化工原理答案
第六章 蒸 馏
11、在连续精馏操作中，已知精馏段操作线方程及q 线方程分别为y =+；y = +,试求：（1）进料热状况参数q 及原料液组成x F ；（2）精馏段和提馏段两操作线交点坐标。 解：由q 线方程 y = +知
5.01
-=-q q
故q =1/3 又675.01
=--
q x F
故x F =（1-q ）=×（1 -1/3）= 因为精馏段操作线与提馏段操作线交点也是精馏段操作线与q 线的交点，所以 y q = +
y q =+ 联立求解 x q = y q =
12、用逐板计算习题10中泡点进料时精馏段所需理论板层数。在该组成范围内平衡关系可近似表达为y =+
解：由习题10知 x F = 、x D = 、R = 设塔顶为全凝器，故y 1=x D = 由平衡关系 y 1=+= 得 x 1= 由精馏段操作线方程
26.072.06
.395.06.36.2111+=+=+++=
+n n D n n x x R x x R R y 得 y 2=×+=
又 += 得 x 2= 同理 y 3=×+= 又 += 得 x 3= y 3=×+= 又 += 得 x 4= ∴ 精馏段理论板层数为3层，第四层为进料板。 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（摩尔分数，下同），塔顶馏出液组成为，釜液组成为，操作回流比为。试求理论板层数和进料板位置。平衡数据见例6-2表。 解：用图解法求N T 在y-x 相图上找出x W = 、x F = 、x D = ，对应点为c 、e 、a 。 由回流比R = 得精馏段操作线截距 26.06 .395 .016.295.01==+=+R x D 在图中确定b 点，并连接ab 为精馏段操作线。 已知原料为饱和液体，故q =1 ，q 线为e 点出发的一条垂直线，与精馏段操作线交于d 点，连接cd 为提馏段操作线。绘阶梯数为9，故N T =8（不包括再沸器）。 由图可知第五块为进料板。 14、在常压下用连续精馏塔分离甲醇－水溶液。已知原料液中甲醇含量为（摩尔分数，下同）馏出液及釜液组成分别为和，泡点进料，塔顶为全凝器，塔釜为间接蒸汽加热， 操作回流比为最小回流比的 2倍。求（1）理论板层数及进料板位置；（2）从塔顶向下第二块理论板上升的蒸汽组成。平衡数据见习题10。 解： （1）根据第10题的平衡数据作出y-x 图，由图中可知q 线与平衡线交点坐标为 x q = 、y q = 由式（6-36）得 71.035 .025 .035.070.070.095.0min ==--= --= q q q D x y y x R R =2R min =2×= 由精馏段操作线截距 39.042 .295 .01==+R x D 与a 点连接，作出精馏段操作线ab 。 ab 与q 线交于d ，连接cd 即为提馏段操作线。绘出阶梯数为8，故理论板层数为8（包括再沸器），进料板为第6块 （2）图中查得从塔顶第二块板上升的蒸汽组成为 。 15、用简捷法求算习题13中连续精馏塔所需的理论板层数。 解： 由习题13图中读得q 线与平衡线交点坐标为 x q = y q = 由式（6-36）得 习题6－13附图 习题6－14附 图 14.150 .071.071 .095.0min =--= --= q q q D x y y x R 吉利兰图中横坐标 40.06 .314 .16.21min =-=+-R R R 由吉利兰图中读得纵坐标32.02 min =+-T T N N N 由例6-2知 αm = 由式（6-34a ） 53.5139 .047.2146.2lg ] 06.094.005.095.0lg[1lg )]1)(1lg[(min ≈=-=-?=---=m W W D D x x x x N α 所以 32.02 5 =+-T T N N 解之N T =8（不包括再沸器） 与习题13结果一致。 16、一常压操作的连续精馏塔中分离某理想溶液，原料液组成为，馏出液组成为（均为轻组分的摩尔分数），操作条件下，物系的相对挥发度α＝，若操作回流比R =，进料热状况参数q =，塔顶为全凝器，试计算塔顶向下第二块理论板上升的气相组成和下降液体的组成。 解： 由相平衡方程式x x x x y +=-+= 12)1(1αα ① 由q 线方程8.035 .04.05.05.111-=-=---= x x q x x q q y F ② 式①②联立求解，得到交点坐标 x q = 、y q = 由式（6-36）得 77.1484 .0652.0652 .095.0min =--= --= q q q D x y y x R R ==×= 精馏段操作线方程为 26.073.066 .395.066.366.211+=+=+++= x x R x x R R y D 用逐板计算法： 因塔顶为全凝器，则 y 1=x D = 由平衡线方程 1 1 112x x y += 得x 1= 由精馏段操作线方程 92.026.0905.073.026.073.012=+?=+=x y 由相平衡方程 2 2 212x x y += 得x 2= 17、用常压连续精馏塔分离苯－甲苯混合液。已知原料液流量100kmol/h ，组成为，馏出液及釜液组成分别为和（均为摩尔分数），进料温度为40℃，塔顶全凝器，泡点回流，R =，塔釜为间接蒸汽加热，加热蒸气压力为300kPa （绝压），若忽略热损失，试求：（1）加热蒸汽用量；（2）冷却水用量（设冷却水进出口温差为15℃） 解：由全塔物料衡算 kmol/h 22.4010003 .095.003 .040.0=?--=--= F x x x x D W D W F 查得 x F =时，泡点温度t s =96℃，而进料温度t F =40℃，故为冷进料。 查t s =96℃时苯、甲苯的汽化潜热为 r A =kg r B =kg 则r m =××78+××92=32950kJ/kmol 查682 4096=+℃下 C P A =C P B =（kg. ℃） 则 C P m =××78+××92=（kmol. ℃） 所以28.132950 32950 )4096(4.162)(=+-?=+-= m m F s Pm r r t t C q 精馏段上升蒸汽量 V =（R +1）D =（3+1）×=h 提馏段上升蒸汽量 V ‘=V +（q -1）F =+（）×100=h 塔釜和塔顶分别按纯甲苯和苯计算： （1）查x w =时t s ‘=109.3℃，对应的汽化潜热r B =380kJ/kg 则Q B =V ‘r B =×380×92=×106kJ/h 又查300kPa （绝压）下饱和水蒸气的汽化潜热r =kg ，则塔釜加热蒸汽消耗量 kg/h 1004.31 .2168106.636 ?=?==r Q W B B （2）查x D =时，t s ‘’=81.2℃ ，对应的汽化潜热r c =400kJ/kg 则Q c =Vr c =×400×78=×106kJ/h 冷却水消耗量 h kg t t C Q W pc c c /1099.715 187.41002.5)(46 12?=??=-= 18、在连续精馏塔中分离苯－甲苯混合液。在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为、和，试求三层板中较低两层板的液相单板效率。操作条件下苯－甲苯混合液的平均相对挥发度可取。 解：已知x 1= 、x 2= 、x 3= 又全回流时操作线方程为 y 2=x 1 、y 3=x 2 、y 4=x 3 故y 2= 、y 3= 、y 4= 由相平衡方程式 41.0)15.2(15.257.0)15.2(15.2* 3 *3 3* 2 * 2 2=-+= =-+=x x y x x y 得到 35.0* 2 =x 22.0*3=x 由式 （6-46） 68.022.041.028.041.073.035 .057.041 .057.0* 3 2323 * 21212=--=--==--=--=x x x x E x x x x E mL mL 19、试计算习题14中精馏塔的塔径和有效高度。已知条件如下： （1）进料量为100kmol/h ； （2）塔釜压力为114kPa ，对应温度为102℃，塔顶为常压，温度为66.2℃，塔釜间接蒸汽加热； （3）全塔效率55％，空塔气速为0.84m/s ，板间距为0.35m 。 解：由习题14得知 x F = 、x D = 、x W = ，泡点进料，R = 由全塔物料衡算 F =D +W 100=D +W Fx F =Dx D +Wx W 100×=+ 解之 D =h V =V ‘=（R +1）D =（+1）×=h 因全塔平均温度为1.842 2 .66102=+℃ 所以平均操作压力为 kPa 7.1072 3 .101114=+ m 97.084.014.3617.044/s m 617.07 .10727336003.101)1.84273(59.804.2236004.22300 =??===???+??==u V D P T VTP V g i g π 圆整为1000mm 习题6－21附图 由于习题14已求出N T =7 所以N P =N T /E =7/=≈13 Z =（N P -1）H T =（13-1）×=4.2m 20、试计算习题19中冷凝器的热负荷、冷却水的消耗量以及再沸器的热负荷、加热蒸汽的消耗量。已知条件如下： （1）忽略冷凝器热损失，冷却水的进出口温度分别为25℃和35℃； （2）加热蒸汽的压力为，冷凝液在饱和温度下排出，再沸器的热损失为有效传热量的12％。 解：塔顶可近似按纯甲醇计算，则查塔顶66.2℃下，r A =1130kJ/kg 由式（6-38） Q C =Vr A =×1130×32=×106kJ/h kg/h 1095.6)2535(187.41091.2)(46 12?=-??=-=t t C Q W pc c c 塔釜可近似按水计算，则查塔釜102℃下，r B =2252kJ/kg 由式（6-40） Q B =V ‘r B +Q L =×18×2252×=×106kJ/h 查加热蒸汽下，汽化潜热为kg ，则 kg/h 16708.21911066.36 ≈?==h B h r Q W 21、在连续精馏塔中分离二硫化碳－四氯化碳混合液。原料液在泡点下进入塔内，其流量为4000kg/h 、组成为（摩尔分数，下同）。馏出液组成为，釜液组成为。操作回流比取最小回流比的倍，操作压强为常压，全塔操作平均温度为61℃，空塔气速为0.8m/s ，塔板间距为0.4m ，全塔效率为50％。试求：（1）实际板层数；（2）两产品质量流量；（3）塔径；（4）塔的有效高度。 解： （1）由y-x 相图中q 线与平衡线的交点坐标为 x q =x F = ，y q = 则 71.13 .054.054 .095.0min =--= --= q q q D x y y x R R ==×= 所以精馏段操作线的截距 266.01 57.295 .01=+=+R x D 在图中作出精馏段操作线和提馏段操作线，见附图。 得出 N T =12-1=11块 N P = N T /E =11/=22块 （2）解法一： 因 M F =×76+×154=130.6kg/kmol F =4000 /=h 由全塔物料衡算 F =D +W =D +W Fx F =Dx D +Wx W ×=+ 解之D =h W =h 又 M D =×76+×154=79.9kg/kmol M W =×76+×154=152.05kg/kmol 所以 D =×=727.89kg/h W =×=3272.12kg/h 解法二： 各部分组成以质量分数表示 0125 .0154975.076025.076 025.0904.0154 05.07695.076 95.0175 .0154 7.0763.076 3.0=?+??==?+??==?+??= W D F w w w F =D +W 4000=D +W Fw F =Dw D +Ww W 40000×=+ 解之 D=729kg/h W=3271kg/h （3）因为泡点进料，故q =1 V ‘=V V =（R +1）D =（+1）×=h /s m 248.0273 3600) 61273(52.324.2236004.22300=?+??== P T VTP V g 由式（6-49） 628.08 .014.3248 .044=??= = u V D g i πm 圆整为700mm 。 （4） 由式（6-47） Z =（N P -1）H T =（22-1）×=8.4m 22、求习题21中冷凝器的热负荷和冷却水的消耗量以及再沸器的热负荷和加热蒸气的消耗量。假设热损失可以忽略。已知条件如下： （1）塔内各处的操作温度为：进料62℃、塔顶47℃、塔釜75℃。回流液和馏出液温度为40℃。 （2）加热蒸气表压强为100kPa ，冷凝水在饱和温度下排出。 （3）冷却水进出口温度分别为25℃和30℃。 解： （1） 塔顶近似按CS 2，因塔顶泡点温度t s =47℃，而回流液和馏出液温度t L =40℃， 查47℃ r A =350kJ/kg 47+40/2=43.5℃下 C P A =kg Q c =（R +1）D [r A + C P A （t s -t L ）]=（+1）××[×（47-40）+350] =×105kJ/h kJ/h 104.4)2530(187.4103.9)(45 12?=-??=-=t t C Q W pc c c （2）塔釜可近似按CCl 4，查75℃下r B =195kJ/kg 又V ‘=V Q B =V ‘r B =（+1）××195=×105 kJ/h 查 饱和水蒸气+100=（绝压）下，r =2205kJ/kg kg/h 103.22205 1007.525 ?=?==r Q W B h 第七章 干燥 1. 常压下湿空气的温度为70℃、相对湿度为10％，试求该湿空气中水汽的分压、湿度、湿比容、比热及焓。 解：%10,70==?C t ο 查得70℃下水的饱和蒸汽压为。 水汽分压 kPa p p S v 136.336.311.0=?==? 湿度 干气kg kg p p p H v v /020.0136 .33.101136 .3622.0622.0=-=-= 湿比容 273 27324417730t )H ..(H +? +=ν 干气＝＝kg /m .)...(30021273 70 273020024417730+? ?+ 比热 C kg kJ H c H ???+=干气＝＋＝/048.1020.088.101.188.101.1 焓 H t )H ..(h 2492881011++= 干气＝＋＝kg /kJ ...212302002492700481?? 2. 已知湿空气的（干球）温度为50℃，湿度为0.02kg/kg 干气，试计算下列两种情况下的相对湿度及同温度下容纳水分的最大能力（即饱和湿度），并分析压力对干燥操作的影响。 （1）总压为；（2）总压为 kPa 。 解：（1）kPa .p 3101=时： 由 v v p p p .H -=622 0 kPa .....H .Hp p v 156302 062203 1010206220=+?=+= ∴ 查得50℃水的饱和蒸汽压为，则相对湿度 %.%..%p p s v 572510034 121563100=?=?= ? 饱和湿度： 干气kg /kg .....p p p .H S S S 086034 12310134 1262206220=-?=-= （2）kPa .'p 726=时： kPa .....H .'Hp 'p v 832002062207260206220=+?=+= %.%..%p 'p 's v 74610034 12832 0100=?= ?=? 干气kg /kg .....p 'p p .'H S S S 535034 1272634 126220622 0=-?=-= 由此可知，当操作压力下降时， ，H S ，可吸收更多的水分，即减压对干燥有利。 3相对湿度 ％ 4. 常压下湿空气的温度为30℃，湿度为水汽/kg 干气，计算其相对湿度。若将此湿空气经预热器加热到120℃时，则此时的相对湿度为多少 解：湿空气中水汽分压 156302 062203 1010206220.....H .Hp p v =+?=+= kPa 30℃时水蒸气的饱和蒸汽压 p S =, 则相对湿度 %.%..%p p s v 374100247 41563100=?=?= ? 120℃时水蒸气的饱和蒸汽压 p ’S =, 而湿空气中的水汽分压不变，则相对湿度变为 %.%..%p p s 'v '59110064 198156 3100=?= ?= ? 5. 已知在总压下，湿空气的干球温度为30℃，相对湿度为50％，试求：（1）湿度；（2）露点；（3）焓；（4）将此状态空气加热至120℃所需的热量，已知空气的质量流量为400kg 绝干气/h ；（5）每小时送入预热器的湿空气体积。 解：（1）查得30℃时水的饱和蒸汽压p S =, 水汽分压：kPa p p S v 124.2247.45.0=?==? 湿度 干气水汽/kg kg 01330124 23101124 262206220.....p p p .H v v =-?=-= （2）露点 由kPa p v 124.2=，可查得对应的饱和温度为18oC ，即为露点。 （3）焓 干气 ＝＋＝kg kJ H t H h /2.640133.0249230)0133.088.101.1(2492)88.101.1(???+++= （4）所需热量 kW h kJ t t Lc Q H 35.10/10726.3)30120()0133.088.101.1(400) (401=?=-??+?=-= （5）湿空气体积 h /m .)...(t ) H ..(Lv V H 35350273 30 273013302441773040027327324417730400=+?+?=++?== 6. 湿物料从含水量20％ (湿基，下同) 干燥至10％时，以1kg 湿物料为基准除去的水份量，为从含水量2％干燥至1％时的多少倍 解：当湿物料从含水量20%干燥至10%时，相应的干基湿含量分别为 25080 20 1111.w w X ==-=kg/kg 干料 11.090 10 2== X kg/kg 干料 绝干物料量8.0)2.01(1)1(11=-?=-=w G G C kg 除去的水分量 kg X X G W C 112.0)11.025.0(8.0)(211=-?=-= 当湿物料从含水量2%干燥至1%时，相应干基含水量分别为 0204098 2 1.==X kg/kg 干料 0101099 1 2.== X kg/kg 干料 98.0)02.01(1)1(11=-?=-=w G G C kg kg X X G W C 01.0)0101.00204.0(98.0)(212=-?=-= 所以 2.1101 .0112 .021==W W 即第一种情况下除去的水分量是第二种情况下的倍。 7. 在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg ，经干燥后物料的含水量由10％降至2％（均为湿基）。以热空气为干燥介质，初始湿度为0.008kg 水汽/ kg 干气，离开干燥器时的湿度为0.05 kg 水汽/ kg 干气。假设干燥过程无物料损失，试求：（1）水分蒸发量；（2）空气消耗量；（3）干燥产品量。 解：（1）干基含水量 111.01 .011 .01111=-=-= w w X kg 水／kg 干料 0204.002 .0102 .01222=-=-= w w X kg 水／kg 干料 绝干物料量 900)1.01(1000)1(11=-?=-=w G G C kg 干料/h 则水分蒸发量 5.81)204.0111.0(900)(21=-?=-=X X G W C kg/h (2) 绝干空气消耗量 1940008 .005.05 .8112=-=-= H H W L kg/h 新鲜空气用量 1956)008.01(1940)1(0'=+?=+=H L L kg/h (3) 干燥产品量 4.91802 .01900 122=-=-= w G G C kg /h 或 5.9185.81100012=-=-=W G G kg /h 8. 温度t 0＝20℃、湿度H 0＝0.01kg 水汽／kg 干气的常压新鲜空气在预热器被加热到t 1＝75℃后，送入干燥器内干燥某种湿物料。测得空气离开干燥器时温度t 2＝40℃、湿度H 2 ＝0.024kg 水汽／kg 干气。新鲜空气的消耗量为2000kg ／h 。湿物料温度θ1＝20℃、含水量w １＝％，干燥产品的温度θ2＝35℃、w 2＝％(均为湿基)。湿物料平均比热c M ＝／(kg 绝干料·℃)。忽略预热器的热损失，干燥器的热损失为。试求： (1) 蒸发水分量； (2) 干燥产品量； (3) 干燥系统消耗的总热量； (4) 干燥系统的热效率。 解：(1) 绝干空气量 198001 .01200010'=+=+=H L L kg 干气/h 水分蒸发量 72.27)01.0024.0(1980)(02=-?=-=H H L W kg/h (2) 干基含水量 0256.0025 .01025 .01111=-=-= w w X kg 水／kg 干料 005.0005 .01005 .01222≈-=-=w w X kg 水／kg 干料 绝干物料量 1346005 .00256.072 .2721=-=-=X X W G C kg 干料/h 则干燥产品量 1353005 .011346 122=-=-= w G G C kg /h (3) 干燥系统消耗的总热量 L M C Q c G t W t t L Q +-+++-=)()88.12492()(01.1122202θθ 36003.1)2035(89.21346)4088.12492(72.27)2040(198001.1?+-??+?+?+-??= kW .h /kJ .4481074215=?= (5) 干燥系统的热效率 若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则 %9.40%10010 742.1) 4088.12492(72.27%100)88.12492(52=???+?=?+= Q t W η 9. 湿度为 0.018kg 水汽/kg 干气的湿空气在预热器中加热到128℃后进入常压等焓干燥 器中，离开干燥器时空气的温度为49℃，求废气离开干燥器时的露点温度。 解：进入干燥器前 5.178018.02492128)018.088.101.1(2492)88.101.1(1111=?+??+=++=H t H h kJ/kg ∵等焓 ∴ h 1 =h 2 即 5.178249249)88.101.1(2492)88.101.1(222222=+?+=++=H H H t H h 解得 H 2 = 0.0499 kg 水汽/kg 干气 其中水汽分压 52.70499 .0622.03 .1010499.0622.022=+?=+= H p H p v kPa 即为露点温度下得饱和蒸汽压，查饱和蒸汽压表，得 t d = 40.3℃ 10. 用热空气干燥某种湿物料，新鲜空气的温度t 0＝20℃、湿度H 0＝0.006kg 水汽／kg 干气，为保证干燥产品质量，空气在干燥器内的温 度不能高于90℃，为此，空气在预热器内加热到 90℃后送入干燥器，当空气在干燥器内温度降至60℃时，再用中间加热器将空气加热至90℃，空 气离开干燥器时温度降至t 2＝60℃，假设两段干燥过程均可视为等焓过程，试求： （1）在湿空气h-Ｈ图上定性表示出空气经过干燥系统的整个过程； （2）汽化每千克水分所需的新鲜空气量。 解：空气状态变化过程如图所示。 A ：干气kg /kg .H ,C t A A 006020=?= 由 11C B h h = 1124926088101100602492900060881011C C H H ......+?+=?+??+）（）（ 得 干气kg /kg .H C 017801= 也即 干气kg kg H B /0178.02= 又 C B h h =2 C C H H 24926088.101.10178.024********.088.101.1+?+=?+??+）（）（ 得 干气kg /kg .H C 02980= 故汽化1kg 水所需干空气用量 水kg /kg ...H H l A C 0242006 0029801 1=-=-= 新鲜空气用量 水kg /kg ...)H (l l A '342006102421=?=+= 11. 常压下干球温度为20℃、湿球温度为16℃的空气，经过预热器温度升高到50℃后送至干燥器。空气在干燥器中的变化为等焓过程，离开时温度为32℃。求： （1）空气在预热前、预热后以及干燥后的状态参数（湿度及焓）； （2）200m 3原湿空气经干燥器后所获得的水分量。 20 ℃ 60℃ 90 ℃ I 解：（1）湿空气预热前： 由t 0=20℃和t W0=16℃，由湿度图查得其湿度H 0=0.009kg/kg 干气， 焓 0.43009.0249220)009.088.101.1(2492)88.101.1(0000=?+??+=++=H t H h kJ/kg 干气 预热后： t 1=50℃，湿度不变，即H 1=0.009kg/kg 干气， 焓 kJ/kg 干气 干燥后： 温度为t 2=32℃， 因干燥器中为等焓过程，故8.7312==h h kJ/kg 干气 由8.73249232)88.101.1(2492)88.101.1(222222=+?+=++=H H H t H h kJ/kg 干气 得 H 2＝0.0163 kg/kg 干气 （2）原湿空气的比容 842.027320 273)009.0244.1773.0(273273) 244.1773.0(00=+?+=++=t H v H m 3湿气/kg 干气 绝干空气质量 5.237842 .0200 === H v V L kg 干气 则在干燥器中获得的水分量 73.1)009.00163.0(5.237)(12=-?=-=H H L W kg 12．常压下，已知25℃时氧化锌物料的气固两相水分的平衡关系，其中当φ＝100%,Ｘ＊ ＝0.02kg 水／kg 干料；当φ＝40％时，Ｘ＊ ＝0.007kg 水／kg 干料。设氧化锌的初始含水量为0.25kg 水／kg 干料，若与t ＝25℃，φ＝40％的恒定状态的空气长时间接触。试求： (1) 该物料的平衡含水量和自由水分含量。 (2) 该物料的结合水分含量和非结合水分含量。 解：（1）t ＝25℃，φ＝40％时， 平衡含水量 Ｘ＊ ＝0.007kg 水／kg 干料， 自由水分含量 X-Ｘ＊ ＝0.243 kg 水／kg 干料； （2）φ＝100%时的平衡含水量即为结合水分含量，即 结合水分含量 Ｘ＊φ＝100%＝0.02kg 水／kg 干料， 非结合水分含量X-Ｘ＊ φ＝100% ＝0.23 kg 水／kg 干料。 13．用热空气在厢式干燥器中将10kg 的湿物料从20％干燥至2％（均为湿基），物料的干燥表面积为0.8m 2。已测得恒速阶段的干燥速率为1.8kg/m 2?h ，物料的临界含水量为0.08kg 水/kg 干料，平衡含水量为0.004 kg 水/kg 干料，且降速阶段的干燥速率曲线为直线，试求干燥时间。 解：绝干物料量 8)20.01(10)1(11=-?=-=w G G C kg 干基含水量 25.02 .012 .01111=-=-= w w X kg 水/kg 干料 0204.002 .0102 .01222=-=-= w w X kg 水/kg 干料 干燥时间 h X X X X A U X X G A U X X G C C C C C C C 59.1004.00204.00004 08.0ln )004.008.0()08.025.0[(8.08.18ln )()(* 2* *121=---+-??= ---+-=+=τττ 14．某湿物料在恒定的空气条件下进行干燥，物料的初始含水量为15％，干燥4小时后含水量降为8％，已知在此条件下物料的平衡含水量为1％，临界含水量为6％(皆为湿基)，设降速阶段的干燥曲线为直线，试求将物料继续干燥至含水量2％所需的干燥时间。 解：物料初始干基含水量 176.015 .0115 .01111=-=-= w w X kg 水/kg 干料 干燥4小时，物料的干基含水量 087.008 .0108 .01222=-=-= w w X kg 水/kg 干料 物料的平衡含水量（干基） 0101.001 .0101 .01* ** =-= -= w w X kg 水/kg 干料 物料的临界含水量（干基） 0638.006 .0106 .01=-=-= c c c w w X kg 水/kg 干料 物料的最终含水量（干基）为 0204.002 .0102 .012 ' 2'2 '=-= -=w w X kg 水/kg 干料 因X 2＞X C ，故整个4小时全部是恒速干燥， A U X X G C C ) (211-= τ 即 A U G C C ) 087.0176.0(4-= 解得 94.44=A U G C C 当0204.0' 2 =X kg 水/kg 干料时，包含恒速、降速两个阶段。 * 2' * *121ln )()(X X X X A U X X G A U X X G C C C C C C C ---+-=+=τττ h 02.9]0101 .00204.00101 .00638.0ln )0101.00638.0(0638.0176.0[65.35=---+-?=τ 尚需干燥时间 - = ?τ .9= 4 h 02 .5 02 第八章 萃 取 25℃时醋酸(A)–庚醇-3(B)–水(S)的平衡数据如本题附表所示。 醋酸(A)–庚醇-3(B)–水(S) 在25℃下的平衡数据（质量%） 醋酸(A) 3-庚 醇 (B) 水(S) 醋酸(A) 3-庚 醇(B) 水(S) 0 联结线数据(醋酸的质量分数) 水 层 3-庚 醇层 水 层 3-庚醇层 （1）在等腰直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。（2）确定由100kg 醋酸、100kg 3-庚醇和200kg 水组成的混合液的物系点的位置，该混合液是否处于两相区，若是则确定两相的量和组成。(3) 上述两液层的分配系数k A 及选择性系数β (（1）图 略，（2）混合点处于两相区，两相组成为：水层(w EA =, w EB =, w ES =, 庚醇层(w RA =, w RB =, w RS =; （3）k A =, β=100) 解：(1) 三角形溶解度曲线及直角坐标分配曲线见附图 （2）混合点的组成 %25%100200 100100100 =?++= MA w %50%100200 100100200 =?++=MS w %25%100200 100100100 =?++= MB w 在附图中定出混合点M(25,50,25)，显然该点处于两项区。根据联结线数据与溶解度曲线的交点 定出平衡点(R 1,E 1),(R 2,E 2)……，作出辅助曲线。利用辅助曲线采用试差的方法定出过M 点的联结线RE.由图中R 点坐标（20，6，74）得到萃余相组成w RA =, w RB =, w RS =， 由图中E 点坐标（27，72，1）得到萃取相组成w EA =, w EB =, w ES =。根据物料衡算： ()()7.285) 2027() 2025(400RA EA RA MA =--?=--= w w w w M E kg 1020304050607080901000 10 20 30 40 50 60 70 8090100 M R E R =M-E ==114.3 kg (3) 35.120 27==== RA EA A A A w w x y k 0135.074 1 === RB EB B w w k 1000135 .035.1=== B A k k β 习题1 附图 在单级萃取器内,以水为萃取剂从醋酸和氯仿的混合液中萃取醋酸,已知原料液量为800 kg,其中醋酸的组成为35%(质量分数).要求使萃取液的浓度降为96%.试求:(1) 所需的水量为多少（2）萃取相E 和萃余相R 中醋酸的组成及两相的量;(3)萃取液R 的量和组成.氯仿层 水层 醋酸，% 水，% 醋酸，% 水，% EA RA RA A 010 2030 4050600 20 40 60 解：(1)在AB 轴上定出萃余液组成点E （0,96,4），连接E S 交溶解度曲线与E 点（23，,），即w EA =，根据联结数据作出辅助曲线，利用辅助曲线作出过E 的连接线交溶解度曲线于R(6,,,即w RA =。 在AB 轴上定出原料液点F(0,,0)，连接FS 交RE 于M ，从坐标轴读出FM/MS=1,即S=F=800 kg/h (2) 则有物料平衡 E+R =1600，800*=E *+R *,解得 R =517.7 kg/h; E =1082.3 kg/h (3) 连接RS 并延长交AB 轴于R （0，，），即w RA =，根据杠杆定律 746.1062 .0353596=--=''=''R F F E E R 即 R =7.508746.2/746.1800746 .2746 .1=?=F kg/h 现有一原溶剂10g ，内加1g 溶质A ，用萃取剂进行萃取，萃取剂与原溶剂不互溶，在萃取过程中，分配系数m =3（用质量比表示），现用以下两种方式进行萃取：（1）用10g 萃取剂进行单级萃取，萃取后残液A 的浓度为多少（2）采用多级错流萃取，每级萃取剂用量为2g 。问需多少级就能达到第一种单级萃取效果，萃取后各级残液A 的浓度为多少 ②3级，X R,1=，X R,2=，X R,3= 解：（1）1.010 1 ==F X ()()FA RA EA /X X S B Y -＝－ RA EA mX Y = 解得：X RA = （2）6.010/23/=?==B mS b 010 2030405060708090100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 E E B R F M R 0625.06 .11 .01FA 1RA ==+b X X ＝ ， 039.06.10625.011 RA 2RA ==+b X X ，，＝ 025.00244.06 .1039.012 RA 3RA <==+b X X ，，＝ 故需要3级。 用流量为90 kg/h 的纯溶剂S 从某二元混合液AB 中逆流萃取溶质A 。原料液的流量为225 kg/h,其中溶质的质量比为。在操作条件下，组分B 和S 互不相溶，分配系数m ＝1（用质量比表示），若要求最后萃余相组成为，需要多少个理论级 解: B=225/=180 kg/h ； 操作线斜率 5.0180 90/==S B 如图作出分配曲线，在图上过点 I,0)，作斜率为的直线与X =相交定出操作线段IK 。从K 点出发在分配曲线和操作线之间画梯级，当画至 个理论梯级时，所得萃余相的浓度 已小于X N 了，故此萃取操作需要3 个理论梯级。 化工原理（下）期末考试试卷 一、 选择题： (每题2分，共20分) 1.低浓度难溶气体吸收,其他操作条件不变,入塔气量增加,气相总传质单元高度 H OG 、出塔气体浓度2y 、出塔液体浓度1x 将会有__A______变化。 A OG H ↑, 2y ↑, 1x ↑ B OG H ↑, 2y ↑, 1x ↓ C OG H ↑, 2y ↓, 1x ↓ D OG H ↓, 2y ↑, 1x ↓ 2.在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系 数k y =2kmol/m2h ， 气相总传质系数Ky=1.5kmol/ m2h ，则该处气液界面上气相 浓度y i 应为__B______。平衡关系y=0.5X 。 A .0.02 B.0.01 C.0.015 D.0.005 3.下述说法中正确的是_B____。 A.气膜控制时有：*p p i ≈，L G Hk k 11<< B 气膜控制时有：*p p i ≈，L G Hk k 11>> C 液膜控制时有：i c c ≈*，G L k H k <<1 D 液膜控制时有：i c c ≈，G L k H k >>1 4.进行萃取操作时，应使溶质的分配系数___D_____1。 A 等于 B 大于 C 小于 D 都可以。 5.按饱和液体设计的精馏塔，操作时D/F 、R 等其它参数不变，仅将料液改为冷 液进料，则馏出液中易挥发组分浓度____A____，残液中易挥发组分浓度______。 A 提高，降低； B 降低，提高； C 提高，提高； D 降低，降低 6.某精馏塔的理论板数为17块（包括塔釜），全塔效率为0.5，则实际塔板数为 ____C__块。 A. 30 B.31 C. 32 D. 34 7.在馏出率相同条件下，简单蒸馏所得馏出液浓度____A____平衡蒸馏。 A 高于； B 低于； C 等于； D 或高于或低于 8.指出“相对湿度，绝热饱和温度、露点温度、湿球温度”中，哪一个参量与空 气的温度无关_____B___ 蒸馏 5、在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。已知原料液流量为4000kg/h ，组成为0.3（二硫化碳质量分数），要求釜液组成不大于0.05，馏出液回收率为88%。试求馏出液的流量和组成，分别以摩尔质量和摩尔分数表示。 解：全塔物料衡算（质量分数表示） W D F Wx Dx Fx W D F +=+= 由题意得：F=4000，x F =0.3，x W =0.5，88.0%100=?=F D D Fx Dx η代入上式得 故 943.01120 3.0400088.0/112028804000/288005.03.0400012.0=??===-===??D Fx x h kg D h kg W W F D D η 下面用摩尔分数表示 h kmol x D /36.14760.9741120D 974.0154/057.076/943.076/943.0=?==+= 18 6 在常压操作的连续精馏塔中分离甲醇0.4与水0.6（均为摩尔分数）溶液，试求以下各种进料状况下的q 值。（1）进料温度为40℃（2）泡点进料（3）饱和蒸汽进料 （1） 查得甲醇汽化潜热1150kJ/kg ，水的汽化热为2300 kJ/kg ，故平均汽化热为： kg /kJ 27.167618 6.0324.01823006.0186.0324.03211504.0r =?+???+?+???= 由题中数据可得x=0.4时，溶液泡点温度为75.3℃，则平均温度为： 65.572403.75=+= m t ℃ 查平均温度下甲醇比热为65kJ/kg·K 溶液平均比热为 K kg kJ ?=?+???+?+???=/35.318 6.0324.01818.46.0186.0324.03265.24.0cp 最后由热状态参数q 定义得： 07.127 .167627.1676)403.75(35.3=+-?=+?=r r t c q p 郑州大学 全日制博士学位研究生培养方案 学科名称：化工过程机械 学科代码：080706 培养单位名称：化工与能源学院 郑州大学研究生院 2013年6月8 日 郑州大学化工与能源学院 全日制博士学位研究生培养方案 一、学科名称、代码 学科名称：化工过程机械 学科代码：080706 二、专业简介 化工过程机械学科属于动力工程及工程热物理一级学科，面向化工、石油化工、炼油与天然气加工、轻工、核电与火电、冶金、环境工程、食品及制药等流程工业，以机械、过程、控制一体化的连续复杂系统为研究对象，主要研究流程工业中处理气、液和粉体等物质所必需的高效、节能、安全、环保的设备和机器及其关键技术。本学科是一个专业面广，为国民经济多个行业服务的涵盖机械、化工、控制、信息、材料和力学等多个学科的交叉型学科。其主要理论基础是固体力学、流体力学、热力学、传热学、传质学、化工过程原理和控制理论等学科。本学科与其一级学科中的其它二级学科有着相同的学科基础和内在联系，并和其它一级学科如机械工程、化学工程与技术、食品科学与工程、材料科学与工程、环境科学与工程等学科相互交叉与渗透。本学科所对应的本科专业为过程装备与控制工程。 郑州大学化工过程机械2005年获得博士学位授予权。 目前该学科拥有过程传热与节能河南省重点实验室、换热设备河南省工程实验室、工业节能技术与装备河南省高校工程技术研究中心、生态化工河南省高校工程技术研究中心等科研平台基地。近几年本学科主持承担或完成了许多国家级和省部级科研项目以及中石化、 河南煤业化工集团、中国平煤神马集团等大型企业相关课题，取得了突出成绩，获得了国家科技进步二等奖2项、国家科技进步三等奖2项以及20多项省部级科技成果奖。经过多年的建设与发展，目前该学科具有国家教学名师1名，学科已经形成了一支年龄、学历、职称结构合理，研究力量雄厚，充满朝气与创新精神的“学科带头人＋创新团队”的学科队伍。学科的科研环境、科研条件和人才培养条件优越，学科管理规范，为博士研究生的培养提供了良好的环境和条件。 三、培养目标 博士研究生必须认真学习掌握马列主义、毛泽东思想、邓小平理论、“三个代表”重要思想和科学发展观；热爱祖国，品行端正，具有严谨求实的科学态度、勇于创新的工作作风和良好的科研道德；身心健康。 博士研究生应掌握本学科坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识；了解本学科有关研究领域国内外的学术现状和发展趋势；熟练掌握本学科的现代实验方法和技能；掌握科学研究的基本技能和方法；具有独立从事高水平科学研究的能力，并能够做出具有创造性的成果；至少熟练掌握一门外国语；达到《中华人民共和国学位条例》规定的博士学位学术水平。 四、修业年限 博士研究生的基本学制为以 4 年为基础的弹性学制。硕博连读研究生的基本学制为6 年（含硕士阶段2 年）。博士研究生申请学位最长年限为8 年，即自研究生入学之日起到校学位委员会讨论通过其学位论文的时间为8 年。 五、专业与研究方向 研究方向为： 吸收 一填空 (1) 在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数k y=2kmol/m2·h，气相传质总K y=1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度y i应为?0.01????。平衡关系y=0.5x。 (2) 逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在塔底达到平衡。 (3) 在填料塔中用清水吸收混合气中HCl，当水量减少时气相总传质单元数N OG增加。 (4) 板式塔的类型有；板式塔从总体上看汽液两相呈逆流接触，在板上汽液两相呈错流接触。 (5) 在填料塔中用清水吸收混合气中NH3，当水泵发生故障使上水量减少时，气相总传质单元数NOG (增加）（增加，减少）。 (6) 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数???减小?（增大、减小、不变），传质推动力??增大?（增大、减小、不变），亨利系数??不变（增大、减小、不变）。 (7) 易溶气体溶液上方的分压（小），难溶气体溶液上方的分压（大) ，只要组份在气相中的分压(大于）液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。 (8) 压力（减小),温度( 升高）,将有利于解吸的进行；吸收因素(A= L/mV ) ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔（顶）达到平衡。 (9) 在逆流吸收塔操作时，物系为低浓度气膜控制系统，如其它操作条件不变，而气液流量按比例同步减少,则此时气体出口组成y2将 (减小），液体出口组成将（增大），回收率将。 (10) 当塔板中（气液两相达到平衡状态)，该塔板称为理论板。 (11) 吸收过程的传质速率方程N A=K G( )=k y( )。 (12) 对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的H OG将不变，N OG将增大。 (13)吸收因数A可表示为 mV/L，它在X–Y图上的几何意义是平衡线斜率与操作线斜率之比。 (14)亨利定律的表达式为；亨利系数E的单位为 kPa 。 (15) 某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1 ，气膜和液膜体积吸收系数分别为k y a=2× 10-4kmol/m3.s, k x a=0.4kmol/m3.s, 则该吸收过程为（气膜阻力控制）及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 99.95% ；该气体为易溶气体。 二选择 1.根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 B 。 A大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2.单向扩散中飘流因子 A 。 设备内的绝对压强P 绝 = 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa =8.54×103 Pa 设备内的表压强 P 表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa 2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/? 的油品，油面高于罐底 6.9 m ，油面上方为常压。在 罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距 罐底 800 mm ，孔盖用14mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉 材料的工作应力取为39.23×106 Pa k 问至少需要几个 螺钉？ 分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力 即 P 油 ≤ σ螺 解：P 螺 = ρgh ×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762=150.307×103 N σ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n ,P 油 ≤ σ螺 得 n ≥ 6.23 取 n min= 7 至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附 图所示。测得R 1 = 400 mm ， R 2 = 50 mm ，指示液为水 银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气 连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3 = 50 mm 。试求A ﹑B 两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差 计，a –a ′为等压面，对于左边的压差计，b –b ′为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本 方程求解。 解：设空气的密度为ρg ，其他数据如图所示 a –a ′处 P A + ρg gh 1 = ρ水gR 3 + ρ水银ɡR 2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 化工原理带答案 This manuscript was revised on November 28, 2020 第一章流体力学 1.表压与大气压、绝对压的正确关系是（A）。 A. 表压＝绝对压-大气压 B. 表压＝大气压-绝对压 C. 表压＝绝对压+真空度 2.压力表上显示的压力，即为被测流体的（ B ）。 A. 绝对压 B. 表压 C. 真空度 D. 大气压 3.压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为（ B ）。 A.真空度 B.表压强 C.绝对压强 D.附加 压强 4.设备内的真空度愈高，即说明设备内的绝对压强（ B ）。 A. 愈大 B. 愈小 C. 愈接近大气压 D. 无法确定 5.一密闭容器内的真空度为80kPa,则表压为（ B ）kPa。 A. 80 B. －80 C. 某设备进、出口测压仪表中的读数分别为p1（表压）=1200mmHg和p2（真空度）=700mmHg，当地大气压为750mmHg，则两处的绝对压强差为 （ D ）mmHg。 7.当水面压强为一个工程大气压，水深20m处的绝对压强为 （ B ）。 A. 1个工程大气压 B. 2个工程大气压 C. 3个工程大气压 D. 4个工程大气压 8.某塔高30m，进行水压试验时，离塔底10m高处的压力表的读 数为500kpa，（塔外大气压强为100kpa）。那么塔顶处水的压强（ A ）。 A．403．8kpa B. 698. 1kpa C. 600kpa D. 100kpa 9.在静止的连续的同一液体中，处于同一水平面上各点的压强（ A ） A. 均相等 B. 不相等 C. 不一定相等 10.液体的液封高度的确定是根据( C ). A.连续性方程 B.物料衡算式 C.静力学方程 D.牛顿黏性定律 11.为使U形压差计的灵敏度较高，选择指示液时，应使指示液和被测流体的密度差 （ρ指-ρ）的值（ B ）。 A. 偏大 B. 偏小 C. 越大越好 12.稳定流动是指流体在流动系统中，任一截面上流体的流速、压强、密度等与流动有关的物理量（ A ）。 A. 仅随位置变，不随时间变 B. 仅随时间变，不随位置变 C. 既不随时间变，也不随位置变 D. 既随时间变，也随位置变 word可编辑，欢迎下载使用！ 1. 吸收塔的填料高度计算中，N OG反映吸收的难易程度。 2.在气体流量、气相进出口组成和液相进出口组成不变条件下，若减少吸收剂用量，则 操作线将靠近平衡线，传质推动力将减小，若吸收剂用量减至最小吸收剂用量时，意味着完成吸收任务需要的填料高度为无穷高。 3.精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减小增大、减小），同时蒸馏釜中所需加热 蒸汽消耗量增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量增大（增大、减小）。 4.在精馏塔设计中，进料温度越高，进料状态参数q越小，完成相同的生产任务需 要的理论板数越多，塔底再沸器的热负荷越小。 5要分离乙醇-水共沸物，用恒沸精馏，所加入的第三组分为苯塔底的产物为无水乙醇。 6.在常压操作中，x A=0.2(摩尔分数，下同)的溶液与y A=0.15的气体接触，已知m=2.0，此时 将发生解析过程。 7.操作中的精馏塔，如果进料状态为泡点进料，进料组成为含轻组分0.4（摩尔分数）则 q线方程为：x=0.4 。 8.某二元混合物，进料量为100kmol/h，x F=0.6，要求塔顶产量为60 kmol/h，则塔顶组成 x D最大为100% 。 9.设计时，用纯水逆流吸收有害气体，平衡关系为Y=2X，入塔Y1=0.09，液气比（q n,l/q n,v） =3，则出塔气体浓度最低可降至0 ，若采用（q n,l/q n,v）=1.5，则出塔气体浓度最低可降至0.225 。 10.提馏塔的进料是在塔顶，与精馏塔相比只有提馏段。 11.吸收速率方程中，K Y是以Y- Y* 为推动力的气相总吸收系数，其单位是 kmol/m2 s 推动力。 1.在精馏操作中，进料温度不同，会影响_____B______。 A.塔顶冷凝器热负荷 B. 塔底再沸器热负荷 C. 两者都影响 2.某含乙醇12.5%（质量分数）的乙醇水溶液，其所含乙醇的摩尔比为（B ）。 B .0.0559 C 0.0502 3. 填料塔的正常操作区域为 A 。 A.载液区 B .液泛区 C 恒持液量区 D 任何区域 4.某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成x A=0.4，相应的泡点为t1，气相组成为y A=0.4，相应的露点组成为t2，则 D 。 A t1=t2 B t1 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为 13.3 × 103 Pa, 试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7 × 103 Pa 。 解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到： 设备内的绝对压强 P = 98.7 ×10 3 Pa -13.3 × 10 3 Pa 绝 =8.54 × 103 Pa 设备内的表压强P 表 = - 真空度 = - 13.3 × 103 Pa 2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960 ㎏ / ? 的油品，油面高于罐底 6.9 m ，油面 上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用 14mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23 × 106 Pa ， 问至少需要几个螺钉？ 分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P 油≤ σ螺 解： P螺 = ρ gh× A = 960 ×9.81 × (9.6-0.8) × 3.14 × 0.76 2 150.307 × 103 N σ螺 = 39.03 × 10 3× 3.14 × 0.014 2× n P油≤ σ螺得 n ≥ 6.23 取 n min= 7 至少需要 7个螺钉 3 ．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附 图所示。测得 R = 400 mm ，R 2 = 50 mm ，指示液为水 1 银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3 = 50 mm 。试求 A﹑ B 两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则， 对于右边的Ｕ管压差计， a – a ′ 为等压面， 对于左边的压差计， b – b ′ 为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解：设空气的密度为ρ g ，其他数据如图所示 a – a ′ 处 P A + ρ g gh 1 = ρ 水gR 3 + ρ 水银 ɡR 2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 A × 10 3 × 9.81 × 0.05 + 13.6 3 × 0.05 即： P = 1.0 × 10 × 9.81 = 7.16 × 103 Pa b-b ′ 处 P B + ρ gh = P A + ρ gh + ρ gR g 3 g2 水银1 P B = 13.6 × 103× 9.81 ×0.4 + 7.16 × 103 =6.05 × 10 3 Pa 4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测 定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两 吹气管出口的距离 H = 1m ， U 管压差计的指示 液为水银，煤油的密度为 820Kg ／ ? 。试求当 压差计读数 R=68mm 时，相界面与油层的吹气管 出口距离ｈ。 分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中 1－ 1′和4－ 4′为 等压面， 2－ 2′和3－ 3′为等压面，且 1－ 1′和2－2′的压强相等。 根据静力学基本方程列出一 个方程组求解 解：设插入油层气管的管口距油面高 h 在 1－ 1′与2－ 2′截面之间 P 1 = P 2 + ρ水银 gR ∵ P = P 4 ， P = P 3 1 2 且 P 3 = ρ 煤油 g h ， P 4 = ρ 水 g （ H-h ） + ρ 煤油 g （h + h ） 联立这几个方程得到 ρ 水银 gR = ρ 水g （ H-h ） + ρ 煤油 g （ h + h ） - ρ煤油 g h 即 ρ 水银 gR = ρ水 gH + ρ 煤油 gh - ρ 水 gh 带入数据 1.0 3× 103× 1 - 13.6 × 103× 0.068 = h(1.0 × 103-0.82 ×103) ｈ = 0.418 ｍ 3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？ 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378 .081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～ 新乡学院2011 —2012学年度第一学期 《化工原理》期末试卷A卷 课程归属部门：化学与化工学院试卷适用范围：09化学工程与工艺（本科） 题号-一一-二二-三总分 得分 111 1 8.吸收过程中的总阻力可表示为恳仁臥，其中-表 示，当H 时（很大、很小），1 1可忽略，则该过程 Hk L 近似为控制。 9.在常压下，X A 0.2 （摩尔分数，下同）的溶液与y A0.15的气体接触，已知 得分—.评卷人一、填空（每题1分，共30 分） 1. 吸收操作是依据_________________________________ ，以达到分离均相 气体混合物的目的。 2. 干燥速率曲线包括：恒速干燥阶段和___________ 阶段。在恒速干燥阶段，物料 的表面温度等于空气的__________ 温度，所干燥的水分为___________ 水分。 3. 二元理想物系精馏塔设计，若q n,F、X F、X D、X W、一定，将饱和液体进料改为 饱和蒸汽进料，则最小回流比___________ ，若在相同回流比下，所需的理论板 数_______ ，塔釜热负荷________ ，塔顶冷凝器热负荷_________ 。 4. 已知精馏段操作线方程 ______________ y=0.75x+0.2,则操作回流比R ，馏出液组成 X D=_____ ;提馏段操作线方程y 1.3x 0.021，则x w= . m 2，此时将发生_________ 。 10. 在分离乙醇和水恒沸物时，通常采用________ 精馏，加入的第三组分____ ， 无水乙醇从塔 ____ （顶、底）引出。 11. 塔的负荷性能图中包括5条线，这5条线包围的区域表示________________ 。 12. 全回流操作时回流比R等于_________ ，精馏段操作线方程为 __________ 。 1 13.板式塔漏液的原因是______________ ，溢流堰的作用__________________ 。 14当空气相对湿度巾=98%寸.则空气的湿球温度t w、干球温度t、露点温度t d 之间的关系为 ____________________ 。 15.某两组份混合物的平均相对挥发度 2.0，在全回流下，从塔顶往下数对第 得分评卷人 选择题（每题2分，共30分） 5. 若x*-x近似等于X i - X，则该过程为_____________ 控制。 6. 用纯溶剂逆流吸收，已知q n,i /q n,v =m,回收率为0.9，则传质单元数 N D=_______ 。 7. 蒸馏在化工生产中常用于分离均相_____________ 混合物，其分离的依据是根据_____________________ 。1. 在恒定干燥条件下将含水20%（干基，下同）的湿物料进行干燥，开始时 干燥速度恒定，当干燥至含水量为5%寸，干燥速度开始下降，再继续干燥至物料衡重，并设法测得此时物料含水量为0.05%，则物料的临界含水量为（），平衡含水量（）。 （A）5% （B）20% （C）0.05% （D）4.95% 化工原理作业答案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】 Pa ，乙地区的平均大气压力为 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地 区 操 作 时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力 ()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ （2）B 点的压力 13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为? Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为? Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m ，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ，进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ，求泵的有效功率。 解：在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式，得 19．用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持×103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管， 总长 为35 m ，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m 。若泵的效率 为，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m 3，黏度为? Pa ?s 。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm 。） 解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列机械能衡算方程，以截面1-1，为基准水平面，得 22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ +++=+++∑ （1） 式中 z 1=0，z 2=17 m ，u b1≈0 p 1=×103 Pa (表)，p 2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得 第3章非均相物系分离 一、选择题 恒压过滤且介质阻力忽略不计时，如粘度降低20%，则在同一时刻滤液增加（）。A、11.8%；B、9.54%; C、20%; D、44% 板框式压滤机由板与滤框构成，板又分为过滤板和洗涤板，为了便于区别，在板与框的边上设有小钮标志，过滤板以一钮为记号，洗涤板以三钮为记号，而滤框以二钮为记号，组装板框压滤机时，正确的钮数排列是（）. A、1—2—3—2—1 B、1—3—2—2—1 C、1—2—2—3—1 D、1—3—2—1—2 与沉降相比，过滤操作使悬浮液的分离更加（）。 A、迅速、彻底 B、缓慢、彻底 C、迅速、不彻底 D、缓慢、不彻底 多层隔板降尘室的生产能力跟下列哪个因素无关（）。 A、高度 B、宽度 C、长度 D、沉降速度 降尘室的生产能力（）。 A、与沉降面积A和沉降速度ut有关 B、与沉降面积A、沉降速度ut和沉降室高度H有关 C、只与沉降面积A有关 D、只与沉降速度ut有关 现采用一降尘室处理含尘气体，颗粒沉降处于滞流区，当其它条件都相同时，比较降尘室处理200℃与20℃的含尘气体的生产能力V的大小（）。 A、V200℃>V20℃ B、V200℃＝V20℃ C、V200℃ 判断 有效的过滤操作是（）。 A、刚开始过滤时 B、过滤介质上形成滤饼层后 C、过滤介质上形成比较厚的滤渣层 D、加了助滤剂后 当固体粒子沉降时，在层流情况下，Re ＝１，其ζ为（）。 A、64/Re B、24/Re C、0.44 D、1 含尘气体通过降尘室的时间是t，最小固体颗粒的沉降时间是t 0，为使固体颗粒都能沉降下来，必须（）： A、t 化工原理第四版思考题答案 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 3-2 球形颗粒在流体中从静止开始沉降，经历哪两个阶段？何谓固体颗粒在流体中的沉降速度？沉降速度受那些因素的影响？ 答：1、加速阶段和匀速阶段；2、颗粒手里平衡时，匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度t μ3、影响因素由沉降公式确定ξρρ以及、、p p d 。（93页3-11式） 3-6 球形颗粒于静止流体中在重力作用下的自由沉降都受到哪些力的作用？其沉降速度受哪 些因素影响? 答：重力，浮力，阻力；沉降速度受 颗粒密度、流体密度 、颗粒直径及阻力系数有关 3-7 利用重力降尘室分离含尘气体中的颗粒，其分离条件是什么？ 答：停留时间>=沉降时间（t u u H L ≥) 3-8 何谓临界粒径？何谓临界沉降速度？ 答：能 100%除去的最小粒径；临界颗粒的沉降速度。 3-9 用重力降尘室分离含尘气体中的尘粒，当临界粒径与临界沉降速度为一定值时，含尘气 体的体积流量与降尘室的底面积及高度有什么关系？ 答：成正比 WL V · u q t s ≤ 3-10 当含尘气体的体积流量一定时，临界粒径及临界沉降速度与降尘室的底面积 WL 有什么 关系。 答：成反比 3-12 何谓离心分离因数？提高离心分离因数的途径有哪些？ 答：离心分离因数：同一颗粒所受到离心力与重力之比；提高角速度，半径（增大转速） 3-13 离心沉降与重力沉降有何不同？ 答：在一定的条件下，重力沉降速度是一定的，而离心沉降速度随着颗粒在半径方向上的位置不同而变化。 3-15 要提高过滤速率，可以采取哪些措施？ 答：过滤速率方程 () e d d V V P A V +?=γμυτ 3-16 恒压过滤方程式中，操作方式的影响表现在哪里？ 答： 3-17 恒压过滤的过滤常数 K 与哪些因素有关？ 答：μγυP K ?=2表明K 与过滤的压力降及悬浮液性质、温度有关。 第四章 传热 4-1 根据传热机理的不同，有哪三种基本传热方式？他们的传热机理有何不同？ 答：三种基本方式：热传导、对流传热和辐射传热。 ①热传导（简称导热）：热量不依靠宏观混合运动而从物体中的高温区向低温区移动的过程。 在固体、液体和气体中都可以发生。 ②对流传热：由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程，只能发生在有流体流动的场合。③热辐射：因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。 4-2 傅立叶定律中的负号表示什么意思？ 答：热量传递的方向沿着温度梯度下降的方向。 4-3 固体、液体、气体三者的热导率比较，哪个大，哪个小？ 答：一般固体>液体>气体 第一章流体力学 1.表压与大气压、绝对压的正确关系是（A）。 A. 表压＝绝对压-大气压 B. 表压＝大气压-绝对压 C. 表压＝绝对压+真空度 2.压力表上显示的压力，即为被测流体的（B ）。 A. 绝对压 B. 表压 C. 真空度 D. 大气压 3.压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为（B ）。 A.真空度 B.表压强 C.绝对压强 D.附加压强 4.设备内的真空度愈高，即说明设备内的绝对压强（ B ）。 A. 愈大 B. 愈小 C. 愈接近大气压 D. 无法确定 5.一密闭容器内的真空度为80kPa,则表压为（ B ）kPa。 A. 80 B. －80 C. 21.3 D.181.3 6.某设备进、出口测压仪表中的读数分别为p1（表压）=1200mmHg和p2（真空度）=700mmHg，当地大气压为750mmHg，则两处的绝对压强差为（D ）mmHg。 A.500 B.1250 C.1150 D.1900 7.当水面压强为一个工程大气压，水深20m处的绝对压强为（B ）。 A. 1个工程大气压 B. 2个工程大气压 C. 3个工程大气压 D. 4个工程大气压 8.某塔高30m，进行水压试验时，离塔底10m高处的压力表的读数为500kpa，（塔外大气压强为100kpa）。那么塔顶处水的压强（A ）。 A．403．8kpa B. 698. 1kpa C. 600kpa D. 100kpa 9.在静止的连续的同一液体中，处于同一水平面上各点的压强（A ） A. 均相等 B. 不相等 C. 不一定相等 10.液体的液封高度的确定是根据( C ). A.连续性方程 B.物料衡算式 C.静力学方程 D.牛顿黏性定律 11.为使U形压差计的灵敏度较高，选择指示液时，应使指示液和被测流体的密度差 （ρ指-ρ）的值（ B ）。 A. 偏大 B. 偏小 C. 越大越好 12.稳定流动是指流体在流动系统中，任一截面上流体的流速、压强、密度等与流动有关的物理量（A ）。 A. 仅随位置变，不随时间变 B. 仅随时间变，不随位置变 C. 既不随时间变，也不随位置变 D. 既随时间变，也随位置变 13.流体在稳定连续流动系统中，单位时间通过任一截面的（ B ）流量都相等。 A. 体积 B. 质量 C. 体积和质量 D.摩尔 菏泽学院 2014-2015学年二学期化工原理期末考试试卷(A卷) 班级:___________学号:___________姓名:___________得分:___________ 题目部分，(卷面共有36题,95分,各大题标有题量和总分) 一、判断题(15小题,共15分) 1． 在进行吸收操作时，在塔内任一截面上，吸收质在气相中的分压总是高于其接触的液相平衡分压，( )所以在y-x图上，吸收操作线的位置总是位于平衡线的上方。( ) 2． 吸收过程中，当操作线与平衡线相切或相交时所用的吸收剂最少，此时推动力也最小。( ) 3． 计算填料吸收塔时，其N的含意是传质单元高度。( ) 4． 泛点气速是填料吸收塔空塔速度的上限。( ) 5． 若精馏段操作线方程y=0.75x+0.3，这绝不可能。( ) 6． 对于二元理想溶液，轻组分含量越高，则泡点越低。( ) 7． 精馏塔各板的效率均为50％时，全塔效率必定也是50％。( ) 8． 回流比相同时，塔顶回流液体的温度越高，分离效果越好。( ) 根据恒摩尔流假设，精馏塔内气、液两相的摩尔流量一定相等。( ) 10． 在精馏塔内任意1块理论板，其气相露点大于液相的泡点。( ) 11． 在相同的外压及温度下，沸点越低的物质容易挥发。( ) 12． 气液两相在筛板塔的接触方式有鼓泡、泡沫和喷射三种接触状态，由于鼓泡状态气液接触面积小，所以工业上一般使用泡沫和喷射接触状态。( ) 13． 填料的等板高度HETP以大为好，HETP越大，分离越完善。( ) 14． 以最少量溶剂进行单级萃取计算，可以获得最大溶质浓度的萃取相和萃取液。( ) 15． 萃取是利用原料液中各组分的密度差异来进行分离液体混合物的。( ) 二、填空题(7小题,共15分) 1． 填料塔的等板高度(HETP)是指________。 2． 精馏操作的依据是，实现精馏操作的必要条件包 括和。 3． 负荷性能图有条线，分别 是、、、和 。 4． 第二章 流体输送机械 ２－1 流体输送机械有何作用? 答:提高流体的位能、静压能、流速,克服管路阻力。 2-2 离心泵在启动前,为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的?泵入口的压力处于什么状体？ 答:离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。此时,在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚)； 启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转,在离心力的作用下,液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳,液体流到蜗形通道后,由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。 泵入口处于一定的真空状态（或负压） 2-3 离心泵的主要特性参数有哪些?其定义与单位是什么? １、流量q v ： 单位时间内泵所输送到液体体积,ｍ３/s, m ３/min, m 3/h.。 2、扬程H ：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/Ｎ,ｍ 3、功率与效率: 轴功率Ｐ:泵轴所需的功率。或电动机传给泵轴的功率。 有效功率Ｐe ：gH q v ρ=e P 效率η：p P e =η 2-4 离心泵的特性曲线有几条?其曲线的形状是什么样子?离心泵启动时,为什么要关闭出口阀门？ 答：1、离心泵的H 、Ｐ、η与q v 之间的关系曲线称为特性曲线。共三条； 2、离心泵的压头Ｈ一般随流量加大而下降 离心泵的轴功率P 在流量为零时为最小,随流量的增大而上升。 η与ｑv 先增大，后减小。额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵的设计点,对应的值称为最佳工况参数。 ３、关闭出口阀,使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。 ２-5 什么是液体输送机械的扬程？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响? 答:１、单位重量液体流经泵所获得的能量 2、在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表，在这两处管路截面1、2间列伯努利方程 得:f V M H g u u g P P h H ∑+-+-+=221220ρ 3、离心泵的流量、压头均与液体密度无关，效率也不随液体密度而改变,因而当被输送液体密度发生变化时,Ｈ-Q 与η－Q 曲线基本不变，但泵的轴功率与液体密度成正比。当被输送液体的粘度大于常温水的粘度时,泵内液体的能量损失增大,导致泵的流量、扬程减小，效率下降,但轴功率增加,泵的特性曲线均发生变化。 2-6 在测定离心泵的扬程与流量的关系时,当离心泵出口管路上的阀门开度增大后,泵出口压力及进口处的液体压力将如何变化? 第一章 3.答案：p= 30.04kPa =0.296atm=3.06mH2O 该压力为表压 常见错误：答成绝压 5.答案：图和推算过程略Δp=(ρHg - ρH2O) g (R1+R2)=228.4kPa 7.已知n=121 d=0.02m u=9 m/s T=313K p = 248.7 × 103 Pa M=29 g/mol 答案：(1) ρ = pM/RT = 2.77 kg/m3 q m =q vρ= n 0.785d2 u ρ =0.942 kg/s (2) q v = n 0.785d2 u = 0.343 m3/s (2) V0/V =(T0p)/(Tp0) = 2.14 q v0 =2.14 q v = 0.734 m3/s 常见错误： （1）n没有计入 （2）p0按照98.7 × 103 pa计算 8. 已知d1=0.05m d2=0.068m q v=3.33×10-3 m3/s （1）q m1= q m2 =q vρ =6.09 kg/s (2) u1= q v1/(0.785d12) =1.70 m/s u2 = q v2/(0.785d22) =0.92 m/s (3) G1 = q m1/(0.785d12) =3105 kg/m2?s G2 = q m2/(0.785d22) =1679 kg/m2?s 常见错误：直径d算错 9. 图略 q v= 0.0167 m3/s d1= 0.2m d2= 0.1m u1= 0.532m/s u2= 2.127m/s (1) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 7.02×103 Pa p A-p B=0.5gρH2O +(ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m (2) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 2.13×103 Pa p A-p B= (ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m 所以R没有变化 12. 图略 取高位储槽液面为1-1液面，管路出口为2-2截面，以出口为基准水平面 已知q v= 0.00139 m3/s u1= 0 m/s u2 = 1.626 m/s p1= 0(表压) p2= 9.807×103 Pa(表压) 在1-1面和2-2面之间立柏努利方程Δz = 4.37m 注意：答题时出口侧的选择： 为了便于统一，建议选择出口侧为2-2面，u2为管路中流体的流速，不为0，压力为出口容器的压力，不是管路内流体压力化工原理(下)期末考试试卷
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