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化工原理(天津大学)下册课后习题答案.

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化工原理(天津大学下册 课后习题参考答案

第五章 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-PB */(PA *-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 6H 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 C5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C6H 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 6H 14(B 的饱和蒸汽压

以 t = 248.2℃时为例,当 t = 248.2℃时 PB * = 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-PB */(PA *-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 = PA *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。

解:①计算平均相对挥发度

理想溶液相对挥发度 α= PA */PB *计算出各温度下的相对挥发度 :

t(℃ 248.0 251.0 259.1 260.6 275.1 276.9 279.0 289.0 291.7 304.8 309.3

α - - - - 5.291 5.563 4.178 - - - - 取 275.1℃和 279℃时的 α值做平均 αm =

(5.291+4.178 /2 = 4.730

②按习题 2的 x 数据计算平衡气相组成 y 的值

当 x = 0.3835时,

y = 4.73×0.3835/[1+(4.73-1×0.3835]= 0.746

同理得到其他 y 值列表如下

t(℃ 260.6 275.1 276.9 279 289

α 5.291 5.563 4.178

x 1 0.3835 0.3308 0.2085 0

y 1 0.746 0.700 0.555 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 0.6(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 = 0.46x + 0.549

解:①简单蒸馏

由 ln(W/F=∫ x xF dx/(y-x 以及气液平衡关系 y = 0.46x + 0.549

得 ln(W/F=∫ x xF dx/(0.549-0.54x = 0.54ln[(0.549-0.54xF /(0.549-0.54x] ∵汽化率

1-q = 1/3则 q = 2/3 即 W/F = 2/3

∴ ln(2/3 = 0.54ln[(0.549-0.54×0.6/(0.549-0.54x] 解得

x = 0.498 代入平衡关系式 y = 0.46x + 0.549 得

y = 0.804

②平衡蒸馏

由物料衡算 FxF = Wx + Dy

D + W = F 将 W/F = 2/3代入得到

x F = 2x/3 + y/3 代入平衡关系式得

x = 0.509 再次代入平衡关系式得 y = 0.783

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 0.3(二硫化碳的质量分率,下同 。若要求釜液组成 x W

不大于 0.05,

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 = DxD /FxF = 88%得 馏出液的质量流量

DxD = FxF 88% = 4000×0.3×0.88 = 1056kg/h

结合物料衡算 FxF = WxW + DxD

D + W = F 得 x D = 0.943

馏出液的摩尔流量 1056/(76×0.943 = 14.7kmol/h

以摩尔分率表示馏出液组成 xD = (0.943/76/[(0.943/76+(0.057/154]

= 0.97

6. 在常压操作的连续精馏塔中分离喊甲醇 0.4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。

液相中甲醇的 气相中甲醇的 温度 液相中甲醇的 气相中甲醇的

78.0 0.30 0.665

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 = 2313.6kJ/kg

57.6℃时 ,甲醇的比热 CV1 = 2.784kJ/(kg·℃

水蒸汽的比热 CV2 = 4.178kJ/(kg·℃

查附表给出数据 当 x A = 0.4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+Q2 / Q2 = 1 + (Q 1/Q2

Q1 = 0.4×32×2.784×(75.3-40 = 2850.748kJ/kg

Q2 = 825×0.4×32 + 2313.6×0.6×18 = 35546.88 kJ/kg

∴ q = 1 +(Q 1/Q2 = 1.08

(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 0.95,釜液组成为 0.04

(以上均为易挥发组分的摩尔分率 ,回流比为 2.5,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 FxF = WxW + DxD

D + W = F 代入数据得

W = 60.44 kmol/h

∴ 产品流量 D = 100 – 60.44 = 39.56 kmol/h

②精馏段的下降液体流量 L

L = DR = 2.5×39.56 = 98.9 kmol/h

③提馏段的上升蒸汽流量 V '

40℃进料 q = 1.08

V = V' + (1-q F = D(1+R = 138.46 kmol/h

∴ V' = 146.46 kmol/h

8. 某连续精馏操作中,已知精馏段 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 = 0.723x + 0.263 过(x D , x D ∴ x D = 0.949

提馏段 y = 1.25x – 0.0187 过(x W , x W ∴ x W = 0.0748

精馏段与 y 轴交于 [0 , x D /(R+1 ] 即 xD /(R+1 = 0.263

∴ R = 2.61

连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为(0.5345 , 0.6490

∴ xF = 0.649

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 0.5(摩 尔分率,下同 。塔顶馏出液组成为 0.9,塔底釜残液组成为 0.1,回流比为 2.0,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= 2.46

精馏段操作线方程 y = Rx/(R+1 = 2x/3 + 0.9/3

= 2x/3 + 0.3

精馏段 y1 = xD = 0.9由平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1x] 得

x 1 = 0.7853 再由精馏段操作线方程 y = 2x/3 + 0.3 得

y 2 = 0.8236 依次得到 x 2 = 0.6549 y3 = 0.7366

x 3 = 0.5320 y4 = 0.6547

x 4 = 0.4353 ∵ x 4﹤ xF = 0.5 < x3

精馏段需要板层数为 3块

提馏段 x1' = x4 = 0.4353

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化工原理第二版(下册)夏清贾绍义课后习题解答带图资料

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完美资料整理 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 PB

A

P = 99kPa ，则由 x = (P-P B

*)/(P *)/(P *-P

A *) 可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡 t-x

B

图数据。 WORD格式可以编辑

完美资料整理 1WORD格式可以编辑

完美资料整理 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（ C5H12）和正己烷（ C6H14）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 5H12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3

K C 6H14 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 C5H12（A）和 C6H14（B）的饱和蒸汽压

以 t = 248.2 ℃时为例，当 t = 248.2 ℃时 PB * =

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化工原理(姚玉英) 习题解答

01章

概念

1．单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。

3．流体是由无数分子集团所组成的连续。

6．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的静压强。

7．以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。

10．当被测流体的绝对压强大于外界大气压强时，所用的测压仪表称为压强表。

12．压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。

16．被测流体的绝对压强小于外界大气压强时，所用测压仪表称为真空表。

20．真空表上的读数表示被测流体的绝对压强低于大气压强的读数。

28．绝对压强等于大气压强与表压强之和。

35．真空度等于大气压强表压强绝对压强。

37．单位时间内流过管道任意截面的流体量称为流量。

39．单位时间内流体在流动方向上所流过的距离称为流速。

43．柏努利方程式中的gz项表示单位质量流体所具有的位能，项表示单位质量流体所具有的动能，项表示单位质量流体所具有的静压能，we项表示单位质量流体通过泵（或其他输送设备）所获得的能量，称为有效功， 项表示单位质量流体因克服流动阻力而损失的能量。

55．流体在直管中流动，当Re≤2000时，流体的流动类型属于层流，当Re≥4000时，流体的流动类型属于湍流，当2000＜Re＜4000时，流体的流动类型属于不稳定的过渡区。

62．流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动。

64．流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动。

66．流体在圆管内层流流动时，平均速度是最大速度的一半。

80．对于非圆形管，当量直径等于四倍的流通截面积除以润湿周边。

81．层流与湍流的本质区别是层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。

二、简答题

3．简述层流与湍流的区别。

流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的漩涡。

天津大学第二版化工原理下册复习纲要

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第五章 复习思考题

1,吸收分离操作的依据是什么?

2,吸收操作在化工生产中有哪些应用?

3,气,液相组成有哪些表达方式?如何相互换算?

4,写出亨利定律表达式及各系数 E,H,m 间的换算关系

5,说明亨利定律的应用范围和条件.

6,说明物系,温度和压力如何影响系数 E,H 及 m?

7,简述相平衡在吸收过程中的应用.

8,如何选择吸收剂?

9,什么叫分子扩散?写出费克定律表达式.

10,何谓等分子反向扩散?何谓单向扩散?各有何特点?

11,何谓涡流扩散和对流传质?

12,简述双膜理论的要点.

13,类比传热速率方程式和吸收速率方程式,说明它们有何异同.

14,吸收推动力和阻力各有哪些表示方法?

15,吸收总系数和分系数有何关系?

16,不同单位的吸收系数如何换算?

17,何谓气膜控制和液膜控制?

18,提高吸收速率的途径是什么?

19,说明吸收率的定义.

20,吸收过程为什么常采用逆流操作?

21,写出吸收塔全塔衡算方程式和操作线方程式,它们各有何应用?

22,说明吸收塔操作线的图示方法.

23,什么是最小液气比?如何求算?

24,如何确定适宜液气比?液气比的大小对吸收操作有何影响?

25,低浓度气体吸收过程有何特点?

26,写出计算填料层高度的基本公式,该式应用条件是什么?

27,何谓传质单元高度?简述其物理意义.

28,何谓传质单元数?简述其物理意义.

29,如何计算传质单元数? L

30,当 m= V 时,如何计算平均推动力和传质单元数.

31,何谓脱吸因数和吸收因数?

32,何谓体积吸收总系数?

33, 当吸收操作时, 实际液气比小于最小液气比时, 该塔是否无法操作?为什么?

34,说明进塔液相组成大小对吸收操作的影响.

35,填料塔主要由哪些部件组成?各有何作用?

36,简述填料的作用和特性.

37,简述填料的主要类型.

38,填料塔的流体力学性能主要包括哪些?

化工原理第二版(下册)夏清贾绍义课后习题解答带图

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化工原理第二版夏清，贾绍义

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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PB*，PA*，由于总压

P = 99kPa，则由x = (P-PB*)/(PA*-PB*)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（C5H12）和正己烷（C6H14）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 C5H12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3

K C6H14 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C5H12（A）和C6H14（B）的饱和蒸汽压

以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 PB* = 1.3kPa 查得PA*= 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

PA*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300