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丁玉兴编《化工原理》习题解答
第一章 流体流动与输送
1. 40%糖液的比重为1.18，试求其密度。
解：由

2、将以下压力单位换算为，且各用表压和绝对压表示。

（1）0.4kgf/cm
解：∵1kgf=9.81N
∴

3. 某果汁浓缩锅的加热蒸汽绝对压力为1.4kgf/cm2，锅内的绝对压力为400mmHg，设当地大气压为1at，试分别以SI制表示蒸汽的表压力和锅内的真空度。
解：

4、当地大气压为750mmHg时，问位于水面下20m深处的绝对压是多少Pa和atm?
解：由题意可得：

5. 用U形管压差计测定管路两点的压差。管路中气体的密度是2kg/m3。指示液是水，读数为500mm。计算压力差，用Pa表示。
解：

6、管子的内经是100mm，当277K的流速是2m/s时，求体积流量V时和质量流量。

解：由题意可得：

7. 比重为1.2的糖液，在293K时以1m/s的流速和18.5t/h的质量流量流过一不锈钢管。试确定该钢管的直径。
解：由得
，

得：
8、相对密度为0.91的椰子油沿内径是156mm的钢管输送，如果质量流量是50t/h，求体积流量和流速。

解：由题意可得：

9. 选择一水管，已知质量流量是320t/h，要求管内流速小于3m/s。若仓库中库存有内径为150、175、200、250mm四种规格的铸铁管，试问选用何种管子较为适宜？又问选定管径后管内流速是多大？如出口改用一节内径为175mm的水管，此时管内流速是多大？
解：
由得：
得：
则选用直径为200mm管子为宜。
则
如出口改用一节内径为175mm的水管，由于连续流动，所以流体质量流量相等，

10、相对密度为0.9的料液从高位槽自动流入精馏塔中，塔内表压为4×10 Pa,为了保持管内流速为2m/s。试求高位槽内液面距塔进口的垂直距离。（已知损失能量为24.5J/㎏，当地大气压是10×10Pa）

解：由题意可得：
取高位槽液面为截面1-1，精馏塔液面为截面2-2，取截面2-2为基准面，在两截面之间列出能量衡算方程

11. 一水平放置的锥形管，水入口处的内径为150mm，流速为8m/s，绝对压强为1.47×105Pa。水出口处的内径为250mm。试求水出口处的流速和绝对压强。

12、浓度为的糖液（黏度、密度为）,从加压容器经内径6mm的短管出。问当液面高于流出口1.8m时，糖液流出的体积流量为多少？假定无摩擦损失，液面上的压力为（表压），出口为 (一个大气压)。

解：取加压容器口为截面1-1，高位槽液面为截面2-2.取截面1-1为基准面，在两截面之间列出能量衡算方程

13. 用泵从河中抽水作为喷洒冷却器用水。泵的吸入管内径为120mm，压出管内径为80mm。水的流量是45m3/h。水出口处比河面高6m。大气压为105Pa。损失能量为98.1J/kg。求泵有效功率。

14、已知水的流量是每秒15L，温度为277K，在钢管内流动，试确定水的流动形态。
解：从本书附录中查得水在277K时

15. 牛奶以2.25L/s的流量流过内径为27mm的不锈钢管。牛奶的黏度为2.12cP，相对密度为1.03，试问该流动为层流或是湍流？

16、从水塔引水至车间，采用10.16cm水管，其管路的计算总长度（包括直管和管件阀门的当量长度）为150m，设水塔内水面维持恒定，且高于排水管口12m，水温为12℃，试求此管路中水的流量。
解：设水塔截面H，排水管口截面2-2，并以截面2-2为基准面，列出两截面间伯努利方程

查得水在12℃时，

17. 某离心清水泵的性能表上标明允许吸上真空高度为5.5。如泵运转地区的大气压力为80kPa，输送40℃的水。求该泵的安装高度。

18、某车间排出的冷却水温度为65℃，以德流量注入一贮水池中，同时用一有水泵连续地将此冷却水送到一凉水池上方的喷头中。冷却水从喷头喷出，然后落到凉水池中，以达到冷却的目的。已知水在进入喷头前要保持50kPa（表压）的压力，喷头入口比贮水池水面高2m，吸入管路和压出管路的损失压头分别为0.5m和1m，试计算下列各项：
（1）选择一台合适的离心泵，并计算泵的轴功率。
（2）确定泵的安装高度（以本地区大气压计，管内动压头可忽略不计）
解：已知
℃水的
对该系统列伯努利方程，得

在泵附录中查得符合要求，其主要性能如下：
流量………………60 轴功率………………2.61kW 扬程………………11.8m
转速………………1450 效率…………………74% 汽蚀余量………………2.5m
轴功率：

第二章 流体与粒子间的相对运动过程

1、 计算直径d为80，密度的固体颗粒，分别在20℃空气和水中的自由沉降速度。
解：（1）在20℃水中：
设沉降在层流区进行，由斯托克斯定律得：

核算：
（2）在20℃空气中的黏度为
设沉降在层流区进行，由斯托克斯定律算出：

核算：

所以假设不成立，再假设在过渡区，由斯托克斯定律得：

2、 一种测定黏度的仪器由一钢球及玻璃筒组成，测试时筒内充满被测液体，记录钢球下落一定距离的时间。今测得刚球的直径为6mm，在糖浆下落距离为200mm所用时间是6.36s。已知钢球密度为7800，糖浆密度为1400，试计算糖浆的黏度。
解：假设在层流区进行，由斯托克斯定律得：

3、 粒径为90，密度为3500的球形颗粒在20℃的水中作自由沉降，水在容器中的深度为0.6m，试求颗粒沉降至容器底部需要多长时间？
解：假设在层流区进行，由题意查表得：在20℃水中，黏度为
由斯托克斯定律得：

4、 某颗粒直径为3.5mm，密度为1500，试求其在常温水中的沉降速度，如果将该物粒放在同样的水中，测得其沉降速度为，试求其粒径为多少？
解：①常温水
假设在层流区进行，由斯托克斯定律得：

②由第一问可知0.2m/s接近0.279m/s，由艾仑公式得：

5、 密度为1800的固体颗粒在323K和293K水中按斯托克斯定律沉降时，沉降速度相差多少？如果微粒的直径增加一倍，在323K和293K水中沉降时，沉降速度又相差多少？
解：查附录得：
323K时 ；293K时
已知，由斯托克斯公式可得
（1）则：
（2）当微粒直径增加1倍时：
或：（1）根据得：，

（2）当微粒直径增加1倍

6、对密度为1120,含有20%固相的悬浮液进行过滤，在过滤悬浮液15后，能获得湿滤渣的量是多少？已知滤渣内含水分25%
解：由题意得

7、 在实验室中用板框式压滤机对啤酒与硅藻土的混合液进行过滤。滤框空处长与宽均为810mm，厚度为45mm，共有26个框，过滤面积为33，框内总容量为0.760。过滤压力为2.5（表压），测得过滤常数为：，，滤渣体积与滤液体积之比。试计算：
（1）过滤进行到框内全部充满滤渣所需过滤时间；
（2）过滤后用相当于滤液量1/10的清水进行横穿洗涤，求洗涤时间。

解：（1）已知，，由公式得。
当框内全部充满滤渣时滤液体积为,过滤面积，

又由于，将以上数据代入上述公式，解得：。
（2）

8、 在的恒压下过滤某种悬浮于水中的颗粒。已知悬浮液中固相的质量分率为0.14，固相的密度为2200，滤饼的空隙率为0.51，过滤常数为，过滤面积为45过滤阻力忽略不计，欲得滤饼体积为0.5，则所需过滤时间为多少？

9、 某叶滤机的过滤面积为，在的恒压差下过滤4h得到滤液，滤饼为不可压缩，且过滤介质阻力可忽略，试求：

（1） 其他条件不变，将过滤面积增大1倍，过滤4h可得滤液多少？
（2） 其他条件不变，过滤压差加倍，过滤4h可得滤液多少？
（3） 在原条件下过滤4h，而后用清水洗涤滤饼，所需洗涤时间是多少？

解：（1）已知

（2）过滤常数

（3）洗涤速率
洗涤时间

11、用直径为600mm的标准式旋风分离器来收集药物粉尘，粉尘的密度为2200，入口空气的温度为473K，流量为3800，求临界直径。
解：由题意可得：

代入上式得：
12、密度为速溶咖啡粉，其直径为，用温度为250℃，的热空气代入旋风分离器中，进入时切线速度为，在分离器中旋转半径为0.5m，求其径向沉降速度。将同样大小的咖啡粉粒放在同温度的静止空气中，其沉降速度又为多少？

解：（1）250℃时， ，

（2）250℃时
设粒子在层流区沉降，其最大沉降粒径为，层流区，的上限值
则代入斯托克斯得：

<所以在层流区沉降

第三章 传热
1、载热体流量为1500kg/h，试计算以下各过程中载热体放出或得到的热量。
（1）100℃的饱和水蒸气冷凝成100℃的水；（2）比热容为3.77的NaOH溶液从290K加热到370K；
（3）常压下20℃的空气加热到150℃；（4）压力为245kPa的饱和蒸气冷凝成40℃水。

解：（1）经查表已知水的汽化焓，
（2）
（3）经查表常压下，
（4）（2719.7-167.5）×1500=3.828×
2．将50 kg100℃的饱和水蒸汽通入温度为20℃的100kg水中，求混合后的温度。
解：当100kg的水由20℃变为100℃时需要的热量是

查表得100℃饱和水蒸气冷凝潜热为，∴只需的水蒸气就可使100kg的水由20℃变为100℃，水质量变为114.8kg，
∴混合后的温度为100℃。

3、普通砖平壁厚度为460mm，一侧壁面温度为200℃，另一侧壁面温度为30℃，已知砖的平均导热系数为℃，试求：
（1）通过平壁的热传导通量，；（2）平壁内距离高温侧300mm处的温度。

解：（1）由导热热通量公式可得：
（2）设以x表示沿壁方向上的距离，若在x处等温面上温度为t，则

℃
4．在三层平壁的热传导中，测得各层壁面温度t1、t2、t3和t4分别为500℃、400℃、200℃和100℃，试求各层热阻之比。假设各层壁面间接触良好。
解：在定态热传导中，通过各层的热传导速率必相等，即
,
∴, ,
∴，，

∴
5、某燃烧炉的平壁由下列依次砌成：
耐火砖 导热系数 ℃
绝热转 ℃
普通砖 ℃
若已知耐火砖内侧面温度为860℃，耐火砖与绝热转接触面温度为800℃，而绝热转与普通砖接触面温度为135℃，试求：
（1）通过炉墙损失的热量，；（2）绝热砖层厚度，m；（3）普通砖外壁面温度，℃。

解：（1）由导热热通量公式，得
（2）

（3）由℃
6．规格为60×3mm的钢管用30mm厚的软木包扎，其外又用100mm厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为－110℃，绝热层外表面温度为10℃。已知软木和保温灰的平均导热系数分别为0.043 W/（m·℃）和0.07W/（m·℃） ，试求每米管长的冷量损失量，w/m。
解：已知，，
，，每米管长的冷量损失量为
7、用钢管输送水蒸气，为减少热损失，钢管外包扎两层绝热材料，第一层厚度为30mm，第二层厚度为50mm，管壁及两层绝热材料导热系数分别为45、0.093、0.175W/(m·℃)，钢管内壁面温度为300℃，第二层保温层外表面温度为50℃，试求单位管长的热损失量和各层间接触界面的温度。

解：管壁 ℃
第一层材料 W/(m·℃)
第二层材料 W/(m·℃) ，
℃， ℃
管外壁的温度为，则
得：
同理：得：

管外壁与第一层绝热材料接触面温度为299.9℃。
设第一层与第二层绝热材料接触面温度为=147.9℃
8．在蒸汽管道外包扎有两层厚度相等而导热系数不同的绝热层，外层的平均直径为内层的2倍，其导热系数也为内层的2倍。若将两层材料互换而其他条件不变，试计算热阻的变化。说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适。
解：由已知得，，，，导热系数大的材料在内时
，
导热系数小的材料在内时，，
，即
∴小的材料包扎在内层较为合适。

9．在套管换热器中，用冷水将硝基苯从85℃冷却到35℃，硝基苯流量为2000kg/h，进出口温度分别为20℃和30℃，试求冷却水用量。假设换热器热损失可忽略。
解：查得平均温度下，，
由热量衡算式得：，即
，得

10、在一列管式换热器中，壳程有绝压为180kPa水蒸气冷凝，某种液体在管内流过，其流量为2000kg/h，进口温度为20℃，出口温度为70℃，平均温度下比热容为2.5kJ/kg·℃,试求蒸汽用量。假设换热器热损失可忽略，壳程蒸汽冷凝后排出的为饱和水。

解：180kPa水蒸气的冷凝潜热，热损失可忽略

11、在一套管换热器中，热流体由300℃降到200℃，冷流体由30℃升到150℃，试分别计算并流和逆流操作时的对数平均温度差。

解：并流时
热流体温度 300℃200℃
冷流体温度 30℃150℃
=270℃ =50℃
℃
逆流时
热流体温度 300℃200℃
冷流体温度 150℃30℃
=150℃ =170℃
℃
12．在下列的列管式换热器中，冷流体在管内流过，由20℃加热到50℃，热流体在壳程流动，由100℃冷却到60℃，试求以下两种清况下的平均温度差。
（1）壳方单程，管方四程。
（2）壳方二程，管方四程。
解：先按逆流计算，即
而，
（1）对于壳方单程、管方四程查图得，
∴
（2）对于壳方双程、管方四程查图得，
∴

13、在一套管换热器中，内管为的钢管，热水在内管内流动，热水流量为2500kg/h，进出口温度分别为90℃和50℃，冷水在环隙中流动，进出口温度分别为20℃和30℃.逆流操作，若已知基于管外表面积的总传热系数为1500w/℃。试求套管换热器的长度。假设换热器的热损失可忽略。

解：逆流时
热流体温度 90℃50℃
冷流体温度 30℃20℃
=30℃ =60℃
℃
又

14、在一套管换热器中，苯在管内流动，流量为3000kg/h，进出口温度分别为80℃和30℃，在平均温度下苯的比热容为1.9kJ/kg·℃,水在环隙中流动，进出口温度分别为15℃和30℃，逆流操作，若换热器的传热面积为2.5㎡，试求总传热系数。

解：逆流操作
热流体温度 80℃30℃
冷流体温度 30℃15℃
=50℃ =15℃
℃
又

℃)]
15．用压力p=294kPa的饱和水蒸汽（只放出潜热）将对二甲苯由80℃加热到100℃，对二甲苯的流量为80,密度为860试求蒸汽用量。又当总传热系数时，求所需的传热面积。
解：查表得绝对压力p=294kPa的饱和水蒸汽的气化潜热为2170kJ/kg，温度为133℃，二甲苯的平均比热容，设蒸汽用量为，则（1）
（2）
，

16、在一逆流操作的单程列管式换热器中用冷水将1.25kg/s的某液体（比热容为1.9kJ/kg·℃），从80℃冷却到30℃，水在管内流动，进出口温度分别为20℃和50℃，换热器的列管直径为，
若已知管内、管外的对流系数分别为0.85、1.70kW/℃，试求换热器的传热面积。假设污垢热阻，管壁热阻及换热器的热损失均可忽略。
解：逆流操作
热流体温度 80℃30℃
冷流体温度 50℃20℃
=10℃ =30℃
℃
又

W/℃

17、在列管式换热器中，用冷水冷却某油品，水在直径为的列管内流动，已知管内水侧对流传热系数为2000 W/℃，管外油侧对流传热系数为250 W/℃。该换热器使用一段时间后，管壁两侧均形成垢层，水侧垢层热阻为0.00025℃，油侧垢层热阻为0.0002℃。管壁导热系数为45 W/℃.试求产生污垢热阻增加的百分数。
解：根据题意可得：
W/℃， W/℃，℃，℃，
未产生污垢层时：
（ W/℃）
产生污垢后：
（ W/℃）

第四章 蒸发
1、已知25%NaCl水溶液在0.1MPa下沸点为107℃，在0.02MPa下沸点为65.8℃，试利用杜林规则计算在0.05MPa下的沸点。

解：经查表可得：水在常压、0.1MPa、0.02MPa、0.05MPa下的沸点分别为100℃、99℃、60.1℃、81.2℃，
又由杜林规则可得：

℃

2、试计算密度为1200的溶液在蒸发时因液柱压头引起的温度差损失（已知蒸发器加热管底端以上液柱深度为2m，液面操作压强为20kPa(绝压)）。

解：由静力学基本方程，得

经查表20kPa下饱和蒸气温度为60.1℃，31.76kPa下饱和蒸气温度为68℃
℃

3、当二次蒸汽的压强为19.62kPa时，试计算24.24%NaCl水溶液的沸点升高值为多少？

解：经查表：浓度为24.24%的NaCl水溶液在常压下的沸点为107℃
℃
经查表可得19.62kPa时，水蒸气的饱和温度为T=60.1℃=333.25K，其潜热

℃

4、在传热面积为85㎡的单效蒸发器中，每小时蒸发1600kg浓度为10%的某种水溶液，原料液温度为30℃，蒸发操作的平均压强为100kPa，加热蒸汽总压为200kPa，已估计出有效温度差为12℃，试求完成液浓度。已知蒸发器的传热系数为900，热损失取为蒸发器传热量的5%，设溶液比热近似取为。
解：1）、
2）、
3）、总传热量:
4)、溶液沸点：
5）、原料液由30℃泡点（108.2℃）所需有效热量

6)、汽化过程所需有效热量

7）、蒸发器热损失为：
∵
∴
8）、∵
∴

5、某真空蒸发器中每小时蒸发kg、浓度为8%的水溶液。原料液温度为75℃，蒸发室压强为40kPa（绝压），加热蒸汽绝对压强为200kPa。完成液浓度为42.5%，试求蒸发器的传热面积和加热蒸汽量。已知蒸发器的传热系数,热损失为总传热量的3%，并忽略静压效应，设溶液比热近似取为。
解：水分蒸发量
；
查得40kPa（绝压）下水的沸点为75℃，汽化热为2312；
200kPa（绝压）下水的沸点为120.2℃，汽化热为2205；
查得101.3kPa（绝压）下水溶液的沸点为102℃，水的沸点为100℃
∴
校正次数
∴溶液的沸点升高
溶液的沸点为
∵,
∴
传热面积

第五章 蒸馏
1、已知苯—甲苯混合液中苯的质量分率为0.25，试求其摩尔分率和混合液的平均分子量。
解：
苯：
甲苯：
平均分子量：
2、（1）含乙醇0.12（质量分数）的水溶液，其摩尔分率为多少？
（2）乙醇—水恒沸物中乙醇含量为0.894（摩尔分率），其质量分率为多少？
解：（1）
（2）

3、苯—甲苯混合液在压强为101.33kPa下的t-x-y图见本章图5-1，若混合液中苯初始组成为0.5（摩尔分率），试求：
（1）该溶液的泡点温度及其瞬间平衡气相组成；
（2）将该混合液加热到95℃时，试问溶液处于什么状态？各项组成为若干？
（3）将该溶液加热到什么温度，才能使其全部气化为饱和蒸气，此时的蒸气组成为若干？
解：（1）泡点为92℃，，
（2）95℃溶液处于气液共存区，
（3）将该溶液加热到98℃时，溶液全部气化为饱和蒸气。
此时气相中轻组分含量为0.5。
4、苯—甲苯混合液中苯的初始组分为0.4（摩尔分率，下同），若将其在一定总压下部分汽化，测得平衡液相组分为0.258，气相组成为0.455，试求该条件下的气液比。
解：由题意可得：

即
设原料量F=1mol
解得：, ∴气液比
5、某两组分理想溶液，在总压为26.7kPa下的泡点温度为45℃，试求气液平衡组成和物系的相对挥发度，设在45℃下，组分的饱和蒸气压为。
解：根据泡点方程，得

根据露点方程，得

又由得
气相中轻组分含量为0.94，重组分含量为0.06；液相中轻组分含量为0.84，重组分含量为0.16；物系的相对挥发度为3.02。
6、在连续精馏塔中分离二硫化碳（A）和四氯化碳（B）混合液，原料液流量为1000kg/h，
组成为0.30（组分A质量分数，下同），若要求釜残液组成不大于0.05，馏出液中二硫
化碳回收率为90%，试求馏出液流量和组成(组分A的摩尔分率)。
解：二硫化碳的分子质量为76kg/kmol，四氯化碳的分子质量为154kg/kmol，
原料液组成（摩尔分率）为
原料液的平均分子质量为
原料液摩尔流量为
釜残液组成为
由全塔物料衡算可得：
总物料： （1）
易挥发组分A： （2）
代入上式（2）得：
解得：

7、在常压连续精馏塔中分离某两组分理想溶液，原料液流量为300kmol/h，组成为0.35（易挥发组分的摩尔分率，下同），泡点进料。馏出液组成为0.90釜残液组成为0.05，操作回流比为3.0，试求：
（1）塔顶和塔底产品流量，kmol/h；
（2）精馏段与提馏段的上升蒸气流量和下降液体流量，kmol/h。
解：（1）由全塔物料衡算得：
即
解得：
（2）由操作回流比3.0可知

8、在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，原料液流量为75kmol/h，泡点进料，若已知精馏段和提馏段操作线方程分别为，，试求：
（1）精馏段和提馏段的下降液体流量，kmol/h；
（2）精馏段和提馏段的上升蒸气流量；kmol/h。
解：由操作线方程（a）可得 , R=2.61
又∵ ∴ 又∵是泡点进料，∴q=1
由操作线方程（b）可得:
(1)
(2)
由提馏段操作线方程与对角线联立得：
，，即
由已知条件知F=85kmol/h,
由（1）、（2）式联立，得 (3)
又∵,
将上述二式代入（3）得：
∴
∴

9、在常压连续精馏塔中，分离甲醇-水溶液。若原料液组成为0.45（甲醇摩尔分率）温度为30℃，试求进料热状态参数。已知进料泡点温度为75.3℃，操作条件下甲醇和水的汽化潜热分别为1055kJ/kg和2320kJ/kg，甲醇和水的比热容分别为2.68kJ/(kg·℃)和4.19 kJ/(kg·℃)。
解：甲醇的分子质量为32kg/kmol，水的分子质量为18kg/kmol。
已知进料泡点温度为℃，℃，
原料液的平均汽化潜热为：
原料液的平均比热容为：℃
进料热状态参数为：
10、在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，已知精馏段和提馏段操作线方程为，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比。
解：由精馏段操作线方程 ； 得

露点进料线两操作线交点纵坐标为
解之得

因为为提馏段操作线上一点，所以将代入提馏段操作线方程，得
。
11、在连续精馏中分离两组份理想溶液，已知原料液组成位0.45（易挥发组分摩尔分率，下同），原料液流量100kmol/h，泡点进料，馏出液组成为0.90，釜残液组成为0.05，操作回流比为2.4。试写出精馏段操作线方程和提溜段操作线方程。
解：由全塔物料衡算及一挥发组分物料衡算得
(1)

即 (2)
联立（1）（2）得出

（1）精馏段操作线方程

（2）提馏段操作线方程

12、在连续精馏中分离两组份理想溶液，已知原料液组成位0.55（易挥发组分摩尔分率，下同），泡点进料，馏出液组成为0.90，操作回流比为2.5，物系的平均相对挥发度为3.0，塔顶为全凝器，试用逐板法计算求精馏段理论板数。
解：由气液平衡方程得：
由精馏操作线方程得：

∵塔顶为全凝器，
则由平衡方程得 ，即
由操作线方程得，即
由平衡方程得 ，即
由操作线方程得，即
由平衡方程得 ，即
∵
∴第三版为加料板，即精馏段理论板数为2。
13、在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，原料液组成为0.50（苯的摩尔分数，下同），气液混合物进料，其中液化率为1/3，若馏出液组成为0.95，釜残液组成为0.02，回流比为2.5，试求理论板数和适宜的进料位置。
解：精馏段操作线方程为：

此题的理论板数和适宜的进料位置可由图解法求得，见下图：

由图可知所需理论板数为12（不包括再沸器），自塔顶往下的第6层为进料板。
14、在常压连续精馏塔中分离甲醇-水溶液，原料液组成为0.4（甲醇的摩尔分率，下同），泡点进料。馏出液组成为0.95，釜残液组成为0.03，回流比为1.6，塔顶为全凝器，塔釜采用饱和蒸气直接加热，试求理论板数和适宜的进料位置。
解：由题可知：

精馏段操作线方程为：

此题理论板数可由图解法求得，见下图：

从图中可知，理论板数为7，自塔顶往下的第5层为进料板。
15、在连续精馏塔中分离两组份理想溶液，原料液组成位0.35（易挥发组分得摩尔分率，下同），馏出液组成为0.9，物系的平均相对挥发度为2.0，回流比为最小回流比的1.4倍，试求以下两种情况下的操作回流比。（1）饱和液进料；（2）饱和蒸汽进料。
解：（1）饱和液进料，
线与平衡线的交点坐标（0.35，y）, ∵平衡线方程为，
∴将代入上述方程，得，
即线与平衡线的交点坐标（）为（0.35，0.519）
，
（2）饱和蒸汽进料，
线与平衡线的交点坐标（，0.35）, ∵平衡线方程为，
∴将代入上述方程，得，
即线与平衡线的交点坐标（）为（0.212，0.35）
，
16、在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。塔顶采用全凝器。实验测得塔顶第一层塔板的单板效率为0.6。物系的平均相对挥发度为3.0，精馏段操作线方程为y=0.833x+0.15。试求离开塔顶 第二层塔板的上升蒸气组成y2。
解：
其中： 解得
解得
即： 解得

17．用一连续精馏塔分离含二硫化碳0.44的二硫化碳-四氯化碳混合液。原料在泡点下进料，原料液流量为4000kg/h，要求馏出液组成为0.98，釜液组成不大于0.09（以上均为摩尔分率）。回流比为2，全塔操作平均温度为61℃，空塔速度为0.8m/s,塔板间距为0.4m，全塔效率为59%。试求 ：（1）实际塔板层数；（2）两种产品的质量流量；（3）塔径；（4）塔的有效高度。
常压下二硫化碳-四氯化碳溶液的平衡数据如下表
常压下二硫化碳-四氯化碳溶液的平衡数据
液相中摩尔分率
气相中摩尔分率
液相中摩尔分率
气相中摩尔分率
0
0.0296
0.0615
0.1106
0.1535
0.2580
0
0.0823
0.1555
0.2660
0.3325
0.4950
0.3908
0.5318
0.6630
0.7574
0.8604
1.0
0.6340
0.7470
0.8290
0.8970
0.9320
1.0
解：原料液的平均分子量

根据总物料衡算和易挥发组分衡算得
，
因为：泡点进料，，，精馏操作线截距。
采用作图法得：,
塔高m。
又∵

精馏段气体体积流量：
塔径计算：
18.在常压连续精馏塔中，分离苯-甲苯混合液 ，原料液流量为10000kg/h，组成为0.50（苯的摩尔分率，下同），泡点进料。馏出液组成为0.99，釜残液组成为0.01。操作回流比为2.0，泡点回流。塔底再沸器用绝压为200kPa的饱和蒸气加热，塔顶全凝器中冷却水的进、出口温度分别为25℃和35℃。试求：
（1）再沸器的热负荷和加热蒸汽消耗量；
（2）冷凝器的热负荷和冷却水消耗量 。
假设设备的热损失可忽略。苯的气化潜热为389kJ/kg，甲苯的气化潜热为360kJ/kg。
解：原料液：，
由物料衡算得：,代入数值得:
。
（1）再沸器热负荷：

又∵，∴
（2）冷却水用量：
，

消耗水量：∵
∴

第六章 吸附吸收
1、某种混合气中含有30%（体积）的，其余为空气。于1013kPa及30℃下用清水吸收其中，试求液相中的最大浓度。
解：根据分压定律：

2．每1000g水中含有18.7g氨，试计算氨的水溶液的摩尔浓度c、摩尔分率、及摩尔比。
解：由题意得

3、在一个大气压20℃时，氧气在水中的溶解度可用下式表示,式中p为气相中氧的分压；x为液相中氧的摩尔分数；试求在上述条件下氧在水中的最大溶解度。
解：根据分压定律：

4．常压下34℃的空气为水蒸气所饱和.试求:
1）混合气体中空气的分压；
2）混合气体中水蒸气的体积分率；（理想气体的体积分率等于摩尔分率）
3）混合气体中水蒸气的摩尔比浓度。
解：查饱和水蒸气表t=34℃

（1）
（2）体积分率
（3）摩尔比浓度
5、氨水的浓度为25%（质量分数），求氨对水的质量比和摩尔比。
解：质量比：=0.333
摩尔比：=0.353
6．已知空气中N2和O2的质量分数分别为76.7%和23.3%，总压为一个大气压，求 N2和O2的质量比和摩尔比。
解：

7、在逆流操作的吸收塔中，于一个大气压25℃下用清水吸收混合气体中的，将其浓度由2%降至0.1%（体积分率），该系数符合亨利定律，若取吸收剂用量为理论最小用量的1.2倍，试计算操作液气比L/V及出口液相组成。
解：气相中：

8．在常压下用水吸收某低浓度气体，已知气膜系数kg=1.9kmol/（m2.h. ）, 液膜吸收系数为，溶解度系数H=0.0015kmol/m3. ，试求气相体积吸收总系数KG及相平衡常数m，并指出控制该过程的膜层。
解：（1）由题意可得：

∴

∴， ∴控制过程的膜层为液层。
（2）由得

9、在20℃及101.3kPa下，用清水分离氨和空气的混合气体，，混合气中氨的分压为1330kPa，经处理后氨的分压下降到7Pa，混合气体的处理量为1020kg/h，操作条件下平衡关系为，若适宜吸收剂用量为最小用量的5倍时，求吸收剂用量。
解：

又因为
所以

10．用清水吸收含低浓度溶质A的混合气体，平衡关系服从享利定律。现已测得吸收塔某横截面上气相主体溶质A的分压为5，液相溶质A的摩尔分率为0.01,相平衡常数m为0.82,气膜吸收系数=2.58×10-5 kmol/（m2.s），液膜吸收系数=3.85×10-3kmol/（m2.s） 。塔的操作总压为101.3，试求：
1）气相总吸收系数，并分析该吸收过程的控制因素。
2）该塔横截面上的吸收速率。
解：（1）由题意得：

∴

∴该过程主要受气膜阻力所控制。
（2）由题意得：

∴

11、在填料吸收塔中，用清水吸收甲醇-空气混合气体中的甲醇蒸气吸收操作，在常压及27℃下进行，此时，混合气流率为1200，塔底处空塔速度为0.4m/s，混合气中甲醇浓度为100g甲醇/空气，甲醇回收率为95%，体积吸收总系数为，在操作条件下气液平衡关系为。试计算在塔底溶液浓度为最大可能浓度的70%时，所需的填料层高度。
解：混合气的摩尔流速为：

∴
12．在内径为0.8m的常压填料吸收塔内，装有高5m的填料。操作温度为20℃。每小时处理1200氨-空气混合气体，其中氨的浓度为0.0132(摩尔分率).用清水做吸收剂,其用量为900。吸收效率为99.5%.已知操作条件下气液平衡关系符合享利定律,在20℃时,一组平衡数据为:液相浓度为1g()/100g(),相应的平衡气相中氨的分压为800.试求:
1)享利系数及溶解度系数。
2)气相体积吸收总系数。
解：

根据相平衡关系得

∴
又∵

根据物料衡算得：,
∴
∴

∴
而, ∴
又∵ ∴
13.在27℃及101.3 下,用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气—液两相中的浓度很低，平衡关系服从享利定律。已知溶解度系数H=1.995kmol/m3.kpa,气膜吸收分系数 kg=1.55×10-5kmol/m2.s.kPa,液膜吸收分系数为,试求吸收总系数并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数。
解：由得

第七章 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。试求：
（1）在直角三角形相图上作出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上作出分配曲线；
（2）由50㎏醋酸、50㎏庚醇—3和100㎏水组成的混合液的坐标点位置。经过充分混合而静置分层后，确定平衡的两夜相的组成和量；
（3）上述两液层中溶质A的分配系数及溶剂的选择性系数。
溶解度曲线数据（质量百分数）
醋酸（A）
庚醇-3（B）
水（S）
醋酸（A）
庚醇-3（B）
水（S）
0
3.5
8.6
19.3
24.4
30.7
41.4
45.8
46.5
47.5
96.4
93.0
87.2
74.3
67.7