化工原理作业和练习题
第七章
练习题 1.在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。已知入塔混合气中氨含量为%（质量分数，
下同），吸收后出塔气体中氨含量为%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比1Y 、2Y 。
解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数1y 和2y 。
120.055/170.0903
0.055/170.945/29
0.002/17
0.0034
0.002/170.998/29
y y =
=+=
=+
进、出塔气体中氨的摩尔比1Y 、2Y 为
10.09030.099310.0903Y ==- 20.00340.003410.0034
Y =
=-
由计算可知，当混合物中某组分的摩尔分数很小时，摩尔比近似等于摩尔分数。
第八章
练习题2. 在温度为25 ℃及总压为 kPa 的条件下，使含二氧化碳为%（体积分数）的混
合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数5
1066.1?=E kPa ，水溶液的密度为997.8 kg/m 3。
解：水溶液中CO 2的浓度为
33350/1000
kmol/m 0.008kmol/m 44
c =
= 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8
kmol/m 55.4318
c =
=kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为
4t 0.008 1.4431055.43
c x c -===?
由 54
* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==???=kPa
气相中CO 2的分压为
t 101.30.03kPa 3.039p p y ==?=kPa < *p
故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。 以CO 2的分压表示的总传质推动力为
*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ?=-=-=kPa
练习题7. 某填料吸收塔内装有5 m 高，比表面积为221 m 2/m 3的金属阶梯环填料，在该填
料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为50 kmol/h ，溶质的含
量为5％（体积分数％）；进塔清水流量为200 kmol/h ，其用量为最小用量的倍；操作条件下的气液平衡关系为 2.75Y X =；气相总吸收系数为4
2
310kmol/(m s)-??；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。试计算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直径。
解：（1）惰性气体的流量为
n,V 50(10.05)kmol/h 47.5kmol/h q =?-=
对于纯溶剂吸收
n,L 12
A n,V 12
min /q Y Y m q Y m X ???-== ? ?
-?? 依题意
n,L n,V
min 200
2.63247.5 1.6
q q ??== ? ?
??? n,L n,V min A (/) 2.632
95.71%2.75q q m ?=
==
（2）1110.05
0.0526110.05
y Y y ===--
()()21A 10.052610.95710.00226Y Y ?=-=?-= ()()0120.0000226.00526.0200
5.47221L
n,V n,1=+-?=+-=
X Y Y q q X
111*0.0526 2.750.01200.0196Y Y Y ?=-=-?= 00226.0075.200226.0*222=?-=-=?Y Y Y 00803.000226.00196
.0ln 00226.00196.0ln 21
21m
=-=???-?=?Y Y Y Y Y
269.600803.000226
.00526.0m 21OG =-=?-=Y Y Y N m 798.0m 269.65
OG OG ===
N Z H 由 Ω=a K q H Y V n,OG
224
OG
Y V
n,m 277.0m 798
.09.022********
/5.47=????=
=
-aH K q Ω 填料塔的直径为
m 594.0m 14
.3277
.04π4=?==
ΩD
练习题11. 某制药厂现有一直径为 0.6 m ，填料层高度为6 m 的吸收塔，用纯溶剂吸收某
混合气体中的有害组分。现场测得的数据如下：V =500 m 3/h 、Y 1=、Y 2=、X 1=。已知操作条件下的气液平衡关系为 Y = X 。现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于（摩尔比）。该制药厂拟采用以下改造方案：维持液气比不变，在原塔的基础上将填料塔加高。试计算填料层增加的高度。
解：改造前填料层高度为
OG OG Z H N =
改造后填料层高度为
OG
OG Z H N '''= 故有OG
OG OG OG
H N Z Z H N '''= 由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故
OG
OG H H '= S S '=
对于纯溶剂吸收20X =，2*0Y = 由 12OG 22*1ln[(1)]1*Y Y N S S S Y Y -=-+--
故 1OG 21
ln[(1)]1Y N S S S Y =
-+- 1OG
21
ln[(1)]1Y N S S S Y '=-+'
- 因此，有
1
212
ln[(1)
]ln[(1)]
Y S S Y Z Y Z S S Y -+''=
-+ 操作液气比为
n,L 12n,V
120.020.004
40.0040
q Y Y q X X --=
==--
n,V n,L
1.5
0.3754
mq S q =
=
= 0.02
ln[(10.375)
0.375]
0.002 1.5090.02ln[(10.375)0.375]0.004
Z Z -+'==-+
1.5096m 9.054m Z '=?=
填料层增加的高度为
(9.0546)m 3.054m Z Z Z '?=-=-=
练习题12. 若吸收过程为低组成气体吸收，试推导OG G L 1H H H A
=+。
解：n,V
G y q H k a =
Ω
n,L L x q H k a =Ω
n,V n,L
1mq S A q =
= n,V n,V n,L n,V n,V
G L y n,L x y x Y
111
()q mq q q q m H H A k a q k a a k k a K +
=+=+=ΩΩΩΩ 由 n,V OG Y q
H K a =Ω
故 OG G L 1
H H H A
=+
作业题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k G =×10-6 kmol/(m 2skPa)，液膜吸收系数k L =×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/(m 3kPa)。
（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 2.0740.725
c 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 --=+=+?????
35252(8.89910 1.92310)(m s Pa)/kmol 2.01210(m s Pa)/kmol =?+???=???
6G 1097.4-?=K kmol/(m 2skPa)
以液相组成差表示的总推动力为
3
3
*(110.50.0320.725 1.06)kmol/m 1.504kmol/m c c c pH c ?=-=-=??-= 其对应的总吸收系数为 m/s 10855.6m/s 102.5725
.01055.111
1166
4G
L L
---?=?+
?=
+=k H k K
（2）吸收过程的控制因素
气膜阻力占总阻力的百分数为
%58.95%10010
2.51097.4/1/16
6
G G G G =???==--k K K k
气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。
作业题5. 在 kPa 及25 ℃的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已
知混合气进塔和出塔的组成分别为y 1=、y 2=。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为×103 kPa ，吸收剂用量为最小用量的倍。
（1） 试计算吸收液的组成；
（2） 若操作压力提高到1013 kPa 而其他条件不变，再求吸收液的组成。
解：（1）11
10.04
0.0417110.04
y Y y =
==-- 2220.002
0.002110.002
y Y y =
=≈-- 3
t 4.131040.77101.3
E m p ?===
吸收剂为清水，所以 02=X
n,L
12n,V 12min 0.04170.002
38.81/0.0417/40.770
q Y Y q Y m X ??--=== ? ?
--?? 所以操作时的液气比为
n,L
n,L n,V
n,V
min
1.45 1.4538.8156.27
q q q q ??
==?= ? ??? 吸收液的组成为 ()()n,V 411
2
2
n,L
1
0.04170.00207.0541056.27
q X Y Y X
q -=
-+=
?-+=? （2） 3
t 4.1310 4.0771013
E m p ?'==='
n,L
12n,V
12min 0.04170.002
3.8810.0417/0
4.077
q
Y Y q Y m X '??--=== ? ?'-??- n,L n,L n,V n,V min
1.45 1.45 3.881 5.627q q q q ''????
==?= ? ? ? ?????
()()n,V 3
112
2n,L 10.04170.00207.055105.627q X Y Y X q -'??'=-+=?-+=? ? ??? 作业题6. 在一直径为0.8 m 的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。
已知混合气的流量为45 kmol/h ，二氧化硫的体积分数为。操作条件下气液平衡关系为
34.5Y X =，气相总体积吸收系数为 2 kmol/(m 3s)。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和
摩尔比的76%，要求回收率为98%。求水的用量（kg/h ）及所需的填料层高度。
解：1110.032
0.0331110.032
y Y y =
==--
()()21A 10.033110.980.000662Y Y ?=-=?-=
4110.0331*9.5941034.5
Y X m -===? 44110.76*0.769.594107.29110X X --==??=?
惰性气体的流量为
n,V 45(10.032)kmol/h 43.56kmol/h q =?-=
水的用量为
()n,V 123n,L 4
12
()43.560.03310.000662kmol/h 1.93810kmol/h 7.291100
q Y Y q X X --?-=
==?-?- 34m,L 1.9381018kg/h 3.48810kg/h q =??=?
求填料层高度 m 429.0m 8
.0785.00562.03600
/56.432
Y V n,OG =??=
Ω
=
a K q H 4
111*0.033134.57.291100.00795Y Y Y -?=-=-??=
222*0.00066234.500.000662Y Y Y ?=-=-?=
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.50.60.70.80.9
1.0
0.0
0.1
0.20.3
0.40.50.60.70.80.91.0
11
5
d b
x W x D c
a
e
x F
y
X
07.1100293
.0000662
.00331.0m 21OG =-=?-=
Y Y Y N m 749.4m 429.007.11OG OG =?==H N Z
作业题8. 在 kPa 及20 ℃的条件下，用清水在填料塔内逆流吸收混于空气中的氨气。已
知混合气的质量流速G 为600 kg/(m 2h)，气相进、出塔的摩尔分数分别为、，水的质量流速W 为800 kg/(m 2h)，填料层高度为3 m 。已知操作条件下平衡关系为Y = X ，K G a 正比于G 而于W 无关。若（1）操作压力提高一倍；（2）气体流速增加一倍；(3) 液体流速增加一倍，试分别计算填料层高度应如何变化，才能保持尾气组成不变。
解：首先计算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数 1110.05
0.0526110.05
y Y y =
==-- 2220.000526
0.000526110.000526
y Y y =
==-- 操作条件下，混合气的平均摩尔质量为 ()i
i
0.051710.0529kg/kmol 28.4kg/kmol M x M
=
=?+-?=????∑
()n,V
22600
10.05 kmol/(m h)20.07kmol/(m h)28.4q =
?-?=?Ω
()n,L 22800
10 kmol/(m h)44.44 kmol/(m h)18
q =?-?=?Ω
n,V n,L
0.920.07
0.40644.44
mq S q ?=
=
=
()()n,V 1112n,L
*0.4060.05260.0005260.0211q Y mX m
Y Y q ==-=?-=
111*0.05260.02110.0315Y Y Y ?=-=-= 222*0.00052600.000526Y Y Y ?=-=-= 1OG 2110.0315ln ln 6.890110.4060.000526
Y N S Y ?=
==-?- OG OG 3
m 0.4356.890
Z H N =
==m （1）t t 2p p '= t
E m p =
t t 2
p m m m p '=
=' n,V n,L
0.406
0.20322
m q S S q ''=
=
== 若气相出塔组成不变，则液相出塔组成也不变。所以 *1111
0.05260.02110.04212
Y Y Y ''?=-=-?= *2220.00052600.000526Y Y Y ''?=-=-=
1OG
2110.0421
ln ln 5.499110.2030.000526
Y N S Y '?'===''-?- n,V n,V OG Y G q q H K a K ap ==
Ω
Ω
总
n,V OG OG G 0.435
m 0.21822
q H H K ap '=
==='Ω总m OG
OG 0.218 5.499m 1.199Z H N '''==?=m
(1.1993)m 1.801Z Z Z '?=-=-=-m 即所需填料层高度比原来减少1.801m 。
（2）n,V
n,V 2q q '= n,V 220.4060.812mq S S L
''=
==?=
若保持气相出塔组成不变，则液相出塔组成要加倍，即
1
12X X '= 故
()
()*111111120.05260.8120.05260.0005260.0103
Y Y Y Y mX Y S Y Y ''''?=-=-=--=-?-=
*
2220.00052600.000526Y Y Y ''?=-=-=
1OG
2110.0103
ln ln 15.82110.8120.000526
Y N S Y '?'===''-?- n,V n,V n,V 0.2OG n,V 0.8
Y G n,V
q q q H q K a K aP q =
=
∝
=Ω
Ω
0.2
n,V
0.2OG OG n,V
20.435m 0.500q H H q ??
'
'==?= ? ???
m
OG
OG 0.50015.82m 7.910Z H N '''==?=m (7.9103)m 4.910Z Z Z '?=-=-=m 即所需填料层高度要比原来增加4.910 m 。
（3） n,L
n,L 2q q '= n,V n,L 0.4060.20322
mq S S q '=
===' ()*12OG *
221
ln 11Y Y N S S S Y Y ??'-'''=-+??''--??
()10.05260ln 10.2030.203 5.49710.2030.0005260-??
=
-+=??--??
W 对K G a 无影响，即n,L q 对K G a 无影响，所以传质单元高度不变，即
OG
OG 0.435H H '==m OG
OG 0.435 5.497m 2.391m Z H N '''==?= (2.3913)m 0.609m Z Z Z '?=-=-=- 即所需填料层高度比原来减少0.609 m 。
作业题10. 用清水在塔中逆流吸收混于空气中的二氧化硫。已知混合气中二氧化硫的体
积分数为，操作条件下物系的相平衡常数为，载气的流量为250 kmol/h 。若吸收剂用量为最小用量的倍，要求二氧化硫的回收率为92%。试求水的用量（kg/h ）及所需理论级数。
解：1110.085
0.0929110.085
y Y y =
==-- ()()21A 10.092910.920.00743Y Y ?=-=?-= 用清水吸收，20X =
n,L
A n,V min
26.70.9224.564q
m q ???
==?= ? ??? 操作液气比为
n,L n,V
1.5524.56438.074q q =?=
水的用量为
3n,L 38.074250kmol/h 9.51910kmol/h q =?=?
35m,L 9.5191018kg/h 1.71310kg/h q =??=?
n,L n,V
38.074
1.42626.7
q A mq =
=
= 用清水吸收，A 0.92??==
由 T ln
11ln A N A
??
--=
-
1.4260.92
ln 10.921 4.198ln1.426T N --=
-=
第九章
练习题1．在密闭容器中将A 、B 两组分的理想溶液升温至82 ℃，在该温度下，两组分
的饱和蒸气压分别为*A p = kPa 及*
B p ＝ kPa ，取样测得液面上方气相中组分A 的摩尔分数为。试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。
解：本题可用露点及泡点方程求解。
()()()()95.085.416.10785.416.107总总*
B
*A 总*B 总*A A 总*
A
A =-=--==p p p p p p p p x p p y － 解得 76.99＝总p kPa
8808.085
.416.10785
.4176.99*B
*A *
B
=--=
--=
p
p p p x 总
本题也可通过相对挥发度求解
571.285
.416.107*B *A ===p p α
由气液平衡方程得
()()
8808.095.01571.295.095
.01=-+=-+=y y y x α
()()[]kPa 76.99kPa 8808.0185.418808.06.1071A *
B
A *A =-+?=-+x p x p p ＝总 2．试分别计算含苯（摩尔分数）的苯—甲苯混合液在总压100 kPa 和10 kPa 的相对挥发度和平衡的气相组成。苯（A ）和甲苯（
B ）的饱和蒸气压和温度的关系为 24
.22035.1206032.6lg *
A +-
=t p 58
.21994.1343078.6lg *B +-
=t p
式中p ﹡的单位为kPa ，t 的单位为℃。苯—甲苯混合液可视为理想溶液。（作为试差起点，100 kPa 和10 kPa 对应的泡点分别取94.6 ℃和31.5 ℃）
解：本题需试差计算 （1）总压p 总＝100 kPa
初设泡点为94.6℃，则
191.224
.2206.9435.1206032.6lg *
A =+-=p 得 37.155*A =p kPa
同理 80.158
.2196.9494.1343078.6lg *B =+-
=p 15.63*
B =p kPa
4.03996.015
.6337.15515
.63100A ≈=--=
x
或 ()kPa
04.100kPa 15.636.037.1554.0=?+?＝总p
则 46.215
.6337.155*B *A
===p p α
6212.04
.046.114
.046.2)1(1=?+?=-+=
x x y αα
（2）总压为p 总＝10 kPa
通过试差，泡点为31.5℃，*
A p =，*
B p ＝
203.3313
.502
.17==
α 681.04
.0203.214
.0203.3=?+?=
y
随压力降低，α增大，气相组成提高。
练习题10．在常压连续精馏塔内分离苯—氯苯混合物。已知进料量为85 kmol/h ，组成为
（易挥发组分的摩尔分数，下同），泡点进料。塔顶馏出液的组成为，塔底釜残液组成为。
操作回流比为。塔顶采用全凝器，泡点回流。苯、氯苯的汽化热分别为 kJ/mol 和 kJ/mol 。水的比热容为 kJ/ (kg ℃)。若冷却水通过全凝器温度升高15 ℃，加热蒸汽绝对压力为500 kPa （饱和温度为151.7 ℃，汽化热为2 113 kJ/kg ）。试求冷却水和加热蒸汽的流量。忽略组分汽化热随温度的变化。
解：由题给条件，可求得塔内的气相负荷，即
h 37.94kmol/kmol/h 02.099.002
.045.085W D W F F n,D n,=--?=--=x x x x q q
对于泡点进料，精馏段和提馏段气相负荷相同，则
()kmol/h 170.7kmol/h 94.375.41D n,V n,V n,=?=+=='R q q q
（1）冷却水流量 由于塔顶苯的含量很高，可按纯苯计算，即
kJ/h 232.5kJ/h 1065.307.1703A V n,c =??==γq Q
kg/h 1033.8kg/h 15
187.410232.5)(46
12c p,c c
m,?=??=-=t t c Q q （2）加热蒸汽流量 釜液中氯苯的含量很高，可按纯氯苯计算，即
6.234kJ/h kJ/h 1052.36
7.1703B V n,B =??=='γq Q
kg/h 2.95＝kg/h 2113
10234.66B
B
h m,?==
γQ q
练习题12．在常压连续精馏塔中，分离甲醇—水混合液。原料液流量为100 kmol/h ，其
组成为（甲醇的摩尔分数，下同），冷液进料（q =），馏出液组成为，甲醇回收率为90％，回流比为最小回流比的3倍。试比较直接水蒸气加热和间接加热两种情况下的釜液组成和所需理论板层数。甲醇—水溶液的t –x –y 数据见本题附表
解：（1）釜液组成 由全塔物料衡算求解。 ① 间接加热
0.00.1
0.20.3
0.40.50.60.70.8
0.9 1.0
0.00.10.20.30.40.50.6
0.70.80.91.0x D
间接加热
6
4
b d
c
e
a
(x q ,y q )x
W
x F
Y
X
0.00.1
0.20.3
0.40.50.60.70.8
0.9 1.0
0.00.1
0.20.30.40.50.6
0.70.80.91.0
x D
直接蒸汽加热
7
4
b
d
c
e
a
(x q ,y q )x
W
x F
Y
X
附 图1 附 图2
习题12 附 图
h
29.35kmol/kmol/h 92.03
.01009.09.0D
F
F n,D n,=??=
=
x x q q
0425.035
.291003
.0100)9.01(W =-??-=
x
② 直接水蒸气加热
F n,D n,L n,W n,qq Rq q q +=='
关键是计算R 。由于q =，则q 线方程为
5.161
1F -=---=x q x x q q
y 在本题附图上过点e 作q 线，由图读得：x q = ，y q =
6176.037
.071.071
.092.0q
q q D min =--=
--=
x y y x R
min 330.6176 1.85R R ==?=
于是 ()kmol/h 174.3kmol/h 1002.1 29.3585.1W n,=?+?=q
0172.08
.1833
.0100)9.01(W =??-=
x
显然，在塔顶甲醇收率相同条件下，直接水蒸气加热时，由于冷凝水的稀释作用，x W
明显降低。
（2）所需理论板层数 在x –y 图上图解理论板层数
①间接加热 精馏段操作线的截距为
323.085
.292
.01==+R x D 由x D = 及截距作出精馏段操作线ab ，交q 线与点d 。
由x W =定出点c ，连接cd 即为提馏段操作线。
由点a 开始在平衡线与操作线之间作阶梯，N T = 5（不含再沸器），第4层理论板进料。 ②直接蒸汽加热 图解理论板的方法步骤同上，但需注意x W =是在x 轴上而不是对角线上，如本题附图所示。此情况下共需理论板7层，第4层理论板进料。
计算结果表明，在保持馏出液中易挥发组分收率相同条件下，直接蒸汽加热所需理论板层数增加。且需注意，直接蒸汽加热时再沸器不能起一层理论板的作用。
作业题4．在一连续精馏塔中分离苯含量为（苯的摩尔分数，下同）苯—甲苯混合液，其
流量为100 kmol/h 。已知馏出液组成为，釜液组成为，试求（1）馏出液的流量和苯的收率；（2）保持馏出液组成不变，馏出液最大可能的流量。
解：（1）馏出液的流量和苯的收率
h
kmol 50h kmol 05
.095.005
.05.0100W D W F F n,D n,=--?=--=x x x x q q
%95%1005
.010095
.050%100F
F n,D D n,A =???=
?=
x q x q η
（2）馏出液的最大可能流量
当ηA =100%时，获得最大可能流量，即
kmol/h 52.63 kmol/h 95
.05
.0100D
F F n,Dmax n,=?=
=
x x q q 作业题5．在连续精馏塔中分离A 、B 两组分溶液。原料液的处理量为100 kmol/h ，其组
成为（易挥发组分A 的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为96％，釜液的组成为。试求（1）馏出液的流量和组成；（2）若操作回流比为，写出精馏段的操作线方程；（3）提馏段的液相负荷。
解：（1）馏出液的流量和组成 由全塔物料衡算，可得
kmol/h 43.2kmol/h 45.010096.096.0F F n,D D n,=??==x q x q ()kmol/h
1.8kmol/h 45.010096.01W W n,=??-=x q
n,W 1.8
0.033
q =
kmol/h= kmol/h ()n,D n,F n,W 10054.55q q q =-=-kmol/h= kmol/h 9505.045.452
.43D ==
x
（2）精馏段操作线方程
2604.0726.065
.39505
.065.365.211D +=+=+++=x x R x x R R y
（3）提馏段的液相负荷
()kmol/h
4.202kmol/h 1004
5.4565.2F n,D n,F n,L n,L n,=+?=+=+='q Rq qq q q
作业题7．在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液流量为50 kmol/h ，要求
馏出液中易挥发组分的收率为94％。已知精馏段操作线方程为y = +；q 线方程为y = 2-3x 。试求（1）操作回流比及馏出液组成；（2）进料热状况参数及原料的总组成；（3）两操作线交点的坐标值x q 及y q ；（4）提馏段操作线方程。
解：（1）操作回流比及馏出液组成 由题给条件，得
75.01
=+R R
及
238.01D =+R x 解得 R = 3，x D =
2）进料热状况参数及原料液组成 由于
31q q =--及21F =-q
x
解得 q = （气液混合进料），x F =
（3）两操作线交点的坐标值x q 及y q 联立操作线及q 线两方程，即
238.075.0+=x y 23y x =-
解得 x q = 及y q =
（4）提馏段操作线方程 其一般表达式为
W V n,W n,V n,L n,x q q x q q y '
'
'-
'=
'
式中有关参数计算如下：
kmol/h
68.24kmol/h 952
.05.05094.0D F F n,A D n,=??==x x q q η ()n,W n,F n,D 5024.68q q q =-=-kmol/h = kmol/h
()()0592.032
.255
.05094.011W
n,F F n,A W =??-=-=
q x q x η
()n,L n,D n,F 324.680.7550q Rq qq '=+=?+?kmol/h = kmol/h ()n,V n,L n,W 111.5425.32q q q ''=-=-kmol/h = kmol/h
则 111.5425.320.0592 1.2940.0173986.2286.22y x x ''=
-?=-
作业题9．在板式精馏塔中分离相对挥发度为2的两组分溶液，泡点进料。馏出液组成为
（易挥发组分的摩尔分数，下同），釜残液组成为，原料液组成为。已测得从塔釜上升的蒸
气量为93 kmol/h ，从塔顶回流的液体量为 kmol/h ，泡点回流。试求（1）原料液的处理量；（2）操作回流比为最小回流比的倍数。
解：（1）原料液的处理量 由全塔的物料衡算求解。 对于泡点进料，q = 1
()kmol/h 931D n,V n,V n,=+=='q R q q
()n,D n,V n,L 9358.5q q q =-=-kmol/h= kmol/h
D n,F n,W n,q q q -=
则 ()05.05.345.3495.06.0F n,F n,?-+?=q q 解得 n,F 56.45q =kmol/h
（2）R 为R min 的倍数
()5.34193?+=R
R =
对于泡点进料，R min 的计算式为
333.16.01)95.01(26.095.01)1(11F D F D min =??
?
???--?-=??????----=
x x x x R αα 于是 275.1333
.17
.1min ==R R
第十章
练习题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200 kg 醋酸、200 kg 庚醇-3和400 kg 水组成的混合液的物系点位置。混合液经充分混合并静置分层后，确定两共轭相的组成和质量。（3）上述两液层的分配系数A k 及选择性系数β。（4）从上述混合液中蒸出多少千克水才能成为均相溶液
解：（1）溶解度曲线如附图1中曲线SEPHRJ 所示。辅助曲线如附图1曲线SNP 所示。分配曲线如附图2 所示。 （2）和点醋酸的质量分率为 25.0400200200200
A =++=
x
水的质量分率为 50.0400
200200400
S =++=
x
由此可确定和点M 的位置，如附图1所示。由辅助曲线通过试差作图可确定M 点的差点R 和E 。由杠杆规则可得 kg 260kg 80040
134013=?==
M R ()kg 540kg 260800=-=-=R M E 由附图1可查得E 相的组成为
A S
B 0.28,0.71,0.01y y y ===
R 相的组成为 A S B 0.20,
0.06,0.74x x x ===
（3）分配系数
A A A 0.28
1.40.20y
k
x ===
B B B 0.010.01350.74y k x ===
选择性系数 7.1030135
.04.1B A ===
k k β （4）随水分的蒸发，和点M 将沿直线SM 移动，当M 点到达H 点时，物系分层消失，即变为均相物系。由杠杆规则可得 kg 5.494kg 80055
34
5534=?==
M H 需蒸发的水分量为
()kg 5.305kg 5.494800=-=-H M
练习题2. 在单级萃取装置中，以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸–庚醇-3混
合液中提取醋酸。已知原料液的处理量为1 000 kg/h ，要求萃余相中醋酸的质量分数不大于10%。试（1）水的用量；（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作条件下的平衡数据见习题1。
解：（1）物系的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示。
由原料组成x F =可确定原料的相点F ，由萃余相的组成x A =可确定萃余相的相点R 。借助辅助曲线，由R 可确定萃取相的相点E 。联结RE 、FS ，则其交点M 即为萃取操作的物系点。由
习题1 附图1 习题1 附图2
杠杆规则可得
3726F S ?=?
kg 1423kg 10002637
2637=?=?
=F S
（2）由杠杆规则可确定萃余相的量。
4916R M ?=? ()kg 791kg 1423100049
16
4916=+=
=
M R 由附图可读得萃取相的组成为 A 0.14y = 萃取率=
()
0.14242379176.2%10000.3
?-=?
第十一章
练习题1. 已知湿空气的总压力为100 kPa ，温度为50 ℃，相对湿度为40%，试求（1）
湿空气中的水汽分压；（2）湿度；（3）湿空气的密度。 解：（1）湿空气的水汽分压 s p p φ=
由附录查得50 ℃时水的饱和蒸气压s 12.34kPa p =，故 kPa 936.4kPa 34.124.0=?=p （2）湿度 绝干气绝干气总kg kg 03230.0kg kg 936
.4100936
.4622.0622.0=-?=-=
p p p H
习题2 附图
（3）密度
()P t H 5
H
10
013.1273273244.1772.0??+?+=υ
()绝干气湿空气kg m 10100100133.1273502730323.0244.1772.03
3
5???+??+=
0.9737=m 3湿空气/kg 绝干气 密度 湿空气湿空气33H
H m kg 06.1m kg 9737
.00323
.011=+=
+=
υυ
ρH
练习题2．常压连续干燥器内用热空气干燥某湿物料，出干燥器的废气的温度为40 ℃，
相对湿度为43%，试求废气的露点。
解：由附录查得40 ℃时水的饱和蒸气压s 7.3766kPa p =，故湿空气中水汽分压为 3.172kPa kPa 3766.743.01H
s =?=+=
=υυ
?H p p
查出s 3.172kPa p =时的饱和温度为25.02 ℃，此温度即为废气露点。
练习题3. 在总压 kPa 下，已知湿空气的某些参数。利用湿空气的H –I 图查出附表中空格
项的数值，并绘出分题4的求解过程示意图。
作业题4. 将o 025C t =、00.005kg /kg H =水绝干气的常压新鲜空气，与干燥器排出的
o 240C t =、20.034kg /kg H =水绝干气的常压废气混合，两者中绝干气的质量比为1：3。
试求（1）混合气体的温度、湿度、焓和相对湿度；（2）若后面的干燥器需要相对湿度10%的空气做干燥介质，应将此混合气加热至多少摄氏度 解：（1）对混合气列湿度和焓的衡算，得 02m 134H H H += （a ）
02m 134I I I +=
（b ）
当o 25t =℃、00.005kg /kg H =水绝干气时，空气的焓为 ()00001.01 1.882490I H t H =+?+
()[]绝干气
绝干气kg kJ 94.37kg kJ 005.024*******.088.101.1=?+??+=
当240t =℃、20.034kg /kg H =水绝干气时，空气的焓为
()[]绝干气
绝干气
kg kJ 62.127kg kJ 034.024*******.088.101.12=?+??+=I
将以上值代入式（a ）及式（b ）中，即 m 0.00530.0344H +?= m 37.943127.624I +?= 分别解得：m 0.02675H =kg/kg 绝干气 m 105.2I =kJ/kg 绝干气
由 ()m m m m 1.01 1.882490I H t H =+?+
()m 105.2 1.01 1.880.0267524900.02675t =+??+? 得 m 36.4t =℃ 混合气体中的水汽分压
02675.0622.0=-=
p
p p
H m 总
解出 Pa 4178=p
36.4t =m ℃时水的饱和蒸汽压为6075p =s Pa
所以混合气体的相对湿度为4178
100%68.8%6075
?=
?= （2）将此混合气加热至多少度可使相对湿度降为10%
1's
4178
0.1p ?=
= 故 's 41780Pa p =
查水蒸气表知此压力下的饱和温度为76.83 ℃。故应将此混合气加热至76.83 ℃。
化工原理课后习题答案上下册(钟理版)
下册第一章蒸馏 解： 总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0 A p x A ＋0 B p x B =P 所以 x A = 000B A B p p p p --；y A =p p A 00 00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下： t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 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i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。 （2）以平均α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y i 值的最大相对误差。 解： （1）对理想物系，有 α＝00B A p p 。所以可得出
t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326 算术平均值α= 9 ∑i α=1.318。α对i α的最大相对误差＝ %6.0%100)(max =?-α ααi 。 （2）由x x x x y 318.01318.1)1(1+=-+= αα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 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差= =?i y y m ax )(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: 95.5947 .32790195.16ln 0 -- =T p A 72 .6357.33280195.16ln 0 --=T p B 式中 0 p 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 T A ==-- 0195.1660ln 47 .327995.59334.95K ＝61.8℃ T B ==--0195 .1660ln 57 .332872.63342.84K=69.69℃ 65℃时，算得0 A p ＝68.81mmHg ；0 B p =48.93 mmHg 。由0 A p x A ＋0 B p （1－x A ）=60得 x A ＝0.56， x B =0.44; y A =0 A p x A /60=0.64; y B =1-0.64=0.36。 4 无
化工原理课后答案
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’～
化工原理试验试题集
化工原理实验试题3 1、干燥实验进行到试样重量不再变化时，此时试样中所含的水分是什么水分？实验过程中除去的又是什么水分？二者与哪些因素有关。 答：当干燥实验进行到试样重量不再变化时，此时试样中所含的水分为该干燥条件下的平衡水分，实验过程中除去的是自由水分。二者与干燥介质的温度，湿度及物料的种类有关。 2、在一实际精馏塔内，已知理论板数为5块，F=1kmol/h,xf=0.5,泡点进料，在某一回流比下得到D ＝0.2kmol/h,xD=0.9,xW=0.4，现下达生产指标，要求在料液不变及xD 不小于0.9的条件下，增加馏出液产量，有人认为，由于本塔的冷凝器和塔釜能力均较富裕，因此，完全可以采取操作措施，提高馏出物的产量，并有可能达到D ＝0.56kmol/h ，你认为： （1） 此种说法有无根据？可采取的操作措施是什么？ （2） 提高馏出液量在实际上受到的限制因素有哪些？ 答：在一定的范围内，提高回流比，相当于提高了提馏段蒸汽回流量，可以降低xW ，从而提高了馏出液的产量；由于xD 不变，故进料位置上移，也可提高馏出液的产量，这两种措施均能增加提馏段的分离能力。 D 的极限值由 DxD 第八章课堂练习： 1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数E不变，H 不变，相平衡常数m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2，过程属于（B ） A、气膜控制 B、液膜控制 C、两相扩散控制 ②其气膜阻力（C）液膜阻力A、大于B、等于C、小于 ２、溶解度很大的气体，属于气膜控制 ３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m的直线时，则1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数E值很大，则说明该气体为难溶气体 5、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG，当(气膜阻力1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、G 、Ky 、Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG表征了（分离任务的难易）特性。 3、吸收因子A的定义式为L/（Gm），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当A<1时，塔高H=∞，则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。 6、液气比低于（L/G）min时，吸收操作能否进行？能 此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元高度HOG将↑，总传质单元数NOG 将↓，操作线斜率（L/G）将不变。 8、若吸收剂入塔浓度x2降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。 9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组成x2增大，其它条件不变，则气相总传质单元高度将（ A ）。 A.不变 B.不确定 C.减小 D.增大 吸收小结： 1、亨利定律、费克定律表达式 2、亨利系数与温度、压力的关系；E值随物系的特性及温度而异，单位与压强的单位一致；m与物系特性、温度、压力有关（无因次） 3、E、H、m之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程（并、逆流时）及在y~x图上的画法 6、出塔气体有一最小值，出塔液体有一最大值，及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高，有利于吸收 减压和升温溶解度低，有利于解吸 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 化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.） 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 ， 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R1 = 400 mm ， R2 = 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ρg，其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：P A = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa 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Δh 在1－1′与2－2′截面之间 化工原理第一章习题及答案 第一章流体流动 问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件? 答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。 质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点? 答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。 问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降? 答3．分子间的引力和分子的热运动。 通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。 问题4. 静压强有什么特性? 答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面 上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。 问题 5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。 (1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)； (2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？ 题5附图题6附图 答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下 大。 2）内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa ； 外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强4.91kPa 。 因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。 问题 6. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U 形压差计，读数分别为R 1、R 2，两压差计间 用一橡皮管相连接，现将容器A 连同U 形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R 1与R 2有何变化？(说明理由) 答6．容器A 的液体势能下降，使它与容器B 的液体势能差减小，从而R 2减小。R 1不变，因为该 U 形管两边同时降低，势能差不变。 问题7. 为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好? 答7．由静力学方程可以导出Δp=H(ρ冷-ρ热)g ，所以H 增加，压差增加，拔风量大。 问题8. 什么叫均匀分布? 什么叫均匀流段? 答8．前者指速度分布大小均匀；后者指速度方向平行、无迁移加速度。 问题9. 伯努利方程的应用条件有哪些? 第六章传热 问题1.传热过程有哪三种基本方式答1．直接接触式、间壁式、蓄热式。 问题2.传热按机理分为哪几种答2．传导、对流、热辐射。 问题3.物体的导热系数与哪些主要因素有关答3．与物态、温度有关。 问题4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿答4．流动流体的载热。 问题5.自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热答5．加热面在下，制冷面在上。 问题6.液体沸腾的必要条件有哪两个答6．过热度、汽化核心。 问题7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作为什么答7．核状沸腾状态。以免设备烧毁。 问题8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手答8．改善加热表面，提供更多的汽化核心；沸腾液体加添加剂，降低表面张力。问题9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体答9．避免其积累，提高α。 问题10.为什么低温时热辐射往往可以忽略,而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式 答10．因Q与温度四次方成正比，它对温度很敏感。 问题11.影响辐射传热的主要因素有哪些答11．温度、黑度、角系数（几何位置）、面积大小、中间介质。 问题12.为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数 答12．①相变热远大于显热；②沸腾时汽泡搅动；蒸汽冷凝时液膜很薄。 问题13.有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银制的。将刚烧开的水同时充满两壶。实测发现，陶壶内的水温下降比银 壶中的快，这是为什么 答13．陶瓷壶的黑度大，辐射散热快；银壶的黑度小，辐射散热慢。 问题14.若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么 答14．该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和，传热速率由该步骤所决定。 问题15.传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些 答15．K、qm1Cp1、qm2Cp2沿程不变；管、壳程均为单程。 问题16.一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。用133℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃。若现欲增加50%的油处理量， 有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油的出口温度不低于80℃，这个方案是否可行 答16．可行。 问题17.为什么一般情况下,逆流总是优于并流并流适用于哪些情况 答17．逆流推动力Δtm大，载热体用量少。热敏物料加热，控制壁温以免过高。 问题18.解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个 答18．传热基本方程，热量衡算式，带有温变速率的热量衡算式。 问题19.在换热器设计计算时，为什么要限制Ψ大于 答19．当Ψ≤时，温差推动力损失太大，Δtm小，所需A变大，设备费用增加。 第七章蒸发 问题1.蒸发操作不同于一般换热过程的主要点有哪些 答1．溶质常析出在加热面上形成垢层；热敏性物质停留时间不得过长；与其它单元操作相比节能更重要。 问题2.提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪降低单程汽化率的目的是什么 答2.不仅提高α，更重要在于降低单程汽化率。减缓结垢现象。 问题3.为什么要尽可能扩大管内沸腾时的气液环状流动的区域 答3.因该区域的给热系数α最大。 3．在大气压力为的地区，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=,R=。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×。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’～ 化工原理典型习题解答 王国庆陈兰英 广东工业大学化工原理教研室 2003 上 册 一、选择题 1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则 (1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 解：(1) 由 2 22322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ= ??=??= 得 1624 4 212 212 212212121 2==??? ? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2222u d l d f u d l h f ? ??? ? ??=??=ελ 得 322 55 2121421 2211221 2==??? ? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩 短25%，而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。 A ．1.155倍 B ．1.165倍 C ．1.175倍 D ．1.185倍 解：由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2 22 2 22211 1ρρ 得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2 222222 11 1u d l l u d l l e e ?+?=?+? λλ 又由完全湍流流动 得 ?? ? ??=d f ελ 化工原理实验思考题 实验一：柏努利方程实验 1． 关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对流向），观测并记录各测 压管中的液柱高度H 并回答以下问题： （1） 各测压管旋转时，液柱高度H 有无变化这一现象说明了什么这一高度的物理意义是 什么 答：在关闭出口阀情况下，各测压管无论如何旋转液柱高度H 无任何变化。这一现象可通过柏努利方程得到解释：当管内流速u =0时动压头02 2 ==u H 动 ，流体没有运动就不存在阻力，即Σh f =0，由于流体保持静止状态也就无外功加入，既W e =0，此时该式反映流体静止状态 见（P31）。这一液位高度的物理意义是总能量（总压头）。 （2） A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位是否同一高度为什么 答：A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位在同一高度（排除测量基准和人为误差）。这一现象说明各测压管总能量相等。 2． 当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H /并回 答以下问题： （1） 各H /值的物理意义是什么 答：当测压管小孔转到正对流向时H /值指该测压点的冲压头H /冲；当测压管小孔转到垂直流向时H /值指该测压点的静压头H /静；两者之间的差值为动压头H /动=H /冲-H /静。 （2） 对同一测压点比较H 与H /各值之差，并分析其原因。 答：对同一测压点H ＞H /值，而上游的测压点H /值均大于下游相邻测压点H /值，原因显然是各点总能量相等的前提下减去上、下游相邻测压点之间的流体阻力损失Σh f 所致。 （3） 为什么离水槽越远H 与H /差值越大 （4） 答：离水槽越远流体阻力损失Σh f 就越大，就直管阻力公式可以看出2 2 u d l H f ??=λ与 管长l 呈正比。 3. 当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度 H 2222d c u u =22 ab u ρcd p ρab p 2 2 u d l H f ??=λ计算流量计阀门半开和全开A 点以及C 点所处截面流速大小。 答：注：A 点处的管径d=(m) ;C 点处的管径d=(m) A 点半开时的流速： 135.00145.036004 08.0360042 2=???=???= ππd Vs u A 半 （m/s ） A 点全开时的流速： 269.00145 .036004 16.0360042 2=???=???=ππd Vs u A 全 （m/s ） C 点半开时的流速： 1965.0012 .036004 08.0360042 2=???=???= ππd Vs u c 半 （m/s ） 化工原理（下）练习题 一、填空 1. 精馏和普通蒸馏的根本区别在于；平衡蒸馏（闪蒸）与简单蒸馏（微分蒸馏）的区别是。 2. 双组分精馏，相对挥发度的定义为α＝___ ____，其值越表明两组分越。α＝1时，则两组分。 3.精馏的原理是，实现精馏操作的必要条件是和。 4.精馏计算中，q值的含义是___ ______，其它条件不变的情况下q值越_______表明精馏段理论塔板数越，q线方程的斜率(一般)越。当泡点进料时，q＝，q线方程的斜率＝。 5.最小回流比是指，适宜回流比通常取为倍最小回流比。 6. ____ 操作条件下，精馏段、提馏段的操作线与对角线重叠。此时传质推动力，所需理论塔板数。 7.精馏塔进料可能有种不同的热状况，对于泡点和露点进料，其进料热状况参数q值分别为和。 8. 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度，液相组成气相组成。 9. 精馏塔进料可能有种不同的热状况，当进料为气液混合物且气液摩尔比为2 : 3时，则进料热状况参数q值为。 10. 对一定组成的二元体系，精馏压力越大，则相对挥发度，塔操作温度，从平衡角度分析对该分离过程。 11．板式精馏塔的操作中，上升汽流的孔速对塔的稳定运行非常重要，适宜的孔速会使汽液两相充分混合，稳定地传质、传热；孔速偏离适宜范围则会导致塔的异常现象发生，其中当孔速 过低时可导致_________，而孔速过高时又可能导致________。 12. 对于不饱和空气，表示该空气的三个温度，即：干球温度t, 湿球温度t w和露点t d间的关系为___________; 对饱和空气则有____ _____。 13. 用相对挥发度α表达的气液平衡方程可写为，根据α的大小，可以用来，若α=1，则表示。14.吸收操作是依据，以达到分离混合物的目的。 15.若溶质在气相中的组成以分压p、液相中的组成以摩尔分数x表示，则亨利定律的表达式为，E称为，若E值很大，说明该气体为气体。 16.对低浓度溶质的气液平衡系统，当总压降低时，亨利系数E将，相平衡常数m 将，溶解度系数H将。在吸收过程中，K Y和k Y是以和为推动力的吸收系数，它们的单位是。 17含低浓度难溶气体的混合气，在逆流填料吸收塔内进行吸收操作，传质阻力主要存在于中；若增大液相湍动程度，则气相总体积吸收系数K Y a值将；若增加吸收剂的用量，其他操作条件不变，则气体出塔浓度Y2将，溶质A的吸收率将；若系统的总压强升高，则亨利系数E将，相平衡常数m 将。 18.亨利定律表达式p*＝E x，若某气体在水中的亨利系数E值很小，说明该气体为气体。 19．吸收过程中，若减小吸收剂用量，操作线的斜率，吸收推动力。20．双膜理论是将整个相际传质过程简化为。21. 脱吸因数S可表示为，它在Y—X图上的几何意义是。若分别以S1、S2，S3表示难溶、中等溶解度、易溶气体在吸收过程中的脱吸因数，吸收过程中操作条件相同，则应有S1 S2 S3。 22.不饱和湿空气预热可提高载湿的能力，此时H ，t ，φ，传热传质推动力。 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 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 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 =×17+24312.+1073109.253?+f h ∑=+f h ∑ 流体流动阻力实验 一、在本实验中必须保证高位水槽中始终有溢流，其原因是： A、只有这样才能保证有充足的供水量。 B、只有这样才能保证位压头的恒定。 C、只要如此，就可以保证流体流动的连续性。 二、本实验中首先排除管路系统中的空气，是因为： A、空气的存在，使管路中的水成为不连续的水。 B、测压管中存有空气，使空气数据不准确。 C、管路中存有空气，则其中水的流动不在是单相的流动。 三、在不同条件下测定的直管摩擦阻力系数…雷诺数的数据能否关联在同一条曲线上 A、一定能。 B、一定不能。 C、只要温度相同就能。 D、只有管壁的相对粗糙度相等就能。 E、必须温度与管壁的相对粗糙度都相等才能。 四、以水作工作流体所测得的直管阻力系数与雷诺数的关系能否适用于其它流体 A、无论什么流体都能直接应用。 B、除水外什么流体都不能适用。 C、适用于牛顿型流体。 五、当管子放置角度或水流方向改变而流速不变时，其能量的损失是否相同。 A、相同。 B、只有放置角度相同，才相同。 C、放置角度虽然相同，流动方向不同，能量损失也不同。 D、放置角度不同，能量损失就不同。 六、本实验中测直管摩擦阻力系数时，倒U型压差计所测出的是： A、两测压点之间静压头的差。 B、两测压点之间位压头的差。 C、两测压点之间静压头与位压头之和的差。 D、两测压点之间总压头的差。 E、两测压点之间速度头的差。 七、什么是光滑管 A、光滑管是绝对粗糙度为零的管子。 B、光滑管是摩擦阻力系数为零的管子。 C、光滑管是水力学光滑的管子（即如果进一步减小粗糙度，则摩擦阻力不再减小的管 子）。 八、本实验中当水流过测突然扩大管时，其各项能量的变化情况是： A、水流过突然扩大处后静压头增大了。 B、水流过突然扩大处后静压头与位压头的和增大了。 C、水流过突然扩大处后总压头增大了。 D、水流过突然扩大处后速度头增大了。 E、水流过突然扩大处后位压头增大了 BCECAAAA 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 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） Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ （2）B 点的压力 () （表） Pa 107.836Pa 5.081.91360010165.14 4 1 汞A B ?=??+?=+=gR p p ρ 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1.0133?105 Pa 。流体密度为800 kg/m 3 。精馏塔进口处的塔 内压力为1.21?105 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 22 1122 1e 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 100133.12 22f 1125251=?-?=== =≈=-?=?=∑ d V A V u h u Z Z p p ；； ；；(完整版)化工原理下册习题及章节总结(陈敏恒版)
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