化工原理課后習(xí)題答案上下冊(cè)(鐘理版)

1、下冊(cè)第一章蒸餾1. 苯酚(C6H5OH)(A)和對(duì)甲酚(C6H4(CH3)OH)(B)的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)為溫度T苯酚蒸氣壓 kPa對(duì)甲酚蒸氣壓 kPa 溫度t苯酚蒸氣壓 kPa對(duì)甲酚蒸氣壓 kPa113.7114.6115.4116.3117.010.010.410.811.1911.587.707.948.28.58.76117.8118.6119.4120.011.9912.4312.8513.269.069.399.7010.0試按總壓P=75mmHg(絕壓)計(jì)算該物系的“t-x-y”數(shù)據(jù), 此物系為理想體系。解： 總壓 P=75mmHg=10kp。由拉烏爾定律得出 xAxB=P所以 xA

2、=；yA=。因此所求得的t-x-y數(shù)據(jù)如下：t, x y113.7 1 1114.6 0.837 0.871115.4 0.692 0.748117.0 0.440 0.509117.8 0.321 0.385118.6 0.201 0.249119.4 0.095 0.122120.0 0 0.2. 承接第一題，利用各組數(shù)據(jù)計(jì)算 （1）在x=0至x=1范圍內(nèi)各點(diǎn)的相對(duì)揮發(fā)度,取各的算術(shù)平均值為，算出對(duì)的最大相對(duì)誤差。 （2）以平均作為常數(shù)代入平衡方程式算出各點(diǎn)的“y-x”關(guān)系,算出由此法得出的各組yi值的最大相對(duì)誤差。解：（1）對(duì)理想物系，有 。所以可得出t, 113.7 114.6 115

3、.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326算術(shù)平均值=1.318。對(duì)的最大相對(duì)誤差。（2）由得出如下數(shù)據(jù)：t, 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0各組yi值的最大相對(duì)誤差=0.3%。3.已知乙苯(A)與

4、苯乙烯(B)的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系可按下式計(jì)算: 式中 的單位是mmHg,T的單位是K。問:總壓為60mmHg(絕壓)時(shí)，A與B的沸點(diǎn)各為多少?在上述總壓和65時(shí),該物系可視為理想物系。此物系的平衡氣、液相濃度各為多少摩爾分率？解：由題意知 TA=334.95K61.8 TB=342.84K=69.6965時(shí)，算得68.81mmHg；=48.93 mmHg。由 xA（1xA）=60得xA0.56， xB=0.44; yA= xA/60=0.64; yB=1-0.64=0.36。4 無5 若苯甲苯混合液中含苯0.4（摩爾分率），試根據(jù)本題中的txy關(guān)系求：（1） 溶液的泡點(diǎn)溫度及其平衡蒸氣的瞬

5、間組成；（2） 溶液加熱到100，這時(shí)溶液處于什么狀態(tài)？各相的量和組成為若干？（3） 該溶液加熱到什么溫度時(shí)才能全部氣化為飽和蒸氣？這時(shí)蒸氣的瞬間組成如何？toC 80.1 85 90 95 100 105 110.6x 1.000 0.780 0.581 0.411 0.258 0.130 0y 1.000 0.900 0.777 0.632 0.456 0.262 0解：（1）由苯甲苯的txy關(guān)系得x=0.4時(shí)， 泡點(diǎn)溫度95.5 平衡蒸氣的瞬間組成0.615（2）溶液加熱到100時(shí)處于氣液混合共存區(qū)氣液相組成各位 x=0.26；y=0.47。根據(jù)杠桿原理，氣液相量之比2:1。（3）由氣液

6、平衡關(guān)系知溶液加熱到102時(shí)才能全部氣化為飽和蒸氣，此時(shí)y=0.4。6 常壓下將含苯（A）60%、甲苯（B）40%（均指摩爾百分?jǐn)?shù)）的混合液閃蒸（即平衡蒸餾），得平衡氣、液相，氣相摩爾數(shù)占總摩爾數(shù)的分率氣化率（1-q）為0.30。物系相對(duì)揮發(fā)度=2.47，試求：閃蒸所得氣、液相的濃度。若改用簡單蒸餾，令殘液濃度與閃蒸的液相濃度相同，問：餾出物中苯的平均濃度為多少？ 提示：若原料液、平衡液、氣相中A的摩爾分率分別以xF、x、y表示，則存在如下關(guān)系： 。解：（1）閃蒸由和，解方程得0.54。從而0.74。（2）簡單蒸餾由方程和得出 =0.79，即餾出物中苯的平均濃度為79。7 某二元物系，原料液濃

7、度xF =0.42，連續(xù)精餾分離得塔頂產(chǎn)品濃度xD=0.95。已知塔頂產(chǎn)品中易揮發(fā)組分回收率=0.92，求塔底產(chǎn)品濃度xW。以上濃度皆指易揮發(fā)組分的摩爾分率。解： 由和得出=0.056。8 有一二元理想溶液，在連續(xù)精餾塔中精餾。原料液組成50%(摩爾%)，飽和蒸氣進(jìn)料。原料處理量為每小時(shí)l00kmol，塔頂、塔底產(chǎn)品量各為50kmol/h，已知精餾段操作線方程為y=0.833x+0.15，塔釜用間接蒸氣加熱，塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流。試求:（1） 塔頂、塔底產(chǎn)品組成(用摩爾分率表示)；（2） 全凝器中每小時(shí)冷凝蒸氣量;（3） 提餾段操作線方程;（4） 若全塔平均相對(duì)揮發(fā)度=3.0，塔頂?shù)谝粔K板

8、的液相默弗里板效率EML=O.6, 求離開塔頂?shù)诙K板的氣相組成。解：（1）由精鎦段方程及已知的精餾段操作線方程為y=0.833x+0.15得出 和0.15， 解得 5，xD0.9，xW=0.1（2）全凝器中每小時(shí)冷凝蒸氣量V(+1)D=300（kmol/h）。（3）提鎦段操作線方程1.250.025。（4）求離開塔頂?shù)诙K板的氣相組成EML=0.6，又=0.75解得0.81又由物料平衡得( xD)0.9（0.90.81）0.825。9 有一二元理想溶液 ，在連續(xù)精餾塔中精餾。原料液組成50%(摩爾%)，飽和蒸汽進(jìn)料。原料處理量為每小時(shí)l000kmol，塔頂、塔底產(chǎn)品量各為500kmol/h，

9、已知精餾段操作線方程為y=0.86x+0.12，塔釜用間接蒸氣加熱，塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流。試求:（1） 回流比R、塔頂、塔底產(chǎn)品組成 (用摩爾分率表示)；（2）.精餾段上升的蒸氣量qn(V)及提餾段下降的液體量qn(L)（3） 提餾段操作線方程；（4） 若相對(duì)揮發(fā)度 a = 2.4，求回流比與最小回流比的比值： 。解：（1）回流比R、塔頂、塔底產(chǎn)品組成0.860.12，解得R6.14，xD0.857，xW=0.143。（2）精餾段上升的蒸氣量qn(V)及提餾段下降的液體量qn(L)LLRD=3070 kmol/h， V（R1）D3570 kmol/h。（3）提餾段操作線方程1.190.02

10、（4）1.734所以3.54。10 某連續(xù)精餾操作中，已知操作線方程如下：精餾段：y=0.723x+0.263提餾段：y=1.25x-0.0187若原料液于露點(diǎn)溫度下進(jìn)入塔中，試求原料液，餾出液和釜?dú)堃旱慕M成及回流比。解： 由題意知 0.723，所以=2.610.263，所以 =0.95。由1.25-0.0187得出0.0748。因?yàn)槁饵c(diǎn)進(jìn)料，q線方程為：y=。由q點(diǎn)坐標(biāo)（解兩段操作線方程）x=0.535, y=0.65，得 0.6511.用一連續(xù)精餾塔分離由組分A，B所組成的理想混合液，原料液中含A0.44，餾出液中含A0.957（以上均為摩爾分率）。已知溶液的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.5，最小回

11、流比為1.63，試說明原料液的熱狀況，并求出q值。解：平衡線方程為： 。精鎦段操作線方程為：0.620.364。所以q點(diǎn)坐標(biāo)為： =0.365， 0.59因?yàn)?=0.365，所以原料為氣液混合物。由q線方程可得 （1q）q，解得q0.667。 12 無13 在常壓連續(xù)精餾塔中，分離苯甲苯混合液，若原料為飽和液體，其中含苯為0.5，塔頂餾出液中含苯0.9，塔底釜?dú)堃褐泻?.1（以上均為摩爾分率）,回流比為4.52，試求理論板層數(shù)和加料板位置。物系平衡資料見題7。解：按M-T圖解法求理論板層數(shù)。圖示步驟略。精鎦段操作線截距0.163。繪得的理論板層數(shù)為：N16。加料板為從塔頂往下的第三層理論板。

12、14在常壓連續(xù)提餾塔中分離含乙醇0.033的乙醇水混合液。飽和液體進(jìn)料，直接蒸氣加熱。若要求塔頂產(chǎn)品乙醇回收率為0.99，試求（1）在無限多層理論板層數(shù)時(shí)，計(jì)算每摩爾進(jìn)料所需蒸氣量；（2）若蒸氣量取為2倍最小蒸氣量時(shí)，求所需理論板層數(shù)及兩產(chǎn)品的組成。假設(shè)塔內(nèi)氣液恒摩爾流動(dòng)。常壓下氣液平衡資料列于例1-5題附表中。解： 由方程FV0=D+W和F=D+W及D0.99 F解得 =0.00033。（1） 在無限多層理論板層數(shù)時(shí)的操作線斜率為： ， 直接蒸汽加熱，=0。由平衡數(shù)據(jù)查得，=0.033，0.270，所以解得 0.121（mol/mol進(jìn)料）。（2） 2時(shí)所需理論板層數(shù)及兩產(chǎn)品的組成顯然=,

13、=0.99，所以=0.135。圖解法求得理論板層數(shù)為5（圖解法略）。15在連續(xù)操作的板式精餾塔中分離苯甲苯混合液。在全回流的條件下測(cè)得相鄰板上的液體組成分別為0.28，0.41和0.57，試求三層板中較低的兩層的單板效率。操作條件下苯甲苯混合液的平衡資料如下。x 0.26 0.38 0.51y 0.45 0.60 0.72解：在全回流操作時(shí)，。由板效率定義知 Em, v=，0.41，0.57。由表查得0.628。所以 Em, 2=0.73=73。同理 Em, 3=67。16. 有一精餾塔，已知塔頂餾出液組成xD =0.97（摩爾分?jǐn)?shù)），回流比R=2，塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流，其氣液平衡關(guān)系為，

14、求從塔頂數(shù)起離開第一塊板下降的液體組成x1和離開第二塊板上升的氣相組成y2。解：由推出 由于xD =0.97，所以 x10.75。故( xD)=0.82。 1719 無第二章 吸收 暫無第五章 干燥1 無5-2 1.0133105Pa（1個(gè)大氣壓）、溫度為50的空氣，如果濕球溫度為30，計(jì)算：（1）濕度；（2）焓；（3）露點(diǎn)；（4）濕比容解：1、H=0.021, I=116kJ/kg, td=25C5-3 已知一個(gè)干燥系統(tǒng)的操作示意圖如下：在IH圖中畫出過程示意圖求循環(huán)空氣量qm,LC，83oC,HC=0.03kgkg-1干氣80B83oCA14 oCHA=0.01kkg-1干氣冷凝水，1kg

15、h-1預(yù)熱器理論干燥器間壁冷凝器HA=0.01HA=0.03=0.8tA=14tA=83解：示意圖，見右圖5-4在一連續(xù)干燥器中干燥鹽類結(jié)晶，每小時(shí)處理濕物料為1000kg，經(jīng)干燥后物料的含水量由40%減至5%（均為濕基），以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始濕度H1為0.009kg水kg-1絕干氣，離開干燥器時(shí)濕度H2為0.039kg水kg-1絕干氣，假定干燥過程中無物料損失，試求：（1） 水分蒸發(fā)是qm,W （kg水h-1）；（2） 空氣消耗qm,L（kg絕干氣h-1）；原濕空氣消耗量qm,L（kg原空氣h-1）；（3）干燥產(chǎn)品量qm,G2（kgh-1）。解：qmG1=1000kg/h, w1=40,

16、 w2=5% H1=0.009, H2=0.039qmGC=qmG1(1-w1)=1000(1-0.4)=600kg/hx1=0.4/0.6=0.67, x2=5/95=0.053qmw=qmGC(x1-x2)=600(0.67-0.053)=368.6kg/hqmL(H2-H1)=qmwqmL=qmL(1+H1)=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/hqmGC=qmG2(1-w2)5-5某廠利用氣流干燥器將含水20%的物料干燥到5%（均為濕基），已知每小時(shí)處理的原料量為1000kg，于40進(jìn)入干燥器，假設(shè)物料在干燥器中的溫度變化不大，空氣的干球溫度為20，濕球溫度為16.5

17、，空氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入干燥器，出干燥器的空氣干球溫度為60，濕球溫度為40，干燥器的熱損失很小可略去不計(jì)，試求：（1） 需要的空氣量為多少m3h-1？（以進(jìn)預(yù)熱器的狀態(tài)計(jì)）（2） 空氣進(jìn)干燥器的溫度？0時(shí)水的汽化熱2491.27kJkg-1，空氣與水汽比熱分別為1.01與1.88kJkg-1K-1解： w1=0.2, w2=0.05, qmG1=1000kg/h, 1=40, t0=20, tw0=16.5, t2=60, tw2=40Q=1.01qmL(t2-t0)+qmw(2490+1.88t2)+qmGC(2-1)+QcI1=I2查圖得：H0=0.01, H2=0.045I1=(1.0

18、1+1.88H0)t1+2490H0=(1.01+1.88H2)t2+2490H2=(1.01+1.880.045)60+24900.045177.7(1.01+1.880.01)t1+24900.01=1.03t1+24.9=177.7qmGC=qmG1(1-w1)=1000(1-0.2)=800x1=0.2/0.8=0.25, x2=5/95=0.053qmw=qmGC(x2-x1)=800(0.25-0.053)=157.6qmL=qmL(1+H0)=4502.9(1+0.01)=4547.95-6濕物料含水量為42%，經(jīng)干燥后為4%（均為濕基），產(chǎn)品產(chǎn)量為0.126kg/s，空氣的干球

19、溫度為21，相對(duì)濕度40%，經(jīng)預(yù)熱器加熱至93后再送入干燥器中，離開干燥器時(shí)空氣的相對(duì)濕度為60%，若空氣在干燥器中經(jīng)歷等焓干燥過程，試求：（1） 在I圖H上畫出空氣狀態(tài)變化過程的示意圖；（2） 設(shè)已查得H0=0.008kg水kg-1絕干氣，H2=0.03 kg水kg-1絕干氣)，求絕干空氣消耗量qm,L（kg絕干氣s-1）。H2=0.032=0.6t0=21t1=93I1=I20=0.6預(yù)熱器供應(yīng)之熱量（kw）。解：w1=0.42,w2=0.04, qmG2=0.126kg/s t0=21, 0=0.4, t1=93, 2=0.6, I1=I2H0=0.008, H2=0.03qmG2(1-

20、w2)=qmG1(1-w1)qmw=qmG1- qmG2=0.209-0.126=0.0826Qp=qmL(I1-I0)=qmL(1.01+1.88H1)(t1-t0)=3.752(1.01+1.880.008)(93-21)=301.2kg/s5-7有一連續(xù)干燥器在常壓下操作，生產(chǎn)能力為1000kg h-1（以干燥產(chǎn)品計(jì)）物料水分由12%降為3%（均為濕基）物料溫度則由15至28，絕干物料的比熱為1.3KJ kg-1絕干料，空氣的初溫為25，濕度為0.01kg kg-1絕干空氣，經(jīng)預(yù)熱器后升溫至70，干燥器出口廢氣為45，設(shè)空氣在干燥器進(jìn)出口處焓值相等，干燥系統(tǒng)熱損失可忽略不計(jì)，試求： 在H

21、I圖上（或tH圖上）示意畫出濕空氣在整個(gè)過程中所經(jīng)歷的狀態(tài)點(diǎn)； 空氣用量（m3h-1）（初始狀態(tài)下）；為保持干燥器進(jìn)出口空氣的焓值不變，是否需要另外向干燥器補(bǔ)充或移走熱量？其值為多少？解：qmG2=1000, w1=12%, w2=3%, 1=15, 2=28, Cs=1.3, t0=25, H0=0.01, t1=70, t2=45, I1=I2qmGc=1000(1-0.12)=880, x1=12/88=0.136, x2=3/97=0.0309qmw=880(0.136-0.0309)=92.5I1=(1.01+1.88H0)t1+2490H0=(1.01+1.880.01)70+24

22、900.0196.9I2=(1.01+1.88H2)45+2490H2=45.5+2574.6H2=96.9H2=(96.9-45.5)/2574.6=0.02qmL=9250(1+0.01)=9343qmLI1+QD+qmGcI1=qmLI2+qmGcI2qmL(I1-I2)+QD=qmGc(I2-I1)=qmGc(Cs+Cwx1)(2-1)=880(1.3+4.180.136)(28-15)=21375kg/h若要I1=I2, 需QD=21375kg/h5-8用熱空氣干燥某濕物料?？諝獬跏紲囟萾0=20，初始濕度H0=0.006Kg水kg-1干氣。為保證干燥產(chǎn)品質(zhì)量，空氣進(jìn)干燥器的溫度不得

23、高于90；為此在干燥器中間設(shè)置加熱器。空氣經(jīng)預(yù)熱器升溫至90通入干燥器，當(dāng)熱空氣溫度降至60時(shí)，再用中間加熱器將空氣加熱至90，廢氣離開干燥器時(shí)的溫度變?yōu)?0。假設(shè)兩段干燥過程均視為等焓過程。1、 在濕空氣的HI（或tH）圖上定性表示出空氣通過整個(gè)干燥器的過程；2、汽化每千克水所需的絕干空氣量和所需供熱量。解：t0=20, H0=0.006, t1=90, t2=t2=60I1=(1.01+1.88H0)t1+2490H0=(1.01+1.880.006)90+24900.006106.9I2=(1.01+1.88H2)60+2490H2=1.0160+（1.8860+2490）H2=60.6

24、+2602.8H2=106.9H2=(106.9-60.6)/2602.8=0.0178I1=(1.01+1.88H2)90+2490H2=(1.01+1.880.0178)90+24900.0178138.2I2=I1=60.6+2602.8H2=138.2H2=(138.2-60.6)/2602.8=0.03qmL=qmw/(H2-H1) qmL/qmw=1/(H2-H1)=1/(0.03-0.006)=41.7Q=Q1+Q2=qmL(1.01+1.88H0)(t1-t0)+qmL(1.01+1.88H2)(t2-t0)=qmL(t1-t0)(1.01+1.88H0+1.01+1.88H2

25、)=41.7(90-60)(2.02+1.880.006+1.880.03)2611.695-9在一常壓氣流干燥器中干燥某種濕物料，已知數(shù)據(jù)如下：空氣進(jìn)入預(yù)熱器的溫度為15濕含量為0.0073kg水kg-1絕干氣，焓為35kJkg-1絕干空氣；空氣進(jìn)干燥器溫度為90，焓為109 kJkg-1絕干空氣；空氣出干燥器溫度為50；濕含量為0.023 kg水kg-1絕干氣；進(jìn)干燥器物料含水量為0.15kg水kg-1絕干料；出干燥器物料含水量為0.01kg水kg-1絕干料；干燥器生產(chǎn)能力為237kgh-1（按干燥產(chǎn)品計(jì)）。試求：1 絕干空氣的消耗量（kg絕干氣h-1）；2 進(jìn)預(yù)熱器前風(fēng)機(jī)的流量（s-1）；3 預(yù)熱器加入熱量（KW）（預(yù)熱器熱損失可忽略）。附濕空氣比容計(jì)算公式：V= ( 0.772 + 1.244H ( t + 273 ) / 27