化工原理 第三版陈敏恒 课后答案

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解题思路：

1. 已知：xf=15%，F=30kg，S=60kg，单级萃取，

在25℃下，水(B)—醋酸(A)—乙醚(S)系统平衡数据如下表

水层 乙醚层

水 醋酸 乙醚 水 醋酸 0.933 0 0.067 0.023 0 0.88 0.051 0.069 0.036 0.038 0.84 0.088 0.072 0.050 0.073 0.782 0.138 0.080 0.072 0.125 0.721 0.184 0.095 0.104 0.181 0.65 0.231 0.119 0.151 0.236 0.557 0.279 0.164 0.236 0.287

求：(1) E，R，x，y (2) kA，β 解题思路：

乙醚 0.977 0.926 0.877 0.803 0.715 0.613 0.477

(1) 由

MSFF301

====得图中M点 FSMF+S30+603

用内插法过M点作一条平衡联结线, 得平衡时R、E相由图中读得各组组成

xA=0.06RM=5.95cm根据杠杆定律E=M

RMREyA=0.046

且量得RE=8.35cm

R=M E

(2)

kA=

yA

xA

x0A

从图中读得y0A

β=

y0A

x0A

1 y01 x0

AA

2. 已知：如图示Xf F=100kg, S=80kg 求：（1）E，R，yA，xA (2) E0，R0，yA0，xA0 解题思路： (1)由

FMFS

=

S80

M=100+80=0.44

量FS=4.6cm,

∴FM=4.6×0.44=2.04cm

得M点

用内插法过M点作一条平衡联结线得平衡时R、E相，从图中读得xA,

yA

E=M

RM

RE

R=M E

（2）从图中读得xf=0.29, xA0=0.16，yA0=0.77 物料衡算式

F=E0+R0

Fx0+R0x0 f=Ey0AA

解得E0, R0

3. 已知：F=100kg，t=25℃，xf=0.2，xA=0.1， 醋酸(A)—水(B)—乙醚系统平衡关系： yA=1.356xA1.201

yS=1.618-0.6399e1.96yA xS=0.067+1.43xA2.273 求：（1）R、E及组成 （2）S

解题思路：（1）xA=0.1

∴ yA=1.356xA1.201=1.356×0.11. 201=0.0854

×

yS=1.618-0.6399e1.96yA=1.618-0.6399e1.960.0854=0.862 yB=1-yA-yS=1-0.0854-0.862=0.0526 xS=0.067+1.430×0.12.273=0.0746 xB=1-xA-xS=1-0.1-0.0746=0.825

S+F=R+E

由物料衡算式 Fxf=RxA+EyA

S=Rx+Ey

SS

联立解出 R, E

(2) S=E+R-F

4．已知：丙酮(A)—氯仿(B)—水(S)系统，t=25℃，两级错流，xf=0.4，

SS'==1:1 FR1

求：xA2 解题思路：

作该系统相图

连FS，取M1点使FM1=M1S(S=F)，用内插法过M1点作一条平衡联结线,得E1，R1连R1S，取M2点使R1M2=M2S(S'=R1)，用内插法过M2点作一条平衡联结线,得E2，R2读萃余相xA2

解题思路：

1. 已知：F=100kg，w1=29.9%，结晶盐为Na2SO4 10H2O，t=20℃，w3=0.176，W=2kg 求：m

解题思路：

MNa2SO4=142w2=

MNa2SO4 10H2O=322

142

=0.441322

Fw1=mw2+(F W m)w3得m

2. 已知：F=100kg，w1=0.377，W=3.5kg，绝热蒸发，结晶温度t3=20℃，结晶盐不含结晶水，w3=0.233, r结晶=68kJ/kg, Cp=2.9kJ/(kg K), r水=2446kJ/kg 求：进料温度t1

解题思路：绝热蒸发即Q=0，无结晶水即w2=1 物料衡算式 Fw1=mw2+(F-W-m)w3 得 m

热量衡算式 Wr水=mr结晶+FCp(t1-t3) 得 t

3. 已知：BET法测比表面，-195℃不同N2分压下硅胶的N2平衡吸附量如下： p/kPa 9.13 11.59 17.07 23.89 26.71 x/mg/g 40.14 43.60 47.20 51.96 52.76 p0=111.0kPa A0=15.4nm2 求：a

解：以BET方程求解。

p/p0

以对p/p0作图，相应数值如下： 0

x(1 p/p)

p/p0 0.08225 0.1044 0.1538 0.2152 0.2406

p/p0

0.002233 0.002674 0.003851 0.005277 0.006005

x(1 p/p0)

作图得斜率B=0.02373 截距A=2.284×10-4 g/mg

则xm=

1

A+B

比表面a=

N0A0xm

M

104c

,（x—kg丙酮/kg活性炭，

1+417c

c—kg丙酮/m3气） ρ=1.2kg/m3，c2=0，c1=0.01kg丙酮/m3， ρB=600kg/m3，KfaB=10 l/s，qv=30m3/h

4. 已知：t=20℃，D=0.2m，L=0.6m，x=

求：τB 解题思路：

x1=

104c11+417c1

得c2=0x=x2+

x1 x2

(c c2)

c1 c2

x2=0

操作线方程

cB=0.05c1=0.05×0.01=0.0005kg/m3cS=0.95c1=0.95×0.01=0.0095kg/m3x=

104ce

=20C

1+417ce

0.0095dc

=∫=∫CBc c0.0005

e

CS

得c ce=c

dc

20c

c

104 8340c

20c104 8340c

Nof

u=

qv

π2D4

uKfaB

Hof=

L0=Hof NofτB=

(x1 x2)ρB

(L 0.5L0)

(c1 c2)u

解题思路：

1. 已知：t=30℃，P=2kPa，与三种状态水接触，

水温θ 50℃ 30℃ 18℃ 10℃ 传热方向 气 水 气 水 气 水 气 水 传质方向 气 水 气 水 气 水 气 水 求：传热、传质方向（用箭头表示）

解题思路：查水的饱和蒸汽压 50℃ Ps=12.3kPa 30℃ Ps=4.25kPa

18℃ Ps=2.08kPa 10℃ Ps=1.23kPa

以Δt为传热条件，ΔPH2O为传质条件确定传热、传质方向

2. 已知：P=101.3kPa，t1=25℃，tw1=20℃，θ=40℃，Z=∞逆流接触。 求：（1）大量空气，少量水，θ1 （2）大量水，少量空气，t2，H2 解题思路：（1）大量空气处理少量水的极限温度θ1为空气的湿球温度 θ1= tw1

（2）大量水处理少量空气的极限温度t2为水的温度 t2=θ2=40℃，且湿度为HS 查40℃下，Ps=7.38kPa

∴H=HS=0.622

PS

P P S

3. 已知：P=320kPa，t=30℃，tw=24℃，氢气—水系统，α/kH=17.4KJ/Kg求：H（kg水/kg干氢气）

解题思路：查得

24℃下，Ps=3.0kPa, rW=2436.4KJ/Kg

HMH2OW=

M pW

H2P pW

H=Hα(t t)

WW

kH rW4. 已知：P=101.3kPa，t1=30℃，tw1=28℃，t2=10℃，td2=10℃， 求：（1）析出的水分W（kg水/kg干气） （2）t3=30℃，求tw3

解题思路：（1）查水的饱和蒸汽压 28℃ ps=3.82kPa r=2434.8kJ/kg 10℃ ps=1.23kPa

HW

W=0.622

pP p

W

℃

H1.09

1=HW

r(t1 tw1)W

HpS

2=HS2=0.622P p

S

∴W=H1 H2

（2）H3=H2=0.0076kg水/kg干气

设tw3=18℃，查得Pw3=2.08kPa，rw3=2451kJ/kg

HpW3W3=0.622P pW3

tr

W

W3=t3

1.09

(HW3 H3)验tw3

解题思路：

1. 已知：t1=27℃，td1=22℃，t2=80℃， 求： 1， 2

解题思路：查水的饱和蒸汽压 22℃ 2.668kPa 27℃ 3.6kPa 80℃ 47.38kPa

1=

Pd

PS1Pd

PS2

2=

2

1

1

2. 已知：t1=65℃，tw1=40℃，t2=25℃，P=101.3kPa 求：W水，Q

解题思路：查水的饱和蒸汽压 40℃ 7.375kPa rW=2401kJ/kg 25℃ 3.168kPa

Hw=0.622

pw

P pw

H1=Hw

1.09

(t1 tw1) rw

pS

P pS

H2=HS2=0.622

W水=H1 H2

I1=（1.01+1.88H1)t1+2500H1

I2=（1.01+1.88H2)t2+2500H2 Q=I1 I2

3. 已知：P=100kPa

求：用焓——湿度图填充下表。 解题思路：查焓——湿度图

干球温湿球温湿度 度 度 kg水/kg干空气℃ ℃

相对

湿度 热焓 kJ/kg干空气

水汽分压 kPa

露点℃

32.54. 已知：t1=80℃，H1=0.01kg水/kg干气，W水=0.1kg/S，θ=30℃，

V干=10kg干气/S，忽略热损失

求：（1）ΔI （2）t2

（3）忽略ΔI，t2 解题思路：（1）喷水后气体增加的焓即液体所带入的焓

I=W水cpθ/V干=0.1×4.18×30/10=1.25kJ/kg干气

（2）I1+ΔI= I2

W0.1

H2=H1+=0.01+=0.02kg水

/kg干气

V干10

∴（1.01+1.88H1)t1+2500H1+ I=(1.01+1.88H2)t2+2500H2 （1.01+1.88H1)t1+2500(H1 H2)+ I

∴t2=

1.01+1.88H2

（3）若忽略ΔI，则I1=I2

（1.01+1.88H1)t1+2500(H1 H2)t2=

1.01+1.88H2

5. 已知：t1=30℃，td1=20℃，V湿=1000m3/h，W=2.5kg/h，t3=60℃，P=101.3kPa 求：(1) t2，H2 (2) 3

解题思路：（1）查水的饱和蒸汽压，20℃时 Pd=2.338kPa

H1=0.622

Pd

P Pd

υH1=(2.83×10 3+4.56×10 3H1)(t+273)

∴V干=

V湿VH

W水V干

H2=H1 ∵ td2=t2

∴H2=0.622得pS2

pS2

P pS2

查对应的饱和温度t2

（2）查60℃，pS3=19.91kPa

∴ 3=

pS2

pS3

6. 已知：P=101.3kPa，t=25℃, =100%，X1*=0.02kg水/kg干料

=40%，X2*=0.007kg水/kg干料, X=0.25，空气25℃， =40%

求：自由含水量，结合水量，非结合水量 解题思路：自由含水量=X-X2* 结合水量=X1*

非结合水量=X-X1*

7. 已知：N恒=1.1kg水/m2 h，GC=1000kg，A=55m2，X1=0.15kg水/kg干料， X2=0.005kg水/kg干料，X*=0，Xc=0.125kg水/kg干料， 求：τ

解题思路：∵ X1>Xc>X2

∴ 干燥过程分恒速阶段与降速阶段两部分

∴τ=τ恒+τ降=

GCX

[(X1 XC)+XClnC]AN恒X2

8. 已知：浅盘n=50只，盘底面积70×70cm，厚度h=0.02m，ρ湿=1600kg/m3， X1=0.5kg水/kg干料，X2=0.005kg水/kg干料，X*=0，XC=0.3kg水/kg干料 干燥条件：平行流过u=2m/s，t=77℃， =10%，N降∝(X-X*) 求：τ

解题思路：以一只盘为基准进行计算

G=A h ρ湿=0.7×0.7×0.02×1600=15.68kg

GC=

G

1+X1

查焓—湿图，t=77℃， =10%时，H

tw=38℃，rw=2411kJ/kg

∴υH=(2.83×10 3+4.56×10 3H)(t+273) 湿空气的密度ρ=

1+H

υH

湿空气的质量流速

G'=ρuα=0.0143(G')N恒=

0.8

α

(t tw) rw

GCX1 XC

ANA

∴τ恒=

τ降=

GCXCX lnC AN恒X2

∴τ=τ恒+τ降

9. 已知：t0=20℃，H0=0.01kg/kg干气, t1=120℃，t2=70℃，H2=0.05kg/kg干气,θ1=30℃，w1=20%,θ2=50℃，w2=5%，cps=1.5kJ/(kg ℃)，G2=53.5kg/h， Q损=0 求：（1）V空 （2）QP （3）QD

解题思路：（1）X1=

w2

1 w2

w1

1 w1

X2=

GC=G2(1 x2)W=GC(X1 X2)

V空=

WW

=

H2 H1H2 H0

(2) I1=(1.01+1.88H1)t1+2500H1

I0=(1.01+1.88H0)t0+2500H0 QP=V空(I1 I0)

(3) I2=(1.01+1.88H2)t2+2500H2

i2=(cps+cpLΧ2)θ2i1=(cps+cpLΧ1)θ1

QD=V空(I2 I1)+GC(i2 i1)

10．已知：P=100kPa，w1=0.5，w2=0.01，G=20kg/s，t0=25℃，

H0=0.005kg水/kg干气，t2=50℃， 2=60%，理想干燥器

求：（1）V （2）t1 （3）η 解题思路：（1）X1=

w2

1 w2

w1

1 w1

X2=

GC=G(1 x1)

查焓—湿图，t2=50℃， 2=60%时，H2

V干=

GC(X1 X2)H2 H1

V=V干（1+H1）（2）∵理想干燥器 ∴ I1=I2

（1.01+1.88H1)t1+2500H1=(1.01+1.88H2)t2+2500H2（1.01+1.88H2)t2+2500(H2 H1)∴t1=

1.01+1.88H1

（3）η=

t1 t2

t1 t0

11．已知：P=100kPa，w1=0.20，w2=0.01，G=1.75kg/s，t0=20℃，tw0=16℃， 2=70%，

求：（1）一次预热t1=120℃，V，η

（2）先预热至t1=120℃达 2=70%后，再加热至t3=100℃， 再达 4=70%后排出，求V，η 解题思路：（1）Xw1

1=

1 w 1

Xw2

2=

1 w

2

GC=G(1 x1)W

水=GC(X1 X2)

∵理想干燥器

∴由I—H图查得：H0，H2，t2

W水=V干（H2 H0）∴V=

W水H×（1+H

0）

2 H0

η=

t1 t2

t

1 t0

（2）

0 1 2 4 2=70%

有中间加热，理想干燥器 由I—H图得

H4=0.0615kg水/kg干气，t4=51℃ V=

W水(H+H0）

4 H×（10)

η=

(I1 I2')+(I3 I4')

(I1 I0)+(I3 I2)

H0=H1∴I1 I0=(1.01+1.88H0)(t1 t0) H2=H3

∴I3 I2=(1.01+1.88H2)(t3 t2)

I2=(1.01+1.88H0)t2+2500H0∴I1 I2=(1.01+1.88H0)(t1 t2)I4=(1.01+1.88H2)t4+2500H2∴I3 I4=(1.01+1.88H2)(t3 t4)

∴η=

(1.01+1.88H0)(t1 t2)+(1.01+1.88H2)(t3 t4)

(1.01+1.88H0)(t1 t0)+(1.01+1.88H2)(t3 t2)

12．已知：理想干燥器，V循=0.8V废，H0=0.0033kg水/kg干气，t0=16℃

t2=67℃，H2=0.03kg水/kg干气 ,G1=1500kg湿料/h，w1=0.47，w2=0.05

求：V，Q预

解题思路：X1=

w2

1 w2

w1

1 w1

X2=

GC=G(1 x1)

V干=

GC(X1 X2)

H2 H1

解法1：∵ 循环后，空气用量不变时，Q予不变，η不变

∴I0=(1.01+1.88H0)t0+2500H0 I1=I2=(1.01+1.88H2)t2+2500H2

∴Q予=V干(I2 I0)V=V干（1+H0）

解法2：由混点作物料恒算得 5Hm=H0+4H2 得HmI1=I2

（1.01+1.88Hm)t1+2500×Hm=(1.01+1.88H2)×t2+2500×H2∴

得t1，算Q干

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