化工原理课后习题答案上下册(钟理版).doc

下册第一章蒸馏1. 苯酚(C6H5OH)(A)和对甲酚(C6H4(CH3)OH)(B)的饱和蒸气压数据为温度T苯酚蒸气压 kPa对甲酚蒸气压 kPa 温度t苯酚蒸气压 kPa对甲酚蒸气压 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试按总压P=75mmHg(绝压)计算该物系的“t-x-y”数据, 此物系为理想体系。解： 总压 P=75mmHg=10kp。由拉乌尔定律得出 xAxB=P所以 xA=；yA=。因此所求得的t-x-y数据如下：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,取各的算术平均值为，算出对的最大相对误差。 （2）以平均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yi值的最大相对误差。解：（1）对理想物系，有 。所以可得出t, 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326算术平均值=1.318。对的最大相对误差。（2）由得出如下数据：t, 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 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各组yi值的最大相对误差=0.3%。3.已知乙苯(A)与苯乙烯(B)的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: 式中 的单位是mmHg,T的单位是K。问:总压为60mmHg(绝压)时，A与B的沸点各为多少?在上述总压和65时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？解：由题意知 TA=334.95K61.8 TB=342.84K=69.6965时，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 无5 若苯甲苯混合液中含苯0.4（摩尔分率），试根据本题中的txy关系求：（1） 溶液的泡点温度及其平衡蒸气的瞬间组成；（2） 溶液加热到100，这时溶液处于什么状态？各相的量和组成为若干？（3） 该溶液加热到什么温度时才能全部气化为饱和蒸气？这时蒸气的瞬间组成如何？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关系得x=0.4时， 泡点温度95.5 平衡蒸气的瞬间组成0.615（2）溶液加热到100时处于气液混合共存区气液相组成各位 x=0.26；y=0.47。根据杠杆原理，气液相量之比2:1。（3）由气液平衡关系知溶液加热到102时才能全部气化为饱和蒸气，此时y=0.4。6 常压下将含苯（A）60%、甲苯（B）40%（均指摩尔百分数）的混合液闪蒸（即平衡蒸馏），得平衡气、液相，气相摩尔数占总摩尔数的分率气化率（1-q）为0.30。物系相对挥发度=2.47，试求：闪蒸所得气、液相的浓度。若改用简单蒸馏，令残液浓度与闪蒸的液相浓度相同，问：馏出物中苯的平均浓度为多少？ 提示：若原料液、平衡液、气相中A的摩尔分率分别以xF、x、y表示，则存在如下关系： 。解：（1）闪蒸由和，解方程得0.54。从而0.74。（2）简单蒸馏由方程和得出 =0.79，即馏出物中苯的平均浓度为79。7 某二元物系，原料液浓度xF =0.42，连续精馏分离得塔顶产品浓度xD=0.95。已知塔顶产品中易挥发组分回收率=0.92，求塔底产品浓度xW。以上浓度皆指易挥发组分的摩尔分率。解： 由和得出=0.056。8 有一二元理想溶液，在连续精馏塔中精馏。原料液组成50%(摩尔%)，饱和蒸气进料。原料处理量为每小时l00kmol，塔顶、塔底产品量各为50kmol/h，已知精馏段操作线方程为y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求:（1） 塔顶、塔底产品组成(用摩尔分率表示)；（2） 全凝器中每小时冷凝蒸气量;（3） 提馏段操作线方程;（4） 若全塔平均相对挥发度=3.0，塔顶第一块板的液相默弗里板效率EML=O.6, 求离开塔顶第二块板的气相组成。解：（1）由精镏段方程及已知的精馏段操作线方程为y=0.833x+0.15得出 和0.15， 解得 5，xD0.9，xW=0.1（2）全凝器中每小时冷凝蒸气量V(+1)D=300（kmol/h）。（3）提镏段操作线方程1.250.025。（4）求离开塔顶第二块板的气相组成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 ，在连续精馏塔中精馏。原料液组成50%(摩尔%)，饱和蒸汽进料。原料处理量为每小时l000kmol，塔顶、塔底产品量各为500kmol/h，已知精馏段操作线方程为y=0.86x+0.12，塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求:（1） 回流比R、塔顶、塔底产品组成 (用摩尔分率表示)；（2）.精馏段上升的蒸气量qn(V)及提馏段下降的液体量qn(L)（3） 提馏段操作线方程；（4） 若相对挥发度 a = 2.4，求回流比与最小回流比的比值： 。解：（1）回流比R、塔顶、塔底产品组成0.860.12，解得R6.14，xD0.857，xW=0.143。（2）精馏段上升的蒸气量qn(V)及提馏段下降的液体量qn(L)LLRD=3070 kmol/h， V（R1）D3570 kmol/h。（3）提馏段操作线方程1.190.02（4）1.734所以3.54。10 某连续精馏操作中，已知操作线方程如下：精馏段：y=0.723x+0.263提馏段：y=1.25x-0.0187若原料液于露点温度下进入塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比。解： 由题意知 0.723，所以=2.610.263，所以 =0.95。由1.25-0.0187得出0.0748。因为露点进料，q线方程为：y=。由q点坐标（解两段操作线方程）x=0.535, y=0.65，得 0.6511.用一连续精馏塔分离由组分A，B所组成的理想混合液，原料液中含A0.44，馏出液中含A0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最小回流比为1.63，试说明原料液的热状况，并求出q值。解：平衡线方程为： 。精镏段操作线方程为：0.620.364。所以q点坐标为： =0.365， 0.59因为 =0.365，所以原料为气液混合物。由q线方程可得 （1q）q，解得q0.667。 12 无13 在常压连续精馏塔中，分离苯甲苯混合液，若原料为饱和液体，其中含苯为0.5，塔顶馏出液中含苯0.9，塔底釜残液中含苯0.1（以上均为摩尔分率）,回流比为4.52，试求理论板层数和加料板位置。物系平衡资料见题7。解：按M-T图解法求理论板层数。图示步骤略。精镏段操作线截距0.163。绘得的理论板层数为：N16。加料板为从塔顶往下的第三层理论板。14在常压连续提馏塔中分离含乙醇0.033的乙醇水混合液。饱和液体进料，直接蒸气加热。若要求塔顶产品乙醇回收率为0.99，试求（1）在无限多层理论板层数时，计算每摩尔进料所需蒸气量；（2）若蒸气量取为2倍最小蒸气量时，求所需理论板层数及两产品的组成。假设塔内气液恒摩尔流动。常压下气液平衡资料列于例1-5题附表中。解： 由方程FV0=D+W和F=D+W及D0.99 F解得 =0.00033。（1） 在无限多层理论板层数时的操作线斜率为： ， 直接蒸汽加热，=0。由平衡数据查得，=0.033，0.270，所以解得 0.121（mol/mol进料）。（2） 2时所需理论板层数及两产品的组成显然=, =0.99，所以=0.135。图解法求得理论板层数为5（图解法略）。15在连续操作的板式精馏塔中分离苯甲苯混合液。在全回流的条件下测得相邻板上的液体组成分别为0.28，0.41和0.57，试求三层板中较低的两层的单板效率。操作条件下苯甲苯混合液的平衡资料如下。x 0.26 0.38 0.51y 0.45 0.60 0.72解：在全回流操作时，。由板效率定义知 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. 有一精馏塔，已知塔顶馏出液组成xD =0.97（摩尔分数），回流比R=2，塔顶采用全凝器，泡点回流，其气液平衡关系为，求从塔顶数起离开第一块板下降的液体组成x1和离开第二块板上升的气相组成y2。解：由推出 由于xD =0.97，所以 x10.75。故( xD)=0.82。 1719 无第二章 吸收 暂无第五章 干燥1 无5-2 1.0133105Pa（1个大气压）、温度为50的空气，如果湿球温度为30，计算：（1）湿度；（2）焓；（3）露点；（4）湿比容解：1、H=0.021, I=116kJ/kg, td=25C5-3 已知一个干燥系统的操作示意图如下：在IH图中画出过程示意图求循环空气量qm,LC，83oC,HC=0.03kgkg-1干气80B83oCA14 oCHA=0.01kkg-1干气冷凝水，1kgh-1预热器理论干燥器间壁冷凝器HA=0.01HA=0.03=0.8tA=14tA=83解：示意图，见右图5-4在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg，经干燥后物料的含水量由40%减至5%（均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度H1为0.009kg水kg-1绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039kg水kg-1绝干气，假定干燥过程中无物料损失，试求：（1） 水分蒸发是qm,W （kg水h-1）；（2） 空气消耗qm,L（kg绝干气h-1）；原湿空气消耗量qm,L（kg原空气h-1）；（3）干燥产品量qm,G2（kgh-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=0.053qmw=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某厂利用气流干燥器将含水20%的物料干燥到5%（均为湿基），已知每小时处理的原料量为1000kg，于40进入干燥器，假设物料在干燥器中的温度变化不大，空气的干球温度为20，湿球温度为16.5，空气经预热器预热后进入干燥器，出干燥器的空气干球温度为60，湿球温度为40，干燥器的热损失很小可略去不计，试求：（1） 需要的空气量为多少m3h-1？（以进预热器的状态计）（2） 空气进干燥器的温度？0时水的汽化热2491.27kJkg-1，空气与水汽比热分别为1.01与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查图得：H0=0.01, H2=0.045I1=(1.01+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湿物料含水量为42%，经干燥后为4%（均为湿基），产品产量为0.126kg/s，空气的干球温度为21，相对湿度40%，经预热器加热至93后再送入干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为60%，若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求：（1） 在I图H上画出空气状态变化过程的示意图；（2） 设已查得H0=0.008kg水kg-1绝干气，H2=0.03 kg水kg-1绝干气)，求绝干空气消耗量qm,L（kg绝干气s-1）。H2=0.032=0.6t0=21t1=93I1=I20=0.6预热器供应之热量（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-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有一连续干燥器在常压下操作，生产能力为1000kg h-1（以干燥产品计）物料水分由12%降为3%（均为湿基）物料温度则由15至28，绝干物料的比热为1.3KJ kg-1绝干料，空气的初温为25，湿度为0.01kg kg-1绝干空气，经预热器后升温至70，干燥器出口废气为45，设空气在干燥器进出口处焓值相等，干燥系统热损失可忽略不计，试求： 在HI图上（或tH图上）示意画出湿空气在整个过程中所经历的状态点； 空气用量（m3h-1）（初始状态下）；为保持干燥器进出口空气的焓值不变，是否需要另外向干燥器补充或移走热量？其值为多少？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+24900.0196.9I2=(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用热空气干燥某湿物料。空气初始温度t0=20，初始湿度H0=0.006Kg水kg-1干气。为保证干燥产品质量，空气进干燥器的温度不得高于90；为此在干燥器中间设置加热器。空气经预热器升温至90通入干燥器，当热空气温度降至60时，再用中间加热器将空气加热至90，废气离开干燥器时的温度变为60。假设两段干燥过程均视为等焓过程。1、 在湿空气的HI（或tH）图上定性表示出空气通过整个干燥器的过程；2、汽化每千克水所需的绝干空气量和所需供热量。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+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)=41.7(90-60)(2.02+1.880.006+1.880.03)2611.695-9在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下：空气进入预热器的温度为15湿含量为0.0073kg水kg-1绝干气，焓为35kJkg-1绝干空气；空气进干燥器温度为90，焓为109 kJkg-1绝干空气；空气出干燥器温度为50；湿含量为0.023 kg水kg-1绝干气；进干燥器物料含水量为0.15kg水kg-1绝干料；出干燥器物料含水量为0.01kg水kg-1绝干料；干燥器生产能力为237kgh-1（按干燥产品计）。试求：1 绝干空气的消耗量（kg绝干气h-1）；2 进预热器前风机的流量（s-1）；3 预热器加入热量（KW）（预热器热损失可忽略）。附湿空气比容计算公式：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)=234.6qmw=qmGc(x1-x2)=234.6(0.15-0.01)=32.8qmL=qmw/(H2-H1)=32.8/(0.023-0.0073)=2089.2qv=qmLvHqv=2089.20.8241721.5m3/hQp=qmL(1.01+1.88H0)(t1-t0)=2089.2(1.01+1.880.0273)（90-15）16040710 无5-11在常压绝热干燥器内干燥某湿物料，湿物料的流量为600kgh-1，从含水量20干燥至2（均为湿基含水量）。温度为20，湿度为0.013kg水kg-1绝干气的新鲜空气经预热器升温至100后进入干燥器，空气出干燥器的温度为60。（1） 完成上述任务需要多少kg绝干空气h-1？（2） 空气经预热器获得了多少热量？0.01 0.10 0.25 X, kg水/kg绝干物料 干燥速率，U（3） 在恒定干燥条件下对该物料测得干燥速率曲线如图所示，已知恒速干燥段时间为1小时，求降速阶段所用的时间。解：、（1）qm,Gc=600(1-1)=480kg/hqm,W= qm,Gc (X1-X2)=480(0.25=0.0204)=110.2kg/hI1=(1.01+1.88H1)t1+2490H1=135.8因为等焓干燥 I2=(1.01+1.88H2)t2+2490H2=I1 H20.02889qm,L= qm,W /(H2-H1)=6935kg干气/h（2）Qp= qm,L (I1-I0)= qm,L (1.01+1.88H0)(t1-t0)=573907kJ/h(3) 恒速段 降速段 14