化工原理课后题答案Word文件下载.docx

1、y = 1+= 同理得到其他y值列表如下 y 1 0 曲线如图t-x-y曲线和原先的t-x-y作出新的 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4.，试求两种情况下的斧液和馏出液组成。假1/3蒸馏和平衡蒸馏，若汽化率为 y = + 设在操作范围内气液平衡关系可表示为 解：简单蒸馏x 以及气液平衡关系y = + 由ln（W/F）=dx/（y-x） xFx 2/3 即 W/F = 则1-q = 1/3 q = 2/3 汽化率得ln（W/F）=dx/ = xF 解得ln（2/3） = y = + 代入平衡关系式得 x = y = 平衡蒸馏 = Wx + Dy 由物料衡算 F

2、xF 代入得到W/F = 2/3 D + W = F 将 代入平衡关系式得 = 2x/3 + y/3 xF 再次代入平衡关系式得 y = x = 已知原料液流量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。5.不x为（二硫化碳的质量分率，下同）。若要求釜液组成为4000kg/h，组成xFWF。试求馏出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩大于，馏出液回收率为88 尔分率表示。 馏出液的质量流量 = 88 得解：馏出回收率 = Dx/FxFD = 1056kg/h 88 = 4000 Dx = FxFD + Dx = Wx Fx 结合物料衡算 WDF = D + W = F 得xD = h馏

3、出液的摩尔流量 1056/（76 = 76）/76）+154）以摩尔分率表示馏出液组成 x D = 试求的溶液，.6（均为摩尔分率）6.在常压操作的连续精馏塔中分离喊甲醇与说）饱和蒸（3（2）泡点进料；以下各种进料状况下的q值。（1）进料温度40 汽进料。 水溶液的平衡数据列于本题附表中。常压下甲醇-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 （1）进料温度40 75.3时，甲醇的汽化潜热r = 825kJ/kg 1 水蒸汽的汽化潜热r = kg 257.6时 ，甲醇的比热 C = （kg） V1水蒸汽的比热 C =

4、（kg） V2 查附表给出数据 当x = 时，平衡温度t = 75.3 A 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，二是将75.3饱和液体变1成气体所需要的汽化潜热Q ，即 q = （Q+Q）/ Q = 1 + （Q/Q） 221122 Q = 32（）= kg 1 Q = 82532 + 18 = kJ/kg 2 q = 1 +（Q/Q）= 21 （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

5、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。 产品的流量 由物料衡算 Fx = Wx + DxDW FD + W = F 代入数据得 W = kmol/h = kmol/h D = 100 产品流量 精馏段的下降液体流量L L = DR = = kmol/h V提馏段的上升蒸汽流量 40进料q = + （1-q）F = D（1+R）= kmol/h V = V = kmol/h V 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

6、比。 解：露点进料 q = 0 即 精馏段 y = + 过（x ，x）x = DDD提馏段 y = 过（x，x）x = WW W精馏段与y轴交于0 ，x/（R+1） 即 x/（R+1）= DD 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。 常压下苯-甲苯相对挥发度= 精馏段操作线方程 y = Rx/（R+1）= 2x/3 + 3 = 2x/3 + 精馏段 y = x = 由平衡

7、关系式 y = x/1 +（-1）x 得 D 1x = 再由精馏段操作线方程 y = 2x/3 + 得 1y = 依次得到x = y = 322x = y = 43x = x x = x34F4 精馏段需要板层数为3块 = x = 提馏段 x41-W）L/（L -W）提馏段操作线方程 y = L- Wxx/W 饱和液体进料 q = 1 -W）= （L+F）/V = 1 + W/（3D） L /（L由物料平衡 Fx = Wx + DxDF WD + W = F 代入数据可得 D = W -W）= W/（L+D）= W/3D = 1/3 L /（LL-W）= 4/3 W/（/3 3即提馏段操作线方

8、程 y = 4x = y 2 = x x/1 +（-1）x 得 由平衡关系式 y = 2 = = x依次可以得到y 33 = y = x44 = y = x55 = x x x45W 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4kJ/kmol，平均比热为140 kJ/（kmol）均汽化热为10 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

9、q影响，板层数依然是3块 ）发生了变化-WL（ W/）和-WL（/ L的影响，使得q由于 提馏段 q = （Q+Q）/ Q = 1 + （Q/Q） 22211Q= CT = 140（83-20）= 8820 kJ/kmol p14kJ/kmol = 10Q24）= 10 q = 1 + 8820/-W）=V + W - F（1-q）/V - F（1-q）L /（L = 3D+W- F（1-q）/3D- F（1-q） D = W，F = 2D 得 -W）= （1+q）/+q）= L/（ L ）= ）= D/3D- F（1-q）= 1/（1+2qW/（L-W 提馏段操作线方程为 y = - 再由平

10、衡关系式得到代入操作线方程得 yx = = x = 241 依次计算yx = = 32 = y = x43 = yx = 54 x= 5 x= x x 4W 5 提馏段板层数为4 块（包括再沸器）理论板层数为 3 + 4 + 1 = 8 （摩其中含乙醇-水混合液，原料液为饱和液体，11.在常压连续精馏塔内分离乙醇。若于精馏2尔分率，下同），馏出液组成不低于，釜液组成为；操作回流比为，侧线产品为饱和液体，组成段侧线取料，其摩尔流量为馏出液摩尔流量的1/2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。直角x-y1-7解：如图所示，有两股出料，故全塔可以分为三段，由例

11、附表，在开始，在精馏段操作线与平衡线之间绘出水平线 = 坐标图上绘出平衡线，从xD则改在提馏段与平衡线之间d时，和铅直线构成梯级，当梯级跨过两操作线交点 。， 绘梯级，直至梯级的铅直线达到或越过点C（xx）WW 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。在最回流比下，操作线与q线交点坐标（x ，y）位于平衡线上；且q线过qq（x ，x）可以计算出q线斜率即 q/（1-q），这样就可

12、以得到q的值 FF 由式1-47 R = （x/x）-（1-x）/（1-x）/（-1）代入数据得 qqminDD = x）/（1-x）/（） qq x = 或x = （舍去） qq即 x = 根据平衡关系式y = （1 + ） q得到y = q q线 y = qx/（q-1）- x/（q-1）过（，），（，） Fq/（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）

13、操作回流比1（。若测得塔顶第一层板的液相组成为，试求：96分的回收率和最小回流比；（2）若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少？（1）在塔顶满足气液平衡关系式 y = x/1 +（-1）x 代入已知数据 = /1 + （-1） = 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 = Lx + Dx DL1（L + D）= 0.88L + L/D = 即回流比为 R = 由式1-47 R = （x/x）-（1-x）/（1-x）/（-1）泡点进料 x = x FqqDqminD R = min（2）回收率Dx/Fx = 96

14、得到 FDF = 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： y 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 = x= x = 根据回流条件 y = xnn+ 1 n+1n-1 n y = y = y = n+2nn+1 由表中所给数据 = * = （1+） y与第n层板液相平衡的气相组成= n* = ）= y与第n+1层板液相平衡的气相组成n+1*-y （）-yy = 1-51 E由式（/y）n+1n

15、n+1nMV* ）（y-x = （x-x）/可得第n层板气相单板效率 EnnnMVnn-1 （） = （）/ = * ）-x-x）/（y第n层板气相单板效率 E = （xn+1n+1MVn+1nn+1 （）（）/ = = 64 吸收第2章 则此溶液上方的氨气平衡分压为。水中含氨1g,时,若100g1.从手册中查得,253及相kPa）H kmol/（m已知在此浓度范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数 m平衡常数 100/18） = /（1/17）+（ x = 解：液相摩尔分数（1/17） 气相摩尔分数 y = = 得 m = y/x = = 由亨利定律 y = mx 33-33 mol/m10

16、 /10）= 101011/17 液相体积摩尔分数 C = （）/（3 kPa）由亨利定律 P = C/H 得H = C/P = = kmol/（m 6为氧在气相中的分P10x表示。式中：= 10时，氧气在水中的溶解度可用P 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x压kPa； 水中每立方米溶有多少克氧。 = P = 解：氧在气相中的分压2136 10= ）10（x = 氧在水中摩尔分率 -63 = 11.43g18（10） 每立方米溶有氧 1032/ ，302（体积）CO，其余为空气。混合气体的温度为3某混合气体中含有25，试求溶E = 10 kPa总压强为。从手册中查得

17、30时CO在水中的亨利系数23与该气体相平衡的100g及相平衡常数m，并计算每解度系数H kmol/（mkPa） 。水中溶有多少gCO 235 10，m = E/P = 10 / = 解：由题意 y = 总3 = 即x = y/m = 根据亨利定律 y = mx 得10 100/18 = 0.0132 g100g与该气体相平衡的水中溶有CO 44每235-43 10kmol/（m/18E = 10kPa）/（1010）= H = 液两相中的浓度都很甲醇在气，7.在，27下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。3 H = （m kkPa），气膜吸收系数低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数G3-5-5

18、22。） kmol/（mkmol/ms= 10 kmol/（m，液膜吸收系数skPa） k = L 试求总吸收系数K，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。G + 1/Hk 可得总吸收系数 解：由1/K = 1/kLGG-5-5 10） + 1/（101/K = 1/G2-5 kmol/（mkPa）s = KG Hk+ k）1/ k/（1/k + 1/Hk= Hk/（ 气膜阻力所占百分数为：（GLLGGL + ）= （）/（ = = ，压强。稳定操作278.在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇，操作温度为3。试根据上，液相中甲醇浓度位5kPam状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为 题有关的数据算出

19、该截面上的吸收速率。2-5 kPa）s = 解：由已知可得 k10kmol/（mG 得液相平衡分压 P = C/H 根据亨利定律 * P = C/H = = 2-5-5* 10kmol/（m）= 10s） （）= N = K（P-PGA2 = kmol/（mh） ，将其浓度混合气中的CO25下用清水吸收 9.在逆流操作的吸收塔中，于，24。若吸收剂kPa=10从2降至（体积）。该系统符合亨利定律。亨利系数 X。为最小理论用量的倍，试计算操作液气比L/V及出口组成 = = Y Y = 2/98 =，解：2144 10 m = E/P = 10 / = 总* ）Y/m-Y ）/（）= （Y-Y ）

20、/X = （Y 由 （L/V1min12112 ）（545 = （）/ = = 622L/V） L/V = （min 出口液相组成）X 得 Y = （L/V）X + Y-（L/V 由操作线方程22-5 /622 = 10L/V）/（）= （）Y X = （-Y 211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-54 1010/10133 = m = E/P = 总 （L/V） = ） （L/V = min-4 10）L/V= （）/ = ）-Y X = （Y /（21110.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

21、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403/s，空塔气速为1.2m/s。吸收剂用量为最小用0.556m下进入塔底，体积流量为量的倍，氨的吸收率为95，且已估算出塔内气相体积吸收总系数Ka的平均值Y3 s）.（ m为水在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） *kmol（）/kmol（）Y 20 0 0

22、26 29 34 42 47 2u/4 D解：混合气流量G = 1/21/2= 0.77 m =（4/D = （4G/u）Y = = 1y = y（1-）= = 12Y = = 2*曲线查得与Y= X-Y 根据附表中的数据绘成不同温度下的相平衡的液1相组成 *= X1* / = / X）- Y（= L/V （）Y（）= 111min（L/V）= （L/V）= min 由操作线方程Y = （L/V）X + Y 可得 X = （V/L）（Y-Y） 2112= * = Y 由曲线可查得与X相平衡的气相组成 11 Y=（Y-Y）/ln（Y-Y） 2211m= （ ）/ln（）/ = =（Y-Y）/Y

23、= （）/ mOG12= = 惰性气体流量 G 3/s = 0.5004m3）/（313（10） = = mol/s -3）/4） = 10 H = V/（KaYOG-3 m10 = -3 = 10 填料层高度 H = HOGOG= 7.654m 3（标准）/h5000m，其，气体流量为12.在吸收塔中用请水吸收混合气体中的SO2中SO占10，要求SO的回收率为95。气，液逆流接触，在塔的操作条件下，22* = ，试求： SO在两相间的平衡关系近似为Y2（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

24、回收率从95提高到98，用水量应增加到多少？（1）y = y（1-）= （）= 12Y = = Y = （） = 21* ）/（Y/X = （Y-Y）-Y（L/V）=（Y）11min2121 = （） = （L/V）（L/V）=min = 惰性气体流量： V = 5000 = 7684kmol/h用水量 L = 代入已知数据X + Y ）吸收操作线方程2 Y = （L/V） （2 Y = + 块N = 在坐标纸中画出操作线和平横线，得到理论板数T ，进塔气相中S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H142，压强，平衡关系为30099，操作温度含HS（体积）要求吸收率不低于2* 溶

25、剂）S浓度为（HYS）/kmol（ = 2X，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H222，气相体积吸收总系数已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为（ms）3 。求所需填料蹭高度。kPa）为 kmol/（m = = = y解：y（1-）12 （）= = Y = y = Y122* -Y）/Y（Y = Y-Y/ln）-Y（Y2m21111 （）（）/ln/ = = / = Y/ = （）（ =Y-Ym1OG2 ） = （） = V/（K HaYOG = = 7.9m = H H =OGOG 干燥章 第3 ）湿空1，试求：（，温度为60相对湿度401.已知湿空气的总压强为50kPa 3）湿空气的密度

26、（2）湿度；（气中水气的分压； P = 1）查得60时水的饱和蒸汽压解：（S = = P= 水气分压 PS水气 （）P-P）=2（）H = P / （水气水气 绝干 = 0.118 kg/kg 水气绝干气中含0.118kg3（）1kg = （1/29）/（1/29）+18） = x绝干 = 18）/（1/29）+18） = x水气 + 29 = 18x + 29x = 18 湿空气分子量M绝干气水气0 = 27.249 g/mol3-3 ）（5010333）10 湿空气密度= MP/RT = （/3 湿空气 = 0.493 kg/m 中各数值的4H-I利用湿空气的图查出本题附表中空格内的数值，并给出序号2. 求解过程 水气分 焓 相对湿度 度 湿 湿球温度 干球温度 序号 压 露点 kg/kg绝干 kg/kg绝干 kPa 1 60 35 22 140 5 30 2 40 27 40 90 3 25 3 20 18 75 50 2 15 4 30 28 85 95 4 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