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第五章 蒸馏5-1 苯和甲苯的饱和蒸气压数据如本题附表1所示。
根据表中数据作101.33kPa 下苯和甲苯溶液的t-x-y图及x-y 图。
此溶液服从拉乌尔定律。
习题5-1附表1温度 苯的饱和蒸气压甲苯的饱和蒸气压P A 0/kPa P B 0/kPa 80.2101.33 39.99 84.1 113.59 44.4 88.0 127.59 50.6 92.0 143.72 57.6 96.0 160.52 65.66 100 179.19 74.53 104 199.32 83.33 108 221.19 93.93 110.4233.05101.33解 根据拉乌尔定律，理想溶液上方各组分的平衡分压为 p A =p A °x A p B =p B °x B =（1－x A ）总压 B A p p P += 所以，BA BA p p p P x --=A x Pp Pp y A A A==根据附表1数据计算气液相中甲苯的摩尔分率见本题附表2，根据附表2数据可作出t-x-y 图及x-y 图，见习题5-1附图1。
习题5-1附表2温度 苯饱和蒸气压 甲苯饱和蒸气压x A y A P A 0/kPa P B 0/kPa 80.2101.33 39.99 1 1 84.1 113.59 44.4 0.823 0.923 88.0 127.59 50.6 0.66 0.83 92.0 143.72 57.6 0.508 0.72 96.0 160.52 65.66 0.376 0.60 100 179.19 74.53 0.256 0.453 104 199.32 83.33 0.155 0.305 108 221.19 93.93 0.058 0.127 110.4233.05101.33习题5-1附图15-2 在101.33kPa下正庚烷和正辛烷的平衡数据如本题附表1所示。
试求：（1）在101.33kPa下溶液中含正庚烷为0.35（摩尔分率）时的泡点及平衡蒸气的瞬间组成？（2）在101.33kPa下加热到117℃溶液处于什么状态？各相的组成如何？溶液被加热到什么温度全部气化为饱和蒸气？习题5-2附表198.4 1.0 1.0105 0.656 0.81110 0.487 0.673115 0.311 0.491120 0.157 0.280125.6 0 0解根据本题附表1数据作出t-x-y图，查图可得。
化⼯原理第五章习题及答案第五章蒸馏⼀、名词解释：1、蒸馏：利⽤混合物中各组分间挥发性不同的性质，⼈为的制造⽓液两相，并使两相接触进⾏质量传递，实现混合物的分离。
2、拉乌尔定律：当⽓液平衡时溶液上⽅组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正⽐。
3、挥发度：组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之⽐。
4、相对挥发度：混合液中两组分挥发度之⽐。
5、精馏：是利⽤组分挥发度的差异，同时进⾏多次部分汽化和部分冷凝的过程。
6、理论板：⽓液两相在该板上进⾏接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。
7、采出率：产品流量与原料液流量之⽐。
8、操作关系：在⼀定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下⼀层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。
9、回流⽐：精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之⽐。
10、最⼩回流⽐：两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要⽆限多理论板数的回流⽐。
11、全塔效率：在⼀定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之⽐。
12、单板效率：是⽓相或液相通过⼀层实际板后组成变化与其通过⼀层理论板后组成变化之⽐值。
⼆、填空题：1、在精馏塔的任意⼀块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的⽓相露点温度的⼤⼩相⽐是_________。
相等2、当塔板上____________________________________________________时，称该塔板为理论塔板。
离开的汽相与液相之间达到平衡时3、直接⽔蒸汽加热的精馏塔适⽤于__________________________________________________的场合。
难挥发组分为⽔，且要求釜液中易挥发组分浓度很低4、简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐________，其沸点则逐渐_________。
降低，升⾼5、间歇精馏操作中，若欲保持馏出液组成不变，必须不断______________，若保持回流⽐不变，则馏出液组成________________。
第五章传热1.一立式加热炉炉墙由厚150mm的耐火材料构成，其导热系数为λ1＝1.3W/(m·K)，其内外表面温度为ll00℃及240℃，试求通过炉墙损失的热量(W/m2)；若外加一层25mm，λ2＝0.3W/(m·K)的绝热材料，并假定炉内壁温度仍为1100℃，而热损失降至原来的57％，求绝热层外壁温度及两层交界面处的温度。
解：q='q='=q解'=q解得：'2t=609.8℃2某加热炉炉墙由耐火砖、绝热层与普通砖组成，耐火砖里侧温度为900℃，普通砖外侧温度为50℃，各层厚度分别为：耐火砖140mm，绝热层(石棉灰)20mm，普通砖280mm；各层导热系数：λ1＝0.93W/(m·K)，λ2＝0.064W/(m·K)，λ3=0.7W/(m·K)。
(1)试求每m2炉墙的热损失；(2)若普通砖的最高耐热温度为600℃，本题条件下，是否适宜?解： （1）2332211419.9847.028.0064.002.093.014.050900m W b b b t t q =++-=++-=λλλ（2）2333439.9847.050m W t t t q =-=-=λ 解得：3t =444℃ 适宜3.用平板法测定某固体的导热系数，试件做成圆形薄板，直径d ＝120mm ，厚度为δ，与加热器的热表面及冷却器的冷表面直接接触。
所传递的热量(一维导热)0.96A ，电压为t 2＝30℃；由于安)，试求： (1)差。
2.67 W /(m·K)。
(2) 解：Q A =0113.0⨯λλA解得：))/((236.34K m W ⋅=δλ 不忽略空气缝隙的影响：08.580113.067.2101.01078.3101.030180323221141=⨯+⨯+⨯⨯-=++-=---λδλδλλA b A b t t Q解得：))/((778.37K m W ⋅=δλ 相对误差：%4.9%100778.37778.37236.34-=⨯-δδδ(2)如果计入辐射传热，导热速率Q 应减小，得出的导热系数应减小，所以上题的误差将减小。
第一章绪论习题1.热空气与冷水间的总传热系数K值约为42.99k c a l/（m2・h・℃），试从基本单位换算开始，将K值的单位改为W/（m2・℃）。
[答案:K＝50M（m2・C）]。
解：从附录查出：1k c a l＝1.1622×10-3K W·h=1.1622W·h所以：K=42.99K c a l/（m2·h·℃）＝42.99K c a l/（m2·h·℃）×（1.1622W·h/1k c a l）＝50w/（m2·℃）。
2.密度ρ是单位体积物质具有的质量。
在以下两种单位制中，物质密度的单位分别为:S I k g/m2；米制重力单位为：k g f.s2/m4;常温下水的密度为1000k g/m3，试从基本单位换算开始，将该值换算为米制重力单位的数值。
〔答案:p＝101.9k g f/s2/m4〕解：从附录查出：1k g f＝9.80665k g·m/s2，所以1000k g/m3＝1000k g/m3×[1k g f/(9.80665k g·m/s2)]=101.9k g f·s2/m4.3.甲烷的饱和蒸气压与温度的关系符合下列经验公式：今需将式中p的单位改为P a，温度单位改为K，试对该式加以变换。
〔答案:〕从附录查出：1m m H g=133.32P a，1℃＝K－273.3。
则新旧单位的关系为：P＝P’/133.32;t＝T－273.3。
代入原式得：l g（P’/133.32）＝6.421-352/（T－273.3+261）；化简得l g P=8.546－3.52/(T-12.3).4.将A、B、C、D四种组分各为0.25（摩尔分数，下同）的某混合溶液，以1000m o l/h 的流量送入精馏塔内分离，得到塔顶与塔釜两股产品，进料中全部A组分、96％B组分及4％C组分存于塔顶产品中，全部D组分存于塔釜产品中。
习题相平衡1．已知甲醇和丙醇在80℃时的饱和蒸汽压分别为181.13kPa 和50.92kPa ，且该溶液为理想溶液。
试求：（1）80℃时甲醇与丙醇的相对挥发度；（2）若在80℃下汽液两相平衡时的液相组成为0.6，试求汽相组成； （3）此时的总压。
解：（1）甲醇与丙醇在80℃时的相对挥发度557.392.5013.181===o BoA p p α（2）当x=0.6时 ()842.06.0)1557.3(16.0557.311=⨯-+⨯=-+=x x y αα（3）总压kPa yxp p o A 07.129842.06.013.181=⨯==2．已知二元理想溶液上方易挥发组分A 的气相组成为0.45（摩尔分率），在平衡温度下，A 、B 组分的饱和蒸汽压分别为145kPa 和125kPa 。
求平衡时A 、B 组分的液相组成及总压。
解：对二元理想溶液的气液平衡关系可采用拉乌尔定律及道尔顿分压定律求解。
已知理想溶液 ,45.0y =A 则0.5545.0-1y 1y A B ==-= 根据拉乌尔定律 A oA A x p p = ，B oB B x p p = 道尔顿分压定律 A A p p y = ，B B p p y = 则有 o A A p p x A y =,op p x BBB y = 因为 1x x B =+A所以 1p y p y 0B BA =⎪⎪⎭⎫⎝⎛+o Ap即 11250.551450.45=⎪⎭⎫ ⎝⎛+p可解得 p =133.3 kPa 则液相组成 414.014545.03.133y A =⨯==oAA p p x586.0414.01x 1A B =-=-=x3．苯（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸气压和温度的关系（安托因方程）为24.22035.1206032.6log +-=t p oA58.21994.1343078.6log +-=t p oB 式中oA p 单位为k a P ，t 的单位为℃。
《化工原理》课本习题答案第一章流体流动1 PA（绝）= 1.28×105 N/m2PA（表）= 2.66×104N/m22 W = 6.15吨3 F = 1.42×104NP = 7.77×104Pa4 H = 0.39m5 △P = 2041×105N/m26 P = 1.028×105Pa△h = 0.157m7 P（绝）= 18kPa H = 8.36m8 H = R PA> PB9 略10 P = Paexp[-Mgh/RT]11 u = 11.0m/s ; G = 266.7kg/m2sqm = 2.28kg/s12 R = 340mm13 qv = 2284m3/h14 τ= 1463s15 Hf = 0.26J/N16 会汽化1718 F = 4.02×103N19 略20 u2 = 3.62m/s ; R = 0.41m21 F = 151N22 v = 5.5×10-6m2/s23 =0.817 a = 1.0624 略25 P（真）= 95kPa ; P（真）变大26 Z = 12.4m27 P（表）= 3.00×105N/m228 qv = 3.39m3/h P1变小 P2变大29 qv = 1.81m3/h30 H = 43.8m31 τ= 2104s32 He = 38.1J/N33 qv =0.052m3/s=186m3/h34 qv1 = 9.7m3/h ; qv2 = 4.31m3/hqv3 = 5.39m3/h ; q,v3 = 5.39m3/h35 qvB/qvC = 1.31 ; qvB/qvC =1.05 ;能量损失36 P1（绝）=5.35×105Pa37 = 13.0m/s38 qv = 7.9m3/h39 qVCO2（上限）=3248l/h40 = 500 l/s ; τ=3×104PaF = 3×102N P = 150w41 he = 60.3J/kg42 τy = 18.84Pa μ∞ = 4.55Pa·s43 τy = 39.7Pa44 略第二章流体输送机械1 He = 15+4.5×105qV2He = 45.6J/N Pe = 4.5KW2 P = ρω2r2/2 ; Φ/ρg = u2/2g = 22.4J/N3 He = 34.6J/N ; η = 64％4 略5 qV = 0.035m3/s ; Pe = 11.5KW6 串联7 qV = 0.178m3/min ; qV, = 0.222m3/min8 会汽蚀9 安装不适宜，泵下移或设备上移10 IS80-65-160 或 IS100-65-31511 ηV = 96.6％12 不适用13 P = 33.6KW ; T2 = 101.0℃14 qV = 87.5m3/h ; 选W2第三章流体的搅拌1 略2 P = 38.7w ; P’ = 36.8w3 d/d1 = 4.64 ; n/n1 = 0.359 ; N/N1 = 100 第四章流体通过颗粒层的流动1 △φ = 222.7N/m22 △φ/L = 1084Pa/m3 V = 2.42m34 K = 5.26×10-4m2/s ; qe = 0.05m3/m25 A = 15.3m2 ; n = 2台6 略7 △V0 = 1.5L8 △V = 13L9 q = 58.4l/m2 ; τw = 6.4min10 τ = 166s ; τw = 124s11 K = 3.05×10-5m2/sVe = 5.06×10-2m3 ; V = 0.25m312 n’ = 4.5rpm ; L’/L = 2/3第五章颗粒的沉降和流态化1 ut = 7.86×10-4m/s ; ut’ = 0.07m/s2 dP = 88.8μm3 τ = 8.43×10-3s ; s = 6.75×10-5m4 dpmax = 3.6μm5 dpmin = 64.7μm ; ηP = 60％6 可完全分开7 ζRe2<488 η0 = 0.925 ; x出1 = 0.53x出2 = 0.27 ; x出3 = 0.20x出4 = 0 ; W出 = 59.9kg/day9 ε固 = 0.42 ; ε流 = 0.71 ; ΔФ = 3.14×104N/m210 略11 D扩 = 2.77m12 略第六章传热1 δ1 = 0.22m ; δ2 = 0.1m2 t1 = 800℃3 t1 = 405℃4 δ = 50mm5 (λ’-λ)/ λ = -19.7％6 略7 Q,/Q = 1.64 λ小的放内层8 a = 330W/m2*℃9 a = 252.5W/ m2*℃10 q = 3.69kw/m211 q1/q2 =112 w = 3.72×10-3kg/s ; w’=7.51×10-3kg/s13 Tg = 312℃14 Tw = 746K15 τ = 3.3hr16 ε A = 0.48 ; ε B = 0.4017 略18 热阻分率0.3％K’=49.0W/m2·℃ ; K,, = 82.1W/m2·℃19 w = 3.47×10-5kg/m·s ; tw = 38.7℃20 δ= 82mm21 a1 =1.29×104W/m2·℃ ; a,2 = 3.05×103W/m2·℃ ; R = 7.58*10-5m2·℃/W22 δ= 10mm ; Qmax = 11.3KW23 R = 6.3×10-3m2·℃/W24 n = 31 ; L = 1.65m25 L = 9.53m26 qm = 4.0kg/s ; A = 7.14m227 qm2 = 10.9kg/s ; n = 36 ; L = 2.06m ; q,m1 = 2.24kg/s28 qm = 0.048kg/s29 t2 = 76.5℃ ; t2 = 17.9℃30 t,2 = 98.2℃ ; 提高水蒸气压强T’=112.1℃31 qm1 = 1.24kg/s32 T,2 = 78.7℃ ; t,2 = 61.3℃33 T = 64.6℃ ; t2a = 123.1℃ ; t2b = 56.9℃34 t2 = 119℃35 τ = 5.58hr36 单壳层Δtm = 40.3℃ ; 双壳层Δtm’=43.9℃37 a = 781W/m2·℃38 L = 1.08m ; t2’=73.2℃39 NP = 2 ; NT = 114 ; L实 = 1.2L计 = 3.0m ; D = 460mm 第七章蒸发1 W = 1500kg/h ; w1 = 12.8％ ; w2 = 18.8％2 Δt = 12.0℃3 A = 64.7m2 ; W/D = 0.8394 W = 0.417kg/s ; K = 1.88×103W/m2·℃ ; w’= 2.4％5 t1 = 108.6℃ ; t2 = 90.9℃ ; t3 = 66℃6 A1 = A2 = 9.55m2第八章吸收1 E=188.1Mpa;偏差0.21%2 G=3.1×10-3kgCO2/kgH2O3 Cmin=44.16mg/m3水；Cmin=17.51mg/m3水4 （xe-x）=1.19×10-5；（y-ye）=5.76×10-3 ;(xe-x)=4.7×10-6 ;(y-ye)=3.68×10-35 (y-ye)2/(y-ye)1=1.33 ; (xe-x)2/(xe-x)1=2.676 τ=0.58hr7 τ=1.44×106s8 Kya=54.9kmol/m3·h ; H OG=0.291m ;液相阻力分率15.1%9 N A=6.66×10-6kmol/s·m2 ; N A’=1.05×10-5kmol/(s·m2)10 略11 略12 NOG=13 略14 略15 x1=0.0113; =2.35×10-3 ;H=62.2m16 (1)H=4.61m;(2)H=11.3m17 Gmin=0.489kmol/m2·h ; x2=5.43×10-618 HA=2.8m ; HB=2.8m19 (1)HOG=0.695m;Kya=168.6kmol/m3·h;(2)w=4.36kmol/h20 y2=0.00221 η’=0.87；x1’=0.0032522 y2’=0.000519第九章精馏1 （1）α1=2.370 ；α2=2.596 ；（2）αm=2.4842 t=65.35℃； xA=0.5123 t=81.36℃ ; yA=0.18724 (1)NT=7; (2)V=20.3kmol/h; (3)D=47.4kmol; W=52.6kmol25 t=60℃; xA=0.188; xB=0.361; xC=0.45126 x(A-D) :0.030;0.153;0.581;0.237 y(A-D) :0.141;0.306;0.465;0.08527 D/F=0.4975;W/F=0.5025; xD(A-D):0.402;0.591;0.007;9.7×10-5 ;xW(A-D):1.4×10-5;0.012;0.690;0.29828 N=14.1 ; N1=7.9第十章气液传质设备1 EmV=0.7582 ET=41%3 N实=104 D=1.2m5 HETP=0.356m6 D=0.6m; △P/H=235.44Pa/m第十一章萃取1 (1)E=64.1kg;R=25.9kg;x=0.06;y=0.046 (2)kA=0.767;β=14.62 (1)E=92.2kg;R=87.8kg;yA=0.13; xA=0.15(2)E°=21.31kg;R°=78.69kg;yA°=0.77;xA°=0.163 (1)R=88.6kg;E=130.5kg;yA=0.0854;yS=0.862;yB=0.0526;xS=0.0746;xB=0.82 5 (2)S=119.1kg4 xA2=0.225 E1=125kg;RN=75kg;yA1=0.148;yS1=0.763;yB1=0.089;xSN=0.0672;xBN=0.9136 (1)S/B=24.9;(2)S/B=5.137 (1)Smin=36.47kg/h (2)N=5.1第十二章其它传质分离方法1 m=47.7kg2 t1=44.9℃3 a=138.3m2/g4 τB=6.83hr5 W3=0.0825;qm2=5920.3kg/h; JV1=0.0406kg/m2·s;JV2=0.0141kg/m2·s 第十三章热质同时传递的过程1 略2 (1)θ1=20℃; (2)t2=40℃;H=0.0489kg水/kg干空气3 H=0.0423kgH2O/kg干H24 (1)W=0.0156kgH2O/kg干空气(2)tw3=18.1℃5 t2=45.2℃;H2=0.026kg水/kg干气6 W=2.25kg水/kg干气7 P2=320.4kN/m28 Z=2.53m第十四章固体干燥1 =74.2%; =5.6%2 W水=0.0174kg水/kg干气; Q=87.6kJ/kg干气3 略4 (1)ΔI=1.25kJ/kg干气;(2)t2=55.9℃;(3)t2=54.7℃5 (1)t2=17.5℃;H2=0.0125kg水/kg干气 (2) =10.0%6 自由含水量=0.243kg水/kg干料结合水量=0.02kg水/kg干料。
化⼯原理第五章吸收课后习题及答案.doc第五章吸收相组成的换算【5-1】空⽓和 CO 2 的混合⽓体中， CO 2的体积分数为 20%，求其摩尔分数 y 和摩尔⽐ Y 各为多少？解因摩尔分数 =体积分数， y0.2 摩尔分数y 0 2摩尔⽐Y.025．1y 1 0 2.【5-2】 20℃的 l00g ⽔中溶解 lgNH 3, NH 3 在溶液中的组成⽤摩尔分数 x 、浓度 c 及摩尔⽐ X 表⽰时，各为多少？解摩尔分数 x 1 / 17=0．01051 / 17100／18浓度 c 的计算 20℃，溶液的密度⽤⽔的密度s998 .2kg / m 3 代替。
3n 1 10 3/ 17kmol溶液中 NH 的量为溶液的体积 V101 10 3 / 998.2 m 3溶液中 NH 3 的浓度n 1 10 3 /173=0．581／mV101 103998 2kmol/.s998 23或c x.0 0105 0 582M s 18．． kmol ／mNH 3 与⽔的摩尔⽐的计算1 /17 X0．0106100 / 18x 0 0105或 X. 0．01061 x 1 0 0105 .【 5-3 】进⼊吸收器的混合⽓体中， NH 3 的体积分数为 10%，吸收率为 90%，求离开吸收器时 NH 3 的组成，以摩尔⽐ Y 和摩尔分数 y 表⽰。
吸收率的定义为被吸收的溶质量Y 1 Y 21 Y 2原料⽓中溶质量摩尔⽐ 1y . 0 111 11 0 1Y1y .吸收器出⼝混合⽓中 NH 3 的摩尔⽐为Y1 Y （1 09）0111 0 0111 2() 1.. . 摩尔分数Y 2 = 0 01110 01098 y 21 1 .Y 2 0 0111 ..⽓液相平衡【 5-4 】 l00g ⽔中溶解 lg NH 3 ，查得 20℃时溶液上⽅ NH 3 的平衡分压为 798Pa 。
此稀溶液的⽓液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数 E( 单位为 kPa ) 、溶解度系数 H[单位为3kPa) ] 和相平衡常数 m 。
下册第一章蒸馏解：总压 P=75mmHg=10kp 。
由拉乌尔定律得出 0A p x A ＋0B p x B =P 所以 x A =000B A B p p p p --；y A =p p A 0000BA Bp 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＝00BAp p 。
所以可得出t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0i 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∑iα=1.318。
α对i α的最大相对误差＝%6.0%100)(max=⨯-αααi 。
（2）由xxx 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==∇iy y m ax)(0.3%。
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第八章传质过程导论第八章传质过程导论1．含有 CCl 4 蒸汽的空气，由 101.3kPa(绝)、293K 压缩到 l013kPa(绝)后，进行冷却冷凝，测出 313K 下开始有 CCl 4 冷凝，混合气出冷凝器时的温度为 300K 求： (l)压缩前、压缩后开始冷凝前与出冷凝器时，CCl 4 蒸汽的质量分率、质量比和摩尔浓度。
(2)出冷凝器时 CCl 4 蒸汽冷凝的百分率。
四氯化碳的饱和蒸汽压数据如下： 273 283 288 T /K 293 89.8 300 123 313 210p / mmHg 33.7 注：1mmHg = 133.3 p a55.671.1解：(1)l013kPa(绝)，313K 下开始有 CCl 4 冷凝，则210 × 101.3 760 y= = 0.0276 1013 0.0276 × 154 压缩前： a = = 0.131 0.0276 ×154 + (1 0.0276) × 29 0.0276 × 154 a= = 0.15 (1 0.0276) × 29 yp 0.0276 × 101.3 C= = = 1.15 × 10 3 kmol / m 3 RT 8.314 × 293 压缩后开始冷凝前： a = 0.131 ， a = 0.15 yp 0.0276 × 1013 C= = = 1.07 × 10 2 kmol / m 3 RT 8.314 × 313 123 × 101.3 760 出冷凝器时： y ' = = 0.0162 1013 0.0162 × 154 a' = = 0.080 0.0162 × 154 + (1 0.0162) × 29 0.0162 × 154 a'= = 0.087 (1 0.0162) × 29第 1 页第八章传质过程导论yp 0.0162 × 1013 = = 6.58 × 10 3 kmol / m 3 RT 8.314 × 300 a a' 0.15 0.087 × 100% = 42% (2) × 100% = a 0.15 C=2．二氧化硫与水在 30℃下的平衡关系为： a (kgSO2 / 100kgH 2 O) 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 52 1.0 79 1.5 1254.7 11.8 19.5 36 试求总压为 101.3kPa(绝)下的 x y 关系，并作图。
第五章 蒸馏5-1 苯和甲苯的饱和蒸气压数据如本题附表1所示。
根据表中数据作101.33kPa 下苯和甲苯溶液的t-x-y图及x-y 图。
此溶液服从拉乌尔定律。
习题5-1附表1温度 苯的饱和蒸气压甲苯的饱和蒸气压P A 0/kPa P B 0/kPa 80.2101.33 39.99 84.1 113.59 44.4 88.0 127.59 50.6 92.0 143.72 57.6 96.0 160.52 65.66 100 179.19 74.53 104 199.32 83.33 108 221.19 93.93 110.4233.05101.33解 根据拉乌尔定律，理想溶液上方各组分的平衡分压为 p A =p A °x A p B =p B °x B =（1－x A ）总压 B A p p P += 所以，BA BA p p p P x --=A x Pp Pp y A A A==根据附表1数据计算气液相中甲苯的摩尔分率见本题附表2，根据附表2数据可作出t-x-y 图及x-y 图，见习题5-1附图1。
习题5-1附表2温度 苯饱和蒸气压 甲苯饱和蒸气压x A y A P A 0/kPa P B 0/kPa 80.2101.33 39.99 1 1 84.1 113.59 44.4 0.823 0.923 88.0 127.59 50.6 0.66 0.83 92.0 143.72 57.6 0.508 0.72 96.0 160.52 65.66 0.376 0.60 100 179.19 74.53 0.256 0.453 104 199.32 83.33 0.155 0.305 108 221.19 93.93 0.058 0.127 110.4233.05101.33习题5-1附图15-2 在101.33kPa下正庚烷和正辛烷的平衡数据如本题附表1所示。
试求：（1）在101.33kPa下溶液中含正庚烷为0.35（摩尔分率）时的泡点及平衡蒸气的瞬间组成？（2）在101.33kPa下加热到117℃溶液处于什么状态？各相的组成如何？溶液被加热到什么温度全部气化为饱和蒸气？习题5-2附表198.4 1.0 1.0105 0.656 0.81110 0.487 0.673115 0.311 0.491120 0.157 0.280125.6 0 0解根据本题附表1数据作出t-x-y图，查图可得。
（1）在101.33kPa下溶液中含正庚烷为0.35时的泡点为113.7℃；平衡蒸汽瞬间组成为：正庚烷0.54（摩尔分率，下同），正辛烷为0.46。
（2）在101.33kPa下加热到117℃溶液处于气液混合状态（或气液平衡状态）；此时液相组成：正庚烷0.25，正辛烷0.75；气相组成：正庚烷0.42，正辛烷0.58；加热到118.7℃全部变为饱和蒸汽。
习题5-2附图5-3 利用习题5-1的数据（1）计算相对挥发度α； （2）写出平衡方程式；（3）算出x-y 的一系列平衡数据与习题5-1作比较。
解 （1）理想溶液BA p p =α计算结果如本题附表1所示。
习题5-3附表1温度 苯的饱和蒸气压甲苯的饱和蒸气压相对挥发度温度/℃ P A 0/kPa P B 0/kPa α 80.2 101.33 39.99 2.534 84.1 113.59 44.4 2.558 88.0 127.59 50.6 2.522 92.0 143.72 57.6 2.495 96.0 160.52 65.66 2.445 100 179.19 74.53 2.404 104 199.32 83.33 2.392 108 221.19 93.93 2.355 110.4233.05101.332.300（2）()xa ax y 11-+=，α可取塔顶底平均值，42.22300.2534.2=+=α即 xxy 42.1142.2+=（3）由BA BA p p p P x --=，()xa ax y 11-+=计算比较。
由本题附表2看出，两种计算方法结果基本一致。
习题5-3附表2温度 苯饱和蒸气压 甲苯饱和蒸气压x A y A y A 温度/℃ P A 0/kPa P B 0/kPa 习题5-1计算本题计算 80.2 101.33 39.99 1 1 1 84.1 113.59 44.4 0.823 0.923 0.918 88.0 127.59 50.6 0.66 0.83 0.824 92.0 143.72 57.6 0.508 0.72 0.714 96.0 160.52 65.66 0.376 0.60 0.593 100 179.19 74.53 0.256 0.453 0.454 104 199.32 83.33 0.155 0.305 0.307 108 221.19 93.93 0.058 0.127 0.130 110.4233.05101.335-4 苯和甲苯在92℃时的饱和蒸气压分别为143.73kPa 和57.6kPa 。
试求苯的摩尔分率为0.4，甲苯的摩尔分率为0.6的混合液在92℃各组分的平衡分压、系统压力及平衡蒸气组成。
此溶液可视为理想溶液。
解 根据拉乌尔定律，理想溶液上方的平衡分压为 p A =p A °x A =143.73×0.4=57.492kPap B =p B °x B = 57.6×0.6=34.56 kPaB A p p P +==92.052 kPaPp y A A ==57.492/92.052=0.625y B =1-0.625=0.3755-5 甲醇和乙醇形成的混合液可认为是理想物系，20℃时乙醇的蒸气压为5.93 kPa ，甲醇为11.83kPa 。
试求：（1）两者各用100g 液体，混合而成的溶液中甲醇和乙醇的摩尔分率各为多少？ （2）气液平衡时系统的总压和各自的分压为多少？气相组成为多少？ 解 （1）甲醇摩尔质量M A =32kg/kmol ，乙醇摩尔质量M B =46kg/kmol 甲醇的摩尔分率x A =100/32/（100/32+100/46）=0.59 乙醇的摩尔分率x B =1-0.59=0.41 （2）p A =p A °x A =11.83×0.59=6.98kPap B =p B °x B = 5.93×0.41=2.43 kPaB A p p P +==9.41 kPaPp y A A ==6.98/9.41=0.74y B =1-0.74=0.265-6 由正庚烷和正辛烷组成的溶液在常压连续精馏塔中进行分离。
混合液的质量流量为5000kg/h ，其中正庚烷的含量为30%（摩尔百分数，下同），要求馏出液中能回收原料中88%的正庚烷，釜液中含正庚烷不高于5%。
试求馏出液的摩尔流量及摩尔分率。
解 正庚烷摩尔质量M A =100kg/kmol正辛烷摩尔质量M B =114kg/kmol混合溶液的平均摩尔质量M m =100×0.3+114×0.7=109.8 kg/kmol 混合液的摩尔流量F =5000/109.8=45.54kmol/h依题意，塔顶易挥发组分回收率φ1=%100FD Fx Dx =0.88F=D+WFx F =Dx D +Wx WWx W =0.12 Fx F得W =32.79 kmol/h ，D =F -W=45.54-32.79=12.75 kmol/h ，x D =0.943（摩尔分率）5-7 将含24%（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入—连续精馏塔中。
要求馏出液含95%易挥发组分，釜液含3%易挥发组分。
送至冷凝器的蒸气摩尔流量为850kmol/h ，流入精馏塔的回流液为670kmol/h 。
试求（1）每小时能获得多少kmol 的馏出液？多少kmol 的釜液？ （2）回流比R = ？解 （1）D = V-L =850-670=180 kmol/hF=D+WFx F =Dx D +Wx W W =608.6 kmol/h （2）R =L /D =3.725-8 有10000kg/h 含物质A （摩尔质量为78）0.3（质量分率，下同）和含物质B （摩尔质量为90）0.7的饱和蒸气自一连续精馏塔底送入。
若要求塔顶产品中物质A 的浓度为0.95，釜液中物质A 的浓度为0.01，试求（1）进入冷凝器的蒸气量为多少？以摩尔流量表示之。
（2）回流比R 为多少？解（1）物质A 的摩尔分率x A =0.3/78/（0.3/78+0.7/90）=0.33混合蒸汽的平均摩尔质量M m =78×0.33+90×0.67=86.04kg/kmol 进入冷凝器的蒸气量即为原料蒸汽的量F =10000/86.04=116.2kmol/h （2）塔顶产品中物质A 的摩尔分率x D =0.95/78/(0.95/78+0.05/90)=0.956 釜液中物质A 的的摩尔分率x W =0.01/78/(0.01/78+0.99/90)=0.0115 F=D+WFx F =Dx D +Wx WD =39.14 kmol/h W =77.06 kmol/hR =L /D =W /D =1.975-9 某连续精馏塔，泡点加料，已知操作线方程如下：精馏段 y =0.8x +0.172 提馏段 y =1.3x －0.018 试求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。
解 由精馏段操作线方程D n 1n 111x R x R R y +++=+和已知操作线方程y =0.8x +0.172比较得，8.01=+R R ，172.01D =+R x所以，R =4，x D =0.86 对于泡点进料，则F L L +='=RD +F =4D +F V V ='=（R +1）D =5D提馏段操作线方程W m 1m x V W x V L y '-''='+和已知操作线方程y =1.3x －0.018比较V L ''=(4D +F ）/5D =1.3F /D =2.5Wx W /5D =0.018x W =0.06 x F =0.385-10 要在常压操作的连续精馏塔中把含0.4苯及0.6甲苯溶液加以分离，以便得到含0.95苯的馏出液和0.04苯（以上均为摩尔分率）的釜液。
回流比为3，泡点进料，进料摩尔流量为100kmol/h 。
求从冷凝器回流入塔顶的回流液的摩尔流量及自釜升入塔底的蒸气的摩尔流量。
解 已知x F =0.4，x D =0.95，x W =0.04，R =3，F =100kmol/h ，求L =？V ′=？总物料 F=D+W 即100= D+W易挥发组分 Fx F =Dx D +Wx W 100 ×0.4= D ×0.95+W ×0.04 得D =39.56kmol/hL =RD =118.68 kmol/h ，V V ='=（R +1）D =158.24 kmol/h5-11 在连续精馏塔中将甲醇30%（摩尔百分数，下同）的水溶液进行分离，以便得到含甲醇95%的馏出液及3%的釜液。
