化工原理答案18页wordWord文档格式.docx
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在y-x相图上找出xW=0.06、xF=0.50、xD=0.95，对应点为c、e、a。
由回流比R=2.6得精馏段操作线截距
在图中确定b点，并连接ab为精馏段操作线。
已知原料为饱和液体，故q=1，q线为e点出发的一条垂直线，与精馏段操作线交于d点，连接cd为提馏段操作线。
绘阶梯数为9，故NT=8（不包括再沸器）。
由图可知第五块为进料板。
14、在常压下用连续精馏塔分离甲醇－水溶液。
已知原料液中甲醇含量为0.35（摩尔分数，下同）馏出液及釜液组成分别为0.95和0.05，泡点进料，塔顶为全凝器，塔釜为间接蒸汽加热，操作回流比为最小回流比的2倍。
求
（1）理论板层数及进料板位置；
（2）从塔顶向下第二块理论板上升的蒸汽组成。
平衡数据见习题10。
解：
（1）根据第10题的平衡数据作出y-x图，由图中可知q线与平衡线交点坐标为
xq=0.35、yq=0.70
由式（6-36）得
R=2Rmin=2×
0.71=1.42
由精馏段操作线截距
与a点连接，作出精馏段操作线ab。
ab与q线交于d，连接cd即为提馏段操作线。
绘出阶梯数为8，故理论板层数为8（包括再沸器），进料板为第6块
（2）图中查得从塔顶第二块板上升的蒸汽组成为0.93。
15、用简捷法求算习题13中连续精馏塔所需的理论板层数。
由习题13图中读得q线与平衡线交点坐标为
xq=0.50yq=0.71
由式（6-36）得
吉利兰图中横坐标
由吉利兰图中读得纵坐标
由例6-2知αm=2.46
由式（6-34a）
所以
解之NT=8（不包括再沸器）
与习题13结果一致。
16、一常压操作的连续精馏塔中分离某理想溶液，原料液组成为0.4，馏出液组成为0.95（均为轻组分的摩尔分数），操作条件下，物系的相对挥发度α＝2.0，若操作回流比R=1.5Rmin，进料热状况参数q=1.5，塔顶为全凝器，试计算塔顶向下第二块理论板上升的气相组成和下降液体的组成。
由相平衡方程式
①
由q线方程
②
式①②联立求解，得到交点坐标
xq=0.484、yq=0.652
R=1.5Rmin=1.5×
1.77=2.66
精馏段操作线方程为
用逐板计算法：
因塔顶为全凝器，则y1=xD=0.95
由平衡线方程
得x1=0.905
由相平衡方程
得x2=0.85
17、用常压连续精馏塔分离苯－甲苯混合液。
已知原料液流量100kmol/h，组成为0.40，馏出液及釜液组成分别为0.95和0.03（均为摩尔分数），进料温度为40℃，塔顶全凝器，泡点回流，R=3.0，塔釜为间接蒸汽加热，加热蒸气压力为300kPa（绝压），若忽略热损失，试求：
（1）加热蒸汽用量；
（2）冷却水用量（设冷却水进出口温差为15℃）
由全塔物料衡算
查得xF=0.40时，泡点温度ts=96℃，而进料温度tF=40℃，故为冷进料。
查ts=96℃时苯、甲苯的汽化潜热为
rA=389.4KJ/kgrB=376.8KJ/kg
则rm=0.4×
389.4×
78+0.6×
376.8×
92=32950kJ/kmol
查
℃下CPA=CPB=1.88kJ/（kg.℃）
则CPm=0.4×
1.88×
92=162.4kJ/（kmol.℃）
精馏段上升蒸汽量V=（R+1）D=（3+1）×
40.22=160.88kmol/h
提馏段上升蒸汽量V‘=V+（q-1）F=160.88+（1.28-1）×
100=188.88kmol/h
塔釜和塔顶分别按纯甲苯和苯计算：
（1）查xw=0.03时ts‘=109.3℃，对应的汽化潜热rB=380kJ/kg
则QB=V‘rB=188.88×
380×
92=6.6×
106kJ/h
又查300kPa（绝压）下饱和水蒸气的汽化潜热r=2168.1kJ/kg，则塔釜加热蒸汽消耗量
（2）查xD=0.95时，ts‘’=81.2℃，对应的汽化潜热rc=400kJ/kg
则Qc=Vrc=160.88×
400×
78=5.02×
冷却水消耗量
18、在连续精馏塔中分离苯－甲苯混合液。
在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为0.28、0.41和0.57，试求三层板中较低两层板的液相单板效率。
操作条件下苯－甲苯混合液的平均相对挥发度可取2.5。
已知x1=0.57、x2=0.41、x3=0.28
又全回流时操作线方程为
y2=x1、y3=x2、y4=x3
故y2=0.57、y3=0.41、y4=0.28
得到
由式（6-46）
19、试计算习题14中精馏塔的塔径和有效高度。
已知条件如下：
（1）进料量为100kmol/h；
（2）塔釜压力为114kPa，对应温度为102℃，塔顶为常压，温度为66.2℃，塔釜间接蒸汽加热；
（3）全塔效率55％，空塔气速为0.84m/s，板间距为0.35m。
由习题14得知xF=0.35、xD=0.95、xW=0.05，泡点进料，R=1.42
F=D+W100=D+W
FxF=DxD+WxW100×
0.35=0.95D+0.05W
解之D=33.3kmol/h
V=V‘=（R+1）D=（1.42+1）×
33.3=80.59kmol/h
因全塔平均温度为
℃
所以平均操作压力为
圆整为1000mm
由于习题14已求出NT=7
所以NP=NT/E=7/0.55=12.7≈13
Z=（NP-1）HT=（13-1）×
0.35=4.2m
20、试计算习题19中冷凝器的热负荷、冷却水的消耗量以及再沸器的热负荷、加热蒸汽的消耗量。
（1）忽略冷凝器热损失，冷却水的进出口温度分别为25℃和35℃；
（2）加热蒸汽的压力为232.2kPa，冷凝液在饱和温度下排出，再沸器的热损失为有效传热量的12％。
塔顶可近似按纯甲醇计算，则查塔顶66.2℃下，rA=1130kJ/kg
由式（6-38）
QC=VrA=80.59×
1130×
32=2.91×
塔釜可近似按水计算，则查塔釜102℃下，rB=2252kJ/kg
由式（6-40）
QB=V‘rB+QL=80.59×
18×
2252×
1.12=3.66×
查加热蒸汽232.2kPa下，汽化潜热为2191.8kJ/kg，则
21、在连续精馏塔中分离二硫化碳－四氯化碳混合液。
原料液在泡点下进入塔内，其流量为4000kg/h、组成为0.3（摩尔分数，下同）。
馏出液组成为0.95，釜液组成为0.025。
操作回流比取最小回流比的1.5倍，操作压强为常压，全塔操作平均温度为61℃，空塔气速为0.8m/s，塔板间距为0.4m，全塔效率为50％。
试求：
（1）实际板层数；
（2）两产品质量流量；
（3）塔径；
（4）塔的有效高度。
（1）由y-x相图中q线与平衡线的交点坐标为xq=xF=0.3，yq=0.54
则
1.71=2.57
所以精馏段操作线的截距
在图中作出精馏段操作线和提馏段操作线，见附图。
得出NT=12-1=11块
NP=NT/E=11/0.5=22块
（2）解法一：
因MF=0.3×
76+0.7×
154=130.6kg/kmol
F=4000/130.6=30.63kmol/h
F=D+W30.63=D+W
FxF=DxD+WxW30.63×
0.3=0.95D+0.025W
解之D=9.11kmol/hW=21.52kmol/h
又MD=0.95×
76+0.05×
154=79.9kg/kmol
MW=0.025×
76+0.975×
154=152.05kg/kmol
所以D=9.11×
79.9=727.89kg/h
W=21.52×
152.05=3272.12kg/h
解法二：
各部分组成以质量分数表示
F=D+W4000=D+W
FwF=DwD+WwW40000×
0.175=0.904D+0.0125W
解之D=729kg/hW=3271kg/h
（3）因为泡点进料，故q=1V‘=V
V=（R+1）D=（2.57+1）×
9.11=32.52kmol/h
由式（6-49）
m
圆整为700mm。
（4）由式（6-47）
Z=（NP-1）HT=（22-1）×
0.4=8.4m
22、求习题21中冷凝器的热负荷和冷却水的消耗量以及再沸器的热负荷和加热蒸气的消耗量。
假设热损失可以忽略。
（1）塔内各处的操作温度为：
进料62℃、塔顶47℃、塔釜75℃。
回流液和馏出液温度为40℃。
（2）加热蒸气表压强为100kPa，冷凝水在饱和温度下排出。
（3）冷却水进出口温度分别为25℃和30℃。
（1）塔顶近似按CS2，因塔顶泡点温度ts=47℃，而回流液和馏出液温度tL=40℃，查47℃rA=350kJ/kg
47+40/2=43.5℃下CPA=0.98kJ/kg
Qc=（R+1）D[rA+CPA（ts-tL）]=（2.57+1）×
727.89×
[0.98×
（47-40）+350]
=9.3×
105kJ/h
（2）塔釜可近似按CCl4，查75℃下rB=195kJ/kg又V‘=V
QB=V‘rB=（2.57+1）×
195=5.07×
105kJ/h
查饱和水蒸气101.33+100=201.33kPa（绝压）下，r=2205kJ/kg
第七章干燥
1.常压下湿空气的温度为70℃、相对湿度为10％，试求该湿空气中水汽的分压、湿度、湿比容、比热及焓。
查得70℃下水的饱和蒸汽压为31.36kPa。
∴水汽分压
湿度
湿比容
比热
焓
2.已知湿空气的（干球）温度为50℃，湿度为0.02kg/kg干气，试计算下列两种情况下的相对湿度及同温度下容纳水分的最大能力（即饱和湿度），并分析压力对干燥操作的影响。
（1）总压为101.3kPa；
（2）总压为26.7kPa。
（1）
时：
由
查得50℃水的饱和蒸汽压为12.34kPa，则相对湿度
饱和湿度：
（2）
由此可知，当操作压力下降时，φ↓，HS↑，可吸收更多的水分，即减压对干燥有利。
3．在h-H图上确定本题附表中空格内的数值。
干球温度
t℃
湿球温度
ｔw℃
露点温度
ｔd℃
湿度
Ｈkg/kg干气
相对湿度
φ％
焓
hkJ/kg干气
水汽分压
ｐvkPa
1
（30）
（20）
15
0.011
40
60
1.9
2
（40）
25
0.015
30
80
2.2
3
（50）
35
（0.03）
23
140
4.5
4
37
35.5
0.042
6.2
5
（60）
32
28
0.027
（120）
6
（70）
45
42.5
0.063
240
（9.5）
4.常压下湿空气的温度为30℃，湿度为0.02kg水汽/kg干气，计算其相对湿度。
若将此湿空气经预热器加热到120℃时，则此时的相对湿度为多少？
湿空气中水汽分压
kPa
30℃时水蒸气的饱和蒸汽压pS=4.247kPa,则相对湿度
120℃时水蒸气的饱和蒸汽压p’S=198.64kPa,而湿空气中的水汽分压不变，则相对湿度变为
5.已知在总压101.3kPa下，湿空气的干球温度为30℃，相对湿度为50％，试求：
（1）湿度；
（2）露点；
（3）焓；
（4）将此状态空气加热至120℃所需的热量，已知空气的质量流量为400kg绝干气/h；
（5）每小时送入预热器的湿空气体积。
（1）查得30℃时水的饱和蒸汽压pS=4.247kPa,
水汽分压：
（2）露点
由
，可查得对应的饱和温度为18º
C，即为露点。
（3）焓
（4）所需热量
（5）湿空气体积
6.湿物料从含水量20％（湿基，下同）干燥至10％时，以1kg湿物料为基准除去的水份量，为从含水量2％干燥至1％时的多少倍?
当湿物料从含水量20%干燥至10%时，相应的干基湿含量分别为
kg/kg干料
绝干物料量
kg
除去的水分量
当湿物料从含水量2%干燥至1%时，相应干基含水量分别为
所以
即第一种情况下除去的水分量是第二种情况下的11.2倍。
7.在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后物料的含水量由10％降至2％（均为湿基）。
以热空气为干燥介质，初始湿度为0.008kg水汽/kg干气，离开干燥器时的湿度为0.05kg水汽/kg干气。
假设干燥过程无物料损失，试求：
（1）水分蒸发量；
（2）空气消耗量；
（3）干燥产品量。
（1）干基含水量
kg水／kg干料
kg水／kg干料
绝干物料量
kg干料/h
则水分蒸发量
kg/h
（2）绝干空气消耗量
新鲜空气用量
（3）干燥产品量
kg/h
或
8.温度t0＝20℃、湿度H0＝0.01kg水汽／kg干气的常压新鲜空气在预热器被加热到t1＝75℃后，送入干燥器内干燥某种湿物料。
测得空气离开干燥器时温度t2＝40℃、湿度H2 ＝0.024kg水汽／kg干气。
新鲜空气的消耗量为2000kg／h。
湿物料温度θ1＝20℃、含水量w１＝2.5％，干燥产品的温度θ2＝35℃、w2＝0.5％（均为湿基）。
湿物料平均比热cM＝2.89kJ／（kg绝干料·
℃）。
忽略预热器的热损失，干燥器的热损失为1.3kW。
（1）蒸发水分量；
（2）干燥产品量；
（3）干燥系统消耗的总热量；
（4）干燥系统的热效率。
（1）绝干空气量
kg干气/h
水分蒸发量
kg/h
（2）干基含水量
则干燥产品量
（3）干燥系统消耗的总热量
（5）干燥系统的热效率
若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则
9.湿度为0.018kg水汽/kg干气的湿空气在预热器中加热到128℃后进入常压等焓干燥器中，离开干燥器时空气的温度为49℃，求废气离开干燥器时的露点温度。
进入干燥器前
kJ/kg
∵等焓∴h1=h2
即
解得H2=0.0499kg水汽/kg干气
其中水汽分压
即为露点温度下得饱和蒸汽压，查饱和蒸汽压表，得td=40.3℃
10.用热空气干燥某种湿物料，新鲜空气的温度t0＝20℃、湿度H0＝0.006kg水汽／kg干气，为保证干燥产品质量，空气在干燥器内的温度不能高于90℃，为此，空气在预热器内加热到90℃后送入干燥器，当空气在干燥器内温度降至60℃时，再用中间加热器将空气加热至90℃，空气离开干燥器时温度降至t2＝60℃，假设两段干燥过程均可视为等焓过程，试求：
（1）在湿空气h-Ｈ图上定性表示出空气经过干燥系统的整个过程；
（2）汽化每千克水分所需的新鲜空气量。
空气状态变化过程如图所示。
A：
得
也即
又
故汽化1kg水所需干空气用量
新鲜空气用量
11.常压下干球温度为20℃、湿球温度为16℃的空气，经过预热器温度升高到50℃后送至干燥器。
空气在干燥器中的变化为等焓过程，离开时温度为32℃。
求：
（1）空气在预热前、预热后以及干燥后的状态参数（湿度及焓）；
（2）200m3原湿空气经干燥器后所获得的水分量。
（1）湿空气预热前：
由t0=20℃和tW0=16℃，由湿度图查得其湿度H0=0.009kg/kg干气，
kJ/kg干气
预热后：
t1=50℃，湿度不变，即H1=0.009kg/kg干气，
干燥后：
温度为t2=32℃，
因干燥器中为等焓过程，故
kJ/kg干气
由
得H2＝0.0163kg/kg干气
（2）原湿空气的比容
m3湿气/kg干气
绝干空气质量
kg干气
则在干燥器中获得的水分量
12．常压下，已知25℃时氧化锌物料的气固两相水分的平衡关系，其中当φ＝100%,Ｘ＊＝0.02kg水／kg干料；
当φ＝40％时，Ｘ＊＝0.007kg水／kg干料。
设氧化锌的初始含水量为0.25kg水／kg干料，若与t＝25℃，φ＝40％的恒定状态的空气长时间接触。
（1）该物料的平衡含水量和自由水分含量。
（2）该物料的结合水分含量和非结合水分含量。
（1）t＝25℃，φ＝40％时，
平衡含水量Ｘ＊＝0.007kg水／kg干料，
自由水分含量X-Ｘ＊＝0.25-0.007＝0.243kg水／kg干料；
（2）φ＝100%时的平衡含水量即为结合水分含量，即
结合水分含量Ｘ＊φ＝100%＝0.02kg水／kg干料，
非结合水分含量X-Ｘ＊φ＝100%＝0.25-0.02＝0.23kg水／kg干料。
13．用热空气在厢式干燥器中将10kg的湿物料从20％干燥至2％（均为湿基），物料的干燥表面积为0.8m2。
已测得恒速阶段的干燥速率为1.8kg/m2∙h，物料的临界含水量为0.08kg水/kg干料，平衡含水量为0.004kg水/kg干料，且降速阶段的干燥速率曲线为直线，试求干燥时间。
干基含水量
kg水/kg干料
干燥时间
14．某湿物料在恒定的空气条件下进行干燥，物料的初始含水量为15％，干燥4小时后含水量降为8％，已知在此条件下物料的平衡含水量为1％，临界含水量为6％（皆为湿基），设降速阶段的干燥曲线为直线，试求将物料继续干燥至含水量2％所需的干燥时间。
物料初始干基含水量
干燥4小时，物料的干基含水量
物料的平衡含水量（干基）
物料的临界含水量（干基）
物料的最终含水量（干基）为
因X2＞XC，故整个4小时全部是恒速干燥，
解得
当
kg水/kg干料时，包含恒速、降速两个阶段。
尚需干燥时间
第八章萃取
1.25℃时醋酸（A）–庚醇-3（B）–水（S）的平衡数据如本题附表所示。
醋酸（A）–庚醇-3（B）–水（S）在25℃下的平衡数据（质量%）
醋酸（A）
3-庚醇（B）
水（S）
3-庚醇（B）
0
96.4
3.6
48.5
12.8
38.7
3.5
93.0
47.5
7.5
45.0
8.6
87.2
4.2
42.7
3.7
53.6
19.3
74.3
6.4
36.7
1.9
61.4
24.4
67.5
7.9
29.3
1.1
69.6
30.7
58.6
10.7
24.5
0.9
74.6
41.4
39.3
19.6
0.7
79.7
45.8
26.7
27.5
14.9
0.6
84.5
46.5
24.1
29.4
7.1
0.5
92.4
20.4
32.1
0.0
0.4
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