化工原理(2)学习指导

化工原理（2）学习要点

第一章蒸馏

1．本章学习目的

通过学习本章，掌握精馏原理的原理、精馏过程的计算和优化。

2．本章应掌握的内容

本章讨论的重点为两组分精馏过程的计算，主要应掌握的内容包括：相平衡关系的表达和应用；精馏塔的物料衡算和操作线关系；回流比的确定；理论板数的求法；影响精馏过程的主要因素分析等。

3．本章学习中应注意的问题

利用各组分挥发度的差异将体混合物加以分离的单元操作称为蒸馏。蒸馏分类方法有很多种，按操作方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏等；按原料组分数目则可分为双组分蒸馏、多组分蒸馏；按操作过程是否连续，可分为连续精馏、间歇精馏。本章重点是双组份混合液的连续精馏。

精馏是分离混合物最常用、又最早实现工业化的分离方法。精馏可以直接获得所需要的产品，而不像吸收、萃取等分离方法，需外加溶剂，再将所提取的物质与溶剂分离，因此精馏过程的流程比较简单。精馏的主要缺点是为造成气、液两相系统，需消耗较多的能量，或者需要建立高真空、高压、低温等技术条件。通常，由于经济和技术上的原因，才考虑用吸收或萃取等操作以分离混合物。

精馏操作既可在板式塔中、又可在填料塔中进行。本章以板式塔（分级接触）为主要讨论对象，并引入理论板的概念，以简化精馏计算。对特定的分离任务，确定理论板数是本章的核心。对两组分精馏，用梯形图解法求取理论板数。该法概念清晰，便于分析工程问题。同时，应掌握影响精馏过程因素的分析，预估精馏操作调节中可能出现的问题，提出解决问题的对策。

精馏与吸收、萃取等操作均属传质过程，应注意它们的共性和个性。例如相平衡关系的表达方法、传质机理和设备的异同等。

4．本章学习要点

4．1描述精馏过程的基本关系

4.1.1气液相平衡关系

气液相平衡是蒸馏过程的热力学基础，因此了解气液平衡是理解和掌握蒸馏过程的基本条件。

1．气液平衡的作用

（1）选择分离方法依据物系的气液相平衡关系，对特定的分离任务，可确定或选择分离方法，例如对相对挥发度近于1的物系，宜采用特殊精馏或萃取等分离操作。

（2）在相图（t-x-y）上说明蒸馏原理利用多次部分气化和部分冷凝的操作。可使物系得到所需要的高纯度分离。相对挥发度愈大，相图（x-y)中平衡线偏离对角线愈远，分离愈易。

（3）气液平衡关系是精馏过程的特征方程即是计算理论板数的基本方程之一。

（4）利用气液平衡关系，可分析、判断精馏操作中的实际问题例如在精馏塔中，恒压下操作，温度和组成间具有对应关系，因此可利用易于测量的温度来判断难于测量的浓度。实际生产中，时常在精馏塔的适应部位（灵敏板）上安装温度计，用它来控制、调节整个精馏过程。

2．气液平衡的表达方式

在精馏过程中，气液平衡可用相图和气液平衡方程表示。

（1）t-x-y 图和x-y 图 在利用相图时应注意以下几点：

①精馏过程的分析多用t-x-y 图，过程计算多用x-y 图。

②了解沸点、泡点和露点的概念。对同一组成下露点总是高于泡点。对理论板而言，离开该板的气液两相温度相等，即露点等于泡点，但两相组成不等，而呈平衡关系。

③液化率或气化率，可在相图上用杠杆规则求得。部分气化和部分冷凝是精馏的基础。 ④恒压下不同物系具有不同的x-y 曲线。当平衡曲线偏离对角线愈远时，表示传质推动力愈大，该物系愈易分离。对具有恒沸点的非理想溶液，在恒沸点处x=y ，因此不能用普通精馏方法分离该混合液。

⑤同一物系下，不同压强的x-y 线也不相同，一般在低压下平衡曲线偏离对角线愈远，即愈易分离，可见低压操作有利于精馏分离。

（2）气液平衡方程

①理想物系

对于理想气体和理想溶液构成的理想物系，因其满足理想气体状态方程、道尔顿分压定律和拉乌尔定律，因此，在一定温度下其气液相平衡关系具体表达形式为：

B B B A A A x p p x p p 00,==

在一定的压力下其气液相平衡关系具体表达形式为：

)()(00000000露点方程泡点方程???? ??--===--=B A B A A A A A B

A B A p p p P P p P x p P p y p p p P x

式中，纯液体的饱和蒸汽压0

0,B A p p 仅与温度T 有关，可采用实测数据或用如下安托尼方程进行推算： C

T B A p +-=0ln 式中A 、B 、C 均为安托尼常数，可从有关数据手册中查取。

在一定的压力下理想物系气液相平衡关系还有一种表达形式（即气液平衡方程）为： x

x y )1(1-+=αα 其中，00B

A B B A A B A p p x p x p ===υυα为相对挥发度，无因次。 α表示A 、B 组分挥发能力的差异。α≠1，表明A 、B 可以分离，此时α越大，表示越易分离，所需理论板数越少。α=1由x

x y )1(1-+=αα知，x y =，表明经蒸馏分离后组成与原来一样，组分A 、B 无挥发能力的差异，因此不能用普通蒸馏方法加以分离。

理想物系的相对挥发度随温度的变化不是太大，一般可视为常数。这是因为0

0,B A p p 随温度升高而变大，但其比值却随温度变化不大。

当总压变化不大时（如小于30%），α一般为常数；当总压变化较大时，通常压力变大，α变小。

②非理想物系

对于理想气体和非理想溶液、非理想气体和理想溶液、非理想气体和非理想溶液构成的非理想物系，其气液相平衡关系式的具体表达形式比理想物系的复杂，且相对挥发度α也不再是常数。本章主要涉及理想物系的相平衡关系。

4.1.2物料衡算

对连续精馏过程，物料衡算的原则是近、出物料平衡，但应注意衡算范围、基准及单位。

1. 全塔物料衡算：

W D F Wx Dx Fx W D F +=+=,

2. 精馏段物料衡算（精馏段操作线方程）：

1

11+++=+=+R x x R R x V D x V L y D n D n n 式中，R=L/D 为回流比，L=RD ，V=（R+1）D 。该式表示精馏段内某处下降液流浓度和上升气流浓度之间的关系，它是一条过点)(D D 、x x a 、斜率小于1的直线。其斜率决定了精馏段的分离能力，斜率越大，操作线越远离平衡线，精馏段内塔板的分离能力越高。

上式中的回流比R 是精馏塔重要的操作参数之一，其大小直接关系到精馏过程的经济性。适宜的回流比适R 通常根据经验选取，其范围为适R =（min )2~1.1R 。其中，min R 是为完成某一分离要求，所需理论板数为无穷大时对应的回流比，称为最小回流比。最小回流比与设计条件有关，因此它仅对设计型问题有意义。其值可用下式计算：

q

q q D q D q D x y y x R y x x x R R --=--=+min min min 1或 式中，q q ，y x 是恒浓点（交点或切点）的坐标。

3. 提馏段物料衡算（提馏段操作线方程）：

V Wx x V L y W m m '

-''=+1 式中，q F q V V qF ，L L 而,)1(-+='+='为进料热状况参数，其定义为：

进料的千摩尔气化潜热

量态变为饱和蒸气所需热每千摩尔进料从进料状=--=L V F V I I I I q 提馏段操作线方程表示提馏段内某处下降液流浓度和上升气流浓度之间的关系，它是一条过点)(W W 、x x b 、斜率大于1的直线。其斜率决定了提馏段的分离能力，斜率越小，操作线越远离平衡线，提馏段内塔板的分离能力越高。

4. 进料线方程（q 线方程）

1

1---=q x x q q y F 该式是精馏段操作线和提馏段操作线交点d 的轨迹方程，它是一条过点)(F F 、x

x f 、

斜率为q/(q-1)的直线，该直线仅与q 、x F 有关，所以称之为进料线方程（q 线方程）。 W D F 、x 、x x 和R 一定时，精馏段操作线确定，q 值的大小将直接影响到点d 的位置，从而影响到提馏段操作线的斜率。进料预热得愈多，q 值愈小，提馏段操作线斜率愈大，与平衡线愈靠近，理论板的分离能力就愈低，为完成规定的分离要求所需的理论板数愈多。故从分离角度来看，尽可能降低进料温度，即q 值取大一些可使理论塔板数少一些。但是，q 值愈大时，再沸器提供的上升蒸气量V '愈大，即再沸器负何也愈大。通常料液预热至泡点附近最为常见，除综合考虑上述因素外，泡点进料还有一个好处：可避免由于季节变化引起的料液温度变化而导致精馏塔操作不稳定。

4.1.3热量衡算

1.任意塔板的热量衡算和恒摩尔流假定

对于精馏塔内没有加料的任意塔板进行热量衡算，若假设：精馏塔热损失可忽略；待分离混合液中各组分的摩尔气化热相近；混合液中各组分的沸点相差较小，即可忽略板间显热差。则可推得精馏塔内恒摩尔流动的假定，即在精馏段和提馏段内，各板上升蒸汽摩尔流量相等，下降液体摩尔流量也相等。

2.再沸器、冷凝器的热量衡算

（1）再沸器的热负荷：L B B L LW VW B Q M r V Q I I V Q +'≈+-'≈)(

若再沸器中用饱和蒸汽加热，且冷凝液在饱和温度下排出，则加热蒸汽消耗量为：

r Q W B h /=

（2）冷凝器的热负荷：A A VL VD C M Dr R I I V Q )1()(+≈-≈

冷却介质的消耗量为：)(/12t t c Q W pc B C -=

（3）全塔的热量衡算：L C B Q Q Q +≈；若L Q 可以忽略，则C B Q Q ≈

可见，精馏过程中塔釜提供的热量几乎全部由塔顶移走，这就是说，精馏过程的能耗是很大的。

4.1.4传递速率关系

精馏过程本质上气液两相传质过程，在塔板上发生的传递过程是很复杂的，即塔板上两相的传质及传热速率不仅决定于物系的性质与操作条件，而且还与塔板类型及结构有关，因此很难用简单的数学方程描述。

1.理论板的概念

所谓理论板是指气液两相皆充分混合且无传递过程阻力的理想塔板。也就是说气液两相在理论板进行接触传递的结果，将使离开该板的两相在传热传质两方面达到平衡状态，即两相的温度相等，组成互成平衡，符合相平衡方程。

2.塔板效率与实际塔板数

塔板效率是用来描述实际塔板的分离能力与理论板的差异。塔板效率主要：

（1）单板效率mV E 、mL E

也称默弗里（Murphree ）板效。定义为 气相默弗里板效浓程度块塔板后气相的理论增

经过第浓程度块塔板后气相的实际增经过第n n y y y y n E n n n n mV =--=++1*1)( 液相默弗里板效浓程度块塔板后液相的理论增经过第浓程度块塔板后液相的实际增经过第n n x x x x n E n n n n mL =--=

--1*1)( 显然，)(n E mV 和)(n E mL 不会相等，且由于沿塔气液相组成，气速等均有变化，各板的单板效率也各不相同。一般情况下它们会小于1，特殊情况下它们会大于1（通常出现在塔径较大的精馏塔中）。

单板效率主要反映了一层塔板上传质的优劣，根据单板效率的大小可考察不同板型的传质效果，以便为塔板选型提供依据。

（2）全塔效率

全塔效率或总板效率E 的定义为：

P

T N N E = 式中，N T 为理论板数，N P 为实际板数。 利用上式，可在全塔理论板数和总板效率确定的前提下，求取精馏塔的实际塔板数。 总板效率反映了整座塔传质效果的好坏，其值一定小于1，多数在0．5~0．7之间.获取总板效率的目的是为了得到实际塔板数,以便为精馏塔的设计提供依据。

（3）点效率

τx K V A

OG e y y y y E -*-==--=1112理论增浓程度经过塔板上某点气相的实际增浓程度经过塔板上某点气相的 点效率主要反映了一层塔板上某点传质的优劣，提高A 、K x 、τ可提高点效率。

塔板效率实际上反映了精馏塔内传质速率的快慢，这一物理量包含了所有影响传质过程的动力学因素，因此塔板效率对板史塔的设计和操作都很重要。设计中通常采用实测数据或经验数据，当缺乏这些数据时也可根据某些经验关系进行估算。

4．2精馏过程设计（或操作）变量和条件的选定

4.2.1精馏塔的操作压强

精馏按操作压强可分为常压精馏、减压精馏和加压精馏。因前者设备、流程简单和操作容易，故工业上多采用常压精馏。一般选择原则如下：

①在常压下沸点在室温到150℃左右的混合物，宜采用常压精馏。

②在常压下沸点较高或者在较高温度下易发生分解、聚合等变质现象的混合物常采用减压精馏。

③在常压下沸点在室温以下的混合物，一般采用加压精馏。

应当指出，由于在精馏塔再沸器中液体沸腾温度及冷凝器中蒸汽冷凝温度均与操作压强有关，故应选择适当的操作压强。通常，若提高操作压强，可使蒸汽冷凝温度升高，从而避免在冷凝器中使用价格昂贵的冷冻剂。若降低操作压强，可使液体沸腾温度下降，从而避免在再沸器中使用高温载热体。而且操作压强也影响物系的平衡关系，因此在严格的精馏设计中，操作压强也应通过经济衡算确定。

4.2.1精馏过程的加热方式和冷凝方式

1.加热方式

精馏的加热方式分为间接蒸汽加热和直接蒸汽加热两种，工业生产中大多采用前者。当欲分离的为水与易挥发组分（如乙醇等）构成的混合液时，宜采用直接蒸汽加热方式，这样可节省再沸器，提高传热速率。但是由于精馏塔中加入水蒸气，使从塔底排出的水量增加，若馏出液组成w x 维持一定，则随塔釜液损失的易挥发组分增多，使其回收率减少。若保持相同的回收率，必须降低w x ，这样提馏段理论板数就应增加。

在设计中，通常将再沸器视为一块理论板。

2.冷凝方式

精馏塔的冷凝方式一般分为以下两类：

（1） 全凝器冷凝 塔顶上升蒸汽进入冷凝器被全部冷凝成饱和液体，部分液体作为回流，

其余部分作为塔顶产品。这种冷凝方式的特点是便于调节回流比，但较难保持回流

温度。因该法流程较简单，工业生产上大多采用这种冷凝方式。

（2） 分凝器冷凝 塔顶上升蒸汽先进入一个或几个分凝器，冷凝的液体作为回流或部分

作为初馏产品；从分凝器出来的蒸汽进入全凝器，冷凝液作为塔顶产品。这种冷凝

方式的特点是便于控制冷凝温度，可提取不同组成的塔顶产品，但是该法流程复杂。 在设计中，分凝器可视为一块理论板。

4.2.3回流比的选择

1.全回流：全回流：其特点是操作线与对角线重合，精馏段、提馏段操作线均可写成n n x y =+1。由于全回流没有产品的采出，所以不具备生产意义，常在精馏塔开停工、调试和实验室研究时采用。

2.最小回流比：对特定的分离任务和要求，需无穷多理论板时的回流比，定义为最小回流比。 ①对正常的平衡曲线，有：q q q

D x y y x R --=min

②对不正常的平衡曲线，一般是通过y x -图上的点（D x ，D x ）作平衡曲线的切线，该切线即为最小回流比下的操作线，用作图法算出该切线的斜率1

min min +R R ，进而求得min R 。 3.适宜回流比：适宜回流比应通过经济核算确定。操作费用和设备费用之和最低时的回流比为最佳回流比。在设计中一般取经验值，即min )0.2~1.1(R R =宜。上式中最小回流比的倍数由设计者选定，从耗能角度考虑宜取低限，对难分离物系，宜取高限。

精馏操作中，回流比是重要的调控参数，其值与产品质量及生产能力密切相关。

4．3连续精馏塔理论板数的计算

二元精馏塔理论板数的求取方法主要有逐板法、图解法和捷算法。

（1） 逐板法

从塔顶（也可从塔底）开始逐板计算，即从1y 开始交替运用相平衡方程和操作线方程，求出各板上气液两相的组成。当F N x x ≤+11时精馏段计算结束，数一数所用的相平衡关系次

数，即为精馏段板数N 1块。然后改用提馏段方程和相平衡方程计算当W N x x ≤时，表明已经能够满足分离要求，整个精馏所需的总理论板数为N-1块（因第N 块为塔釜，所以要扣除）。提馏段板数=（N-1-N 1）块。具体步骤如下：

W N N N N N F N D x x y x y x x x x y x y x ≤??→?????→???→???→?????→?≤??→?????→???→?????→???→?=-+++相平衡提馏段操作线相平衡相平衡提馏段操作线相平衡精馏段操作线相平衡精馏段操作线相平衡12112211111 逐板计算方法比较繁琐，但得到的结果较为准确，且能获得各板上气液两相的组成，当塔板数很多时可采用计算机求解。

（2）图解法

图解法又称麦卡勃-蒂列（McCabe-Thiele ）法，简称M-T 法，其原理与逐板计算法完全相同，只是将逐板计算过程通过作图来实现。作图时，将跨过三线（精馏段、提馏段操作线和q 线）交点d 的梯级定为加料板。这种进料为最佳位置进料。

（3）捷算法 捷算法是利用吉利兰关联图，由横坐标1

min +-=R R R X 查图（通过关联式）求得纵坐标2

min +-=N N N Y ，从而求出理论板数N 。其中min R 为最小回流比；min N 为最小理论板数，即全回流时的理论板数，其求取方法有逐板法和图解法。

对理物系，通过逐板法可推得：

1lg lg lg lg min 11min -???????????? ?????? ??=???????

????? ?????? ??=α

αW A B D B A F A B D B A x x x x ，N x x x x N （不含塔釜） 上式为芬克斯（Fenske ）方程，该式适用于多组分物系。式中F D ααα=1，W D ααα=。1min N 为精馏段所需的最少理论板数。

捷算法快捷，但精确性较差，一般用于设计时的粗估。

4．4精馏操作条件的优化及操作分析

4.4.1精馏操作条件的优化

（1）选择最佳的进料位置：两操作线交点稍下的位置。

（2）保持全塔物料平衡：W D F Wx Dx Fx W D F +=+=,

（3）选择适宜的塔顶回流：适宜的回流比及回流温度。

（4）选择合适的进料热状况：工业上多采用饱和液体进料，以节省能耗。

（5）在灵敏板进行温度控制。

4.4.2操作型问题定性分析

1.影响精馏操作的因素分析

（1）影响精馏操作的主要因素有：物系特性和操作压强；生产能力和产品质量；回流比和进料热状况；塔设备情况；再沸器和冷凝器的热负荷。

（2）上述因素以应遵循的基本关系：相平衡关系；物料衡算关系；理论板数关系；塔板效

率关系；热负荷关系。

2.操作型问题定性分析方法

所谓操作型问题是指设备给定的条件下，计算或分析某操作条件改变后分离效果的变化，或者提出为获得合格产品需采用的调节措施等。

操作型问题定性分析时，为使分析过程简单化，通常 忽略塔板效率的变化，按理论板数不变进行分析，这是操作型问题的定性分析的前提。

（1）首先判断出精馏段、提馏段操作线斜率的变化。精馏段操作线斜率越大，操作线越远离平衡线，精馏段内塔板的分离能力越高；提馏段操作线斜率越小，操作线越远离平衡线，提馏段内塔板的分离能力越高。反之亦然。或者，在y-x 相图中画出新旧操作线，并用M-T 法作出梯级，并与理论板数不变这一前提相比较，最终确定馏出液和釜液浓度的变化趋势。

（2）在精馏操作型问题的定量计算中可假设馏出液和釜液组成中的一个，采用逐板计算或M-T 图得出另一个，最后用物料衡算关系来校验。

4.5其他类型的蒸馏过程

4.5.1简单蒸馏

特点：（1）间歇，不稳定；（2）分离程度不高，仅适用于相对挥发度大而分离要求不高的场合，常作为初加工，如原油的初馏。

①宏观物料衡算： D D D

x W x W x W W W W +=+=22121

式中1W 、1x 为初始料液量和组成；2W 、2x 为最终残液量和组成；D W 、D x 为馏出液量和馏出液平均浓度。 ②微分物料衡算：x

y dx W dW -= 对理想物系将气液相平衡关系式x

x y )1(1-+=αα代入上式积分得： )

1()1(ln ln 2211

2211x W x W x W x W --=α 4.5.2平衡蒸馏

特点：（1）连续、稳定，（2）分离程度不高。

在平衡蒸馏过程中，x 、y 保持不变。

①物料衡算：Vy Lx Fx V L F F +=+= ②相平衡关系：x

x y )1(1-+=αα 4.5.3间歇精馏

1.特点：（1）非定态过程；（2）只有精馏段；（3）塔内存液对精馏影响大，生产商多采用填料塔。

2.操作方式：（1）恒回流比操作；（2）恒馏出液组成操作。

3.计算方法：图解试差法。

4.5.4二元连续精馏的其他流程（参阅）

（1）塔顶设有分凝器

若离开分凝器的两相达到气液相平衡，则分凝器可看成一块理论板，与带有全凝器的流程相比，全塔多了一块理论板。故全塔理论板数为

N=梯级数–2

（2） 冷液回流

冷液回流时流入塔的液体量L 0（称外回流量）与塔内下降的液体量L （称内回流）不相等。内回流比R 与外回流比R 0也不相等。设回流液温度为0t ，塔内第一块板上的温度为

1t ，则：001)(1R r t t c R p ??

????-+= 式中：p c 为回流液比热，kJ/(mol·oC)；r 为回流液的气化潜热，kJ/kmol 。

冷液回流塔内操作回流比较大，因此冷回流对精馏过程是有利的。但冷回流操作由于塔顶移取的热量多，相应地需要再沸器提供的热量也多，所以冷回流给精馏塔带来的好处是以增加能耗为代价的。

（3） 直接蒸气加热流程

直接蒸气加热流程适用于水溶液，且水是难挥发组分，如甲醇-水、乙醇-水等。水蒸气起到加热剂的作用。与间接蒸气加热流程相比有：

①全塔物料衡算方程不同。

全塔物料衡算：+=+D S F *W ，**0W D F x W Dx S Fx +=?+

式中，S 为塔釜直接通入的加热蒸气摩尔流率，*W 、*w x 为排出的釜液量和组成。

与间接蒸气加热时全塔物料衡算对照可知：w W W x x W S W W =+=**

*,

②在相同的条件下（F 、F x 、q 、D 、D x 、R 相同），釜液排出量间直W W ?，排出组成间直W W x x ?*。 ③精馏段、提馏段操作线、q 线形式相同。在相同的条件下（F 、F x 、q 、D 、D x 、R 相同），直接蒸气加热时塔内的操作线方程与间接蒸气加热时的完全一致，只不过

)(W W 、x x b 点下移至)0(*、x b W '点因此理论板数略有增加。

直接蒸气加热流程可以用结构简单的塔釜鼓泡器代替

造价昂贵的再沸器，且需要的加热蒸气压力较低；但需要

的理论板数略有增加、塔釜排出的废液更多。

（4）多股加料和侧线出料流程

多股加料流程与单股进料相比精馏段、提馏段操作线 方程不变，两股进料之间的操作线方程则另需物料衡算得 到，如对两股加料流程，两进料口间的操作线方程为： )0(*、x b W '

V x F Dx x V L y D '

-+''=11 塔内从上至下各段的L '气液负荷之间满足：

???--='+='1111)1(F q V V F q L L ?

??--'=''+'=''2222)1(F q V V F q L L 侧线出料流程与多股加料流程处理方法类似。

（5）回收塔流程

只有提馏段没有精馏段的精馏塔称为回收塔。分为无回流和有回流两种情况。其解算方法与普通精馏塔类似。

第四章 液–液萃取

1.本章学习目的

液–液萃取是一种应用广泛、发展迅速的单元操作。通过学习要求掌握萃取操作的基本原理、过程计算、设备特性，最终达到合理地选择适宜的萃取剂、萃取操作条件及设备。

2.本章应掌握的内容

学习本章应重点掌握：萃取分离的原理及流程、萃取过程的相平衡关系（包括萃取剂及操作条件的选择）、萃取过程的计算。

3.学习本章应注意的问题

液–液萃取属传质过程，但和蒸馏吸收相比又有其特殊性，如相平衡关系的表述方法、萃取设备的结构特点及外加能量。

4.本章学习要点

液–液萃取是利用液体混合物中各组分在某种溶剂中溶解度的差异来实现分离的一种单元操作。

液–液萃取主要包括两大类传质过程：分级传质过程和微分连续接触式传质过程。这两类传质过程所用的数学描述方法不同，对前者的数学描述方法与精馏章节类似；对后者的数学描述方法则与气体吸收章节类似。我们在学习过程中应充分注意到这一点，以便将本章与精馏、吸收章融会贯通。

分级传质过程按操作流程可分为；单级萃取、多级错流萃取、多级逆流萃取、回流萃取 等。而微分连续接触式传质过程则可分为连续逆流萃取和回流萃取等。

与精馏、吸收类似，液–液萃取的数学模型中主要包括物料衡算、相平衡关系和传质速率模型。值得注意的是，因为萃取操作的热效应一般狠小，基本上是等温过程，因此可不必考虑热量衡算问题，这一点与精馏、吸收章不同。传质速率模型 处理则与精馏、吸收章相同，引进理论级（即平衡级）或传质单元的概念以使复杂的工程问题简单化。

4.1相平衡关系

萃取中的相平衡关系就是溶解平衡关系。因为萃取过程达平衡时，呈平衡的两相即萃取相和萃余相大都为三元混合物，所以，萃取过程的溶解平衡关系相对精馏、吸收的气液平衡更为复杂，常常需在三角形坐标上表示，称为三角形相图。

学习本章应能熟练地使用三角形相图，了解相图中的点、线段的物理含义，并在相图中

会标注两相、三相的状态点，会在相图上表示物料的混合和分开（含分层，下同）过程，这是本章计算的基础。

4.1.1三角形相图应用基础

（1）关于三角形相图

三角形相图可采用直角三角形、等边三角形等，下面以用直角三角形为例介绍，如图所示：

①顶点代表纯组分；

②三条边代表二元溶液；

③相图中的点代表三元溶液，且有： %A+%B+%S=100%

（2）三角形相图的应用

三角形相图可以用来表示混合液的混合和分开 等过程，在相图中就是和点和差点的关系。

图中线段RME 代表三元溶液R （差点）与三

元溶液E （差点）混合成为新的三元溶液M （和点）； 线段FMS 代表二元溶液F （差点）与纯组分S （差

点）混合成为新的三元溶液M （和点）；线段ES E '

代表三元溶液E （和点）脱除其中的组分S （差点）后成为新的二元溶液E '（差点）。依此类推，图中任一线段上的三个点均代表混合或分开过程的状态点，由此三点构成的线段又称为杠杆，和点就是杠杆的支点，两差点就是杠杆的“力”的作用点。对两溶液的混合过程作物料衡算，可以得到类似于物理学中的杠杆原理表达式（又称杠杆规则），以线段RME 为例：RM ME E R = ，RE ME M R = ，RE

RM M E = 4.1.2相平衡关系得表示

（1）溶解度曲线

以B 、S 部分互溶为例，其溶解度曲线如图，平衡共存的两相联结线称为平衡联结线（共轭线），点P 为临界混溶点（褶点），该点萃取相和萃余相合并为一相。溶解度曲线下方为两相区（分层区），为萃取操作区，其余为均相区。

（2）分配曲线

萃取的相平衡关系也可在直角坐标系上表示，这时的平衡关系曲线称为分配曲线，直角坐标系上的相平衡关系与精馏、吸收的相平衡关系原则上的区别。

4.2萃取分离效果的定量表示

（1）分配系数

分配系数表示各组分在相互平衡的萃取相和萃余相中的分配比例，定义如下： S B A

辅助曲线

溶解度曲线 平衡联结线 E R M F

E / P ·

A A A x y k = B

B B x y k = 分配系数与精馏中的挥发度相似。A k 越大，B k 越小，越有利于萃取分离，所需萃取剂越少。

（2）选择性系数β

选择性系数β表示萃取剂的选择性溶解能力，即表示A 、B 在S 中的溶解度的差异。定义如下：B

A B A B B A A B A x x y y x y x y k k ////===β β与精馏中的相对挥发度相似。1≠β，表明A 、B 可以分离，此时β越大，表示越易分离，所需的理论级数越少。1=β，萃取相中的组分A 、B 浓度之比等于萃余相中的组分

A 、

B 浓度之比。萃取相、萃余相脱萃取剂S 后浓度相同，表明此时不能用萃取方法分离。

4.3.物料衡算

物料衡算关系就是质量守恒关系。对于三元萃取物系，其物料衡算关系共有3个独立的衡算方程：总物凹衡算方程、溶质A 的衡算方程和萃取剂S （或稀释剂B ）的衡算方程。

因为萃取过程就是混合、溶解、分层过程，因此，其物料衡算关系在三角形相图中可用杠杆规则表示。

与精馏、吸收类似，将物料衡算关系与相平衡关系结合起来，可以解决萃取过程的工艺计算问题。

4.4理论级

与精馏、吸收类似，实际萃取过程的计算采用理论级这一工程处理方法，然后再用级效率（实验测定）加以修正。本章仅涉及理论级的情况。

在三角形相图中，萃取理论级数计算在表现形式上与精馏、吸收有很大的不同，在学习中应特别注意这一点。在直角坐标系中求理论级数与精馏、吸收基本相同。例如，在三角形坐标系中用图解法求取多级逆流萃取的理论级数，步骤如下：

（1）由原料液的组成F x 在直角三角形相图AB 边上定出F 点。

（2）联FS 线，然后根据以知的F 和S 的量按杠杆规则在FS 线上定出M 点。

（3）由给定的萃余相组成n x 在溶解度曲线上定出n R 点，由n R 过M 点划直线与溶解度曲线相交与1E 点。

（4）联F 1E 和n R S 并延长地交点Δ，此点即为操作点。

（5）由1E 点根据辅助曲线可求得1R 点。联1R Δ线，该线与溶解度曲线交于2E 点。然后借助辅助曲线可求得2R 点……依此进行下去，直到某一联结线的萃余相n R 的组成等于或开始小于n x 。这样，有多少根联结线即有多少个理论级。

4.5溶剂比

萃取操作中的溶剂比与精馏的回流比、吸收的液气比相似，当溶剂比S/F 减小，操作线向分配曲线靠近，要完成同样的分离任务，所需的理论级数增多。若溶剂比S/F 减小到使操作线与分配曲线相切或相交时，此时所需的理论级数为无穷大，此条件下的溶剂比为最小溶剂比()

min F S 。位于分配曲线上的切点在三角形相图上表示平衡联结线的两端点，因切点又在操作线上，则在三角形相图中出现操作线与平衡联结线相重合的情况，最小溶剂比()min F S 的数值可依杠杆规则求得。

溶剂比S/F 的大小或萃取剂S 的用量对原料液的分离效果有着重要影响，改变溶剂比S/F 的大小或萃取剂S 的用量是萃取操作的重要调节手段。但是，溶剂的初始含量即s y 对萃取效果也有着重要影响，这一点应引起足够的重视。从萃取角度来看，增大溶剂比S/F 对分离效果是有利的，但不适当地增大溶剂比S/F 使再生设备负荷过重，溶剂再生不良，反而会适得其反。

第五章 干燥

1.本章学习目的

干燥是利用热能从物料中去湿的单元操作。通过本章学习，能够掌握干燥过程的物料衡算、热量衡算、干燥速率及干燥时间的计算，了解工业常用干燥器的类型及其使用场合。

2.本章应掌握的内容

B S 附图：多级逆流萃取理论级数图解法

学习本章应重点掌握：湿空气的性质参数及湿度图、湿物料中含水性质、干燥过程的物料衡算及热量衡算。一般掌握干燥过程的速率及干燥时间的计算。了解干燥器的类型及使用场合，提高干燥热效率及强化干燥过程的措施。

3.学习本章应注意的问题

干燥时热质同时传递的过程，影响因素更为复杂，定量计算难度较大，致使目前干燥器的设计多是依据试验结果或凭经验处理。在某些情况下，要作一些简化假设、以便进行数学描述。对复杂得工程问题进行合理的简化而不失真，是工程人员能力的体现。

4.本章学习要点

4．1湿空气的性质

由于干燥过程所用的干燥介质一般多为空气，且随干燥过程的进行，空气实际上成为空气与水蒸气的混合物（常称之为湿空气），可见空气（湿空气）的性质的计算是干燥计算的基础。

4.1.1湿空气的含水量的表示方法

湿度：s

s p P p p P p H ??-=-=622.0622.0 饱和湿度：s s s p P p H -=622

.0 相对湿度：%100?=s

p p ? 4.1.2湿空气温度的表示方法

干球温度t ，简称温度，指空气的真实温度，可直接用普通温度计测量。

湿球温度W t ：指大量的空气与少量的水经过长时间绝热接触后达到的稳定温度。

露点温度d t ：在总压不变的条件下，不饱和湿空气冷却达到饱和状态时的温度。

绝热饱和温度as t ：指少量的空气与大量的水经长时间绝热接触后达到的稳定温度。 )(0H H c r t t as H

as --= 对于空气-水体系，湿球温度和绝热饱和温度在数值上可近似认为相等，即

W t =as t

4.1.3湿空气的其他性质

湿空气的比热容 H c H 88.101.1+=，H c 单位为kJ/kg ?oC

湿空气的焓 H

t H I 2490)88.101.1(++=，I 的单位为kJ/kg 。 湿空气的比容 273

273)

224.1773.0(t H v H ++=，H v 单位为m 3/Kg 。 4.1.4湿度图

湿空气的各种性质之间存在着一定的函数关系，这些关系除了可用前面介绍的公式表示外，还可以用湿空气的性质图来表示。在总压一定的条件下，只要已知任意两个独立的性质参数，湿空气的其他性质便可从图中读出，既方便又迅速。从形式上看，常用的有湿度-焓（H-I ）图、温度-湿度（t-H ）图。

4.2干燥静力学

4.2.1湿物料的性质 湿基含量：%100?=湿物料的总质量

湿物料中水分的质量w 干基含水量：%100?=

量湿物料中绝干物料的质湿物料中水分的质量X 且有：

w

w X X X w -=+=11或 湿物料的比热容m c [单位为kJ/(kg·K)]

X c w c w wc c w c s s W s m 187.4187.4)1()1(+=+-=+-=

湿物料的焓I '（单位为kJ/kg 湿物料）：θm c I ='

式中：s c ——绝干物料的比热容，kJ/(kg·K)；θ——湿物料的温度；

W c ——水的比热容，4.187kJ/(kg·

K)。 4.2.2干燥过程的物料衡算

干物料量 )1()1(2211w G w G G -=-=

或 2

21111X G X G G -=-= 水蒸气用量（水分蒸发量）

1

21222112111)(w w w G w w w G X X G W --=--=-= 所需加热空气量： 1

2H H W L -= 单位空气消耗量： 0

21211H H H H W L l -=-==

4.2.3干燥过程的热量衡算

如下图所示干燥流程：

理想干燥器为等焓过程： 21I I =

预热器的输入热量： )()(0101t t Lc I I L Q H p -=-=

热量衡算的普遍式（实际干燥器）为

L

m L d p Q t W Gc t t H L Q Q I I G I I L Q Q Q +-++-+-+=+'-'+-=+=)187.488.12490()())(88.101.1()()(121202012

02θθθ或 干燥器的热效率

d p T

Q Q t W （Q Q +-+==)187.488.1249012θη干燥器中的总热量水蒸气汽化所需热量汽化

理想干燥器的热效率 0121t t t t --=

η 干燥器的热效率愈高表明干燥系统的热利用率愈好，可通过以下措施降低干燥操作的能耗，提高干燥器的热效率：

⑴提高H 2而降低t 2可提高干燥操作的热效率。

⑵提高空气的入口温度t 1可提高干燥器的热效率。

⑶利用废气（离开干燥器时的空气）来预热空气或物料，回废气中带走的热量。

⑷采用二级干燥。

⑸利用内换热器。

4.3干燥动力学

4.3.1干燥速率

τ

Sd dX G U '=

恒速干燥阶段的速率：)()(,w t t s H c t t r a H H k Sd W d Sd dX G U w w -=-='='-

=ττ 4.3.2恒定干燥条件下的干燥时间

恒速阶段：)(11c c X X S

U G -'=τ 降速阶段：若将降速阶段的干燥曲线可近似作为直线处理，则干燥条件可表示为

??

????---'=*2**2ln )(X X X X SU X X G c c c τ 式中：G '——一批操作中绝干物料的质量，kg ；S ——干燥面积，m 2；

U C ——恒速干燥阶段的速率又称临界干燥速率，kg/(m 2?s)；

X C ——物料的临界含水量，kg/kg 绝干料；X*——物料的平衡含水量，kg/kg 绝干料； X 2——降速阶段终了时物料的含水量，kg/kg 绝干料。

4.4干燥器的选型与设计

干燥器选型时主要应考虑物料性质、生产能力及干燥程度等要求。在工业上应用最广泛的是对流干燥器。几种典型的对流干燥器为：气流干燥器、沸腾床干燥器、转筒干燥器及喷雾干燥器等。在这几种干燥器中，被干燥的物料均呈悬浮状态与干燥介质接触。

（1）干燥器的性能要求

①能保证生产能力几干燥产品的质量要求。

②干燥速率快，干燥时间短，能量消耗少。

③设备尺寸小，辅助设备投资费用低。

④操作控制方便，劳动条件好。

（2）干燥器的发展趋势

①为提高热效率，发展传导式干燥器。

②开发组合式干燥器。

③充分利用废热和改进工艺，节约能耗。

④控制环境污染。

⑤提高干燥过程控制水平。

干燥器设计的基本方程为物料衡算、热量衡算、传热速率方程式。设计的基本原则是物料在干燥器内的停留时间必须等于或稍大于所需的干燥时间。但由于干燥操作是传热、传质并存的过程，机理比较复杂，涉及到固体物料内部的热量和质量传递过程，至今还难于定量地给出物料内部的传递速率方程，所以干燥器的设计仍处于经验法阶段。又因各种类型干燥器在结构和操作上差异很大，对不同类型干燥器进行设计时采用的具体计算方法各不相同。

第四章 自测试题

一、填空题

1．理论板是指 。

2．以恒摩尔流率为基准的精馏操作线是直线，其原因是： 。

3．已知q=1.3，则加料液体量与总加料量的比是 。

4．恒沸精馏与萃取精馏主要针对 的物系，采用加入第三组分的办法以改变原物系的 。

5．决定精馏塔分离能力大小的主要因素是：物性方面 、设备方面 和操作方面 。

6．连续精馏操作，原工况为泡点进料，由某种原因温度降低，使q>1，进料浓度、塔顶采出率及进料位置均保持不变。试判断：

⑴ 塔釜蒸汽量V '保持不变，则塔釜加热量Q R ，D x ,W x ； ⑵ 保持回流比R 不变，则塔釜加热量Q R ，D x ,W x （变大，变小，

不变，不确定）。

7．精馏塔分离某二元物系，当操作强降低，系统的相对挥发度α ，溶液的泡点 ，塔顶蒸汽冷凝温度 （增大，减小，不变）。

8．精馏塔操作中，保持F 、F x 、q 、L 不变，而增大V '，则R ，D x ，L /V （增大，减小，不变）。

9．精馏塔分离某二元混合液（F 、F x 、q ），要求塔顶D x ，轻组分回收率φ。设计时，若加大回流比R ，则精馏段液气比 ，提馏段液气比 ，所需理论板数N T ，塔顶产量D ，塔釜W x ，塔顶冷凝量Q C ，塔釜加热量Q R ，若R 太大，过程的调节余地将 （增大，减小，不变）。

10．在单级萃取过程中，若萃取剂用量减少，则萃取相AE y ,萃余相AE x ,脱去

溶剂后萃取液AE y ' ，萃余液AR x ' （变大，变小，不变，不确定）

。 11．调节逆流萃取操作过程的主要手段是： 、 和 。

12．纯溶剂单级萃取，R F x x ,一定，若溶质分配系数A k 越大，则所需溶剂比S /F （变大，变小，不变，不确定）。

13．三角形相图中的联结线是指 。

14．选择溶剂进行萃取操作时，其必要条件是 。

15．某多级逆流萃取操作中，B 与S 完全不互溶，现增加纯溶剂用量S ，则萃余相出口含量 萃取相出口含量 （增大，减小，不变，不确定）。

16．干燥过程是 结合的过程。

17．提高空气的预热温度，可提高干燥操作的热效率，着是因为 。

18．不饱和湿空气的干球温度t ，湿球温度w t ，露点温度d t 的大小顺序为： 。

19．在101.3kPa 下，不饱和湿空气的温度为40oC ，相对湿度为60%，

（1）若加热至80oC ，则空气的下列状态参数如何变化？

湿度H ，相对湿度φ ，湿球温度w t ，露点d t ，焓I （变大，变小，不变）。

（2）若在等温条件下使总压减至50.65kPa 时，则该空气的下列参数将如何变化？ 湿度H ，相对湿度φ ，湿球温度w t ，露点d t ，焓I （变大，变小，不变）。

20．若空气中湿含量及温度均提高以保持相对湿度不变，则对同一湿物料，平衡含水量 ，结合含水量 （增大，减小，不变）。

21. 在三角形相图上，三角形的顶点代表 物系、三条边上的点代表 物系、三角形内的点代表 物系。

22．分配系数是指 。

二、选择题

1.两组分物系的相对挥发度越小，则表示分离该物系（ ）。

A.容易

B.困难

C.完全

D.不完全

2.某二元混合物，若液相组成A x 为0.45，相应的泡点温度为1t ；气相组成A y 为0.45，相应的露点温度为2t ，则（ ）。

A. 1t ＜2t

B. 1t =2t

C. 1t ＞2t

D.不能判断

3.分离某两元混合液，进料量为10kmol/h ，组成F x =0.6，若要求馏出液组成D x ≥0.9，则最大馏出液的量为（ ）。

A.6.67 kmol/h

B.6 kmol/h C9 kmol/h D.不能确定

4.精馏塔中由塔顶往下的第1-n 、n 、1+n 层理论板，其气相组成关系为（ ）。

A. 1+n y ＞n y ＞1-n y

B. 1+n y ＜n y ＜1-n y

C. 1+n y =n y =1-n y

D. 不能确定

5.在精馏塔的图解计算中，若进料热状况变化，将使（ ）。

A.平衡线发生变化

B.操作线与q 线变化

C.平衡线与q 线变化

D.平衡线和操作线变化

6.操作中的精馏塔，若选用的回流比小于最小回流比，则（ ）。

A.不能操作

B. D x 、W x 均增加

C. D x 、W x 均不变

D. D x 减小、W x 增加

7.用精馏塔完成分离任务所需理论板数N T 为8（包括再沸器），若全塔效率为50%，则塔内实际塔板数为（ ）。

A.16

B.12

C.14

D.不能确定

8.在单级萃取中，在保持原料液组成F x 及萃余相组成A x 不变的条件下，用含有少量溶质A

的萃取剂代替纯溶剂，则萃取相组成A y 将（ ）。

A.增大

B.不变

C.降低

D.不一定

9.用萃取剂S 对A 、B 混合液进行单级萃取，当萃取剂用量加大时（F 、F x 保持不变），则所得萃取液的组成A y '将（ ）

。 A.增大 B. 减小 C.不变 D.不一定

10.对于一定的物系，影响萃取分离效果的主要因素是（ ）与（ ）。

A.温度

B.原料液量F

C.萃取剂量S

D.溶剂比S/F

11.在原料液组成及溶剂比相同的条件下，将单级萃取改为多级萃取，如下参数的变化趋势是萃取率（ ）、萃余率（ ）。

A.提高

B. 降低

C.不变

D.不确定

12.萃取中当出现下列情况时说明萃取剂的选择是不适宜的（ ）。

A. A k ＜1

B. A k =1

C. β＞1

D. β≤1

3．分配系数与下列因素有关（ ）。

A 温度；

B 物系种类；

C 压力；

D 组成。

4．分配系数越大，萃取分离的效果（ ）。

5．通常，物系的温度越高，稀释剂与萃取剂的互溶度（ ），越不利于萃取操作。

6．选择性系数的定义式为（ ）。

7．溶质的分配系数越大，稀释剂的分配系数越小，则选择性系数（ ），越有利于组分的萃取分离。

8．选择萃取剂时，主要考虑的因素有（ ）。

9．萃取是利用原料液中各组分（ ）的差异而实现分离的单元操作。

10．溶解度曲线将三角形相图分为两个区域，曲线内为（ ）区，曲线外为（ ）区，萃取操作只能在（ ）进行。

11．进行萃取操作时，应使选择性系数（ ）1。

A 等于；

B 大于；

C 小于。

12．进行萃取操作时，应使溶质的分配系数（ ）1。

A 等于；

B 大于；

C 小于。

化工原理期末考试试题及答案

1．（20分）有立式列管式换热器，其规格如下：管数30根、管长 3 m、管径由25×2.5 mm，为单管程。今拟采用此换热器冷凝冷却CS2 饱和蒸汽，从饱和温度46℃冷却到10℃，CS2 走管外，其流量为250 kg／h，其冷凝潜热为356 kJ/kg，液体CS2的比热为 1.05 kJ ／（kg·℃ ）；水走管内与CS2成总体逆流流动，冷却水进出口温度分别为5℃和30℃。已知CS2 冷凝和冷却时传热系数（以外表面积为基准）分别为K1= 232.6和K2= l16.8 W/（m2·℃），问此换热器是否适用? 1.解：CS2冷凝的热负荷：Q冷凝＝250×356＝89000kJ/h＝24.72 KW CS2冷却的热负荷：Q 冷凝＝250×1.05×（46－10）＝9450kJ/h ＝2.6 KW 总热负荷Q 为：Q＝24.7＋2.63＝27.3 KW 冷却水用量q m2 为：q m2＝27.3 ＝0.261kg/s＝940kg/h 4.187×（30-5） 设冷却水进入冷却段的温度为t k，则有：0.261×4.187×（t k－ 5）＝2.6KW 解之得：t k＝7.38℃，则：（5 分） 冷凝段对数平均温差：Δ t m＝（46－30）－（46－7.38） ＝25.67℃ ln46 －30 46－7.38 所需传热面积： A 冷凝＝24.7/232.6×10－3×25.67＝ 4.14m2，（5 分） 冷却段对数平均温差：Δ tm＝（46－7.38）－（10－5）＝ 16.45℃ ln 46－7.38 （5 分）10－5 所需传热面积： A 冷却＝ 2.6/116.8×10－3×16.45＝ 1.35m2， 冷凝、冷却共需传热面积：Σ A i＝4.14＋ 1.35＝5.49m2， 换热器实际传热面积为：A0＝30×3.14×0.025×3＝7.065＞ΣA i ，所以适宜使用。（5分） ２．（20 分）某列管换热器由多根Φ 25×2.5mm的钢管组成，将流量为15×103kg/h 由20℃加热到55℃, 苯在管中的流速为0.5m/s ，加热剂为130℃的饱和水蒸汽在管外冷凝，其汽化潜热为2178kJ/kg ，苯的比热容cp为1.76 kJ/kg ·K,密度ρ 为858kg/m3，粘度μ为0.52 ×10-3Pa·s，导热系数λ为0.148 W/m·K，热损失、管壁热阻及污垢热阻均忽略不计，蒸汽冷凝时的对流传热系数α 为10×104 W/m2·K。试求： （1）水蒸汽用量（kg/h ）；（4分） （2）总传热系数K（以管外表面积为准）；（7 分） （3）换热器所需管子根数n及单根管子长度L。（9 分）

(完整版)化工原理第二版(下册)夏清贾绍义课后习题解答带图

化工原理第二版夏清，贾绍义 课后习题解答 （夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版） 社,2011.8.） 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯 和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x 图数据。

以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该 溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0

化工原理试题及答案

中南大学考试试卷(A) 2013 ~ 2014 学年2 学期时间110分钟化工原理课程48 学时 3 学分考试形式: 闭卷 专业年级:化工?制药?应化11级总分100分，占总评成绩70 % 一、选择填空(35分) 1?(2分) 某离心泵入口处真空表的读数为 200mmHg ，当地大气压为101kPa，则泵入口处的绝对压强为( )? A. 74.3kPa; B. 101kPa; C. 127.6kPa? 2?(2分) 水在圆形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原来的( )? A. 1/4; B. 1/2; C. 2倍? 3?(4分) 当地大气压为750mmHg时，测得某体系的表压为100mmHg，则该体系的绝对压强为Pa，真空度为Pa? 4?(2分) 一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将，在空气中的沉降速度将? 5?(5分) 套管由Φ57×2.5mm和Φ25×2.5mm的钢管组成，则环隙的流通截面积等于，润湿周边等于，当量直径等于? 6?(2分) 板框压滤机中，最终的过滤速率是洗涤速率的( )? A.一倍 B.一半 C.四倍 D.四分之一

7?(4分) 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90o C，出口温度为50o C，冷水进口温度为15o C，出口温度为53o C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的( )? A?5%; B?6%; C?7%; D?8%; 8?(2分) 为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是( ) A?表面光滑，颜色较浅; B?表面粗糙，颜色较深; C?表面粗糙，颜色较浅; D?表面光滑，颜色较深; 9?(4分) 黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的倍?10?(1分) 采用多效蒸发的目的是为了提高( )? A. 完成液的浓度; B. 加热蒸汽经济程度; C. 生产能力 11、(1分) 多效蒸发中，蒸汽消耗量的减少是通过增加( )而换取的? A. 传热面积; B. 加热蒸汽压力; C. 传热系数 12?(1分) ( )加料的多效蒸发流程的缺点是料液粘度沿流动方向逐效增大，致使后效的传热系数降低? A. 并流; B. 逆流; C. 平流 13?(1分) 离心泵的调节阀( ) ， A.只能安在进口管路; B.只能安在出口管路上; C.安装在进口管路和出口管路上均可; D.只能安在旁路上 14?(1分) 泵的工作点( )? A 由泵铭牌上的流量和扬程所决定; B 即泵的最大效率所对应的点; C 由泵的特性曲线所决定; D 是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点?15?(3分) 在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4 m，切向速度为15 m/s ?当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数K c为?

(完整版)化工原理复习题及习题答案

化工原理（上）复习题及答案 一、填空题 1.在阻力平方区内，摩擦系数λ与（相对粗糙度）有关。 2.转子流量计的主要特点是（恒流速、恒压差）。 3.正常情况下，离心泵的最大允许安装高度随泵的流量增大而（减少）。 4.气体在等径圆管内作定态流动时，管内各截面上的（质量流速相等）相等。 5.在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是（在同一种水平面上、同一种连续的流 体） 6.离心泵的效率η和流量Q的关系为（Q增大，η先增大后减小） 7.从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差与（指示液密度、液面高 度）有关。 8.离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生（气缚）现象。 9.离心泵在一定的管路系统工作，如被输送液体的密度发生变化(液体其余性质不变)，则 扬程（不变）。 10.已知列管换热器内外侧对流传热系数分别为αi和αo且αi>>αo,则要提高总传热系数， 关键是（增大αo）。 11.现场真空表的读数为8×104 Pa，该处绝对压力为（2×104 Pa ）（当时当地大气压为 1×105 Pa）。 12.为防止泵发生汽蚀，则要求装置的汽蚀余量（大于）泵的必需汽蚀余量。（大于、 小于、等于） 13.某流体于内径为50mm的圆形直管中作稳定的层流流动。其管中心处流速为3m/s，则 该流体的流量为（10.60 ）m3/h，管壁处的流速为（0 ）m/s。 14.在稳态流动系统中，水连续地从粗管流入细管。粗管内径为细管的两倍，则细管内水的 流速是粗管内的（4 ）倍。 15.离心泵的工作点是指（泵）特性曲线和（管路）特性曲线的交点。 16.离心泵的泵壳做成蜗壳状，其作用是（汇集液体）和（转换能量）。 17.除阻力平方区外，摩擦系数随流体流速的增加而（减小）；阻力损失随流体流速的 增加而（增大）。 18.两流体通过间壁换热，冷流体从20℃被加热到50℃，热流体从100℃被冷却到70℃， 则并流时的Δt m= （43.5 ）℃。 19.A、B两种流体在管壳式换热器中进行换热，A为腐蚀性介质，而B无腐蚀性。（A腐 蚀性介质）流体应走管内。

化工原理期末考试真题及答案

填空题 I. (3分)球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是 _粒子所受合力的 代数和为零_。滞流沉降时，其阻力系数=_24/ Rep_. 2― 勺、连续的同种流体内，位于同一水平面上各点的压力均相等。 3. 水在内径为? 105mmX25mm 只管内流动，已知水的粘度为1.005mPa*s ,密度 为1000kg*m3,流速为1m/s ，贝U Re=99502流动类型为湍流。 4. 流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来 的2—倍;如果只将管径增加一倍而流速不变,则阻力损失为原来的1/4倍. 5. 求取对流传热系数常采用 因次分析法，将众多影响因素组合成若干无因次 数群，再通过实验确定各特征数 数之间的关系，即得到各种条件下的 关联 式。 6. 化工生产中加热和冷却的换热方法有_直接换热_,间壁换热和蓄热换热. 7. 在列管式换热器中，用饱和蒸气加热空气，此时传热管的壁温接近饱和蒸汽 侧流体的温度，总传热系数K 接近空气侧流体的对流给热系数。 8. 气液两相平衡关系将取决于以下两种情况： ⑴(2)若p > pe 或Ce > C 则属于吸收过程 9. 计算吸收塔的填料层高度，必须运丽口下三个方面的知识关联计算：_平衡关系 ,物料衡算，传质速率.. 10. 在一定空气状态下干燥某物料能用干燥方法除去的水分为 _自由水分首先除 去的水分为非结合水分不能用干燥方法除的水分为 平衡水分。 II. ,当20E 的水(p =998.2kg/m3,卩=1.005厘泊)在内径为100mm 勺光滑管内流 动时,若流速为1.0m/s 时，其雷诺准数Re 为9.93 x 105；直管摩擦阻力系数入为 0.0178._ 12. 流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是流体具有粘性 13. 计算管道流体局部阻力的方法有：当量长度法；阻力系数法；,其相应的阻力计 14. 过滤是一种分离悬浮在 液体或气体中固体微粒 的操作。 15. 进行换热的两流体，若a 1》a 2时，要提高K 值，应设法提高a 2； 当a 1 "a 2时，要提高K 值，应使 a 1a 2同时提高 。 16. 某间壁换热器中，流体被加热时，圆形管内湍流的传热系数表达式为 0.023 Re 0.8 Pr 0.4.当管内水的流速为0.5m/s 时,计算得到管壁对水的传热系 d 数a =2.61(kw/ (nt K ).若水的其它物性不变，仅改变水在管内的流速,当流速 为1.2m/s 时，此时传热系数a =3.81(kw/ ( nV K ). 17. 强化传热的方法之一是提高 K 值.而要提高K 值则应提高对流传热系数提高 给热系数较小一侧的给热系数. 18. 吸收剂用量增加，操作线斜率增大，吸收推动力增大。 (增大，减小，不变) 19. 双膜理论认为，吸收阻力主要集中在界面两侧的气膜和液膜 之中。 20. 对不饱和湿空气，干球温度大于湿球温度，露点温度小于湿球温度。 算公式为h f 2 l e U d 2g ；,h f 2g

化工原理第二版_(下册)夏清_贾绍义_课后习题解答

化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答 （夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版）社,2011.8.） 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分

率）的苯-甲苯混合液，若 外压为99kPa，试求该溶液 的饱和温度。苯和甲苯的饱 和蒸汽压数据见例1-1附 表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气 液平衡数据

查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B*，P A*，由于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B*)/(P A*-P B*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。 以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表

根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C5H12）和正己烷（C6H14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 1 3.3kPa下该溶液的平衡数据。 温度 C5H12 223.1

233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C6H14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相 同温度下C5H12（A）和C6H14（B）的饱和蒸汽压

化工原理习题 含答案

·流体 流动部分 1．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3 的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa ）？ 解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为 作用在孔盖上的总力为 每个螺钉所受力为 因此 2．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。 习题2附图 习题1附图

解：（1）A点的压力 （2）B点的压力 3、如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接U管压差计，指示液为水银，读数R=100毫米，h=800mm。为防止水银扩散至空气中，在水银液面上方充入少量水，其高度可忽略不计。已知当地大气压为101.3KPa试求管路中心处流体的压力。 解：设管路中心处流体的压力为p P A =P A P + ρ 水gh + ρ 汞 gR = P P=p 0- ρ 水 gh - ρ 汞 gR =（101.3×103-1000×9.8x0.8 - 13600×9.8×0.1） P=80.132kpa 4、如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m，水从φ108 mm×4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按∑h f=5.5u2计算，其中u为水在管内的平均流速（m/s）。设流动为稳态，试计算（1）A-A'截面处水的平均流速；（2）水的流量（m3/h）。

化工原理学习指导-第6章-蒸馏-计算题答案

化工原理学习指导 第6章 蒸馏 计算题答案 6-31 某二元混合物蒸汽，其中轻、重组分的摩尔分数分别为0.75和0.25，在总压为300kPa 条件下被冷凝至40℃，所得的汽、液两相达到平衡。求其汽相摩尔数和液相摩尔数之比。已知轻、重组分在40℃时的蒸汽压分别为370kPa 和120kPa 。 解：两相中，720.0120 370120 3000B 0A 0 B =--=--= p p p p x 888.0300 720.03700 A A =?===x p p p p y 设汽相摩尔量为V ，液相摩尔量为L ，总量为F ，则 L V F += Lx Vy Fx F += 由以上两式可得： 217.075 .0888.072 .075.0F F =--=--=x y x x L V 事实上，汽液平衡体系中，两相的摩尔量比值服从杆杠定律。 6-32 苯和甲苯组成的理想溶液送入精馏塔中进行分离，进料状态为汽液共存，其两相组成分别如下：5077.0F =x ，7201.0F =y 。用于计算苯和甲苯的蒸汽压方程如下： 8 .2201211 031.6lg 0A +- =t p 5 .2191345 080.6lg 0B +- =t p 其中压强的单位为Pa ，温度的单位为℃。试求：（1）该进料中两组份的相对挥发度为多少？（2）进料的压强和温度各是多少？（提示：设进料温度为92℃） 解：（1）混合物中两组分的相对挥发度：49.25077 .015077 .07201.017201.011F F F F =--=--=x x y y α （2）设进料温度为92℃，则 16.28 .220921211 031.6lg 0 A =+-=p kPa 38.1440A =p 762.15 .219921345 080.6lg 0B =+- =p kPa 83.570B =p 由此求得体系的相对挥发度为：496.283 .5738 .144'0B 0A == =p p α 其值与（1）中所求相对挥发度足够接近，故可认为进料温度为92℃。 体系总压为：()()kPa 77.1015077.0183.575077.038.1441F 0 B F 0A =-?+?=-+=x p x p p 6-33 一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某层塔板上的气、液相组成分别为0.83和0.70，与之相邻的上层塔板的液相组成为0.77，而与之相邻的下层塔板的气相组成为0.78

化工原理习题及答案

一、名词解释（每题2分） 1. 非均相混合物 物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界面 2. 斯托克斯式 3. 球形度s 非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值 4. 离心分离因数 离心加速度与重力加速度的比值 5?临界直径de 离心分离器分离颗粒最小直径 6. 过滤 利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作 7. 过滤速率 单位时间所产生的滤液量 8. 过滤周期 间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间 9. 过滤机生产能力 过滤机单位时间产生滤液体积 10. 浸没度 转筒过滤机浸没角度与圆周角比值 二、单选择题（每题2分） 1、自由沉降的意思是______ 。 A颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计E颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度C颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用 D颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程D 2、颗粒的沉降速度不是指_______ 。 A等速运动段的颗粒降落的速度 E加速运动段任一时刻颗粒的降落速度 C加速运动段结束时颗粒的降落速度 D净重力（重力减去浮力）与流体阻力平衡时颗粒的降落速度B 3、对于恒压过滤______ 。 A 滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的？2倍 B 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍 C 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍 D 当介质阻力不计时，滤液体积增大一倍，则过滤时间增大至原来的4倍D 4、恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量 __ 。 A增大至原来的2倍E增大至原来的4倍 C增大至原来的2倍D增大至原来的倍

化工原理作业答案解析

3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 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 ()表表表 Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042水3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ（2）B 点的压力 ()表表表 Pa 107.836Pa 5.081.91360010165.1441 水A B ?=??+?=+=gR p p ρ13．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1.0133105 Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔 ?内压力为1.21105 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：在截面和截面之间列柏努利方程式，得 -A A '-B B '221 1221e 2f 22 p u p u gZ W gZ h ρρ+++=+++∑()s m 966.1m 004.02068.04 14.33600204πkg J 700m 0.8Pa 1021.1Pa 100133.1222f 1125251=?-?====≈=-?=?=∑d V A V u h u Z Z p p 表 表 表表

化工原理考试题及答案I

化工原理考试题及答案 姓名____________班级____________学号_____________成绩______________ 一、填空题： 1.（3分）题号1155 第1章知识点400 难度容易 当20℃的甘油（ρ=1261kg.m,μ=1499厘泊）,在内径为100mm的管内流动时,若流速为2.0m.s时,雷诺数Re为_______,流体的流动型态为______。 ***答案*** 168.2 层流 2.（2分）题号2038 第2章知识点100 难度容易 往复压缩机的实际工作循环由_____、_______、______和______四个阶段组成。 ***答案*** 膨胀、吸气、压缩、排气 3.（2分）题号4060 第4章知识点200 难度容易 对流传热膜系数α工程制单位为_____________，SI制单位为_________。 ***答案*** kCal.h.K.m; W/(Km) 二、选择题： 1.（2分）题号1202 第1章知识点400 难度容易 园管的摩擦系数λ=64/Re公式的适用范围是（）。 A. 滞流 B. 过渡流 C. 湍流 ***答案*** A 2.（2分）题号2121 第2章知识点500 难度容易 通常所说的离心通风机的风压是指（） A. 静风压 B. 动风压 C. 全风压 ***答案*** C 3.（2分）题号4147 第4章知识点400 难度中等 为了提高列管换热器管内流体的α值，可在器内设置（）。 A. 分程隔板 B. 折流接板 C. 多壳程 ***答案*** A 三、判断题： 1.（2分）题号3058 第3章知识点100 难度容易 要使固体颗粒在沉降器内从流体中分离出来，颗粒沉降所需要的时间必须大于颗粒在器内的停留时间。（） ***答案*** × 四、问答题： 1.（8分）题号3079 第3章知识点300 难度容易 试分析提高过滤速率的因素？ ***答案*** 过滤速率为dv/Adθ=△P/rμL推动力/阻力提高过滤速率的方法有： （1）提高推动力△P，即增加液柱压力；增大悬浮液上面压力；在过滤介质下面抽真空。

化工原理试题及答案

一、二章复习题 第一章 一、填空题 1．一个生产工艺是由若干个__________ 和___________构成的。 2．各单元操作的操作原理及设备计算都是以__________、___________、___________、和___________四个概念为依据的。 3．常见的单位制有____________、_____________和_______________。 4．由于在计量各个物理量时采用了不同的__________，因而产生了不同的单位制。 5．一个过程在一定条件下能否进行，以及进行到什么程度，只有通过__________来判断。6．单位时间内过程的变化率称为___________。 二、问答题 7．什么是单元操作主要包括哪些基本操作 8.提高过程速率的途径是什么 第二章流体力学及流体输送机械 流体力学 一、填空题 1．单位体积流体的质量称为____密度___，它与__比容_____互为倒数。 2．流体垂直作用于单位面积上的力，称为__流体的压强__________。 3．单位时间内流经管道任一截面的流体量称为___流量_____，其表示方法有__质量流量______和____体积流量____两种。 4．当管中流体形成稳定流动时，管中必定充满流体，即流体必定是__连续流动的_______的。5．产生流体阻力的根本原因是_内摩擦力_______；而___流体的运动状态________是产生流体阻力的第二位原因。另外，管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力_的大小与影响______________。 6．流体在管道中的流动状态可分为_____滞流_ 和____湍流______两种类型，二者在内部质点运动方式上的区别是_____湍流的质点有脉动滞流没有________________________________。 7．判断液体内处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是_静止的________、___连通的________、__连接的是同一种液体______________。 8．流体若由低压头处流向高压头处时，所加入外加功的作用是. 分别或同时提高流体的位压头；动压头；静压头以及弥补损失能量______________________________。

化工原理期末考试选择题及答案

1、 在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数 数值 ________ 。 A. 与光滑管一样 B. 只取决于Re C.取决于相对粗糙度 D.与粗糙度无关 2、 某离心泵运行一年后发现有气缚现象，应 _____ 。 A. 停泵，向泵内灌液 B. 降低泵的安装高度 C.检查进口管路是否有泄漏现象 D. 检查出口管路阻力是否过大 3、 液体在两截面间的管道内流动时,其流动方向是 ________ 。 A. 从位能大的截面流向位能小的截面； B. 从静压能大的截面流向静压能小的截面； C. 从动能大的截面流向动能小的截面； D. 从总能量大的截面流向总能量小的截面； 相差较大时，提高总传热系数 K 值的措施 B. 提高大的值； D.提高大的值，同时降低小的值。 5、在空气-蒸汽间壁换热过程中可采用 _____ 方法来提高传热速率最合理。 A. 提高蒸汽速度； B.采用过热蒸汽以提高蒸汽温度； C. 提高空气流速； D.将蒸汽流速和空气流速 都提高。 6沉降室的生产能力与—有关。 \ A. 颗粒沉降速度和沉降室高度； B.沉降面 积； C. 沉降面积和颗粒沉降速度； D. 沉降面积、沉降室高度和颗粒沉降速度。 7、 离心泵的扬程是指泵给予（ ）液体的有效能量。 A. 1kg B. 1N C. 1m 8、 雷诺数的物理意义表示 __________ 。 A. 粘滞力与重力之比； B.重力与惯性力之比； C.惯性力与粘滞力之比； D.压力与粘滞力之比。 4、冷热两流体的对流给热系数 是 _____ 。 A.提高小的值； C.两个都同等程度提高；

9、为了减少室外设备的热损失，保温层外的一层隔热材料的表面应该 是_________ 。 A. 表面光滑，色泽较浅 B.表面粗糙，色泽较深

化工原理第二版下册答案(题目已筛选)

气体吸收 1. 在温度为40 ℃、压力为 kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为 kPa 时，氨在水中的溶解度为 g (NH 3)/1 000 g(H 2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。 解：水溶液中氨的摩尔分数为 76.6 170.075 76.61000 1718 x ==+ 由 *p Ex = 亨利系数为 *15.0kPa 200.00.075 p E x = ==kPa 相平衡常数为 t 200.0 1.974101.3 E m p = == 由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40 ℃时水的密度为 992.2ρ=kg/m 3 溶解度系数为 kPa) kmol/(m 2760kPa)kmol/(m 1802002 99233S ?=??= = ...EM H ρ 3. 在总压为 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y =、3 1.06koml/m c =。气膜吸收系数kG=×10-6 kmol/(m2·s ·kPa)，液膜吸收系数kL=×10-4 m/s 。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝ kmol/(m3·kPa)。 （1）试计算以p ?、c ?表示的总推动力和相应的总吸收系数； （2）试分析该过程的控制因素。 解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 t 1.06 *(110.50.032)kPa 2.0740.725c p p p p y H ?=-=- =?-=kPa 其对应的总吸收系数为 246 G L G 11111 ()(m s kPa)/kmol 0.725 1.5510 5.210 K Hk k --=+=+?????

化工原理学习方法

《化工原理》学习方法 化工原理是在研究化学工业共性的基础上发展起来的。本课程属于技术基础课程，主要研究化工生产中的物理加工过程，按其操作原理的共性归纳成若干个“单元操作”，研究对象由过程和设备两部分组成，通过学习本课程不仅使同学们掌握如流体输送、液体搅拌、过滤、沉降、传热、蒸发、精馏、吸收、干燥等典型化工单元操作的知识，而且让同学们掌握一般工程处理方法，如因次分析法、数学模型法、过程分解法、极限处理法等等。同时本课程的学习有承上启下的作用。一方面需要应用已经掌握的微积分、常微分方程、数值计算方法等高等数学知识以及普通物理和物理化学知识，另一方面为后继专业课程，如分离工程，化工设计等课程的学习打下坚实的基础。 由于本门课程属于工程科学，与原来所学的高等数学、普通物理等自然科学课程有着较大的差别。这些自然科学课程通常采用严谨的、逻辑推理的思维方法来进行问题分析的，而所分析的问题也大多处于理想条件下的非实际问题；而作为工程科学，化工原理所面临的是大量的工程实际问题；只有在错综复杂的各个影响因素中，抓住主要影响因素，进行合理简化，才能找到解决实际问题的正确途径，如果不注意这种思维方法上的转变，不恰当地照搬严谨的、逻辑推理的方法来全面分析复杂的工程实际问题，很可能会在现实中一筹莫展。 在本课程的学习中，希望同学们能够注意弄清基本概念，掌握分析化工问题的常用方法和手段、分析过程中所采取的主要步骤，得出的重要结论，以及这些结论在过程设计和操作调节中所体现出来的内

在含义。对于基本的、重要的公式，应当达到熟练掌握和应用的程度。在学习过程中，难免有不少东西需要记忆，记忆有机械记忆，联想记忆，理解记忆等方法，我们注重理解记忆，因为真正理解的东西，记住的不仅仅是其形式，而且是其深刻的内涵。 上册第一章流体流动 1. 本章学习的目的 通过本章学习，掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题，诸如： （1）流体输送：流速的选择，管径的计算，输送机械选型。 （2）流动参数的测量：压强（压力）、流速（流量）等。 （3）不互溶液体（非均相物系）的分离和分散（混合）。 （4）选择适宜的流体流动参数，以适应传热、传质和化学反应的最佳条件。 2. 本章重点掌握的内容 （1）静力学基本方程的应用

化工原理考试题及答案

化工原理 试题与答案 北村（奥力体育）复印店

化工原理考试题及答案 姓名____________班级____________学号_____________成绩______________ 一、填空题： 1.（2分）悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指_____________；分散外相是指______________________________。 2.（3分）悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。 3.（2分）自由沉降是 ___________________________________ 。 4.（2分）当微粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的Rep相同时，球形度越大的微粒，介质阻力系数越________ 。球形粒子的球形度为_________ 。 5.（2分）沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在 _________力或__________力的作用下，沿受力方向发生运动而___________ ，从而与流体分离的过程。 6.（3分）球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。滞流沉降时，其阻力系数=____________. 7.（2分）降尘宝做成多层的目的是____________________________________ 。 8.（3分）气体的净制按操作原理可分为_____________________________________ ___________________.旋风分离器属_________________ 。 9.（2分）过滤是一种分离悬浮在____________________的操作。 10.（2分）过滤速率是指___________________________ 。在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进行而逐渐__________ 。 11.（2分）悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是___________________________ ___________________________________________________。 12.（2分）过滤阻力由两方面因素决定：一方面是滤液本身的性质，即其_________；另一方面是滤渣层本身的性质，即_______ 。 13.（2分）板框压滤机每个操作循环由______________________________________五个阶段组成。 14.（4分）板框压滤机主要由____________________________________________，三种板按 ________________的顺序排列组成。 1—2—3—2—1—2—3—2—1 15.（3分）某板框压滤机的框的尺寸为：长×宽×厚=810×810×25 mm，若该机有10块框，其过滤面积约为_________________ m。 16.（4分）板框压滤机采用横穿洗涤滤渣，此时洗穿过____层滤布及____个滤框厚度的滤渣，流经过长度约为过滤终了滤液流动路程的____倍，而供洗液流通的面积又仅为过滤面积的____。

化工原理第二版上册答案

绪 论 1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI 单位。 （1）水的黏度μ= g/(cm ·s) （2）密度ρ= kgf ?s 2/m 4 （3）某物质的比热容C P = BTU/(lb ·℉) （4）传质系数K G = kmol/(m 2 ?h ?atm) （5）表面张力σ=74 dyn/cm （6）导热系数λ=1 kcal/(m ?h ?℃) 解：本题为物理量的单位换算。 （1）水的黏度 基本物理量的换算关系为 1 kg=1000 g ，1 m=100 cm 则 )s Pa 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.044??=??=? ? ? ????????????? ???=--μ （2）密度 基本物理量的换算关系为 1 kgf= N ，1 N=1 kg ?m/s 2 则 3 242m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=?? ?? ????????????????=ρ （3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为 1 BTU= kJ ，l b= kg o o 51F C 9 = 则 ()C kg kJ 005.1C 95F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055.1F lb BTU 24.0??=?? ? ????????????????????????=p c （4）传质系数 基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s ，1 atm= kPa 则 ()kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.342 52G ???=?? ??????????????????=-K （5）表面张力 基本物理量的换算关系为 1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm 则 m N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 742 5 --?=????? ??????????????=σ （6）导热系数 基本物理量的换算关系为 1 kcal=×103 J ，1 h=3600 s

化工原理试题及答案

化工原理试题及答案（绝密请勿到处宣扬） 12月25 日 一、填空题（共15空，每空2分，共30 分） 1. 一容器真空表读数为10 kpa,当地大气压强为100 kpa，则此容器的绝对压强和表压强（以kpa计） 分别为：（90kpa）和（-10kpa）。 2. 热传导只发生在固体和（静止）的或（滞）流动的流体中。 3. 物体的吸收率越（大），其辐射能力越（大）。（填大或小） 4. 蒸发中以（二次蒸汽）是否再利用而分为单效或多效蒸发。 5. 蒸发中的温度差损失主要由溶液中的（不挥发溶质）、液柱的（静压头）和管路（阻力）所引起的沸点升高三部分组成。 6. 一容器压力表读数为10 kpa，当地大气压强为100 kpa，则此容器的绝对压强（以kpa计）为: （90kpa）。 7. 对于同种流体，自然对流时的对流传热系数比时的（小）。（填大或小） 8. 物体的吸收率越大，其辐射能力越（大），所以黑体的辐射能力比灰体的（大）。（填大或小） 9. 蒸发操作所用的设备称为（蒸发器）。 10. 按二次蒸汽是否被利用，蒸发分为（单效蒸发）和（多效蒸发）。 二、选择题（共5题，每题2 分，共10分） 1. 对吸收操作有利的条件是：（D ） A. 操作温度高、压强高； B. 操作温度高、压强低； C. 操作温度低、压强低； D. 操作温度低、压 强高 2. 精馏塔内上层塔板液相轻组分浓度较下层塔板（A ），液相温度较下层塔板（） A. 高，低； B. 低，高； C. 高，高； D. 低，低 3. （D ）是塔内气液两相总体上呈逆流流动，而在每块塔板上呈均匀的错流流动。 A. 板式塔的传质意图； B. 板式塔的设计过程； C. 板式塔的恒摩尔流要求； D. 板式塔的设计意图 4. 恒定干燥条件是指湿空气在干燥器内的（C ）及与物料的接触方式都不变。 A. 温度、焓值、湿度； B. 流速、压强、湿度； C. 流速、温度、湿度； D. 温度、湿度、压强

化工原理学习指导与训练

流体流动 1.2习题 1．某流体的相对密度（又称为比重）为0.7，用SI单位制表示，其密度为＿＿，重度为＿＿。 2．（1）1atm=＿＿mH2O=＿＿N·m-2；1Cp=＿＿P=＿＿Pa·s （2）当理想流体在变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力＿＿＿。 3．当地大气压为745mmHg，测得一容器内的绝对压强为350mmHg，则真空度为＿＿；测得另一容器内的表压强为1360mmHg，则绝对压强为＿＿。 4．（1）粘度因不同流体而异，是流体的＿＿；粘度值随温度变化而变，当液体温度升高，粘度一般＿＿；而气体温度升高，粘度一般＿＿。 （2）牛顿型流体与非牛顿型流体的主要区别是＿＿。 5．不同管径的管子串联，其中大管内径为d1=45mm，小管内径为d2=19mm，若大管管内流速为0.5m/s,则小管管内流速为＿＿，这是根据＿＿得来的。 6．理想流体波努利方程，如衡算基准以J·kg-1表示，则可表示为＿＿，若用Pa（或J·m-3）表示，则可表示为＿＿，若用m（J·N-1）表示，则可表示为＿＿。 7．将波努利方程不加修改地应用于管流时，需具备的条件是：＿＿，＿＿，＿＿。 8．流体在水平等径直管中流动时的摩擦阻力损失h f所损失的是机械能中的＿＿项。 9．减少流体在管路中机械能损失∑f h的措施有：＿＿＿，＿＿＿，＿＿＿。 10．水由敞口恒液位高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管路上阀门开度减小时，水流量＿＿，摩擦系数＿＿，管路总阻力损失＿＿。 11．当流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是＿＿型曲线，其管中心最大流速为平均流速的＿＿倍，摩擦系数λ与Re的关系为＿＿。 12．（1）流体在圆形管中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为愿来的＿＿倍；如果只将管径增加一倍、流速不变，则阻力损失为愿来的＿＿倍； （2）流体在等径直管中作稳定流动，流体由于流动产生阻力损失，此时流体流动沿管程＿＿。 13．（1）当计算流体由粗管进入细管的局部阻力时，公式中的流速应用＿＿中的平均流速。 （2）流体在管内湍流流动时（非阻力平方区）其摩擦系数随＿＿和＿＿而变。 （3）流体在管内作层流流动时摩擦系数只与＿＿有关。 （4）流体在管内湍流流动，并处于阻力平方区，则其摩擦系数只与＿＿有关。14．（1）雷诺准数可理解为哪两个力之比＿＿； （2）在湍流摩擦系数的实验研究中，采用因次分析的目的是＿＿； （3）准数用不同单位制进行计算所得的准数值应＿＿。 15．（1）边长为0.4m的正方形通风管道，其湿润周边长为＿＿，当量直径为＿＿。 （2）套管由Φ57×2.5mm和Φ25×2.5mm的钢管组成，则环隙的流通截面积等于＿＿，润湿周边等于＿＿，当量直径等于＿＿。 16．喉径与管径均相同的文氏流量计与孔板流量计相比较，文氏流量计的孔流系数C r比孔板流量计的孔流系数C0＿＿，这是因为文氏流量计的能量损失比孔板流量计＿＿。 17．比托管测量管道中流体的＿＿，而孔板流量计则用于测量管道中流体的＿＿。 18．一转子流量计，当流过水的流量为1m3/h时，测定该流量计进出口压强降为20mmHg，当流量增加到1.5m3/h，问转子流量计进出口压降有何变化？＿＿。