化工原理第二版第五章答案

五 蒸馏习题解答

1解:

(1)作x-y图及t-x(y)图,作图依据如下: ∵xA=(p-pB0)/(pA0-pB0); yA=pA0×xA/p

以t=90℃为例,xA=(760-208.4)/(1008-208.4)=0.6898 yA=1008×0.6898/760=0.9150 计算结果汇总: t℃ x y 4.612x/(1+3.612x) 80.02 1 1 1 90 0.6898 0.9150 0.9112 100 110 120 0.3777 130 0.0195 0.0724 131.8 0 0 0 0.4483 0.2672 0.1287 0.7875 0.6118 0.7894 0.6271 0.4052 0.0840 (2)用相对挥发度计算x-y值: y=αx/[1+(α-1)x]

式中α=αM=1/2(α1+α2) ∵α=pA0/pB0

α1=760/144.8=5.249 ;α2=3020/760=3.974 ∴αM=1/2(α1

五 蒸馏习题解答

1解:

(1)作x-y图及t-x(y)图,作图依据如下: ∵xA=(p-pB0)/(pA0-pB0); yA=pA0×xA/p

以t=90℃为例,xA=(760-208.4)/(1008-208.4)=0.6898 yA=1008×0.6898/760=0.9150 计算结果汇总: t℃ x y 4.612x/(1+3.612x) 80.02 1 1 1 90 0.6898 0.9150 0.9112 100 110 120 0.3777 130 0.0195 0.0724 131.8 0 0 0 0.4483 0.2672 0.1287 0.7875 0.6118 0.7894 0.6271 0.4052 0.0840 (2)用相对挥发度计算x-y值: y=αx/[1+(α-1)x]

式中α=αM=1/2(α1+α2) ∵α=pA0/pB0

α1=760/144.8=5.249 ;α2=3020/760=3.974 ∴αM=1/2(α1

第四章 习题

2． 燃烧炉的内层为460mm厚的耐火砖,外层为230mm厚的绝缘砖。若炉的内表面温度t1为1400℃,外表面温度t3为100℃。试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两层砖接触良好,已知耐火砖的导热系数为?1?0.9?0.0007t,绝缘砖的导

t。两式中t可分别热系数为?2?0.3?0.0003取为各层材料的平均温度,单位为℃,λ单位为W/(m·℃)。

解：设两砖之间的界面温度为t2，由

t1?t2t2?t3?b1b2，得

t1?t22?t2?100230?10?3/(0.3?0.0003?t2?t3)2?t2?949C?1?21400?t2460?10?3/(0.9?0.0007?热通量

q?t1?t2?1400?949?0.40/0.97?0.0007???2???1689W/m2

4．蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层,设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置,假定其他条件不变,试问每米管长的热损失将改变多少?说明在本题情况下,哪一种材料包扎在内层较为适合?

解：设外层的平均直径为dm2，内层平均直径为dm1，则dm2?2dm1且??2?。 由导热效率方程知：

21Q=t

第七章 传质与分离过程概论

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5.5%（质量分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.2%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2。

解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数y1和y2。

y1?0.055/170.055/17?0.945/290.002/17?0.0903

y2?

?0.00340.002/17?0.998/29 进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2为

Y1? Y2?0.09031?0.0903?0.0993

0.00341?0.0034?0.0034

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。

2. 试证明由组分A和B组成的双组分混合物系统，下列关系式成立： （1） dwA?MAMBdxA(xAMA?xBMB)2

（2）dxA?MAMB(dwAwAMA?wBMB)2

解：（1）

wA?MAxAxAMA?xBMB?MAxAxAMA?(1?xA)MB

dwMA(xAMA?xBMB)?xAMA(MA?MB)MAMB(xA?xB)A??dx22(x

第3章 干燥

1.已知湿空气的总压强为50kPa，温度为60℃相对湿度40％，试求：（1）湿空气中水气的分压；（2）湿度；（3）湿空气的密度 解：（1）查得60℃时水的饱和蒸汽压PS = 19.932kPa ∴ 水气分压 P水气 = PSф= 19.932×0.4 = 7.973kPa

（2）H = 0.622 P水气 / （P-P水气）=0.622×7.973/（50-7.973） = 0.118 kg/kg绝干 （3）1kg绝干气中含0.118kg水气

x绝干 = (1/29)/[(1/29)+(0.118/18)] = 0.84 x水气 = (0.118/18)/[(1/29)+(0.118/18)] = 0.16

∴ 湿空气分子量M0 = 18x水气 + 29x绝干气 = 18×0.16 + 29×0.84 = 27.249 g/mol

∴湿空气密度 ρ= MP/RT = （27.24×10-3×50×103）/（8.314×333） = 0.493 kg/m3湿空气

2.利用湿空气的H-I图查出本题附表中空格内的数值，并给出序号

第七章 传质与分离过程概论

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5.5%（质量分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.2%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2。

解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数y1和y2。

y1?0.055/170.055/17?0.945/290.002/17?0.0903

y2?

?0.00340.002/17?0.998/29 进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2为

Y1? Y2?0.09031?0.0903?0.0993

0.00341?0.0034?0.0034

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。

2. 试证明由组分A和B组成的双组分混合物系统，下列关系式成立： （1） dwA?MAMBdxA(xAMA?xBMB)2

（2）dxA?MAMB(dwAwAMA?wBMB)2

解：（1）

wA?MAxAxAMA?xBMB?MAxAxAMA?(1?xA)MB

dwMA(xAMA?xBMB)?xAMA(MA?MB)MAMB(xA?xB)A??dx22(x

第七章 传质与分离过程概论

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5.5%（质量分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.2%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2。

解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数y1和y2。

y1?0.055/170.055/17?0.945/290.002/17?0.0903

y2?

?0.00340.002/17?0.998/29 进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2为

Y1? Y2?0.09031?0.09030.00341?0.0034?0.0993 ?0.0034

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。

2. 试证明由组分A和B组成的双组分混合物系统，下列关系式成立： （1） dwA?MAMBdxA(xAMA?xBMB)2

（2）dxA?MAMB(dwAwAMAMAxAxAMA?xBMB?wBMB

)2 解：（1）

wA??MAxAxAMA?(1?xA)MB

dwMA(xAMA?xBMB)?xAMA(MA?MB)MAMB(xA?xB)A??dx22(x

六 吸 收

浓 度 换 算

2.1甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的: (1)摩 尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。

分 子 扩 散

2.2 估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。

2.3一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20℃空气以一定速度吹过管口,经5 小时后液 面下降到离管口2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为 7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。

2.4 浅盘内盛水。水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质 阻力相当于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。

2.5 一填料塔在常压和295K下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。在塔内某处，氨 在气相中的组成ya=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量NA = 10 - 4[kmol/m2·S],气相扩散系数DG=0.24[cm2/s],求气膜的当量厚度。

相 平 衡 与

六 吸 收

浓 度 换 算

2.1甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的: (1)摩 尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。

分 子 扩 散

2.2 估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。

2.3一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20℃空气以一定速度吹过管口,经5 小时后液 面下降到离管口2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为 7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。

2.4 浅盘内盛水。水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质 阻力相当于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。

2.5 一填料塔在常压和295K下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。在塔内某处，氨 在气相中的组成ya=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量NA = 10 - 4[kmol/m2·S],气相扩散系数DG=0.24[cm2/s],求气膜的当量厚度。

相 平 衡 与

五 蒸馏

汽液相平衡

1.1 苯(A)与氯苯(B)的饱和蒸汽压[mmHg]和温度[℃]的关系如下:

t 80.92 90 100 110 120 130 131.8 p0 A 760 1008 1335 1740 2230 2820 3020 p0 B 144.8 208.4 292.8 402.6 542.8 719 760

若苯—氯苯溶液遵循Raoult定律,且在1atm下操作,试作： (1) 苯—氯苯溶液的t—x(y)图及y—x图；

(2) 用相对挥发度的平均值另行计算苯—氯苯的x—y值。

1.2 苯—甲苯混合液的组成x=0.4(摩尔分率),求其在总压p=600[mmHg]下的泡点及平衡汽相组成。又苯和甲苯的混合气含苯40％(体积％)，求常压下的露点。已知苯—甲苯混合液服从拉乌尔定律。苯(A)和甲苯(B)的蒸汽压p0 p0 式中t为温度[℃]。 A、B [mmHg],按下述Antoine方程计算： lg p0 A=6.89740-12