宁波工程学院化工原理计算题
第五单元 精 馏
5-1．若苯－甲苯混和液在45℃时沸腾，总压为20.3kpa 。已知在45℃时，纯苯的饱和蒸气压kpa p 7.220=苯，纯甲苯的饱和蒸气压kpa p 6.70=甲苯。求其气液相的平衡组成及相对挥发度。
解：（1）平衡时苯的液相组成x 苯、气相组成y 苯
84.01.157.126.77.226.73.200
00==--=--=甲苯苯甲苯苯p p p p x 而94.084.03
.207
.220=?=?=苯苯苯x p p y
因苯-甲苯可当作理想溶液，故相对挥发度为： 0
.36
.77
.2200≈==甲苯
苯p p α 本题要求掌握泡、露点方程及其应用。
5-3．在一两组分连续精馏塔中，进入精馏段中某层理论板n 的气相组成y n ＋1为0.75，从该板流出的液相组成x n 为0.65（均为摩尔分数），塔内气液比V/L=2，物系的相对挥发度α为2.5，求：1）回流比R ；2）流入该板的液相组成x n －1；3）从该板上升的蒸气组成y n 解：1）求R 由2
11=+=R R V L （1分）可解出：2R ＝R ＋1，R ＝1
（2）求x n －1
①由精馏段操作线方程111+++=+R x x R R y D n n ，得2
65.021
75.0D x ＋＝? 解出x D ＝0.85（2分） ②因1
11+++=
-R x x R R
y D n n ，代入已知量得 2
85.021823.01+=
-n x ，解出796.01=-n x 3）求y n
可用气液平衡方程由α、x n 求出y n
()823.065
.05.1165
.05.211=?+?=-+?=
n n n x x y αα
本题要求熟练运用操作线方程和平衡方程解决精馏过程有关计算问题。 5-4．在泡点进料下，某两组分连续精馏塔的操作线方程为： 精馏段：263.0723.0+=x y 提馏段： 1.250.0187y x =-
求：1）回流比；2）馏出液；3）釜残液的组成；4）原料液的组成。 解：1）求回流比R
由精馏段操作线方程263.0723.0+=x y 可知：
723.01
=+R R
∴R ＝2.61 2）馏出液组成x D
∵
263.01
=+R x D
∴ 95.0=D x 1） 求W x
因W x 为提馏段操作线与对角线交点的横坐标，故联立两线方程： W x x y == 0187.025.1-=x y 得：W x ＝0.075 4）求原料液组成x F
当泡点进料q ＝1，此时两操作线交点的横坐标即x F 263.0723.0+=F x y 0187.025.1+=F x y 得：535.0723
.025.10187
.0263.0=-+=F x
5-5．在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。已知原料液组成为0.6（摩尔分数，下同），馏
出液组成为0.9，釜残液组成为0.02。泡点进料。求： 1）求每获得1kmol/h 馏出液时的原料液用量F ； 2）若回流比为1.5，它相当于最小回流比的多少倍？
3）假设原料液加到加料板上后，该板的液相组成仍为0.6，则上升到加料板上的气相组成。（已知物系的平均相对挥发度为3） 解：
1） 求当D ＝1kmol/h 时F 为多少
由全塔物料衡算：
W W D F +=+=1
W D F x W x D x F ?+?=?
代入已知量可解得：W ＝0.52kmol/h ，F ＝1.52kmol/h 。 2）求R/R min ，已知3=m α ①泡点进料q ＝1，则x q ＝x F ＝0.6 ②由气液平衡方程：
()818.06
.0216
.0311=?+?=-+?=q m q m q x x y αα
③求R min ，376.06
.0818.0818
.09.0min =--=
--=
q
q q D x y y x R
④求R/R min ，99.3376
.05
.1/min ==
R R （倍） 3）求上升到加料板上的气相组成
因加料板是提馏段第一层板，故所求量为y 2’ ①5.115.1=?=?=D R L kmol/h
泡点进料q ＝1，已知F ＝1.52kmol/h ，W ＝0.52kmol/h ，x W ＝0.02，x F ＝0.6 ① 提馏段操作线方程为：W m m x W
qF L W
x W qF L qF L y ?-+-?-++=+''1，
代入已知量：52
.052.15.102
.052.0'52.052.15.152.15.1'1-+?-?-++=
+m m x y ，
00416.0'208.1'1-=+m m x y
③721.000416.06.0208.100416.0'208.1'12=-?=-=x y
5-6．在常压连续提馏塔中，分离两组分理想溶液，该物系平均相对挥发度为2.0。原料液流量为100kmol/h ，进料热状态参数q 为0.8，馏出液流量为60kmol/h ，釜残液组成为0.01（易挥发组分摩尔分率），试求；
1）操作线方程；
2）由塔内最下一层理论板下流的液相组成x N 。
解：本题为提馏塔，即原料由塔顶加入，一般无回流，因此该塔仅有提馏段。再沸器相当一层理论板。
1）操作线方程
此为提馏段操作线方程，即 w m
m x V W x V L y '
-'''='+1 其中 L ′=L +qF =0+0.8×100=80kmol/h
V =D =60kmol/h
V ′=V +（q －1）F =60+（0.8－1）×100=40kmol/h W =F －D =100－60=40kmol/h 故 01.0201.040
4040801-=?-'='+x x y m m 2）塔内最下一层理论板下降的液相组成x N ′ 因再沸器相当一层理论板，故 ()0198.001
.0101
.0211=+?=-+=
'w w w x a ax y
因x N ′和y W ′呈提馏段操作线关系，即 0198.001.02=-'='N W x y 解得 x N ′=0.0149
说明：提馏塔又称回收塔。当精馏目的是为了回收稀溶液中易挥发组分时，且对馏出液的浓度要求不高，不用精馏段已可达到要求，不需回流。从稀氨水中回收氨即是回收塔的一个例子。
5-7．在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。该物系的平均相对挥发度
为2.5。原料液组成为0.35（易挥发组分摩尔分率，下同），饱和蒸气加料。塔顶采出率F
D
为40%，且已知精馏段操作线方程为y =0.75x +0.20，试求：
1）提馏段操作线方程：
2）若塔顶第一板下降的液相组成为0.7，求该板的气相默夫里效率E mv1。
解：先由精馏段操作线方程求得R 和x D ，再任意假设原料液流量F ，通过全塔物料衡算求得D 、W 及x w ，而后即可求出提馏段操作线方程。
E mv1可由默夫里效率定义式求得。
1）提馏段操作线方程 由精馏段操作线方程知
75.01
=+R R
解得 R =3.0
20.01
=+R x D
解得 x D =0.8
设原料液流量F =100kmol/h 则 D =0.4×100=40kmol/h W =60kmol/h 05.040
1008
.04035.0100=-?-?=--=
D F Dx Fx x D F W
因q =0，故
L ′=L =RD =3×40=120kmol/h
V ′=V －（1－q ）F=（R+1）D －（1－q ）F =4×40－100=60kmol/h
提馏段操作线方程为 05.0205.060
6060120-=?-'='-'''=
'x x x W L x V L y w 2）板效率E mv1
由默夫里板效率定义知： 2
*
12
11y y y y E mv --=
其中 y 1=x D =0.8
y 2=0.75×0.7+0.2=0.725
()854.07
.05.117
.05.21111*
1=?+?=-+=
x a ax y
故 %5858.0725
.0854.072
.080.01=≈--=
mv E
第六单元 吸 收
6-1. 总压为101.325kPa 、温度为20℃时，1000kg 水中溶解15kg NH 3，此时溶液上方气相中NH 3的平衡分压为2.266kPa 。试求此时之溶解度系数H 、亨利系数E 、相平衡常数m 。
解：首先将此气液相组成换算为y 与x 。
NH 3的摩尔质量为17kg/kmol ，溶液的量为15kg NH 3与1000kg 水之和。故 0156.018
/100017/1517/15=+=+==
B A A A n n n n n x 02240325101266
2...P p y *A *
===
436.10156
.00224
.0*===x y m
E =P ·m =101.325×1.436=145.5kPa
或 3.1450156
.0266
.2*===x p E A kPa
溶剂水的密度ρs =1000kg/m 3
，摩尔质量M s =18kg/kmol
382.018
3.1451000=?=≈s s EM H ρkmol/（m 3
·kPa ）
或：
()()869.01000/10001517/15//=+=+==s s A A A A A m m M m V n c ρkmol/m 3
所以 383.0266.2869.0*===A
A p c H kmol/（m 3·kPa ） 本题要求掌握亨利定律及亨利系数（E 、H 、m ）之间的互相关系。
6-2．已知常压、25℃下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利系数E 为
大气压，
溶质A 的分压为0.54大气压的混合气体分别与三种溶液接触：①溶质A 浓度为
的水溶液；②溶质A 浓度为
的水溶液；③溶质A 浓度为
的水溶液。试求1）上述三种情况下溶质A 在二相间的转移方向。2）若吸收
压力提高至3atm,再计算③的传质方向。
解： 1） E=0.15×104atm ，p=0.054atm ，P=1atm ，y=p/P=0.054
① m E
P
=
=?015104.
x 13
500211018
3610=
?=?-.. ∴y mx 110054*
.== ∴?y y y =-=10*
∴平衡 ② x 23
5
0001110
18
1810=
?=?-.. ∴y mx 220027*
.== ∴?y y y =-20*
∴气相转移至液相 ③ x 33
5
0003110
18
5410=
?=?-.. ∴y mx 330081*
.== ∴?y y y =-30*
∴液相转移至气相 2） P=3atm y=0.054 E=0.15×104
atm ∴m=E/P=0.05×104
x 4=x 3=5.4×10-5
∴y mx 440027*
.== ∴?y y y =-40*
∴气相转移至液相
说明：利用吸收相平衡关系可判断传质过程进行的方向；计算传质过程的推动力和吸收过程可达到的极限。低温高压有利于吸收。
6-3. 在常压逆流吸收塔中,用纯吸收剂吸收混合气中的溶质组分.进塔气体中溶质组分为4.5%(体积),吸收率为90%;出塔液相组成为0.02(摩尔分数),操作条件下平衡关系为Y*=1.5X 。求:
1）塔顶气相传质推动力； 2） 塔底气传质推动力； 3） 全塔平均推动力。 解:
1）y 1=0.045=4.5%
047
.0045
.01045.011
1
1
=-=-=y y Y
出塔气相组成Y 2=Y 1（1-φA ）=0.047×（1-0.90）=0.0047 进塔液相组成x 2=0. m=1.5
塔顶气相推动力：ΔY 2=Y 2-Y 2*=Y 2-mX 2=0.047-0=0.0047
2）出塔液相组成:
0204
.002
.0102.011
1
1
=-=-=x x X
塔底气相推动力:ΔY 1=Y 1-Y 1*=Y 1-mX 1=0.047-1.5×0.0204=0.0164 3）全塔气相平均推动力ΔY m ：
00936.00047.00164
.0ln 0047
.00164.0ln
2
112
1
11
=-=???-?=
?Y
Y Y Y Y m
本题要求掌握吸收过程传质推动力的计算。 6-4．某传质过程的总压为300
，吸收过程传质系数分别为
、
，气液相平衡关系符合亨利定律，亨利系数E 为
，
试求：1）吸收过程传质总系数
和
；2）液相中的传质阻力为气相的多少倍。
解：1)E = 10.67×103kPa ，P = 300kPa ，
∴Ky = 0.3919
111135571071
22
K mk k x y x =+=?+.. ∴K x = 13.94 2)
m
k k k mk x y
x
y
1
11
173=.
本题目要求掌握吸收传质系数的计算及相互关系。
6-5．在常压逆流操作的填料吸收,用清水吸收空气-氨混合气体中的氨.混合气的质量流速为580Kg/(m 2
·h).溶质组成为6%(体积),吸收率为99%,水的质量流速为770Kg/(m2·h).操作条件下平衡关系为Y*=0.9X.若填料层高度为4m 。求： 1）气相总传质单元数N OG ； 2）气相总传质单元高度H OG 。 解:
1）清水吸收x 2=0
y10.06
Y10.06381y110.06
=
==-- Y 2=Y 1（1-φA ）=0.0638×(1-0.99)=0.000638 混合气的平均摩尔质量：
Mm=M A y A +M B y B =29×(1-0.06)+17×0.06=28.28Kg/Kmol 惰气的摩尔流速
()()2V 58010.0619.28Kmol /m h 28.28
=?-=Ω 清水的摩尔流速为：
()2H2O
L 77042.78Kmol /m h M ==Ω V
0.9
mv
0.919.28S 0.4056L L
42.78?Ω=
===Ω
()()G 1Y1mX2Ln 1s s 1s Y2mX210.06380Ln 1-0.40560.4056 6.8810.40560.000638O ?-???N =-+ ???--???
??-???
=
+= ???-????
G OG Z 4H 0.58N 6.88
O =
==m 本题是吸收过程的基本计算，要求能熟练掌握传质单元数和传质单元高度的计算。 6-6．在一逆流操作的填料塔中，用循环溶剂吸收气体混合物中溶质。气体入塔组成为0.025（摩尔比，下同），液气比为1.6，操作条件下气液平衡关系为Y =1.2X 。若循环溶剂组成为0.001，则出塔气体组成为0.0025，现因脱吸不良，循环溶剂组成变为0.01，试求此时出塔气体组成。
解：两种工况下，仅吸收剂初始组成不同，但因填料层高度一定，H OG 不变，故N OG 也相同。由原工况下求得N OG 后，即可求算出新工况下出塔气体组成。
原工况（即脱吸塔正常操作）下： 吸收液出口组成由物料衡算求得：
()0151.0001.06
.10025.0025.02211=+-=+-=X Y Y L V X
吸收过程平均推动力和N OG 为：
ΔY 1=Y 1－m X 1=0.025－1.2×0.0151=0.00688
ΔY 2=Y 2－m X 2=0.0025－1.2×0.001=0.0013 00335.00013.000688
.0ln 0013.000688.0ln 21
21=-=-=Y Y Y Y Y m
?????
72.600335
.00025.0025.021=-=-=m OG Y Y Y N ?
新工况（即脱吸塔不正常）下；
设此时出塔气相组成为Y 2′，出塔液相组成为X 1′，入塔液相组成为X 2′，则吸收塔物料衡算可得： ()01.06
.1025.022211+'-='+'-=
'Y X Y Y L V
X （a ）
N OG 由下式求得
010*********
111112
12211..Y X ..ln
.mX Y mX Y ln L N OG
?-''
--='-''--= 即 72.6012
.02.1025.0ln 421=-'
'
-Y X
0.025－1.2X 1′=5.366（Y 2′－0.012） 联立式（a ）和式（b ），解得： Y 2′=0.0127 X 1′=0.0177
吸收平均推动力为：
00183.072
.60127.0025.021=-='
-=OG
m N Y Y Y ?
说明：计算结果表明，当吸收－脱吸联合操作时，脱吸操作不正常，使吸收剂初始浓度升高，导致吸收塔平均推动力下降，分离效果变差，出塔气体浓度升高。
6-7．在一填料层高度为5m 的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气中溶质组分。当液气比为1.0时，溶质回收率可达90%。在操作条件下气液平衡关系为Y =0.5X 。现改用另一种性能较好的填料，在相同的操作条件下，溶质回收率可提高到95%，试问此填料的体积吸收总系数为原填料的多少倍？
解：本题为操作型计算，N OG 宜用脱吸因数法求算。 原工况下：
()??
????+----=
S mX Y mX Y S S N
OG
22211ln 11
其中 5.0==L
mV S
因X 2=0 则：109.01111212221=-=-==--?Y Y mX Y mX Y 故 ()[]41.35.0105.01ln 5
.011
=+?--=
OG N 气相总传质单元高度为： 466.141
.35
====
OG Y OG N Z a K V H Ω 新工况（即新型填料）下：
703.45.095.0115.0ln 5.01=??????+-?='OG N 063.1703
.45
=='='='OG Y OG N Z a K V H Ω
则 38.1063
.1466.1=='='
OG OG Y Y H H a K a K
即新型填料的体积传质系数为原填料的1.38倍。
说明：对一定高度的填料塔，在其它条件不变下，采用新型填料，即可提高K Y a ，减小传质阻力，从而提高分离效果。
6-8．在填料高度为4m 的常压填料塔中，用清水吸收尾气中的可溶组分。已测得如下数据：尾气入塔组成为0.02，吸收液排出的浓度为0.008（以上均为摩尔分率），吸收率为0.8，并已知此吸收过程为气膜控制，气液平衡关系为y *
=1.5x 。求： 1）该塔的H OG 和N OG ；
2）操作液气比为最小液气比的倍数；
3）若法定的气体排放浓度必须 ≤0.002，可采取哪些可行的措施？并任选其中之一进行计算。 解： 1）%10~%502.0<=1
y 可当作低浓气体吸收，y Y x X ≈≈,
()()004.002.08.011=?-=-=2
2
y y η
2008
.0004.002.0=-=--=2
1
2
1
x x y y V L
75
.02
5.1===L mV S
()()773
.275.0004.002.075.01ln 75.0111ln 11=??????+--=??
????+----=
S mx y mx
y S S N 2
2
2
1
OG
∴=
==H h N OG OG m 04
2773
1443.. 2）
2.18.05.1min
=?=--=--=?
?
? ??*
a
1
2
1
2
1
2
1
x m
y y y x x y y V L
667.12
.12
min
==
??
? ????
? ??∴V L V L
3） 可采取的措施： a.增加填料层高度
a
K V H y
=
OG
不变（V 不变，气膜控制K a y 不变）
75.0==
L
mV S 不变
()()715
.475.0002.002.075.01ln 75.0111ln 11=??????+--=?
?
????+-'---=
'S mx y mx y S S N 2
2
2
1
OG
∴'='=?=h H N 01443
4715680OG OG m ...
∴
'==?h h 0028
4
70%. b.增大用水量
因为V 不变，气膜控制，所以K a y 不变，H OG 不变
又h 0不变，所以N OG 也不变
即
()?
?
????'+-'-'-'-='S mx y mx
y S S N 2
2
1
OG
2
1ln 11
()27731110020002.ln ..=
-'-'+'????
?
?S S S 试差'=S 027.
或由
2
2
2
1
OG
mx
y mx y S N --~
~图，查得'=S 027.
'='==L L S S 075
027
278... c.其它操作条件不变，降低操作温度，m 变小，
↓=
L
mV S ，而塔高、气相总传质单
元高度、气相总传质单元数不变，根据()??
????+----=
S mx y mx y S S N a a a b OG 1ln 11的关系图可知，↑??
?
???a b y y ，y b 不变，故气体出口浓度y a 降低。 d.其它操作条件不变，增大操作压力，由p E m =，m 变小，↓=L
mG S ，而塔高、气相总传质单元高度、气相总传质单元数不变，根据
()??
????+----=
S mx y mx y S S N
2
2
2
1
OG
1ln 11
的关系图可
知，
↑??
???
?2
1y y
，y 1不变，故气体出口浓度y 2降低。
e.其它条件不变，选用对溶质溶解度大的吸收剂，即m 小。与c 、d 分析相同，得到y 2降低。
f. 其它条件不变，改用另一种吸收性能较好的填料，提高吸收总传质系数及单位体积填料的有效传质面积增大，即↑a K Y ，气相总传质单元高度变小，塔高不变，气相总传质单元数变大，又因S 也不变，故根据
()??
????+----=
S mx y mx y S S N
2
2
2
1
OG
1ln 11
的关系图可知，
↑??
???
?2
1
y y
，y b 不
变，故气体出口浓度y 2降低。
说明：工业上提高吸收率，降低出口气体浓度的具体措施可以从吸收过程的设计方面入手，如增加塔高、改换吸收剂及改用性能良好的填料。另外一方面从吸收操作方面入手降低气体出口浓度更为方便，如降低吸收温度、提高吸收压力、适度增大吸收剂用量，若非清水
为吸收剂，还可降低吸收剂入口浓度。
第七单元萃取
7-1．现有含15％（质量）醋酸的水溶液30kg，用60 kg纯乙醚在25℃下作单级萃取，试求：
1）萃取相、萃余相的量及组成；
2）平衡两相中醋酸的分配系数，溶剂的选择性系数。
表1 在25℃下，水（B）-醋酸（A）-乙醚（S）系统的平衡数据（均以质量％表示）水层乙醚层水醋酸乙醚水醋酸乙醚
93.2 0 6.7 2.3 0 97.7
88.0 5.1 6.9 3.6 3.8 92.6
84.0 8.8 7.2 5.0 7.3 87.7
78.2 13.8 8.0 7.2 12.5 80.3
72.1 18.4 9.5 10.4 18.1 71.5
65.0 23.1 11.9 15.1 23.6 61.3
55.7 27.9 16.4 23.6 28.7 47.7
解：
1）①作溶解平衡曲线，并作几条连结线
②作F点，连结FS，测量其长度
③求作M点，F+S=M，MF/MS=S/F =60/30=2，
故M三等分FS，且靠近S
④过M点作平衡连结线，得萃取相E和萃余相R
的组成点
⑤量出线段RE、ME长度
R/E=ME/MR R=M×ME/RE=26.4kg E=M-R=63.6kg
⑥从图上读出：
萃取相E y A =0.048 y B=0.040 y s =0.912
萃余相R x A =0.063 x B =0.860 x S =0.077
2）k A= y A/x A =0.048/0.063=0.762
β=(y A/x A)/(y B/x B)=（0.048/0.063）/（0.040/0.860）=16.381
7-2.醋酸水溶液100 kg，在25℃下用纯乙醚为溶剂作单级萃取，原料液含醋酸χ=0.20，欲使萃余相中中醋酸χA=0.1（均为质量分率）。试求：
1）萃余相及萃取相的量和组成；
2）溶剂用量S。
已知25℃下物系的平衡关系为УA =1.356χA1.201
УS =1.618-0.6399e1.96УA
χS=0.067+1.43χA2.273
式中УA——与萃余相醋酸浓度χA成平衡的萃取相醋酸浓度；
УS——萃取相中溶剂的浓度；
χS——萃余相中溶剂的浓度；
УA，УS，χS均为质量分数。
解：
a. χA=0.1 УA =1.356χA1.201 =0.085
УS =1.618-0.6399e1.96УA =0.862χS=0.067+1.43χA2.273=0.075
b.作溶解度平衡曲线，找出萃余相萃取相的组成点R、E。
c.连结RE，与FS交于点M，测量ME，MR，MS，MF的长度。
d.解方程组①R/E=ME/MR②R+E=F+S ③F/S=MS/MF
代入即①R=0.6266E ②R+E=100+S ③100/S=0.7930
解得 R=87kg E=139kg S=126kg
e.故萃余相的量是 R=87kg ，其组成为χA=0.1，χB=0.825, χS=0.075
萃取相的量是E=139kg, 其组成为УA=0.085，УB=0.053，УS ==0.0862
溶剂用量S=126kg。
7-3．在25℃下以水（S）为萃取剂从醋酸（A）与氯仿（B）的混合液中提取醋酸。已知原料液流量为1000kg/h，其中醋酸的质量百分率为35%，其余为氯仿。用水量为800kg/h。操作温度下，E相和R相以质量百分率表示的平均数据列于本例附表中。
试求：1）经单级萃取后E相和R相的组成及流量；
2）若将E相和R相中的溶剂完全脱除，再求萃取液及萃余液的组成和流量；
3）操作条件下的选择性系数β；
4）若组分B、S可视作完全不互溶，且操作条件下以质量比表示相组成的分配系数K=3.4，要求原料液中溶质A的80%进入萃取相，则每公斤稀释剂B需要消耗多少公斤萃取剂S？
解：根据题给数据，在等腰直角三角形坐标图中作出溶解度曲线和辅助曲线，如附表2所示。
附表2
氯仿层（R相）水层（E相）醋酸水醋酸水
0．00 0．99 0．00 99．16
6．77 1．38 25．10 73．69
17．72 2．28 44．12 48．58
25．72 4．15 50．18 34．71
27．65 5．20 50．56 31．11
32．08 7．93 49．41 25．39
34．16 10．03 47．87 23．28
42．5 16．5 42．50 16．50
1）两相的组成和流量根据醋酸在原料液中的质量百分率为35%，在AB边上确定F点，联结点F、S，按F、S的流量用杠杆定律在FS线上确定和点M。
因为E 相和R 相的组成均未给出，需借辅助曲线用试差作图法确定通过M 点的联结线
ER 。由图读得两相的组成为
E 相 y A =27%，y B =1.5%，y S =71.5% R 相 x A =7.2%，x B =91.4%，x S =1.4%
依总物料衡算得
M=F+S
=1000+800=1800kg/h 由图量得RM =45.5mm 及RE =73.5mm kg/h 11145735451800=?=?=..RM M E
R =M －E =1800－1114=686kg/h
2）萃取液、萃余液的组成和流量 连接点S 、E ，并延长SE 与AB 边交于E ′，由图读得y E ′=92%。
连接点S 、R ，并延长SR 与AB 边交于R ′，由图读得x R ′=7.3%。 萃取液和萃余液的流量由式8-36及式8-37求得，即 kg/h 327379237351000=--?='-''-?='..x y x x F E R
E R
F kg/h 6733271000=-='-='E F R
萃取液的流量E ′也可用式8-23计算，两法结果一致。
3）选择性系数β用式8-27求得，即 5.2284
.915.1/2.727/===B B A A x y x y β
由于该物系的氯仿（B ）、水（S ）互溶度很小，所以β值较高，所得到萃取液浓度很高。 4）每公斤B 需要的S 量 由于组分B 、S 可视作完全不互溶，则用式8-34计算较为方便。有关参数计算如下： 5385.035
.0135
.01=-=-=
F F F x x X ()()1077.05385.08.0111=?-=-=F A X X ? Y S =0
Y 1与X 1呈平衡关系，即 Y 1=3.4X 1=3.4×0.1077=0.3662
S/B =（X F －X 1）/Y 1=（0.5385－0.1077）/0.3662=1.176 即每公斤稀释剂B 需要消耗1.176kg 萃取剂S 。
需要指出，在生产中因溶剂循环使用，其中会含有少量的组分A 与B 。同样，萃取液和
萃余液中也会含少量S。这种情况下，图解计算的原则和方法仍然适用，仅在三角形相图中点S、E′及R′的位置均在三角形坐标图的均相区内。
7-4.以二异丙醚在逆流萃取器中使醋酸水溶液的醋酸含量由30％降到5％（重量％），萃取剂可以认为是纯态，其流量为原料液的两倍，应用三角形图解法求出所需的理论级数。操作温度为20℃，此温度下的平衡数据如表3所示。
表3 醋酸（A）-水（B）-二异丙醚（S）在20℃下的平衡数据（质量％）
水相异丙醚相
序号
％A ％B ％S ％A ％B ％S
1 0.69 98.1 1.
2 0.18 0.5 99.3
2 1.4 97.1 1.5 0.37 0.7 98.9
3 2.7 95.7 1.6 0.79 0.8 98.4
4 6.4 91.7 1.9 1.9 1.0 97.1
5 13.30 84.4 2.3 4.8 1.9 93.3
6 25.50 71.1 3.4 11.40 3.9 84.7
7 37.00 58.6 4.4 21.60 6.9 71.5
8 44.30 45.1 10.6 31.10 10.8 58.1
9 46.40 37.1 16.5 36.20 15.1 48.7
解：
①x f=0.30在相图上定出F点，连结FS，测其长度
②求作M点，MF/MS=S/F=2，故M三等分FS，且靠近S
③按末级x N=0.05,在溶解度曲线上找出R N点，连结R N M并延长与溶解度曲线相交，
得离开第一级的萃取相浓度点E1
④连结FE 1并延长，连结R N S 并延长，交于点D ⑤过E 1点作平衡连结线，得R 1，此为第一级
⑥连结R 1D ，与溶解度曲线交于点E 2，过E 2作平衡连结线R 2E 2，此为第二级 ⑦按照⑥继续作图直至R 7时，萃余相的溶质浓度x 7=0.05 ⑧故所需要理论级数为7级。
7-5．25℃时丙酮（A ）—水（B ）—三氯乙烷（S ）系统以质量百分率表示的溶解度和联结线数据如附表4和附表5所示。
附表4溶解度数据
附表5联结线数据
水相中丙酮x A
5．96
10．0 14．0 19．1 21．0 27．0 35．0 三氯乙烷相中丙酮y A 8．75
15．0
21．0
27．7
32
40．5
48．0
用三氯乙烷为萃取剂在三级错流萃取装置中萃取丙酮水溶液中的丙酮。原料液的处理量为500kg/h ，其中丙酮的质量百分率为40%，第一级溶剂用量与原料液流量之比为0.5，各级溶剂用量相等。试求丙酮的回收率。
解：丙酮的回收率可由下式计算，即 F
F A Fx x R Fx 33-=?
关键是求算R 3及x 3。
化工原理计算练习题(含答案)
1．将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中去，要求输送量为36m 3 /h, 液体的扬升高度为7m 。输送管路由内径为80mm 的钢化玻璃管构成，总长为160（包括所有局部阻力的当量长度）。现采用某种型号的耐酸泵，其性能列于本题附表中。问：该泵是否合用？ Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 19.5 19 17.9 16.5 14.4 12 η(%) 17 30 42 46 44 已知：酸液在输送温度下粘度为1.15?10-3 Pa ?s ；密度为1545kg/m 3 。摩擦系数可取为0.015。 解：（1）对于本题，管路所需要压头通过在储槽液面（1-1’）和常压设备液面（2-2’）之间列柏努利方程求得： f e H g p z g u H g p z g u ∑+++=+++ρρ222 2112122 式中0)(0,7,0212121≈=====u ，u p p m z z 表压 管内流速：s m d Q u /99.1080 .0*785.0*360036 42 2 == = π 管路压头损失：m g u d l l H e f 06.681 .9*299.108.0160015.022 2==∑+=∑λ 管路所需要的压头：()m H z z H f e 06.1306.6711=+=∑+-= 以（L/s ）计的管路所需流量：s L Q /103600 1000 *36== 由附表可以看出，该泵在流量为12 L/s 时所提供的压头即达到了14.4m ，当流量为管路所需要的10 L/s ，它所提供的压头将会更高于管路所需要的13.06m 。因此我们说该泵对于该输送任务是可用的。 3、如图用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一表压为2.5atm 的塔内，管径为φ108×4mm 管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知： 水的流量为56.5m 3·h -1，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg·m -3，管路摩擦系数可取为0.024，计算并回答： (1)水在管内流动时的流动形态；(2) 管路所需要的压头和有效功率； 图2-1 解：已知：d = 108-2×4 = 100mm = 0.1m A=(π/4)d 2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 m
化工原理计算题
流体流动、流体输送机械习题 主要计算公式： 1、流体静力学基本方程式： gh p p ρ+=0或 2、流体的速度、体积流量、质量流量 及质量流速之间的关系： uA q v = 圆管： 2 4 d q u v π = ρ ρuA q q v m == ρ ρu A q A q G v m === 3、稳定流动时的连续性方程： 对任一截面： 常数 ==m q uA ρ 对不可压缩流体：常数=uA 4、柏努利方程： 221122 1222u p u p gz gz ρρ ++=++ 不可压缩、有外功加入的实际流体柏努利方程： ∑+++=+++f e h p u gz w p u gz ρρ2 222121122 或∑+?+?+?=f e h p u z g w ρ22 5、流体通过直管的摩擦阻力： 22 u d l h f λ = 6、摩擦因数（系数）λ 层流（ 2000 ≤e R ）： ρ μ λdu R e 6464= = 层流时直管摩擦阻力： p g z ρ+=常数
232d g lu h f ρμ= 湍流（ 5 310~103?=e R ），且在光滑管内流动时： 25 .03164 .0e R =λ 柏拉修斯（Blasius ）式 7、局部阻力计算 （1）当量长度法 22 u d l h e f λ = （2）阻力系数法 2u 2 ξ =f h 8、流体输送设备消耗的功率 η W q ηH ρgq ηP P e m v e a === H ρgq P v e = 9、并联管路 3 21V V V V ++= B fA f f f h h h h -?=?=?=?321 10、分支管路 21V V V += 1 f01 21020 0h ρP 2u gz ρP 2u gz 1 -∑+++=++ 2 f02 22h ρP 2u gz 2 -∑+++=常数=
《化工原理试题库》大全
化工原理试题库多套及答案 一：填空题（18分） 1、 某设备上，真空度的读数为80mmHg ，其绝压=___8.7m 02H , _____pa 41053.8?__. 该地区的大气压为720mmHg 。 2、 常温下水的密度为10003m Kg ，粘度为1cp ，在mm d 100=内的管内以s m 3 速度 流动，其流动类型为 ______________。 3、 流体在管内作湍流流动时，从中心到壁可以__________.___________._ _________________. 4、 气体的粘度随温度的升高而_________，水的粘度随温度的升高_______。 5、 水在管路中流动时，常用流速范围为_______________s m ,低压气体在管路中流动时，常用流速范围为_______________________s m 。 6、 离心泵与往复泵的启动与调节的不同之处是：离心泵_________________. __________________.往复泵___________________.__________________. 7、在非均相物糸中，处于____________状态的物质，称为分散物质，处于 __________状态的物质，称为分散介质。 8、 间竭过滤操作包括______._______.________._________.__________。 9、 传热的基本方式为___________.______________.__________________。 10、工业上的换热方法有_________.__________.__________.____________。 11、α称为_______________，其物理意义为____________________________. __________________________，提高管内α值的有效方法____________. 提高管外α值的有效方法______________________________________。 12、 蒸汽冷凝有二种方式，即_____________和________________ 。其中， 由于_________________________________________，其传热效果好。 二：问答题（36分） 1、 一定量的流体在圆形直管内作层流流动，若将其管径增加一倍，问能量损 失变为原来的多少倍？ 2、 何谓气缚现象？如何防止？ 3、何谓沉降？沉降可分为哪几类？何谓重力沉降速度？ 4、在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，问： （1） 传热管的壁温接近于哪一种流体的温度？ （2） 传热糸数K 接近于哪一种流体的对流传热膜糸数？ （3） 那一种流体走管程？那一种流体走管外？为什么？ 5、换热器的设计中为何常常采用逆流操作？ 6、单效减压蒸发操作有何优点？ 三：计算题(46分) 1、 如图所示，水在管内作稳定流动，设管路中所有直管管路的阻力糸数 为03.0=λ，现发现压力表上的读数为052mH ，若管径为100mm,求流体 的流量及阀的局部阻力糸数？ 2、 在一 列管式换热器中，用冷却 将C 0100的热水冷却到C 050，热水
化工原理计算题
1、 如图所示，从高位槽向塔内进料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔内的压力均为大气压。 送液管为φ45×2.5mm 的钢管，要求送液量为4.2m 3/h 。设料液在管内的压头损失为1.4m （不包括出口能量损失），试问高位槽的液位要高出进料口多少米？ 其中：z1=h ，u1=0 p1=0(表压) He=o Z2=0 p2=0(表压) hf=1.4m 将以上各值代入上式中，可确定高位槽液位的高度： 计算结果表明，动能项数值很小，流体位能主要用于克服管路阻力。 2、 如附图所示。用泵将敞口水池中的水输送至吸收塔塔顶，并经喷嘴喷出，水流量为35 m3/h 。 泵的入口管为φ108×4mm 无缝钢管，出口管为φ76×3 mm 无缝钢管。池中水深为1.5m ， 池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为20m 。水流经所有管路的能量损失为42 J/kg （不包括喷嘴）， 喷嘴入口处的表压为34 kPa 。设泵的效率为60%，试求泵所需的功率.（水密度以1000kg/m3计） 解: 取水池大液面为1-1’面，取喷嘴入口内侧为2-2’截面，取池底水平面为基准水平面， 在1面与2面之间列柏努利方程 由题 Z1=1.5 m; P1=0 (表压）； U1=0 z2=20; u2=qv/(0.785d22)=35/(3600*0.785*0.072)=2.53 m/s; P2= 34 Kpa (表压）; Wf=42 J/kg 3、 例：在操作条件25oC 、101.3kPa 下，用CO2含量为0.0001（摩尔分数）的水溶液与含CO2 10% （体积分数）的CO2 －空气混合气在一容器内充分接触。 （1）判断CO2的传质方向中，且用气相摩尔分数表示过程的推动力； （2）设压力增加到506.5kPa ，则CO2的传质方向如何？并用液相分数表示过程的推动力？ （3）若温度增加到60oC ，压力仍为506.5kPa ，则CO2的传质方向如何？ 解：（1）查表5-2得：25oC 、101.3kPa 下CO2 －水系统的E ＝166MPa ，则 因y=0.10比较得y < y*所以CO2的传质方向是由液相向气相传递，为解吸过程。 解吸过程的推动力为：Δy=y*-y = 0.164-0.10 = 0.064 （2）压力增加到506.5kPa 时，因x=1×10-4比较得x*>x 所以CO2的传质方向是由气相向液相传递，为吸收过程。 吸收过程的推动力为Δx=x*-x = 3.05×10-4-----1×10-4=2.05×10-4 由此可见，提高操作压力，有利于吸收 0.164 0.0001163916390.1013166=?=====m x y*p E m
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《化工原理II》计算试题 石油大学(北京)化工学院(第二部分)题库 2，计算题 1，(15分)在直径1.2m的Mellepak 250Y规整填料吸收塔中，空气混合物中的SO2用清水吸收吸收塔的总操作压力为101.3kpa，温度为20℃，混合气体进入塔内的流量为1000 m3/h，SO2的摩尔分数为0.09，SO2的回收率要求不低于98%，采用气相kya = 0.0524 kmol/(m·s)的总体积传质系统系统的相平衡方程为:ye=3.3x试着找出: (1)推导出计算传质单元数的公式； L？敏。m？成立，哪一个？是溶质的吸收率，m是相平衡常数；(2)测试证书:V(3)最小溶剂剂量，千克摩尔/小时； (4)如果实际溶剂量是最小溶剂量的1.2倍，计算塔水中SO2浓度(摩尔分数)；(5)计算完成分离任务所需的传质单元数量、传质单元高度和填料高度 2，(15分)一种吸收煤气中苯的吸油塔。已知煤气的流速为2240(NM3/hr)，进入塔的气体中苯含量为4%，离开塔的气体中苯含量为0.8%(以上均为体积分数)。进入塔内的油不含苯。取L=1.4 Lmin。已知体系的相平衡关系为Y * = 0.126 x。试着找出:(1)溶质吸收率？ (2)Lmin和L (kmol/h) (3)求柱组成Xb(kmol苯/kmol油)(4)求吸收过程的对数平均驱动力？Ym (5)解决非政府组织问题；用分析法； (6)以增加塔内的液体喷射量使用部分循环流量，在保证原始吸收率
的条件下，最大循环量L’是多少，并画出无部分循环和部分循环两种情况下的操作线。 3，(20分)在一个逆流操作的低浓度气体填料吸收塔中，纯矿物油被用来吸收混合气体中的溶质。已知在操作条件下，进口混合气体中的溶质含量为0.015(摩尔分数)，吸收率为85%，平衡关系Y*=0.5X努力找出:出口矿物油中溶质的最大浓度为 (1)最小液气比； (2)当吸收剂用量为最小溶剂用量的3倍时，NOG是用解析法计算的。(3)找到吸收过程的总对数平均传质驱动力？Ym。(4)当总气体传质单元的高度为1m时，计算填料层的高度； ？1？ (5)为了增加塔内液体的喷淋量，采用塔外液体部分循环流动。在保证原吸收速率的条件下，假设气相流速为，最大循环量L’是多少，并画出无部分循环和部分循环两种情况下的操作线 4。在吸收塔中，某种气体混合物与清水逆流吸收。塔中的气相组成为0.05(摩尔分数，下同)。在该操作条件下，系统的平衡关系为y*=2x，操作液气比为1.25(L/V)min，塔内气相组成为0.01，吸收过程为气膜控制，Kya∝V0.7(V为气相摩尔分数) 试算:(1)液相出口组成xb，NOG传质任务所需； (2)如果初始气液组成、流速和操作条件保持不变，当原始塔与另一个相同的塔串联和逆流操作时，离开塔的气体的最终组成是什么(3)如果初始汽液组成、流速和操作条件不变，原塔和另一个相同的塔平
【第一部分】化工原理 计算题()
【1-1】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m ，当地大气压力为101.2kPa 。试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯 化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？ 解 管中水柱高出槽液面2m ，h=2m 水柱。 (1)管子上端空间的绝对压力 绝p 在水平面11'-处的压力平衡，有 .绝绝大气压力 1012001000981281580 （绝对压力） ρ+==-??=p gh p Pa (2)管子上端空间的表压 表p (3)管子上端空间的真空度 真p (4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度'h 常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为/ccl kg m ρ=4 31594 【1-2】在20℃条件下，在试管内先装入12cm 高的水银，再在其上面装入5cm 高的水。水银的密度为/313550kg m ，当地大气压力为101kPa 。试求试管底部的绝对压力为多少Pa 。 解 水的密度/3水=998ρkg m 【1-3】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为/31250kg m 的液体，液面高度为 3.2m 。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m 及1m ，容器上部空间的压力（表压）为29.4kPa 。试求： (1)压差计读数（指示液密度为/31400kg m ）；(2)A 、B 两个弹簧压力表的读数。 习题1-1附图
解 容器上部空间的压力.29 4（表压） =p kPa 液体密度 /31250ρ=kg m ，指示液密度/301400ρ=kg m (1)压差计读数R=? 在等压面''1111上-=p p (2) ().....A p p g Pa ρ=+-=?+??=?333212941022125098156410 【1-4】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。在截面1处的流速为./05m s ，管内径为200mm ，截面2处的管内径为100mm 。由于水的压力，截面1处产生1m 高的水柱。试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h 为多少（忽略从1到2处的压头损失）? 解 ./105=u m s 另一计算法 计算液柱高度时，用后一方法简便。 【1-5】在习题1-16附图所示的水平管路中，水的流量为./25L s 。已知管内径15=d cm , .225=d cm ，液柱高度11=h m 。若忽略压头损失，试计算收缩截面2处的静压头。 解 水的体积流量 ././33252510 -==?V q L s m s ， 截面1处的流速 ../.3 12 2 1 25101274005 4 4 π π -?= = =?V q u m s d 习题1-4附图 习题1-5附图
化工原理计算题
第一章 流体流动 【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m 3与998kg/m 3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4 998 4.01830 6.01+=m ρ =（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4 ρm =1372kg/m 3 【例1-2】 已知干空气的组成为：O 221%、N 278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa 及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m 3 根据式1-3a 气体的平均密度为： 3kg/m 916.0373 314.896.281081.9=???=m ρ 【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h 1=0.7m 、密度ρ1=800kg/m 3，水层高度h 2=0.6m 、密度ρ2=1000kg/m 3。 （1）判断下列两关系是否成立，即 p A =p'A p B =p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h 。 解：（1）判断题给两关系式是否成立 p A =p'A 的关系成立。因A 与A '两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p'B 的关系不能成立。因B 及B '两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B '不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度h 由上面讨论知，p A =p'A ，而p A =p'A 都可以用流体静力学基本方程式计算，即 p A =p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2 p A '=p a +ρ2gh 于是 p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2=p a +ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×0.7+1000×0.6=1000h 解得 h =1.16m 【例1-4】 如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置
化工原理干燥计算题
1、将在常压下温度为30℃、相对湿度为20%的新鲜空气，通过第一加热器加热到某温度后，在通过一喷水室进行绝热冷却增湿到饱和状态，得到温度为45℃的湿空气，在H-I图上画出空气状态变化的过程示意图。 2、将在常压下温度为30℃、相对湿度为20%的新鲜空气，通过第一加热器加热到某温度后，再通过一喷水室进行绝热冷却增湿到饱和状态，最后通过第二加热器加热到温度为45℃、相对湿度为40%的湿空气，试在H-I图上示意绘出空气状态变化情况。 3、一常压干燥器欲将1200kg/h的湿含量为5%的湿物料干燥至1%(湿基),所用空气的t =20℃、 =75%、湿空气量V=2500m /h。干燥器出口空气的干球温度为50℃。假定为绝热干燥过程。又已知预热器以125 ℃的饱和水蒸气加热空气，其传热系数为40W/m ℃，求单位面积预热器所需传热量（预热器热损失不计）。 3、X1=5/95=0.0526 X2=1/99=0.0101 G c= 1200(1-0.05)=1140kg/h W=1140(0.0526-0.0101)=48.45kg/h 根据t0 =20℃、0 =75% ，由t-H图，查得H0=0.011kg/kg干气 =0.844m 3/kg干气 L=2500/0.844=2961kg干气/h H2=W/L+H1=48.45/2961+0.011=0.0274 kg/kg干气 I0=(1.01+1.88×0.011)×20+2492×0.011=48.0kJ/kg干气 I2=(1.01+1.88×0.0274)×50+2492×0.0274=121.3kJ/kg干气 绝热干燥过程I1=I2，即 I1=(1.01+1.88×0.011)t1+2492×0.011=121.3 t1=91.1℃
化工原理计算题例题
三 计算题 1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m ，其中压力表之后的管路长度为80m ， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ， 水的密度为1000Kg/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/h 。求： （1）整个管路的阻力损失，J/Kg ； （2）泵轴功率，Kw ； （3）压力表的读数，Pa 。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ； 由题意知， s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ （2）泵轴功率，kw ； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η 2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定 不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为 1.96J/kg ，出水管道全部阻力损失为 4.9J/kg ，压力表读数为 2.452×
化工原理计算试题
离心泵的计算 1计算题j01b10029 如图所示, 水通过倾斜变径管段(A-B), D A=100mm，D B =240mm,水流量为2m3/min,在截面A与B处接一U形水银压差计，其读数R=20mm，A、B两点间的垂直距离为h=0.3m试求:(1) 试求A、B两点的压差等于多少Pa？(2)A、B管段阻力损失为多少mmHg？(3)若管路水平放置，而流量不变，U形水银压差计读数及A、B两点压差有何变化? 计算题j01b10029 (题分：20) (1) u A=(2/60)/[(π/4)×(0.10)2]=4.244 m/s， u B=4.244×(1/2.4)2=0.7368 m/s p A/ρ＋u A2/2= gh＋p B/ρ＋u B2/2＋∑h f ∵p A/ρ－(gh＋p B/ρ)=(ρi－ρ)gR/ρ ∴p A－p B=(ρi－ρ)gR＋ρgh =(13.6-1)×103×9.81×0.020+103×9.81×0.3 =5415 Pa (2) ∑h f=(p A/ρ－gh－p B/ρ)＋u A2/2－u B2/2 =(ρi－ρ)gR/ρ＋u A2/2－u B2/2 =(13.6－1)×9.81×0.020＋(4.244)2/2－(0.7368)2/2 =11.2 J/kg 即?p f=ρ∑h f=103×11.2=11.2×103 Pa 换成mmHg: ∑H f=?p f/(ρHg?g)= 11.2×103/(13.6×103×9.81) =0.0839 mHg=83.9 mmHg (3) p A/ρ＋u A2/2=p B/ρ＋u B2/2＋∑h f ∵u A、u B、∑h f均不变，故(ρi－ρ)gR’/ρ之值不变 即R’不变，R’=R=20 mm 水平放置时p A-p B = (13.6-1)?103?9.81?0.020 =2472Pa比倾斜放置时的压差值小。 2计算题j02b20067 (20分) 如图所示的输水系统,输水量为36m3/h，输水管均为φ80×2mm的钢管，已知水泵吸入管路的阻力损失为0.2m水柱，压出管路的阻力损失为0.5m水柱，压出管路上压力表的读数为2.5Kgf/cm2。试求： (1) 水泵的升扬高度； (2) 若水泵的效率η=70%,水泵的轴功率(KW)； (3) 水泵吸入管路上真空表的读数(mmHg 柱)。 注:当地大气压为750mmHg 柱。 0.2 4.8
完整版化工原理试题库答案2
、选择题 1 ?当流体在密闭管路中稳定流动时，通过管路任意两截面不变的物理量是（ A ） A. 质量流量 B.体积流量 2. 孔板流量计是（C ）。 A. 变压差流量计，垂直安装。 C.变压差流量计，水平安装。 3. 下列几种流体输送机械中，宜采 用改变出口阀门的开度调节流量的是（ C ） A .齿轮泵 B.旋涡泵 C.离心泵 D.往复泵 4. 下列操作中，容易使离心泵产生气蚀现象的是（ B ）o A .增加离心泵的排液高度。 B.增加离心泵的吸液高度。 C.启动前，泵内没有充满被输送的液体。 D.启动前，没有关闭岀口阀门。 5?水在规格为 ①38 x 2.5mm 勺圆管中以0.1m/s 的流速流动，已知水的粘度为 1mPa-s 则其流动的型态为 （C ）o A. 层流 B.湍流 C.可能是层流也可能是湍流 D.既 不是层流也不是湍流 6?下列流体所具有的能量中，不属于流体流动的机械能的是（ D ）o A. 位能 B.动能 C.静压能 D.热能 7?在相同进、出口温度条件下，换热器采用（ A ）操作，其对数平均温度差最大。 A. 逆流 B.并流 C.错流 D.折流 &当离心泵输送液体密度增加时，离心泵的（ C ）也增大。 A .流量 B.扬程 C.轴功率 D.效率 9?下列换热器中，需要热补偿装置的是（ A ）o A ?固定板式换热器 B.浮头式换热器 C.U 型管换热器 D.填料函式换热器 10. 流体将热量传递给固体壁面或者由壁面将热量传递给流体的过程称为（ D ） A. 热传导 B.对流 C.热辐射 D.对流传热 11. 流体在管内呈湍流流动时 _____ B ____ o A. R e > 2000 B. Re>4000 C. 2000 干燥 一、填空 1．在101.33kPa的总压下，在间壁式换热器中将温度为293K，相对湿度为80%的是空气加热，则该空气下列状态参数的变化趋势是：湿度：_____________，相对湿度：__________,露点t d_________。 2．在101.33kPa的总压下，将饱和空气的温度从t1降至t2, 则该空气下列状态参数的变化趋势是：湿度：_____________，相对湿度：__________，露点t d_________。 3．在实际的干燥操作中，常用____________来测量空气的湿度。 4．测定空气中水汽分压的实验方法是测量__________。 5．对流干燥操作的必要条件是___________________；干燥过程是__________相结合的过程。 6．在101.33kPa的总压下，已知空气温为40℃，其相对湿度为60%，且40℃下水的饱和蒸汽压为7.38kPa，则该空气的湿度为_____________kg/kg绝干气，其焓为_______kJ/kg 绝干气。 7．在一定的温度和总压强下，以湿空气做干燥介质，当所用空气的湿度减少时，则湿物料的平衡水分相应__________，其自由水分相应___________。 8．恒定的干燥条件是指空气__________，____________，_____________均不变的过程。9．恒速干燥阶段又称__________控制阶段，影响该阶段干燥速度的主要因素是_________； 降速干燥阶段又称_________控制阶段，影响该阶段干燥速度的主要因素是_________。 10.在恒速干燥阶段，湿物料表面的温度近似等于__________。 11. 在常温和40℃下，测的湿物料的干基含水量X与空气的相对湿度之间的平衡关系为：当相对湿度=100%时，结合水含量为0.26kg/kg绝干料；当相对湿度=40%时，平衡含水量X*= 0.04kg/kg绝干料。已知该物料的初始含水量X1=0.43kg/kg绝干料，现让该物料在40℃下与与相对湿度为40%的空气充分接触，非结合水含量为______kg/kg绝干料，自由含水量为__________kg/kg绝干料。 12. 干燥速度的一般表达式为___________。在表面汽化控制阶段，则可将干燥速度表达式为_______________________。 13. 在恒定干燥条件下测的湿物料的干燥速度曲线如本题附图所示。其恒速阶段干燥速度为_________kg水（m2.h）,临界含水量为____________kg/kg绝干料，平衡含水量为____________kg/kg绝水量。 14. 理想干燥器或等焓干燥过程是指________________，干燥介质进入和离开干燥器的含焓值________________。 15. 写出三种对流干燥器的名称_________,_______________, _____________. 固体颗粒在气流干燥器中经历_______和_________两个运动阶段，其中_____是最有效的干燥区域。 二、选择题 1.已知湿空气的如下两个参数，便可确定其他参数( ) A. H，p B. H，t d C. H, t D. I，t as 二：计算题（50分） 1、有某平均相对挥发度为3的理想溶液，其中易挥发组份的组成为60%（縻尔分率，以下相同）的料液于泡点下送入精馏塔。要求馏出液中易挥发组份的组成不小于90%，残液中易挥发组份的组成不大于2%。 求：每获1kmol 馏出液时原料液用量？ 若回流比为1.5 ，它相当于min R 的多少倍？ 假设料液加到板上后，加料板上的浓度仍为60%，求提馏段第二块理论板上的液相组成？已知： 3=α，6.0=F x ，9.0=D x ，02.0=w x ，1=q 。相平衡关系：()x x x x y 21311+=-+=αα， F=W+D F=W+1， 9.0102.006?+?=?w F 。联立求解得：Kmol F 52.1=。 最小回流比：1=q ，q F x x ==6.0，818.06 .0.2106 .3213=+=+= x x y q 。 376.06 .0818.0818 .09.0mi n =--=--= q q q D x y y x R 。 其倍数为：4376.05.1==n 。 提馏段操作线方程：W L x W x W L L y w -- -= ' ' '. ， 52.0=W ， 02.352.15.1.'=+=+=+=F D R F L L 00416.0208.1-=x y 由6.0'1=x ， 得：72.000416.0208.1'2=-=x y 。 即：提馏段第二块板上的气相组成为0.72. 2、某吸收过程中，平衡关满足亨利定律Y=mX 。已知吸收剂和惰性气体的用量分别为L h Kmol 和 V h Kmol ，吸收过程中进出塔的气、液相浓度分别为 1Y 、2Y 、1X 、2X 。证明当解吸因素1=L mV 时，传质=-=-=??*1 21 2Y Y Y Y G mX Y dY Y Y dY N () ?-+-1 222Y Y Y L V X Y L V m Y dY 22211 222mX Y Y Y mX Y dY N Y Y G --=-= ?()=----=---=2 222212 2211mX Y mX Y mX Y mX Y mX Y N G 222 1mX Y Y Y --。 3、某干燥器将肥料从含水5%干至0.5% （湿基），干燥器的生产能力c G 为s Kg 绝干料5.1。物料进 出干燥器的温度分别为C 021及C 066。湿空气经预热后的温度为C 0127，湿度为干空气 水Kg Kg 007.0，出干燥器的温度为C 062。若干燥器内无补充热量，热损失忽略不计。试确 定干空气的消耗量及空气离开干燥器时的湿度？（K Kg Kj C s .88.1=）。干燥水分量： () ()() 21211.1.w w w w G W c ---= ，s Kg w 238.0=。 化工原理试题库 试题六 一：填充题（20分） 1、精馏分离的依据是________________________的差异，要使混合物中的 组分得到完全分离，必须进行 多次地______________._______________。 2、 相对挥发度的表示式α=______________.对于二组分溶液的蒸馏，当α=1 时，能否分离___________。 3、q 的定义式是________________________________________，饱和液体进料q=____.饱和蒸汽进料q=____.蒸汽是液体的3倍的混合进料时q=____。 4、二组分的连续精馏操作，精馏段操作线方程为245.075.0+=x y ，提馏段 操作线方程为02.025.1-=x y ，当q=1时，则=W x _____D x =______。 5、在连续精馏中，其它条件均不变时，仅加大回流，可以使塔顶产品D x _____，若此时加热蒸汽量V 不变，产品量D 将______。若在改变R 的同 时，保持塔顶采出量不变，必需增加蒸汽用量，那么冷却水用量将________。 6、压力__________.温度__________将有利于吸收的进行。 7、完成下列方程，并指出吸收糸数的单位。 ()-=i c k N k 的单位__________________. ()-=p K N G G K 的单位_______________. 8、吸收过程中的传质速率等于分子散速率的条件是___________________ 9、饱和空气在恒压下冷却，温度由1t 降至2t ，其相对湿度Φ______，绝对湿湿度H________,露点_________，湿球温度___________。 10、萃取操作的依据是_________________________________________.萃取操 作选择溶剂的主要原则是________________________________________. _______________________________-.______________________________. 二：简答题（36分） 1、叙述恒縻尔流假设的内容？ 2、板式塔塔板上造成液面落差的原因有哪些？如何防止？ 3、试推导并流吸收塔的操作线方程？并在y-x 的相图上表示出来？ 4、叙述双膜理论的论点？ 5、画出单级萃取操作相图？ 6、叙述湿空气的性能参数？ 三：计算题（44分） 1、双股进料的二元连续进料， 均为泡点液相进料，进料液为21,F F , 求第三段的汽相和液相流量？已知 第一段的汽液相流量分别为V 和L 。 2、某填料吸收塔用纯轻油吸收混 合气中的苯，进料量为1000标准h m 3。 图6-1 进料气体中含苯5%（体积百分数），其余为惰性气体。要求回收率95%。操作时轻油含量为最小用量的1.5倍，平衡关系为Y=1.4X 。已知体积吸收总糸 V 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。 流体流动、流体输送机械习题 主要计算公式: 1、流体静力学基本方程式：P P°gh或z 气常数 2、流体的速度、体积流量、质量流量及质量流速之间的关系：不可压缩、有外功加入的实际流体柏努利方程: 6、摩擦因数（系数） 层流（R e 2000）: 层流时直管摩擦阻力：64 64 R e du h f 32 lu g d2 湍流R e 3 103 ~105 ，且在光滑管内流动 时: q v uA 圆管: q m q v uA q m q v A 3、稳定流动时的连续性方程: uA 对任一截面： q m 常数 对不可压缩流体: 4、柏努利方程： 2 U i P i uA常数gZ2 2 u1P1 2 u? gz12W e gz22 2 u P W e g z h f 或2 h f h f 5、流体通过直管的摩擦阻力： l_u^ d 2 P2 11、 毕托管(皮托管) 12、 孔板流量计： q v C °A 0, 2gR(p p 0.3164 柏拉修斯 (Blasius )式 7、局部阻力计算 h f 2 l e U (1)当量长度法 h f u 2 (2)阻力系数法 &流体输送设备消耗的功率 P e p gqH n Q m W e F e p gqn 9、并联管路 V V V 2 V 3 h f 1 h f2 h f 3 h fA —v V 1 AZ V 2 A V 3 / B ] 1 10、分支管路 0 1 2 gZ o P) 2 U 1 U 2 gZ 2 gZ i h f0 1 h f0 2 常数 2gR( p p 13、离心泵的安装高度（防止汽蚀） （1）允许吸上真空（高）度HS : 是指泵入口处P1可允许达到的最高真空度，其表达式为: P P H S 冬上 pg HS —离心泵的允许吸上真空高度, m 液柱；Pa — 大气压，N/m2； —被输送液体的密度，kg/m3 如图，以贮槽液面为基准，列出槽面0—0与泵入口 则： H g P a P i 2 U 1 2g H f (a ) H g H S 2 U 1 2g H f 此式用于计算泵的安装高度 U 1 2 U i 管件 H f (2) 汽蚀余量 2 业） g 2g 静压头动压头 将此式代入上面的（ P v (P 1 P v a ）式中, 有: H g 豆 pg 习题： 1、用离心泵将池中水送到高位槽，已知管路总长 100m （包括当量长），其中压力表后为80m ，管路摩 擦系数，管内径0.05m ,当流量为10m3/h 时泵效率 为80%,求：（1）泵的轴功率；（2）压力表读数。 （取?=1000kg/m3） 解：（1）如图取1-1、2-2截面，以1-1截面为基准列 H f 1 《化工原理》试题库答案 一、选择题 1．当流体在密闭管路中稳定流动时，通过管路任意两截面不变的物理量是（A）。 A.质量流量 B.体积流量 C.流速 D.静压能 2. 孔板流量计是( C )。 A. 变压差流量计，垂直安装。 B. 变截面流量计，垂直安装。 C. 变压差流量计，水平安装。 D. 变截面流量计，水平安装。 3. 下列几种流体输送机械中，宜采用改变出口阀门的开度调节流量的是（C）。 A．齿轮泵 B. 旋涡泵 C. 离心泵 D. 往复泵 4．下列操作中，容易使离心泵产生气蚀现象的是（B）。 A．增加离心泵的排液高度。 B. 增加离心泵的吸液高度。 C. 启动前，泵内没有充满被输送的液体。 D. 启动前，没有关闭出口阀门。 5．水在规格为Ф38×2.5mm的圆管中以0.1m/s的流速流动，已知水的粘度为1mPa·s则其流动的型态为（C）。 A.层流 B. 湍流 C. 可能是层流也可能是湍流 D. 既不是层流也不是湍流 6．下列流体所具有的能量中，不属于流体流动的机械能的是（D）。 A. 位能 B. 动能 C. 静压能 D. 热能 7．在相同进、出口温度条件下，换热器采用（A）操作，其对数平均温度差最大。 A. 逆流 B. 并流 C. 错流 D. 折流 8．当离心泵输送液体密度增加时，离心泵的（C）也增大。 A．流量 B.扬程 C.轴功率 D.效率 9．下列换热器中，需要热补偿装置的是（A）。 A．固定板式换热器 B.浮头式换热器 C.U型管换热器 D.填料函式换热器 10. 流体将热量传递给固体壁面或者由壁面将热量传递给流体的过程称为（D）。 A. 热传导 B. 对流 C. 热辐射 D.对流传热 11.流体在管内呈湍流流动时B。 A.Re≥2000 B. Re>4000 C. 2000化工原理复习题..干燥计算题
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