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 =0.8x +0.19；y = -0.5x +0.675,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 = -0.5x +0.675知
5.01
-=-q q
故q =1/3 又675.01
=--
q x F
故x F =0.675（1-q ）=0.675×（1 -1/3）=0.45 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 = -0.5x q +0.675
y q =0.8x q +0.18 联立求解 x q =0.373 y q =0.489
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 =0.46x +0.545
解：由习题10知 x F =0.4 、x D =0.95 、R =2.6
设塔顶为全凝器，故y 1=x D =0.95
由平衡关系 y 1=0.46x 1+0.545=0.95 得 x 1=0.88 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=0.72×0.88+0.26=0.89
又 0.46x 2+0.545=0.89 得 x 2=0.75 同理 y 3=0.72×0.75+0.26=0.80 又 0.46x 3+0.545=0.80 得 x 3=0.55
y 3=0.72×0.55+0.26=0.66 又 0.46x 4+0.545=0.66
得 x 4=0.25 ∴ 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0.5（摩尔分数，下同），塔顶馏出液组成为0.95，釜液组成为0.06，操作回流比为2.6。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 =0.06 、x F =0.50 、x D =0.95 ，对应点为c 、e 、a 。 由回流比R =2.6 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0.35（摩尔分数，下同）馏出液及釜液组成分别为0.95和0.05，泡点进料，塔顶为全凝器，塔釜为间接蒸汽加热，操作 习题6－13附图 习题6－14附图 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 =0.35 、y q =0.70 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 =2×0.71=1.42 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0.93 。 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 =0.50 y q =0.71 由式（6-36）得 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 =2.46 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0.4，馏出液组成为0.95（均为轻组分的摩尔分数），操作条件下，物系的相对挥发度α＝2.0，若操作回流比R =1.5R min ，进料热状况参数q =1.5，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 =0.484 、y q =0.652 由式（6-36）得 77.1484 .0652.0652 .095.0min =--= --= q q q D x y y x R R =1.5R min =1.5×1.77=2.66 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 =0.95 由平衡线方程 1 1 112x x y += 得x 1=0.905 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=0.85 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0.40，馏出液及釜液组成分别为0.95和0.03（均为摩尔分数），进料温度为40℃，塔顶全凝器，泡点回流，R =3.0，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 =0.40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 =389.4KJ/kg r B =376.8KJ/kg 则r m =0.4×389.4×78+0.6×376.8×92=32950kJ/kmol 查 682 40 96=+℃下 C P A =C P B =1.88kJ/（kg. ℃） 则 C P m =0.4×1.88×78+0.6×1.88×92=162.4kJ/（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）×40.22=160.88kmol/h 提馏段上升蒸汽量 V ‘ =V +（q -1）F =160.88+（1.28-1）×100=188.88kmol/h 塔釜和塔顶分别按纯甲苯和苯计算： （1）查x w =0.03时t s ‘=109.3℃，对应的汽化潜热r B =380kJ/kg 则Q B =V ‘ r B =188.88×380×92=6.6×106kJ/h 又查300kPa （绝压）下饱和水蒸气的汽化潜热r =2168.1kJ/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 =0.95时，t s ‘’ =81.2℃ ，对应的汽化潜热r c =400kJ/kg 则Q c =Vr c =160.88×400×78=5.02×106kJ/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0.28、0.41和0.57，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2.5。 解：已知x 1=0.57 、x 2=0.41 、x 3=0.28 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=0.57 、y 3=0.41 、y 4=0.28 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* 32323 * 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 =0.35 、x D =0.95 、x W =0.05 ，泡点进料，R =1.42 由全塔物料衡算 F =D +W 100=D +W Fx F =Dx D +Wx W 100×0.35=0.95D +0.05W 解之 D =33.3kmol/h V =V ‘ =（R +1）D =（1.42+1）×33.3=80.59kmol/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 由于习题14已求出N T =7 所以N P =N T /E =7/0.55=12.7≈13 Z =（N P -1）H T =（13-1）×0.35=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232.2kPa ，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 =80.59×1130×32=2.91×106kJ/h kg/h 1095.6) 2535(187.41091.2)(4612?=-??=-=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 =80.59×18×2252×1.12=3.66×106kJ/h 查加热蒸汽232.2kPa 下，汽化潜热为2191.8kJ/kg ，则 kg/h 16708 .21911066.36 ≈?==h B h r Q W 习题6－21附图 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0.3（摩尔分数，下同）。馏出液组成为0.95，釜液组成为0.025。操作回流比取最小回流比的1.5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 =0.3 ，y q =0.54 则 71.13 .054.054 .095.0min =--= --= q q q D x y y x R R =1.5R min =1.5×1.71=2.57 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 =11/0.5=22块 （2）解法一： 因 M F =0.3×76+0.7×154=130.6kg/kmol F =4000 /130.6=30.63kmol/h 由全塔物料衡算 F =D +W 30.63=D +W Fx F =Dx D +Wx W 30.63×0.3=0.95D +0.025W 解之D =9.11kmol/h W =21.52kmol/h 又 M D =0.95×76+0.05×154=79.9kg/kmol M W =0.025×76+0.975×154=152.05kg/kmol 所以 D =9.11×79.9=727.89kg/h W =21.52×152.05=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 40000×0.175=0.904D +0.0125W 解之 D=729kg/h W=3271kg/h （3）因为泡点进料，故q =1 V ‘ =V V =（R +1）D =（2.57+1）×9.11=32.52kmol/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）×0.4=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 =0.98kJ/kg Q c =（R +1）D [r A + C P A （t s -t L ）]=（2.57+1）×727.89×[0.98×（47-40）+350] =9.3×105kJ/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 =（2.57+1）×727.89×195=5.07×105 kJ/h 查 饱和水蒸气101.33+100=201.33kPa （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31.36kPa 。 ∴ 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101.3kPa ；（2）总压为26.7 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12.34kPa ，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 126220622 0=-?=-= （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，φ↓，H S ↑，可吸收更多的水分，即减压对干燥有利。 3． 在h-H 图上确定本题附表中空格内的数值。 干球温度 t ℃ 湿球温度 ｔw ℃ 露点温度 ｔd ℃ 湿度 Ｈkg/kg 干气 相对湿度 φ ％ 焓 h kJ/kg 干气 水汽分压 ｐv kPa 1 （30） （20） 15 0.011 40 60 1.9 2 （40） 25 （20） 0.015 30 80 2.2 3 （50） 35 30 （0.03） 23 140 4.5 4 （50） 37 35.5 0.042 (50) 60 6.2 5 （60） 32 28 0.027 30 （120） 4 6 （70） 45 42.5 0.063 240 30 (9.5) 4. 常压下湿空气的温度为30℃，湿度为0.02kg 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 =4.247kPa, 则相对湿度 %.%..%p p s v 374100247 41563100=?=?= ? 120℃时水蒸气的饱和蒸汽压 p ’S =198.64kPa, 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101.3kPa 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 =4.247kPa, 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) (4 01=?=-??+?=-= （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11.2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＝2.5％，干燥产品的温度θ2＝35℃、w 2＝0.5％(均为湿基)。湿物料平均比热c M ＝2.89kJ ／(kg 绝干料·℃)。忽略预热器的热损失，干燥器的热损失为1.3kW 。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 .012000 10'=+=+= 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%10010742.1) 4088.12492(72.27%100)88.12492(5 2=???+?=?+= 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。 20℃ 60℃ 90℃ H H 0 φ=100% A B 1 C 1 C B 2 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。 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＊ ＝0.25-0.007＝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% ＝0.25-0.02＝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 h 02.5402.9=-=?τ 第八章 萃 取 1. 25℃时醋酸(A)–庚醇-3(B)–水(S)的平衡数据如本题附表所示。 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 96.4 3.6 48.5 12.8 38.7 3.5 93.0 3.5 47.5 7.5 45.0 8.6 87.2 4.2 42.7 3.7 53.6 19.3 74.3 6.4 36.7 1.9 61.4 24.4 67.5 7.9 29.3 1.1 69.6 30.7 58.6 10.7 24.5 0.9 74.6 41.4 39.3 19.3 19.6 0.7 79.7 45.8 26.7 27.5 14.9 0.6 84.5 46.5 24.1 29.4 7.1 0.5 92.4 47.5 20.4 32.1 0.0 0.4 99.6 联结线数据(醋酸的质量分数) 水 层 3-庚 醇层 水 层 3-庚醇层 6.4 5.3 38.2 26.8 13.7 10.6 42.1 30.5 19.8 14.8 44.1 32.6 26.7 19.2 48.1 37.9 33.6 23.7 47.6 44.9 （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 =0.27, w EB =0.01, w ES =0.72), 庚醇层(w RA =0.2, w RB =0.74, w RS =0.06; （3）k A =1.35, 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 1020304050607080901000 10 20 30 40 50 60 70 80 90100 M R E %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 =0.2, w RB =0.74, w RS =0.06， 由图中E 点坐标（27，72，1）得到萃取相组成w EA =0.27, w EB =0.01, w ES =0.72。根据物料衡算： ()()7.285) 2027() 2025(400RA EA RA MA =--?=--= w w w w M E kg R =M-E =400-285.7=114.3 kg (3) 35.12027 ==== 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 2. 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.操作条件下的平衡数据如下： 10 203040 50600204060 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 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 化工原理（上）考试复习题及答案一、选择题（将正确答案字母填入括号内、四选一） 1．遵循流体动力学规律的单元操作是（ A ）。 A、沉降 B、蒸发 C、冷冻 D、干燥 2．U型管液柱压力计两管的液柱差稳定时，在管中任意一个截面上左右两端所受压力（ A ）。 A、相等 B、不相等 C、有变化 D、无法确定 3．以下有关全回流的说法正确的是（ A ）。 A、精馏段操作线与提馏段操作线对角线重合 B、此时所需理论塔板数量多 C、塔顶产品产出量多 D、此时所用回流比最小 4．吸收操作是利用气体混合物中各种组分（ B ）的不同而进行分离的。 A、相对挥发度 B、溶解度 C、气化速度 D、电离度 5．压力表在刻度盘上有红线是表示（ C ）。 A、设计压力、 B、公称压力 C、最高工作压力 D、最低工作压力 6．某车间测得一精馏塔得真空度为540mmHg，绝对压强为100mm/Hg，则当地大气压为（ C ）mmHg。 A、440 B、540 C、640 D、760 7. 用水吸收混合气体中的二氧化碳时，（ A ）下吸收效果最好。 A．低温高压B．高温高压 C．高温低压D．低温低压 8. 表压值是从压强表上读得的，它表示的是（ A ）。 A．比大气压强高出的部分 B．设备的真实压力 C．比大气压强低的部分 D．大气压强 9. 离心泵在停泵时，应先关闭出口阀，再停电机，这是为了防止（ C ）。 A．汽蚀现象 B．电流过大 C．高压流体倒流 D．气缚现象 10. 吸收操作的作用是分离（ A ）。 A．气体混合物 B．液体均相混合物 C．互不溶液体混合物 D．气液混合物 11．当液体内部任一点的压强有变化时，将使液体内部其它各点的压强（ B ）。 A．发生变化 B．发生同样大小的变化 C．不变化 D．发生不同情况的变化 12. 气体压送机械的出口压强与进口压强之比在4以上的是（ B ）。 A．鼓风机 B．压缩机 C．通风机 D．真空泵 13．某气相混合物由甲.乙两组分组成，甲组分占体积70%，乙组分占体积30%，那么( B )。 A．甲组分摩尔分率是0.3 B．乙组分压力分率是0.3 C．乙组分质量分率是0.7 D．甲组分质量分率是0.7 14．下列四个定律中哪个是导热的基本定律。（C） A．牛顿冷却定律 B．斯蒂芬-波尔茨曼定律 C．傅里叶定律 D．克希霍夫定律 15．三层不同材料组成的平壁稳定热传导，若各层温度差分布 t1> t2> t3,则热阻最大的是（ A ）。 A．第一层 B．第二层 C．第三层 D．无法确定 16．在列管换热器中，用水将80℃某有机溶剂冷却至35℃，冷却水进口温度为30℃，出口温度不低于35℃，两流体应（B）操作。 A．并流B．逆流C．都可以D．无法确定 17．当压力不变时，气体溶解度随着温度升高的情况是（ B ）。 A、增大 B、减小 C、不变 D、不一定 18．一定量的理想气体，在等温过程中体积增加一倍，则该气体的压力的变化情况是（ A ）。 A、减少一半 B、没有变化 C、增加一倍 D、无规律可循 19．流体在流动过程中损失能量的根本原因是（ D ）。 A、管子太长 B、管件太多 C、管壁太粗糙 D、流体有粘性 20．泵的特性曲线是以水作实验介质测定的，当泵输送的液体沸点低于水的沸点时，则泵的安装高度应该（ B ）。 A、加大 B、减小 C、不变 D、不一定 21．若将泵的转速增加一倍，则该泵的轴功率将为原来的（ C ）倍。 A、4 B、2 C、8 D、16 22．将泵的转速增加一倍，则泵的流量将为原流量的（ C ）倍。 A、1 B、2 C、4 D、8 23．将泵的转速增加一倍，则泵的扬程将增加（ B ）倍。 A、2 B、4 C、8 D、10 24．含有泥砂的水静置一段时间后，泥砂沉积到容器底部，这个过程称为（ B ）。 A、泥砂凝聚过程 B、重力沉降过程 C、泥砂析出过程 D、泥砂结块过程 25．工业上常将待分离的悬浮液称为（ B ）。 A、滤液 B、滤浆 C、过滤介质 D、滤饼 26．在一定操作压力下，过滤速率将随着操作的进行而（ B ）。 A、逐渐增大 B、逐渐降低 C、没有变化 D、无法确定 27．热量传递是由于物体之间（ B ）不同。 A、热量 B、温度 C、比热 D、位置 28．炉膛内烟气对炉管之间的传热方式是（ B ）传热。 A、对流 B、辐射 C、导热 D、对流、辐射和导热 29．平壁导热过程中，传热推动力是（ B ）。 A、物质的导热系数 B、平壁两侧温 C、导热速率 D、平壁两侧热量差 30．能够全部吸收辐射能的物体称为（ B ）。 A、白体 B、黑体 C、热透体 D、导热体 31．工业上常采用带翅片的暖气管代替圆管，其目的是（ B ）。 A、增加热阻，减少热损失 B、增加传热面积，提高传热效果 C、节省钢材 D、增加观赏性 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’～ 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 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 5. 对于湿物料的湿含量，下面哪种说法是正确的？（B） A. 平衡水一定是自由水； B. 平衡水一定是结合水； C. 自由水一定是结合水； D. 自由水一定是非结合水 6. 当二组分液体混合物的相对挥发度为（ C）时，不能用普通精馏方法分离。当相对挥发度为（ A ）时，可以采用精馏方法 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 第二章 流体输送机械 【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验，水的体积流量为540m 3/h ，泵出口压力表读数为350kPa ，泵入口真空表读数为30kPa 。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm ，吸入管与压出管内径分别为350mm 及310 mm ，试求泵的扬程。 解 水在15℃时./39957kg m ρ=，流量/V q m h =3540 压力表350M p kPa =，真空表30V p kPa =-（表压） 压力表与真空表测压点垂直距离00.35 h m = 管径..12035031d m d m ==， 流速 / ./(.) 122 1 540360015603544V q u m s d ππ == =? . ../.2 2 1212035156199031d u u m s d ???? ==?= ? ????? 扬程 2 2 2102M V p p u u Ηh ρg g --=++ ()(.)(.)....?--?-=++ ??3322 35010301019915603599579812981 ....m =++=0353890078393 水柱 【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m 3的水溶液，其他性质可视为与水相同。若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：(1)泵的压头（扬程）有无变化；(2)若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；(3)泵的轴功率有无变化。 解 (1)液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。（见教材） (2)液体密度增大，则出口压力表读数将增大。 (3)液体密度ρ增大，则轴功率V q gH P ρη = 将增大。 【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min 时，水的流量为18m 3/h ，扬程为20m(H 2O)。试求：(1)泵的有效功率，水的密度为1000kg/m 3; (2)若将泵的转速调节到1250r/min 时，泵的流量与扬程将变为多少？ 解 (1)已知/,/V q m h H m kg m ρ===33 1820 1000水柱， 有效功率 .e V P q gH W ρ== ???=18 1000981209813600 (2) 转速 /min 11450n r =时流量3118V q m h =／，扬程1220m H O H =柱 6. 在并流换热器中，用水冷却油。水的进出口温度分别为15℃，40℃，油的进出口温度分别为150℃和100℃。现生产任务要求油的出口温度降至80℃℃，假设油和水的流量，进出口温度及物性不变，若换热器的管长为1m，试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。 解：根据题意列出关系式： 热流体（油）：T1=150℃→ T2=100℃ 冷流体（水）：t1=15℃→ t2=40℃ 现在要求：热流体（油）：T1=150℃→T2=80℃ 冷流体（水）：t1=15℃→ t2=开始： Q= W h C ph（T1 - T2）=50 W h C ph =W c C pc（t2-t1）=25W c C pc =K0S0Δtm Δt m=（Δt1-Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=（135-60）/ln（135/60）= 改变后： Q，=W h C ph（T1 - T2）=700 W h C ph =W c C pc（t2，-t1）=（t2，-15）W c C pc =K0S0，Δtm， ∴25/（t2，-15）=50/70 ∴t2，=50℃ Δt m， =（Δt1-Δt2，）/ln（Δt1/Δt2，）= ∴Q/Q*= K0SΔtm / K0S，Δtm，= LΔtm / L，Δtm，=50/70 ∴ L，== 7.重油和原由在单程套换热器中呈并流流动，粮站油的初温分别为243℃和128℃；终温分别为167℃和157 ℃。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及他们的终温。假设在两种流动情况下，流体的无性和总传热系数均不变，换热器的热损失可以忽略。解：由题意得： 并流时：热流体（重油）：T1=243℃→ T2=167℃冷流体（原油）：t1=128℃→ t2=157℃∴ Q =W h C ph（T1 - T2）=76 W h C ph =W c C pc（t2-t1）=29W c C pc=K0S0Δtm Δt m =（Δt1-Δt2）/ln （Δt1/Δt2）=43 改为逆流后：热流体（重油）：T1=243℃→ T2，= 冷流体（原油）：t2，= ← t1=128℃ 同理： 第二章 习题 1. 在用水测定离心泵性能的实验中，当 流量为26 m 3/h 时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152 kPa 和24.7 kPa ，轴功率为 2.45 kW ，转速为2900 r/min 。若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4m ，泵的进、出口管径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。 解：在真空表和压强表测压口处所在的截面11'-和22'-间列柏努利方程，得 22112212,1222e f p u p u z H z H g g g g ρρ-+++=+++∑ 其中：210.4z z m -=41 2.4710()p P a =-?表压 52 1.5210p Pa =?(表压) 12u u = ,120f H -=∑ 则泵的有效压头为： 5 21213(1.520.247)10()0.418.41109.81 e p p H z z m g ρ-+?=-+=+=? 泵的效率3 2618.4110100%53.2%1023600102 2.45e e Q H N ρη??==?=?? 该效率下泵的性能为： 326/Q m h = 18.14H m =53.2%η= 2.45N kW = 3. 常压贮槽内盛有石油产品，其密度为 760 kg/m 3，黏度小于20 cSt ，在贮存条件下饱和蒸气压为80kPa ，现拟用 65Y-60B 型油泵将此油品以15 m 3/h 的流 量送往表压强为177 kPa 的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5 m ，吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为1 m 和4 m 。试核算该泵是否合用。 若油泵位于贮槽液面以下1.2m 处，问此泵能否正常操作?当地大气压按101.33kPa 计。 解：要核算此泵是否合用，应根据题给条件计算在输送任务下管路所需压头,e e H Q 的值，然后与泵能提供的压头数值 比较。 由本教材附录24 (2)查得65Y-60B 泵的性能如下： 319.8/Q m h =，38e H m =，2950/min r r =， 3.75e N kW =，55%η=，() 2.7r NPSH m = 在贮槽液面11'-与输送管出口外侧截面22'-间列柏努利方程，并以截面11'- 化工原理——带答案 (D O C) 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08] 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 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 14.在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（ B ）倍。W=vpA 化工原理复习资料 一、选择题 1、两种不同的流体在进行热交换时，在各种流向中，传热温度差最大的是（②） ①并流②逆流 ③错流④折流 2、描述对流传热过程的基本规律是…………………………………………（③） ①牛顿粘性定律②傅立叶定律 ③牛顿冷却定律④费克定律 3、稳定传热是指传热系统内各点的温度……………………………………（②） ①既随时间而变，又随位置而变②只随位置而变，但不随时间而变 ③只随时间而变，但不随位置而变④既不随时间而变，又不随位置而变 4、表示流体的物理性质对传热膜系数系数的影响的准数是………………（③） ①努塞尔特准数②雷诺准数 ③普兰朗特准数④格拉斯霍夫准数 5、下列材料中导热系数最小的物质应是……………………………………（③） ①金属②建筑材料 ③气体④水 6、总传热速率公式Q＝KSΔtm中，Δtm的物理意义是…………………………（②） ①器壁内外壁面的温度差②器壁两侧流体对数平均温度差 ③流体进出口的温度差④器壁与流体的温度差 7、属于液液传质过程的单元操作是…………………………………………（②） ①气体的吸收②液体的萃取 ③结晶④固体干燥 8、液体中溶质的扩散系数与下列哪个因数无关……………………………（④） ①物系的种类②温度 ③溶质的浓度④压力 9、属于气固传质过程的单元操作是…………………………………………（①） ①固体干燥②液体的萃取 ③结晶④气体的吸收 10、混合物中某组分物质的量的与惰性组分物质的量的比值称为…………（④） ①质量分数②质量比 ③摩尔分数④摩尔比 11、混合气体中溶解度小的组分被称为………………………………………（①） ①吸收质②惰性组分 ③吸收剂④溶 12、描述分子扩散过程的基本规律是…………………………………………（④） ①亨利定律②拉乌尔定律 ③傅立叶定律④费克定律 13、属于散装（乱堆）填料的是…………………………………………………（③） ①格栅填料②脉冲填料 ③鲍尔环④波纹填料 14、在吸收操作中，吸收操作线总是位于平衡线的…………………………（①） 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= 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 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 =0.8x +0.19；y = -0.5x +0.675,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 = -0.5x +0.675知 5.01 -=-q q 故q =1/3 又675.01 =-- q x F 故x F =0.675（1-q ）=0.675×（1 -1/3）=0.45 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 = -0.5x q +0.675 y q =0.8x q +0.18 联立求解 x q =0.373 y q =0.489 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 =0.46x +0.545 解：由习题10知 x F =0.4 、x D =0.95 、R =2.6 设塔顶为全凝器，故y 1=x D =0.95 由平衡关系 y 1=0.46x 1+0.545=0.95 得 x 1=0.88 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=0.72×0.88+0.26=0.89 又 0.46x 2+0.545=0.89 得 x 2=0.75 同理 y 3=0.72×0.75+0.26=0.80 又 0.46x 3+0.545=0.80 得 x 3=0.55 y 3=0.72×0.55+0.26=0.66 又 0.46x 4+0.545=0.66 得 x 4=0.25 化工原理上册答案 The latest revision on November 22, 2020 1.某设备上真空表的读数为×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×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 = ×103 Pa ×103 Pa =×103 Pa 设备内的表压强 P 表 = -真空度 = - ×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 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×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××××=×103 N σ螺 = ×103×××n ,P油≤σ螺得 n ≥ 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 即：P A = ×103×× + ×103×× = ×103 Pa b-b ′处 P B + ρg gh 3 = P A + ρg gh 2 + ρ水银gR 1 P B = ×103×× + ×103 =×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 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 P1 = P2 + ρ水银gR ∵P1 = P4，P2 = P3 且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h） 联立这几个方程得到 ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即 ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据 1.03×103×1 - 13.6×103×0.068 = h(1.0×103-0.82×103) ｈ= 0.418ｍ化工原理答案
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