化工原理課后習(xí)題答案上下冊(鐘理版)

PAGE24PAGE1下冊第一章蒸餾1.苯酚(C6H5OH)(A)和對甲酚(C6H4(CH3)OH)(B)的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)為溫度T℃苯酚蒸氣壓kPa對甲酚蒸氣壓kPa溫度t℃苯酚蒸氣壓kPa對甲酚蒸氣壓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xA＋xB=P所以xA=；yA=。因此所求得的t-x-y數(shù)據(jù)如下：t,℃xy113.711114.60.8370.871115.40.6920.748117.00.4400.509117.80.3210.385118.60.2010.249119.40.0950.122120.000.2.承接第一題，利用各組數(shù)據(jù)計算（1）在x=0至x=1范圍內(nèi)各點的相對揮發(fā)度,取各的算術(shù)平均值為，算出對的最大相對誤差。（2）以平均作為常數(shù)代入平衡方程式算出各點的“y-x”關(guān)系,算出由此法得出的各組yi值的最大相對誤差。解：（1）對理想物系，有＝。所以可得出t,℃113.7114.6115.4116.3117.0117.8118.6119.4120.01.2991.3101.3171.3161.3221.3231.3241.3251.326算術(shù)平均值==1.318。對的最大相對誤差＝。（2）由得出如下數(shù)據(jù)：t,℃113.7114.6115.4116.3117.0117.8118.6119.4120.010.8370.6920.5580.4400.3210.2010.095010.8710.7480.6250.5090.3840.2490.1220各組yi值的最大相對誤差=0.3%。3.已知乙苯(A)與苯乙烯(B)的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系可按下式計算:式中的單位是mmHg,T的單位是K。問:總壓為60mmHg(絕壓)時，A與B的沸點各為多少?在上述總壓和65℃時,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=334.95K＝61.8℃TB=342.84K=69.69℃65℃時，算得＝68.81mmHg；=48.93mmHg。由xA＋（1－xA）=60得xA＝0.56，xB=0.44;yA=xA/60=0.64;yB=1-0.64=0.36。無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%)，飽和蒸汽進料。原料處理量為每小時l000kmol，塔頂、塔底產(chǎn)品量各為500kmol/h，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）若相對揮發(fā)度=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＝0.86＋0.12，解得R＝6.14，xD＝0.857，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’)L’＝L＝RD=3070kmol/h，V＝（R＋1）D＝3570kmol/h。（3）提餾段操作線方程＝1.19－0.02（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若原料液于露點溫度下進入塔中，試求原料液，餾出液和釜殘液的組成及回流比。解：由題意知＝0.723，所以=2.61＝0.263，所以=0.95。由＝＝1.25-0.0187得出＝0.0748。因為露點進料，q線方程為：y=。由q點坐標(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揮發(fā)度為2.5，最小回流比為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：＝0.62＋0.364。所以q點坐標(biāo)為：=0.365，＝0.59因為=0.365<＝0.44,＝0.59>，所以原料為氣液混合物。由q線方程可得＝（1－q）＋q，解得q＝0.667。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，塔底釜殘液中含苯0.1（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：N＝16。加料板為從塔頂往下的第三層理論板。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，計算每摩爾進料所需蒸氣量；（2）若蒸氣量取為2倍最小蒸氣量時，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。常壓下氣液平衡資料列于例1-5題附表中。解：由方程F＋V0=D+W和F=D+W及D＝0.99F解得=0.00033。在無限多層理論板層數(shù)時的操作線斜率為：，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進料）。（2）＝2時所需理論板層數(shù)及兩產(chǎn)品的組成顯然=,==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。x0.260.380.51y0.450.600.72解：在全回流操作時，＝。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，泡點回流，其氣液平衡關(guān)系為，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x1＝0.75。故＝－(xD－)=0.82。無第二章吸收暫無第五章干燥1無5-21.0133×105Pa（1個大氣壓）、溫度為50℃的空氣，如果濕球溫度為30℃，計算：（1）濕度；（2）焓；（3）露點；（4）濕比容解：1、H=0.021,I=116kJ/kg,td=25?C5-3已知一個干燥系統(tǒng)的操作示意圖如下：在I－H圖中畫出過程示意圖求循環(huán)空氣量qm,LC，83C，83oC,HC=0.03kg?kg-1干氣φ＝80％B83oCA14oCHA=0.01k?kg-1干氣冷凝水，1kg?h-1預(yù)熱器理論干燥器間壁冷凝器HHA=0.01HA=0.03Φ=0.8tA=14℃tA=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：水分蒸發(fā)是qm,W（kg水?h-1）；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（kg?h-1）。解：qmG1=1000kg/h,w1=40℃,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=0.053=1\*GB3①qmw=qmGC(x1-x2)=600(0.67-0.053)=368.6kg/h=2\*GB3②qmL(H2-H1)=qmwqmL’=qmL(1+H1)=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/h=3\*GB3③qmGC=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），已知每小時處理的原料量為1000kg，于40℃進入干燥器，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℃，空氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進入干燥器，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，試求：需要的空氣量為多少m3?h-1？（以進預(yù)熱器的狀態(tài)計）空氣進干燥器的溫度？0℃時水的汽化熱2491.27kJ?kg-1，空氣與水汽比熱分別為1.01與1.88kJ?kg-1?K-1解：w1=0.2,w2=0.05,qmG1=1000kg/h,θ1=40℃,t0=20℃,tw0=16.5℃,t2=60℃,tw2=40℃Q=1.01qmL(t2-t0)+qmw(2490+1.88t2)+qmGC(θ2-θ1)+QcI1=I2查圖得：H0=0.01,H2=0.045I1=(1.01+1.88H0)t1+2490H0=(1.01+1.88H2)t2+2490H2=(1.01+1.88×0.045)×60+2490×0.045＝177.7(1.01+1.88×0.01)t1+2490×0.01=1.03t1+24.9=177.7℃qmGC=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，空氣的干球溫度為21℃，相對濕度40%，經(jīng)預(yù)熱器加熱至93℃后再送入干燥器中，離開干燥器時空氣的相對濕度為60%，若空氣在干燥器中經(jīng)歷等焓干燥過程，試求：在I—圖H上畫出空氣狀態(tài)變化過程的示意圖；設(shè)已查得H0=0.008kg水?kg-1絕干氣，H2=0.03kg水?kg-1絕干氣)，求絕干空氣消耗量qm,L（kg絕干氣?s-1）。H2=0.03φH2=0.03φ2=0.6t0=21℃t1=93℃I1=I2φ0=0.6解：w1=0.42,w2=0.04,qmG2=0.126kg/st0=21,φ0=0.4,t1=93,φ2=0.6,I1=I2H0=0.008,H2=0.03qmG2(1-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+1.88×0.008)(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）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)空氣在干燥器進出口處焓值相等，干燥系統(tǒng)熱損失可忽略不計，試求：在H—I圖上（或t—H圖上）示意畫出濕空氣在整個過程中所經(jīng)歷的狀態(tài)點；空氣用量（m3?h-1）（初始狀態(tài)下）；為保持干燥器進出口空氣的焓值不變，是否需要另外向干燥器補充或移走熱量？其值為多少？解：qmG2=1000,w1=12%,w2=3%,θ1=15,θ2=28,Cs=1.3,t0=25℃,H0=0.01,t1=70℃,t2=45℃,I1=I2=1\*GB3①qmGc=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+1.88×0.01)×70+2490×0.01＝96.9I2=(1.01+1.88H2)×45+2490H2=45.5+2574.6H2=96.9∴H2=(96.9-45.5)/2574.6=0.02qmL’=9250(1+0.01)=9343=2\*GB3②qmLI1+QD+qmGcI1’=qmLI2+qmGcI2’qmL(I1-I2)+QD=qmGc(I?2-I?1)=qmGc(Cs+Cwx1)(θ2-θ1)=880(1.3+4.18×0.136)(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，空氣進干燥器的溫度不得高于90℃；為此在干燥器中間設(shè)置加熱器?？諝饨?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，再用中間加熱器將空氣加熱至90℃，廢氣離開干燥器時的溫度變?yōu)?0℃。假設(shè)兩段干燥過程均視為等焓過程。在濕空氣的H—I（或t—H）圖上定性表示出空氣通過整個干燥器的過程；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℃,t?2=t2=60℃I1=(1.01+1.88H0)t1+2490H0=(1.01+1.88×0.006)×90+2490×0.006＝106.9I2’=(1.01+1.88H2’)×60+2490H2’=1.01×60+（1.88×60+2490）H2’=60.6+2602.8H2’=106.9∴H2’=(106.9-60.6)/2602.8=0.0178I?1=(1.01+1.88H2’)×90+2490H2’=(1.01+1.88×0.0178)×90+2490×0.0178＝138.2I?2=I?1’=60.6+2602.8H2=138.2∴H?2=(138.2-60.6)/2602.8=0.03qmL=qmw/(H?2-H1)∴qmL/qmw=1/(H?2-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’)=41.7(90-60)(2.02+1.88×0.006+1.88×0.03)＝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：空氣進入預(yù)熱器的溫度為15℃濕含量為0.0073kg水?kg-1絕干氣，焓為35kJ?kg-1絕干空氣；空氣進干燥器溫度為90℃，焓為109kJ?kg-1絕干空氣；空氣出干燥器溫度為50℃；濕含量為0.023kg水?kg-1絕干氣；進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237kg?h-1（按干燥產(chǎn)品計）。試求：絕干空氣的消耗量（kg絕干氣?h-1）；進預(yù)熱器前風(fēng)機的流量（?s-1）；預(yù)熱器加入熱量（KW）（預(yù)熱器熱損失可忽略）。附濕空氣比容計算公式：V=(0.772+1.244H(t+273)/273×(1.0133×)/P。解：t0=15℃,H0=0.0073,I0=35,t1=90℃,I1=109,t2=50℃,H2=0.023,x1=0.15,x2=0.01,qmG2=237kg/hx2=w2/(1-w2),w2=x2/(1+x2)=0.01/1.01=0.01qmGc=qmG2(1-w2)=237(1-0.01)=234.6q