化工原理答案

绪论习题

1.含水份52%的木材共120kg，经日光照晒，木材含水份降至25%，问：共失去水份多少千克？以上含水份均指质量百分数。

木材 木材 ? 120(1-0.52)=(120-w)(1-0.25) 照晒 ?w=43.2kg

2.以两个串联的蒸发器对NaOH水溶液予以浓缩，流程及各符号意义如图所示，F、G、E皆为NaOH水溶液的质量流量，x表示溶液中含NaOH的质量分数，W表示各蒸发器产生水蒸汽的质量流量。若

，

，

，

，问：W1、W2、E、x1各为多少？

W1kg/s W2kg/s NaOH水液 G kg/s E kg/s F=6.2Kg/s

X0=0.105

蒸发器1 蒸发器2 X2 =0.30

W1:W2=1:1.15 , X---(Wt),x1,w1,w2,D,E=? 对控制

第五章 蒸 馏 一、名词解释：

1、蒸馏：

利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进

行质量传递，实现混合物的分离。 2、拉乌尔定律：

当气液平衡时溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正比。 3、挥发度：

组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。

4、相对挥发度：

混合液中两组分挥发度之比。

5、精馏：

是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。

6、理论板：

气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。

7、采出率：

产品流量与原料液流量之比。

8、操作关系：

在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。

9、回流比：

精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。

10、最小回流比：

两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。

11、全塔效率：

在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。

12、单板效率：

是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。

二、填空题：

1、在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点

第一章 流体流动

1-1 求空气在1MPa和25℃时的密度。 解：由101.3kPa,0℃空气密度?o?1.293kg/m3得：

pTO106?2733???O??1.293?11.693kg/m

pOT101.3?103?(25?273)pM106?1000?29或????11.705kg/m3

RT8.314?(25?273)1-2 某混合溶液中乙醇含量为35%（质量分数），其余为水，试确定该混合溶液在293K时的密度。

解：查表得293K时乙醇和水的密度分别为763.6kg/m3和997kg/m3则

1??0.351?0.35??1.1103?10?3,??900.65kg/m3 763.69971-3 某水泵进口管处真空表读数为650mmHg，出口管处压力表读数为2.5kgf/c㎡。试求泵进口和出口两处的压强差为多少千帕？多少米水柱？

p1真?650mmHg?650?1.01325?105?86660Pa,p1?p0?86660Pa760?2.5kgf/cm2?2.5?98.07?103?245175Pa,p2?p0?245175Pa331.835?10.33?33.83mH2O

祁存谦 丁楠 吕树申

《化工原理》习题解答

第1章 流体流动 第2章 流体输送 第3章 沉降过滤 第4章 传热 第5章 蒸发 第6章 蒸馏 第7章 吸收 第9章 干燥 第8章 萃取 第10章 流态化

广州 中山大学化工学院（510275）2008/09/28

1

第1章 流体流动

1-1．容器A中气体的表压力为60kPa，容器B中的气体的真空度为1.2?104Pa。试分别求出A、B二容器中气体的绝对压力为若干Pa。该处环境大气压等于标准大气压。（答：A,160kPa；B,88kPa ）

解：取标准大气压为100kPa，所以得到：

PA?60?100?160kPa；

PB?100?12?88kPa。

1-2．某设备进、出口的表压分别为 -12kPa和157kPa，当地大气压为101.3kPa，试求此设备进、出口的压力差为多少Pa。 (答：-169kPa) 解：?P?P进?P出??12?157??169kPa。

1-3．为了排除煤气管中的少量积水，用如图示水封设备，水由煤气管道上的垂直支管排出，已知煤气压力为10kPa（表压）。问水封管插入液面下的深度h最小应为若干？ （答：1.02m） 解：H??P

第五章 蒸 馏 一、名词解释：

1、蒸馏：

利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进

行质量传递，实现混合物的分离。 2、拉乌尔定律：

当气液平衡时溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正比。 3、挥发度：

组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。

4、相对挥发度：

混合液中两组分挥发度之比。

5、精馏：

是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。

6、理论板：

气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。

7、采出率：

产品流量与原料液流量之比。

8、操作关系：

在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。

9、回流比：

精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。

10、最小回流比：

两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。

11、全塔效率：

在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。

12、单板效率：

是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。

二、填空题：

1、在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点

第一章 流体流动

1-1 求空气在1MPa和25℃时的密度。 解：由101.3kPa,0℃空气密度?o?1.293kg/m3得：

pTO106?2733???O??1.293?11.693kg/m

pOT101.3?103?(25?273)pM106?1000?29或????11.705kg/m3

RT8.314?(25?273)1-2 某混合溶液中乙醇含量为35%（质量分数），其余为水，试确定该混合溶液在293K时的密度。

解：查表得293K时乙醇和水的密度分别为763.6kg/m3和997kg/m3则

1??0.351?0.35??1.1103?10?3,??900.65kg/m3 763.69971-3 某水泵进口管处真空表读数为650mmHg，出口管处压力表读数为2.5kgf/c㎡。试求泵进口和出口两处的压强差为多少千帕？多少米水柱？

p1真?650mmHg?650?1.01325?105?86660Pa,p1?p0?86660Pa760?2.5kgf/cm2?2.5?98.07?103?245175Pa,p2?p0?245175Pa331.835?10.33?33.83mH2O

绪 论

【0-1】 1m3水中溶解0.05kmol CO2，试求溶液中CO2的摩尔分数，水的密度为100kg/m3。

解 水1000kg/m3?1000kmol/m3 18 CO2的摩尔分数x?0.05?8.99?10?4 10000.05?18【0-2】在压力为101325Pa、温度为25℃条件下，甲醇在空气中达到饱和状态。试求：(1)甲醇的饱和蒸气压pA；(2)空气中甲醇的组成，以摩尔分数yA、质量分数?A、浓度cA、质量浓度?A表示。

解 (1)甲醇的饱和蒸气压pA

lgpA?7.19736?1574.99 p25?238.86A?16.9kPa

(2) 空气中甲醇的组成 摩尔分数 yA?质量分数 ?A?浓度 cA?16.9?0.167

101.3250.167?32?0.181

0.167?32?(1?0.167)?29pA16.9??6.82?10?3 kmol/m3 RT8.314?298质量浓度 ?A?cAMA=6.82?10?3?32?0.218 kg/m3

【0-3】1000kg的电解液中含NaOH质量分数10%、NaCl的质量分数10%、H2O的质量分数80%，用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分离后的浓缩液中含NaOH

3.在25C下，用甲基异丁基甲酮（MIBK）从含丙酮40%（质量分数）的水溶液中萃取丙酮。原料液的流量为1500kg/h。试求：

（1）当要求在单级萃取装置中获得最大组成的萃取液时，萃取剂的用量为若干（kg/h）？ （2）若将（1）求得的萃取剂用量分作两等份进行两级错流萃取，试求最终萃余相的流量和组成。

（3）比较（1）（2）两种操作方式中丙酮的回收率（即萃出率）。 操作条件下的平衡数据见本题附表。

习题3附表1 溶解度曲线数据（质量分数） 丙酮（A） 0 4.6 18.9 24.4 28.9 37.6 43.2 47.0 48.5 水（B） 2.2 2.3 3.9 4.6 5.6 7.8 10.7 14.8 18.8 MIBK（S） 97.3 93.1 77.2 71.0 65.6 54.6 46.1 38.2 32.8 丙酮（A） 48.5 50.7 46.6 42.6 30.9 20.9 3.7 0 水（B） 24.1 25.9 32.8 45.0 64.1 75.9 94.2 98.0 MIBK（S） 27.4 23.4 20.6 12.4 5.0 3.2 2.1 2.0 0

习题3附表2 联结线数据（丙酮的质量分数）

水层 5.5

实验四

1.实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响?

无影响。因为Q=αA△tm，不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动，由 于蒸汽的温度不变，故△tm不变，而α和A不受冷流体和蒸汽的流向的影响， 所以传热效果不变。

2.蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么 措施？

不冷凝气体的存在相当于增加了一项热阻，降低了传热速率。冷凝器 必须设置排气口，以排除不冷凝气体。

3.实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷 凝水？

冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了一项热阻，降低了传热速 率。在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。

4.实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度？为什么？传热系数k接近于哪种流体的

壁温是靠近蒸汽侧温度。因为蒸汽的给热系数远大于冷流体的给热系

数，而壁温接近于给热系数大的一侧流体的温度，所以壁温是靠近蒸汽侧温 度。而总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数

5.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？

基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t 均增加，其它参数不变，故 (ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强 对α关

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 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