文丘里流量计和转子流量计均属变压差流量计。（ ） 3. 离心泵启动时，为减小启动功率，应将出口阀门关闭，这是因为随流量的增加，功率增大。（ ） 4. 流体做层流流动时，摩擦系数λ只是Re 的函数，而与管壁的粗糙度无关。（ ） 5. 流体在圆管内流动时，管的中心处速度最大，而管壁处速度为零。（ ） 6. 离心泵启动时，为减小启动功率，应将出口阀门关闭，这是因为随流量的增加，功率增大。（ ） 7. 理想流体流动时，无流动阻力产生。（ ） 8. 设备内的真空度愈高，表明绝对压强愈大。（ ） 9. 离心泵扬程随着流体流量的增大而下降。（ ） 转子流量计可以读出任何流体的流量。 离心泵铬牌上的性能参数是指泵效率最高点下的性能参数。 离心泵流量为零时轴功率最小。 （） 孔板流量计测流量时，流量大小不仅与压差计读数R 有关，而且与孔板孔径有关。 （） 转子流量计在测流量时，转子稳定后，其上下两截面的压差随流量增大而增大。 （） 离心泵使液体的实际升扬高度总是小于泵所提供的扬程。 （ ） 传热 1. 冬天，室外温度为2℃，刮着风，潮湿的衣服晒在外面不可能会结冰。（ ） 2. 在相同条件下，采用逆流操作比采用并流操作所需的传热面积小。（ ） 3. 导热系数和给热系数都是物性常数之一。（ ） 4. 换热器的平均传热温度差，是指热流体进出口的平均温度与冷流体进出口的平均温度的差值。( ) 5. 在相同条件下，采用逆流操作比采用并流操作所需传热面积小。（ ） 给热系数也是物质的一种物理性质 冬天坐在铁板上比坐在木板上要冷些，是因为木板的温度比铁板高。 （） 使用列管式换热器时，压力高的物料走管内，这样外壳可以不承受高压。 （） 对流传热过程热阻主要集中在流体的滞流内层上。 （） 在套管式换热器中，以水蒸汽加热空气，壁温一定很接近水蒸汽的温度。（） 逆流传热时的平均温度差一定大于并流时的平均温度差（） 蒸馏 1. 当精馏塔各板的板效率相等时，其全塔效率与板效率相等。（ ） 2. 若精馏段操作线方程 3.080.0+=x y ，则这个方程是错误的。（ ） 3. 根据恒摩尔流假设，精馏塔内气、液两相的摩尔流量一定相等。（ ）
第六章传热 问题1.传热过程有哪三种基本方式答1．直接接触式、间壁式、蓄热式。 问题2.传热按机理分为哪几种答2．传导、对流、热辐射。 问题3.物体的导热系数与哪些主要因素有关答3．与物态、温度有关。 问题4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿答4．流动流体的载热。 问题5.自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热答5．加热面在下，制冷面在上。 问题6.液体沸腾的必要条件有哪两个答6．过热度、汽化核心。 问题7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作为什么答7．核状沸腾状态。以免设备烧毁。 问题8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手答8．改善加热表面，提供更多的汽化核心；沸腾液体加添加剂，降低表面张力。问题9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体答9．避免其积累，提高α。 问题10.为什么低温时热辐射往往可以忽略,而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式 答10．因Q与温度四次方成正比，它对温度很敏感。 问题11.影响辐射传热的主要因素有哪些答11．温度、黑度、角系数（几何位置）、面积大小、中间介质。 问题12.为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数 答12．①相变热远大于显热；②沸腾时汽泡搅动；蒸汽冷凝时液膜很薄。 问题13.有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银制的。将刚烧开的水同时充满两壶。实测发现，陶壶内的水温下降比银 壶中的快，这是为什么 答13．陶瓷壶的黑度大，辐射散热快；银壶的黑度小，辐射散热慢。 问题14.若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么 答14．该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和，传热速率由该步骤所决定。 问题15.传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些 答15．K、qm1Cp1、qm2Cp2沿程不变；管、壳程均为单程。 问题16.一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。用133℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃。若现欲增加50%的油处理量， 有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油的出口温度不低于80℃，这个方案是否可行 答16．可行。 问题17.为什么一般情况下,逆流总是优于并流并流适用于哪些情况 答17．逆流推动力Δtm大，载热体用量少。热敏物料加热，控制壁温以免过高。 问题18.解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个 答18．传热基本方程，热量衡算式，带有温变速率的热量衡算式。 问题19.在换热器设计计算时，为什么要限制Ψ大于 答19．当Ψ≤时，温差推动力损失太大，Δtm小，所需A变大，设备费用增加。 第七章蒸发 问题1.蒸发操作不同于一般换热过程的主要点有哪些 答1．溶质常析出在加热面上形成垢层；热敏性物质停留时间不得过长；与其它单元操作相比节能更重要。 问题2.提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪降低单程汽化率的目的是什么 答2.不仅提高α，更重要在于降低单程汽化率。减缓结垢现象。 问题3.为什么要尽可能扩大管内沸腾时的气液环状流动的区域 答3.因该区域的给热系数α最大。
3．在大气压力为的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=,R=。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～
化工原理大题 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
第四章 习题 2． 燃烧炉的内层为460mm 厚的耐火砖,外层为230mm 厚的绝缘砖。若炉的内表面温度t1为1400℃,外表面温度t3为100℃。试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两层砖接触良好,已知耐火砖的导热系数为t 0007.09.01+=λ,绝缘砖的导热系数为t 0003.03.02+=λ。两式中t 可分别取为各层材料的平均温度,单位为℃,A 单位为W/(m·℃)。 解：设两砖之间的界面温度为 2 t ，由 23 1212 1 2t t t t b b λλ--=，得 2 223312 23 1400100 94946010/(0.90.000723010/(0.30.0003)2 2 t t t C t t t t ----= ?=++?+? ?+? 热通量 2 12 1689/14009490.40/0.970.00072t t q W m -= =+?? +? ? ??
3．直径为 mm mm 360?φ,钢管用30mm 厚的软木包扎, 其外又用100mm 厚的保温灰包扎,以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为-110℃,绝热层外表面温度10℃。已知软木和保温灰的导热系数分别为和(m ·℃),试求每米管长的冷量损失量。 解：每半管长的热损失，可由通过两层圆筒壁的传热速率方程求出： 13 32112211 ln ln 22t t Q r r L r r πλπλ-=+ 110010 1601160 ln ln 2 3.140.043302 3.140.000760--= +???? 25/W m =- 负号表示由外界向体系传递的热量，即为冷量损失。
化工原理（下）练习题 一、填空 1. 精馏和普通蒸馏的根本区别在于；平衡蒸馏（闪蒸）与简单蒸馏（微分蒸馏）的区别是。 2. 双组分精馏，相对挥发度的定义为α＝___ ____，其值越表明两组分越。α＝1时，则两组分。 3.精馏的原理是，实现精馏操作的必要条件是和。 4.精馏计算中，q值的含义是___ ______，其它条件不变的情况下q值越_______表明精馏段理论塔板数越，q线方程的斜率(一般)越。当泡点进料时，q＝，q线方程的斜率＝。 5.最小回流比是指，适宜回流比通常取为倍最小回流比。 6. ____ 操作条件下，精馏段、提馏段的操作线与对角线重叠。此时传质推动力，所需理论塔板数。 7.精馏塔进料可能有种不同的热状况，对于泡点和露点进料，其进料热状况参数q值分别为和。 8. 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度，液相组成气相组成。 9. 精馏塔进料可能有种不同的热状况，当进料为气液混合物且气液摩尔比为2 : 3时，则进料热状况参数q值为。 10. 对一定组成的二元体系，精馏压力越大，则相对挥发度，塔操作温度，从平衡角度分析对该分离过程。 11．板式精馏塔的操作中，上升汽流的孔速对塔的稳定运行非常重要，适宜的孔速会使汽液两相充分混合，稳定地传质、传热；孔速偏离适宜范围则会导致塔的异常现象发生，其中当孔速
过低时可导致_________，而孔速过高时又可能导致________。 12. 对于不饱和空气，表示该空气的三个温度，即：干球温度t, 湿球温度t w和露点t d间的关系为___________; 对饱和空气则有____ _____。 13. 用相对挥发度α表达的气液平衡方程可写为，根据α的大小，可以用来，若α=1，则表示。14.吸收操作是依据，以达到分离混合物的目的。 15.若溶质在气相中的组成以分压p、液相中的组成以摩尔分数x表示，则亨利定律的表达式为，E称为，若E值很大，说明该气体为气体。 16.对低浓度溶质的气液平衡系统，当总压降低时，亨利系数E将，相平衡常数m 将，溶解度系数H将。在吸收过程中，K Y和k Y是以和为推动力的吸收系数，它们的单位是。 17含低浓度难溶气体的混合气，在逆流填料吸收塔内进行吸收操作，传质阻力主要存在于中；若增大液相湍动程度，则气相总体积吸收系数K Y a值将；若增加吸收剂的用量，其他操作条件不变，则气体出塔浓度Y2将，溶质A的吸收率将；若系统的总压强升高，则亨利系数E将，相平衡常数m 将。 18.亨利定律表达式p*＝E x，若某气体在水中的亨利系数E值很小，说明该气体为气体。 19．吸收过程中，若减小吸收剂用量，操作线的斜率，吸收推动力。20．双膜理论是将整个相际传质过程简化为。21. 脱吸因数S可表示为，它在Y—X图上的几何意义是。若分别以S1、S2，S3表示难溶、中等溶解度、易溶气体在吸收过程中的脱吸因数，吸收过程中操作条件相同，则应有S1 S2 S3。 22.不饱和湿空气预热可提高载湿的能力，此时H ，t ，φ，传热传质推动力。
第一章 3.答案：p= 30.04kPa =0.296atm=3.06mH2O 该压力为表压 常见错误：答成绝压 5.答案：图和推算过程略Δp=(ρHg - ρH2O) g (R1+R2)=228.4kPa 7.已知n=121 d=0.02m u=9 m/s T=313K p = 248.7 × 103 Pa M=29 g/mol 答案：(1) ρ = pM/RT = 2.77 kg/m3 q m =q vρ= n 0.785d2 u ρ =0.942 kg/s (2) q v = n 0.785d2 u = 0.343 m3/s (2) V0/V =(T0p)/(Tp0) = 2.14 q v0 =2.14 q v = 0.734 m3/s 常见错误： （1）n没有计入 （2）p0按照98.7 × 103 pa计算 8. 已知d1=0.05m d2=0.068m q v=3.33×10-3 m3/s （1）q m1= q m2 =q vρ =6.09 kg/s (2) u1= q v1/(0.785d12) =1.70 m/s u2 = q v2/(0.785d22) =0.92 m/s (3) G1 = q m1/(0.785d12) =3105 kg/m2?s G2 = q m2/(0.785d22) =1679 kg/m2?s 常见错误：直径d算错 9. 图略 q v= 0.0167 m3/s d1= 0.2m d2= 0.1m u1= 0.532m/s u2= 2.127m/s (1) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 7.02×103 Pa p A-p B=0.5gρH2O +(ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m (2) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 2.13×103 Pa p A-p B= (ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m 所以R没有变化 12. 图略 取高位储槽液面为1-1液面，管路出口为2-2截面，以出口为基准水平面 已知q v= 0.00139 m3/s u1= 0 m/s u2 = 1.626 m/s p1= 0(表压) p2= 9.807×103 Pa(表压) 在1-1面和2-2面之间立柏努利方程Δz = 4.37m 注意：答题时出口侧的选择： 为了便于统一，建议选择出口侧为2-2面，u2为管路中流体的流速，不为0，压力为出口容器的压力，不是管路内流体压力
j06a10013 用不含溶质的吸收剂吸收某气体混合物中的可溶组分A，在操作条件下，相平衡关系为Y=mX。试证明：(L/V)min ＝mη，式中η为溶质A的吸收率。 j06a10103 一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A，入塔气体中含A 1%(摩尔比)，经吸收后溶质A 被回收了80%，此时水的用量为最小用量的1.5倍，平衡线的斜率为1，气相总传质单元高度为1m，试求填料层所需高度。 j06a10104 在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质A，进塔气体中溶质A的含量为8%（体积%），吸收率为98%，操作条件下的平衡关系为y=2.5x，取吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试求： ①水溶液的出塔浓度； ②若气相总传质单元高度为0.6 m，现有一填料层高为6m的塔，问该塔是否合用？ 注：计算中可用摩尔分率代替摩尔比，用混合气体量代替惰性气体量，用溶液量代替溶剂量。 j06a10105 在20℃和760 mmHg，用清水逆流吸收空气混合气中的氨。混合气中氨的分压为10mmHg，经吸收后氨的分压下降到0.051 mmHg。混合气体的处理量为1020kg/h，其平均分子量为28.8，操作条件下的平衡关系为y=0.755x。 若吸收剂用量是最小用量的5 倍，求吸收剂的用量和气相总传质单元数。 j06a10106 在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂S 吸收混合气体中的可溶组分A。入塔气体中A的摩尔分率为0.03，要求吸收率为95%。已知操作条件下的解吸因数为0.8，物系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03(摩尔分率)。试计算： ①操作液气比为最小液气比的倍数； ②出塔液体的浓度； ③完成上述分离任务所需的气相总传质单元数N OG。 j06a10107 某厂有一填料层高为3m 的吸收塔，用水洗去尾气中的公害组分A。测 得浓度数据如图，相平衡关系为y=1.15x。 试求：该操作条件下，气相总传质单元高度H OG为多少m ？ 参见附图：j06a107.t j06a10108 总压100kN/m2，30℃时用水吸收氨，已知k G=3.84?10-6kmol/[m2·s(kN/m2)]， k L=1.83?10-4kmol/[m2·s(kmol/m3)]，且知x=0.05时与之平衡的p*=6.7kN/m2。 求：k y、K x、K y。（液相总浓度C 按纯水计为55.6 kmol/m3） j06a10109 有一逆流填料吸收塔，塔径为0.5m，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。入塔(惰性/混合？？)气体量为100kmol/h，，溶质浓度为0.01（摩尔分率），回收率要求达到90% ，液气比为1.5，平衡关系y=x。试求： ①液体出塔浓度； ②测得气相总体积传质系数K y a=0.10kmol/（m3·s），问该塔填料层高度为多少？ (提示：N OG=1/(1-S)ln[(1-S)(y1-m x1)/(y2-m x2)+S]) j06b10011 当系统服从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍则与之平衡的气相浓度（或分压）(A) y 增大一倍；(B) p增大一倍；(C) y减小一倍；(D) p减小一倍。 j06b10019 按图示流程画出平衡线与操作线示意图： 1. ⑴低浓度气体吸收 2. ⑴低浓度气体吸收 ⑵部分吸收剂循环⑵气相串联
书上习题1 — 40 40.用离心泵将水由水槽送至水洗塔内。水槽敞口。塔内表压为。水槽水面至 塔内水出口处垂直高度差 22m 已知水流量为42.5m 3/h ，泵对水作的有效功为 kg ，管路总长110m （包括局部阻力当量管长），管子内径 100mm 试计算摩擦 系数入值。 解：如图，作1— 1、2— 2截面，取1 — 1为零截面。 在1--1与2--2（管 外侧）间列柏努利方程： 2 2 gZ 1+U 1 /2+p 1/ +W = gz 2+ u 2 /2+p 2/ + 叫 Z 1= 0 , Z 2= 22 m , U 1 0 , 0 , p 1(表)=0 p 2= = 104 = 104 Pa 管内流速 u= V =( — 3600) = 1.50 m/s A 4 W e = gz 2+ p 2/ + h f 即=22+ 104/103+ h f 答:摩擦系数入值为。 j01b10048（题目）（ 题分：10） 用离心泵将水由水槽送至水洗塔中，水洗塔内的表压为x 104Pa ，水槽液面恒定，其上 方通大气，水槽液面与输送管出口端的垂直距离为 20m ，在某送液量下，泵对水作的功为kg ， 管内摩擦系数为，吸入和压出管路总长为 110m （包括管件及入口的当量长度，但不包括出 口的当量长度）。输送管尺寸为0 108x 4mm 水的密度为1000kg/m 3。求输水量为多少 ni/h 。 2 △ h f = J/kg . l le h f = d u 2/2 = 110 01 2 2
h f L L e u2 d 2 ? W=gz 2+ h f = 25 9.81 0.03 He W e 319.41 32.56m g 9.81 Ne HeV g 32.56 丄5- 3600 贝 S Na=Ne/ == 3 10 W= kW 2 120 120 °25 皿 319.41J/kg 0.075 j01b10048（答案） 解：如图，作1— 1、2-2截面，取1 — 1为零截面。 在1--1与2—2（管内侧）间列 柏努利方程： gZ 1+U 1 /2+p 1/ +W = gz 2+ u 2 /2+p 2/ + h f Z 1= 0，Z 2= 20 m ， U 1 0， p 1（表）=0, W e = J/kg W=gz 2+ p 2（表）/ + U 2 /2 + h f ， h f L L e u f d 2 即= 20+ 104 /1000+（1 + 110/ u 22/2 ? U 2=1.50 m/s ? V u 2 d 2 4 d 108 2 4 100mm 0.1m ? V= （/4） 2= 10-2 m 3/s=42.5 m 3/h 答：输水量为h j01a10054（题目）（ 题分：10） 密度为1200 kg/ m 3的盐水，以25 m 3/h 的流量流过内径为 75mm 的无缝钢管，用泵由低位 槽输至高位槽。两槽皆敞口，两液面高度差为 25叶钢管总长120m,局部阻力为钢管直管 阻力的25%。设摩擦系数 =，泵的效率耳=，求泵的轴功率。 解：如图，作1— 1、2— 2截面，取1 — 1为零截面。 在1--1与2—2（管外侧）间 列柏努利方程： 2 2 gz 1+U 1 /2+p 1/ +W = gz 2+ u 2 /2+p 2/ + h f Z 1= 0，Z 2= 25 m ，U 1 0，匕=0 （管外侧），p? 表）=p 2（表）=0, 1.572m/s ， -3600 0.0752 4 W=g Z 2+ 管内流速u h f ， V d 2 4 1200 9.81 2661.6W 答：泵的轴功率为 kW 。