化工原理第三版陈敏恒课后习题答案全解 清晰 可打印版

10.2 课后习题详解（一）习题板式塔10-1 某筛板塔在常压下以苯-甲苯为试验物系，在全回流下操作以测定板效率。

今测得由第9、第10两块板（自上向下数）下降的液相组成分别为0.652与0.489（均为苯的摩尔分数）。

试求第10块板的默弗里湿板效率。

解：已知：常压苯-甲苯系统，，求：第十块板的默弗里板效率E MV全回流下，y n＋1＝x n∴y11＝x10＝0.489 y10＝x9＝0.653苯-甲苯系统α＝2.4810-2 甲醇-水精馏塔在设计时规定原料组成X F＝0.40，塔顶产品组成为0.90，塔釜残液组成为0.05（均为甲醇的摩尔分数），常压操作。

试用0’connell关联图估计精馏塔的总塔效率。

解：已知：常压，甲醇-水系统，x f＝0.4，x D＝0.9，x w＝0.05，求：用O´connell关联图估计E T由教材附录相平衡数据查得再查t＝80℃时，汽液共存查O，connell关联图得10-3 一板式吸收塔用NaOH水溶液吸收氯气。

氯气的摩尔分数为2％，要求出塔摩尔分数低于0.002％。

各块塔板的默弗里板效率均为50％，不计液沫夹带，求此塔应有多少块实际板。

NaOH溶液与氯气发生不可逆化学反应，可设相平衡常数m＝0。

解：已知：求：∵m＝0每板逐推得实际板数为10。

10-4 某厂常压操作下的甲苯-邻二甲苯精馏塔拟采用筛板塔。

经工艺计算知某塔板的气相流量为2900m3/h，液相流量为9.2m3/h。

试用弗尔的泛点关联图以估计塔径。

有关物性数据：气相密度为3.85kg/m3，液相密度为770kg/m3．液体的表面张力为17.5mN/m。

根据经验选取板间距为450mm、泛点百分率为80％，单流型塔板，溢流堰长度为75％塔径。

解：已知：P＝101.3kPa，甲苯-邻二甲苯系统，，求：用弗尔泛点关联图估计塔径查弗尔泛点关联图，得由教材图10-40查得圆整取D＝1.2m此时泛点半分率填料塔10-5 某填料精馏塔用以分离氯仿-1，1-二氯乙烷，在全回流下测得回流液组成x D＝8.05×10-3，残液组成x w＝8.65×10-4（均为1，1-二氯乙烷的摩尔分数）。

解题思路：1. 已知：p a =101.3kPa, ρ=1000kg/m 3, ρi =13600kg/m 3, R=120mm, H=1.2m 。

求：P A （绝）（Pa ），P A （表）（Pa ）解题思路：以1-2-3为等压面，列静力学方程：P A =P 1+ρg (H-R) P 1=P 2=P 3 P 3=Pa+ρi Rg∴ P A = Pa+ρi Rg+ρ(H-R)g P A （表）= P A （绝）- p a2. 已知：R=130mm, h=20cm, D=2m, ρ=980kg/m 3, ρi =13600kg/m 3。

管道中空气缓慢流动。

求：贮槽内液体的储存量W 。

解题思路：(1) 管道内空气缓慢鼓泡u=0，可用静力学原理求解。

(2) 空气的ρ很小，忽略空气柱的影响。

H ρg =R ρi gW=41πD 2·(H+h)ρ3. 已知：T=20℃（苯），ρ=880kg/m 3, H=9m, d=500mm,h=600mm 。

求：(1) 人孔盖受力F （N ） (2) 槽底压强P （Pa ）解题思路：(1) 由于人孔盖对中心水平线有对称性，且静压强随深度作线性变化,所以可以孔盖中心处的压强对全面积求积得F 。

F=P ·A=ρg(H-h)·41πd 2(2) P=ρg H4. 已知：H S =500mm ，ρ油=780 kg/m 3, ρ水=1000 kg/m 3 求：H （m ）。

解题思路：假定：由于液体流动速度缓慢，可作静力学处理，H S ρ油g=H ρgρρ⋅=∴油S H H5. 已知：ρi =13600kg/m 3, ρ=1000 kg/m 3, h 1=1.2m ，h 2=0.3m ，h 3=1.3m ，h 4=0.25m 。

求： ΔP AB (Pa)解题思路：P A -P C =(h 1-h 2)(ρi –ρ)g P C -P B =(h 3-h 4)(ρi –ρ)g∴ P A -P B =(h 1-h 2+h 3-h 4) (ρi –ρ)g 又Z A =Z B∴ΔP AB =ΔP AB6. 已知：D=9m ，m=10t求： P,Δh 。

13.2 课后习题详解（一）习题过程的方向和极限13-1 温度为30℃、水汽分压为2kPa的湿空气吹过如表13-1所示三种状态的水的表面时，试用箭头表示传热和传质的方向。

表13-1解：已知：t＝30℃，P＝2kPa，与三种状态水接触。

求：传热、传质方向（用箭头表示）查水的饱和蒸汽压以Δt为传热条件，为传质条件，得：表13-213-2 在常压下一无限高的填料塔中，空气与水逆流接触。

入塔空气的温度为25℃、湿球温度为20℃。

水的入塔温度为40℃。

试求：气、液相下列情况时被加工的极限。

（1）大量空气，少量水在塔底被加工的极限温度；（2）大量水，少量空气在塔顶被加工的极限温度和湿度。

解：已知：P＝101.3kPa，，逆流接触。

求：（1）大量空气，少量水，（2）大量水，少量空气，（1）大量空气处理少量水的极限温度为空气的湿球温度（2）大量水处理少量空气的极限温度为水的温度且湿度为查40℃下，过程的计算13-3 总压力为320kPa的含水湿氢气干球温度t＝30℃，湿球温度为t w＝24℃。

求湿氢气的湿度H（kg水/kg干氢气）。

已知氢-水系统的α/k H≈17.4kJ/（kg·℃）。

解：已知：P＝320kPa，t＝30℃，氢水-水系统，求：H（kg水/kg干氢气）查得24℃下，13-4 常压下气温30℃、湿球温度28℃的湿空气在淋水室中与大量冷水充分接触后，被冷却成10℃的饱和空气，试求：（1）每千克干气中的水分减少了多少？（2）若将离开淋水室的气体再加热至30℃，此时空气的湿球温度是多少？图13-1解：已知：P＝101.3 kPa，求：（1）析出的水分W（kg水/kg干气）（1）查水的饱和蒸汽压（2）设查得与所设基本相符，13-5 在t1＝60℃，H1＝0.02kg/kg的常压空气中喷水增湿，每千克的干空气的喷水量为0.006kg，这些水在气流中全部汽化。

若不计喷入的水本身所具有的热焓，求增湿后的气体状态（温度t2和湿度H2）。

第八章气体吸收问题1. 吸收的目的和基本依据是什么? 吸收的主要操作费用花费在哪?答1．吸收的目的是分离气体混合物。

基本依据是气体混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。

操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。

问题2. 选择吸收溶剂的主要依据是什么? 什么是溶剂的选择性?答2．溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。

溶剂对溶质溶解度大，对其他组份溶解度小。

问题3. E, m, H 三者各自与温度、总压有何关系?答3．m=E/P=HC M/P，m、E、H均随温度上升而增大，E、H基本上与总压无关，m反比于总压。

问题4. 工业吸收过程气液接触的方式有哪两种?答4．级式接触和微分接触。

问题5. 扩散流J A , 净物流N, 主体流动N M , 传递速率N A 相互之间有什么联系和区别?答5．N=N M+J A+J B, N A=J A+N M C A/C M。

J A、J B浓度梯度引起；N M微压力差引起；N A溶质传递，考察所需。

问题6. 漂流因子有什么含义? 等分子反向扩散时有无漂流因子? 为什么？答6．P/P Bm 表示了主体流动对传质的贡献。

无漂流因子。

因为没有主体流动。

问题7. 气体分子扩散系数与温度、压力有何关系? 液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系?答7．D气∝T1.81/P，D液∝T/μ。

问题8. 修伍德数、施密特数的物理含义是什么?答8．Sh=kd/D表征对流传质速率与扩散传质速率之比。

Sc=μ/ρD表征动量扩散系数与分子扩散系数之比。

问题9. 传质理论中，有效膜理论与表面更新理论有何主要区别?答9．表面更新理论考虑到微元传质的非定态性，从k∝D推进到k∝ D0.5。

问题10. 传质过程中，什么时侯气相阻力控制? 什么时侯液相阻力控制?答10．mky<<kx时，气相阻力控制；mky>>kx时，液相阻力控制。

问题11. 低浓度气体吸收有哪些特点? 数学描述中为什么没有总物料的衡算式?答11．①G、L为常量，②等温过程，③传质系数沿塔高不变。

8.2 课后习题详解（一）习题气液相平衡8-1 在盛水的鼓泡吸收器中通入纯C02气，经长期接触后测得水中C02的平衡浓度为2.857×10－2mol/L溶液。

鼓泡器中的总压为l01.3kPa，水温30℃，溶液的密度ρm＝996kg/m3。

求亨利系数，并将此实验值与文献值E＝188.5MPa作比较。

图8-1解：已知：溶液，求：实验值。

将此实验与文献值E＝188.5MPa作比较。

查30℃水的饱和蒸汽压，长期通入后，对于稀溶液故a 1.1881810857.2996101.9723MP ＝＝－⨯⨯⨯⨯对文献值相对误差%21.05.1885.1881.188＝－－8-2 惰性气与C02的混合气中CO 2体积分数为30%，在表压1MPa 下用水吸收。

设吸收塔底水中溶解的CO 2达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压至表压20kPa,放出大部分CO 2，然后再在解吸塔中吹气解吸。

设全部操作范围内水与CO 2的平衡关系服从亨利定律，操作温度为25℃。

求1kg 水在膨胀槽中最多能放出多少千克CO 2气体。

图8-2解：已知：吸收塔底部达饱和。

求：水在膨胀槽中放出的量G 。

查系统，令当地大气压为321099.11066.13.01.1－＝＝⨯⨯⨯＝42221022.71066.1112.0－＝＝⨯⨯⨯⋅E y P 对稀溶液，其比质量分率OkgH kgCO 2233/1086.4181099.144－－＝＝⨯⨯⨯ OkgH kgCO 2234/1076.1181022.744－－＝＝⨯⨯⨯8-3 20℃的水与N 2气逆流接触以脱除水中溶解的O 2气。

塔底入口的N 2气中含氧体积分数为0.1%，设气液两相在塔底达到平衡，平衡关系服从亨利定律。

求下列两种情况下，水离开塔底时的最低含氧量，以mg/m 3水表示（1）操作压力（绝对）为101.3kPa 。

（2）操作压力（绝对）为40kPa 。

解：已知：用逆流吸收溶解于水中的塔底达平衡。

第八章气体吸收1.解：查引忙水的P£=4_24K：pa p=P-P3=lC1.3~4J4=97.0l5KPa 用十警=筮=歳riS笫xg®込解：査25兀，COa-HaO系统£ = 1,661x1"樹加i设当地大气压为I atm SP 1.033at,且不计S剂分压n巧=10+ 1.033= 11.033^2 =1.08^10^（绝）= 0.2+1.033= 1.23S3fi = 1.21xl0Wf^^ （绝）对稀濬痕其比质量分率代九.金1 0气址10今.'.X] = 44x ---------- =47弘訂艇禺。

187 >Cyin7& = 44K --------- = 1.73x10T辰Cq /炫禺018爪解1邓忙时，总二4.06x1^朋玖二406x1（/脸勺=1.38x10-^x32x10^ =4』27蛾£4> 解;筋0—Cb系统，2邙C时，^1 = 0.537xW^A?Pa = 0.537xl0W（2皆竺=竺沁竺曲"2仆计P101.3(q - jf) = 1.09x10'^ (y-儿)二0,005764UC, ^2 = 0 80x10^= 0.8x10^% _空-更迪込"如计PlOlJ兀-A =0.47x10"^ y-” = 0.003685、解：= fn^x= 50x2x10 "^= 0,01^-y^)j = 0.025-0.01 = 0.015(兀7)1 = (5-2)x10 Y= 3x10^丁 =坷乜=50 X— = 25P Q 2儿=??j2；c = 25x2x10 "=50x10**"話詈"2(y-儿L = 0 025-0.005 = 0,02(心-x)2 =(10-2)x10, = 8x10」说備2倍於=辟5& 解：査20忙水，Pa = 23346KPa, p& = 101.3-23346= 989654畑P 型=101.3-1・33 = 99・97级0OCQo = Q220xlL//s 辿工Q= O・252X1OY//S6K吸="F以呢0 =——=——91 D（严-仙W/6W =以羽=旳991 9 >9 0,孑叭刀% 诫弟宓"莎+而=百+-=^+T=〒⑴'鶴曲z/yifoixkt/ih< Z 、Z0lP8・[£x 01X89乙•0X81（昨丁皿回0恥他吨逊o心66二, 乙、/%用（迢严W）惫k, ■ or "d测0泌"e%J藍而"匕善5烽4宀1JV甲十I g=E^ = 3^N .*.BE 陀ef——W B W2护气兄 =-- =-= ---- 才=叫£H巾乙82£-09£^d-^d另肿域3乙厶= Z8T£-O9L = "d钟朋乙8 L£ W列L储吐觀°严/^匚966=旷$/严囚9?0=（7 5战S 常V吗6丁0 = $厶口乙=」7Vg L万=2厂険（吆-叱（〒）〒二可巩丁万/N9、解J (1) —=—+— T 疋=2.2x10*R«0"(s /) Ky 上y kxM =儿)=2・2xl0」x(0・05-2xa01) = 6・6"0"j^o/G ・M2) ⑵降螟培上回=0.0232〔空）0•气上_尸33d A pD・.・Q « P,D 8 —dkg g —斗y =上占与P 无关EP洛=—=M = —m = 1-25P p "F?+忌 nK 尸"281*1°厂 y ； = 0.05-1.25x0.01 "1 =疋；Cx-儿 riaxio"眄= 577%、〒" 1 1 W210、证明 5 '<* -- =—H -----Hy 上y &上占+竺心 C a 匕 a Lak,jf/HSP % =眩+ -% X而用=%叫=%叫 两式相除得%=轨闲Na=-MoG 证毕•J 411、证昵 由物料衡算得 "鬲十2®-儿）L底浓度吸收儿=mx ・》咛竽小2）G mG-L得3訂=寻訂=汕了 __________ 1 _________ / __________________ 变 _________如G-J-J”沁 严-」％加、丄严G 、y 八 歹-牴--0-乃） G--）歹十（可丁2 ■也巧）“pnG1（1-- ）M +J —In _______ ________ L ________空 乃-叨心L•••丄("一©) = GO,— ”)wzG mO一厂片_ 一匸儿+刑叫a 給（討款F1 _ wCJ _ ?w _ 1 A Z 剛旳的21=丄必1_715、解：(1)比=X (1-7)= 0・02X (1・0.95) = 0・001A = 1.50,-J 2)/(^-A2)= 1.5X (0.02-0.001)/(^^-0.0004) = 1.75 G广 jK] = ¥%-}^) + E = ；p^x(0.02-aCJ01)+00004 = 0.0113 (2) A/1 =yj-wx, = 0.02-12x0.0113= 6.44x10-3场=乃一加心=0 001-1-2x0.0004 = 5.2x10^咲。