化工原理习题

10. 98％的硫酸以0.6m/s 的流速在套管换热器的环隙间流动。 硫酸的平均温度为70℃，换热器内管直径为φ25×2.5mm ，外管直径是φ51×3mm 。试求：硫酸的对流传热系数。已知定性温度下硫酸的物性为： K J/kg 58.1p ?=k c ，K W/m 36.0?=λ s Pa 104.63??=-μ

3k g /m 1836=ρ；壁温60℃下硫酸黏度67.=w μcP

解：以d 1及d 2分别代表内管外径和外管内径，则当量直径d e 为

02.0025.0045.0ππ4π4π4122

12

122e =-=-=+-=d d d d d d d m 3442104.618366.002.03

e =???=

=

-μρ

u d Re （过渡区）

1.2836

.0104.61058.13

3=???==-λμ

p c Pr

湍流时的对流传热系数：

14.031

8

.0)(

027

.0'w e

Pr

Re

d μμλα=974)6

.74.6()1.28()3442(02.036.0027.014.0318.0=?= W/m 2

?K 校正系数：742.0)

3442(1061Re

10618

.158

.15=?-

=?-

=f

过渡区时对流传热膜系数：'ααf =5.722973742.0=?= W/m 2?K

15 流量为10000m 3/h （标准状况）的空气在换热器中被饱和水蒸汽从20℃加热至60℃，所用水蒸汽的压强为400kPa （绝压）。若设备热损失为该换热器热负荷的6%，试求该换热器的热负荷及加热蒸汽用量。

解：查得空气在平均温度40℃下的比热容为：c p2=1.005kJ/kg·℃。400kP 下水的相变焓为2138kJ/kg 。 空气的质量流量：12946294

.2210000

2=?=

m q kg/h 热负荷：()()6.1443600/206010005.11294631222=-???=-=t t c q Q p m kW 考虑热损失的热平衡方程：()r q Q m 1%61=+ 加热蒸汽用量：h kg s kg r Q q m /1.258/0717.02138

6

.14406.106.11==?==

第五章 吸收

缺第八题 第三题问题不完整 第五题条件不完全一致（教材：氨的吸收率为93.3%答案：吸

收后气体出口中含氨0.4％（体积）） 气液平衡

2．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体，经充分接触后，测得水中的CO 2平衡浓度为2.875×10－

2kmol/m 3，鼓泡器内总压为101.3kPa ，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m 3。

试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。 解：

查得30℃，水的kPa 2.4=s p kPa 1.972.43.101*=-=-=s A

p p p

稀溶液：3kmol/m 56.5518

1000

==

≈

S

M c ρ

42

1017.556.5510875.2--?=?==c c x A

kPa 10876.110

17.51.975

4

*?=?==-x p E A )m k m o l /(k P a 1096.21.9710875.23

42*??=?==--A

A p c H

18523

.10110876.15

=?==p E m 3．在压力为101.3kPa ，温度30℃下，含CO 220％（体积分数）空气-CO 2混合气与水充分接触，试求液相中CO 2的摩尔浓度。 解：

查得30℃下CO 2在水中的亨利系数E 为1.88×105kPa CO 2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液 kPa)kmol/(m 1096.218

1088.11000

345

??=??=

=

-S

S

EM H ρ

kPa 3.203.10120.0*A =?==yp p

334

*km ol/m 1001.63.2010

96.2--?=??==A A Hp c 5．用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨6％（体积），吸收后气体出

口中含氨0.4％（体积），溶液出口浓度为0.012（摩尔比），操作条件下相平衡关系为

X Y 52.2*=。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。

解：

064.006

.0106

.01111=-=-=

y y Y 03024.0012.052.252.21*1=?==X Y 00402.0004

.01004

.01222=-=-=

y y Y 0052.252.22*2=?==X Y

塔顶： 00402.000402.0*

222==-=?Y Y Y

塔底： 034.003024.0064.0*

111=-=-=?Y Y Y 吸收过程设计型计算

10． 用20℃的清水逆流吸收氨－空气混合气中的氨，已知混合气体温度为20℃，总压为101.3 kPa ，其中氨的分压为1.0133 kPa ，要求混合气体处理量为773m 3/h ，水吸收混合气中氨的吸收率为99％。在操作条件下物系的平衡关系为X Y 757.0*

=，若吸收剂用量为最小用的2倍，试求（1）塔内每小时所需清水的量为多少kg ？（2）塔底液相浓度（用摩尔分数表示）。 解：

（1） 01.00133

.13.1010133

.11=-==

B A p p Y 412101)99.01(01.0)1(-?=-=-=ηY Y

kmol/h 8.31)01.01(4

.22293273

773=-??=

V

kmol/h 8.230757

.001.0)

0001.001.0(8.312

*121min =--=--=X X Y Y V

L

实际吸收剂用量L =2L min =2×23.8=47.6kmol/h ＝856.8 kg/h （2） X 1 = X 2+V （Y 1-Y 2）/L =0+

0066.06

.47)

0001.001.0(8.31=-

12．用SO 2含量为1.1×10-3(摩尔分数)的水溶液吸收含SO 2为0.09（摩尔分数）的混合气中的SO 2。已知进塔吸收剂流量为 37800kg/h ，混合气流量为100kmol/h ，要求SO 2的吸收率为80%。在吸收操作条件下，系统的平衡关系为X Y 8.17*

=，求气相总传质单元数。 解： 吸收剂流量kmol/h 210018

37800

==

L 099.009

.0109

.01111=-=-=

y y Y 0198.0)8.01(099.0)1(12=-=-=ηY Y

惰性气体流量km ol/h 91)09.01(100)1(1001=-=-=y V

3321211053.4)0198.0099.0(2100

91101.1)(--?=-+?=-+

=Y Y L V X X 0184.01053.48.17099.03*111=??-=-=?-Y Y Y 43*222102.2101.18.170198.0--?=??-=-=?Y Y Y

344

2

1

21101.4102.20184

.0ln 102.20184.0ln ---?=??-=???-?=?Y Y Y Y Y m

3.19101.40198

.0099.03

21=?-=?-=

-m OG Y Y Y N

第六章 蒸 馏

缺第二题

类第4题、在压强为101.3kPa 下，正己烷-正庚烷物系的平衡数据如下：

t,℃ 30 36 40 46 50 56 58 x 1.0 0.715 0.524 0.374 0.214 0.091 0 y

1.0

0.856

0.770

0.625

0.449

0.228

试求：（1）正己烷组成为0.5（摩尔分数）的溶液

的泡点温度及其平衡蒸汽的组成；（2）将该溶液加热到45℃时，溶液处于什么状态？各相的组成是多少？（3）将溶液加热到什么温度才能全部气化为饱和蒸汽？这时蒸汽的组成是多少？

解：由所给平衡数据做t-x-y 图（见本题附图）。 （1）当x A =0.5时，由图中读得泡点温度t s =41℃，其平衡瞬间蒸汽组成y A =0.75；

（2）当t =45℃时，溶液处于气液共存状态，此时 x A ‘

=0.38 ，y A ’

=0.64 ；

（3）由图知，将溶液加热到49℃时，才能全部汽化为饱和蒸汽，蒸汽组成为0.5 。

类第6题5、在一连续精馏塔中分离某混合液，混合液流量为5000kg/h ，其中轻组分含量为30％（摩尔百分数，下同），要求馏出液中能回收原料液中88％的轻组分，釜液中轻组分含量不高于5％，试求馏出液的摩尔流量及摩尔分数。已知M A =114kg/kmol , M B =128kg/kmol 。

解：由于 kmol/h 39.40128

7.01143.05000

=?+?=

F

又 Dx D / Fx F =88% 所以 由全塔物料衡算

F =D +W 40.39=D +W

Fx F =Dx D +Wx W 40.39×0.3=0.88×40.39×0.3+0.05W 解之 D =11.31kmol/h 所以 943

.031

.113

.039.4088.088.0=??==D Fx x F D

类8、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

类9、某理想混合液用常压精馏塔进行分离。进料组成含A81.5％，含B18.5％（摩尔百分数，下同），饱和液体进料，塔顶为全凝器，塔釜为间接蒸气加热。要求塔顶产品为含A95％，塔釜为含B95％，此物系的相对挥发度为2.0，回流比为4.0。试用（1）逐板计算法，（2）图解法分别求出所需的理论板层数及进料板位置。

解：（1）逐板计算法

由于塔顶为全凝器，所以 y 1=x D =0.95 由相平衡方程式及精馏段操作线方程式：

x

x

x x y +=-+=

12)1(1αα

19.08.01

11+=+++=

+x R x x R R

y D n n 由上两式交替计算至 x 3=0.759 < x F 所以第三层为进料板。

因为泡点进料 q =1 ，故提馏段操作线方程：

W m W m W m W m W W m m x R D F x R D F R x D

L D W x D L D F D L D L Wx x D L F

L V Wx x V F L F q V Wx x F q V qF

L V Wx x V L y 11111)1()1('

''1+--++=+-++=+-

++=-+=-+-

-++=-=+

习题6－9附图

又因为

176.105

.0815.005.095.0=--=--=W F W D x x x x D F 所以 3110765.1035.105.05

1

176.15176.14-+?-=?--+=

m m m x x y 由相平衡方程式与上述提馏段操作线方程式交替计算至 x 10=0.036< x W 所以理论板层数N T =10-1=9层（不包括塔釜）。 计算结果如下表

（2）图解法 由

19.01

=+R x D

在图中做精馏段操作线，因为q =1，故q 线为一垂直线并与精馏段操作线相交，交点与（0.05，0.05）点连接，得到提馏段操作线。然后在操作线与平衡线之间绘阶梯，如该题附图所示，得到N T =10-1=9层（不包括塔釜），第三块为进料板。

两种方法结果一致。

类11、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。

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 习题6－13附图

习题6－14附图

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。当我被上帝造出来时，上帝问我想在人间当一个怎样的人，我不假思索的说，我要做一个伟大的世人皆知的人。于是，我降临在了人间。

我出生在一个官僚知识分子之家，父亲在朝中做官，精读诗书，母亲知书答礼，温柔体贴，父母给我去了一个好听的名字：李清照。

小时侯，受父母影响的我饱读诗书，聪明伶俐，在朝中享有“神童”的称号。小时候的我天真活泼，才思敏捷，小河畔，花丛边撒满了我的诗我的笑，无可置疑，小时侯的我快乐无虑。

“兴尽晚回舟，误入藕花深处。争渡，争渡，惊起一滩鸥鹭。”青春的我如同一只小鸟，自由自在，没有约束，少女纯净的心灵常在朝阳小，流水也被自然洗礼，纤细的手指拈一束花，轻抛入水，随波荡漾，发髻上沾着晶莹的露水，双脚任水流轻抚。身影轻飘而过，留下一阵清风。

可是晚年的我却生活在一片黑暗之中，家庭的衰败，社会的改变，消磨着我那柔弱的心。我几乎对生活绝望，每天在痛苦中消磨时光，一切都好象是灰暗的。“寻寻觅觅冷冷清清凄凄惨惨戚戚”这千古叠词句就是我当时心情的写照。

最后，香消玉殒，我在痛苦和哀怨中凄凉的死去。

在天堂里，我又见到了上帝。上帝问我过的怎么样，我摇摇头又点点头，我的一生有欢乐也有坎坷，有笑声也有泪水，有鼎盛也有衰落。我始终无法客观的评价我的一生。我原以为做一个着名的人，一生应该是被欢乐荣誉所包围，可我发现我错了。于是在下一轮回中，我选择做一个平凡的人。

我来到人间，我是一个平凡的人，我既不着名也不出众，但我拥有一切的幸福：我有温馨的家，我有可亲可爱的同学和老师，我每天平凡而快乐的活着，这就够了。

天儿蓝蓝风儿轻轻，暖和的春风带着春的气息吹进明亮的教室，我坐在教室的窗前，望着我拥有的一切，我甜甜的笑了。我拿起手中的笔，不禁想起曾经作诗的李清照，我虽然没有横溢的才华，但我还是拿起手中的笔，用最朴实的语言，写下了一时的感受：

人生并不总是完美的，每个人都会有不如意的地方。这就需要我们静下心来阅读自己的人生，体会其中无尽的快乐和与众不同。

“富不读书富不久，穷不读书终究穷。”为什么从古到今都那么看重有学识之人？那是因为有学识之人可以为社会做出更大的贡献。那时因为读书能给人带来快乐。

自从看了《丑小鸭》这篇童话之后，我变了，变得开朗起来，变得乐意同别人交往，变得自信了……因为我知道：即使现在我是只“丑小鸭”，但只要有自

信，总有一天我会变成“白天鹅”的，而且会是一只世界上最美丽的“白天鹅”……

我读完了这篇美丽的童话故事，深深被丑小鸭的自信和乐观所折服，并把故事讲给了外婆听，外婆也对童话带给我们的深刻道理而惊讶不已。还吵着闹着多看几本名着。于是我给外婆又买了几本名着故事，她起先自己读，读到不认识的字我就告诉她，如果这一面生字较多，我就读给她听整个一面。渐渐的，自己的语文阅读能力也提高了不少，与此同时我也发现一个人读书的乐趣远不及两个人读的乐趣大，而两个人读书的乐趣远不及全家一起读的乐趣大。于是，我便发展“业务”带动全家一起读书……现在，每每遇到好书大家也不分男女老少都一拥而上，争先恐后“抢书”，当我说起我最小应该让我的时候，却没有人搭理我。最后还把书给撕坏了，我生气地哭了，妈妈一边安慰我一边对外婆说：“孩子小，应该让着点。”外婆却不服气的说：“我这一把年纪的了，怎么没人让我呀？”大家人你一言我一语，谁也不肯相让……读书让我明白了善恶美丑、悲欢离合，读一本好书，犹如同智者谈心、谈理想，教你辨别善恶，教你弘扬正义。读一本好书，如品一杯香茶，余香缭绕。读一本好书，能使人心灵得到净化。书是我的老师，把知识传递给了我；书是我的伙伴，跟我诉说心里话；书是一把钥匙，给我敞开了知识的大门；书更是一艘不会沉的船，引领我航行在人生的长河中。其实读书的真真乐趣也就在于此处，不是一个人闷头苦读书；也不是读到好处不与他人分享，独自品位；更不是一个人如痴如醉地沉浸在书的海洋中不能自拔。而是懂得与朋友，家人一起分享其中的乐趣。这才是读书真正之乐趣呢！这所有的一切，不正是我从书中受到的教益吗？

我阅读，故我美丽；我思考，故我存在。我从内心深处真切地感到：我从读书中受到了教益。当看见有些同学宁可买玩具亦不肯买书时，我便想到培根所说的话：“世界上最庸俗的人是不读书的人，最吝啬的人是不买书的人，最可怜的人是与书无缘的人。”许许多多的作家、伟人都十分喜欢看书，例如毛泽东主席，他半边床上都是书，一读起书来便进入忘我的境界。

书是我生活中的好朋友，是我人生道路上的航标，读书，读好书，是我无怨无悔的追求。

一片硝烟，尸体遍野，鲜血染红了土壤，唯有无名之氏在那遥远的一角低声怒喊。驱除鞑掳成为了唯一的口号，整个中华大地沾满了血和泥，到处都是阴暗。即使在那静谧的树丛中，依然传来阵阵枪响，爱国之士不噤问到：“我们的家园到底在哪里？”

那时的人们生活在水深火热之中了，饥寒问题成为每天都需要讨论的问题，或许能再次看到明天的太阳就是一件幸事。法西斯主义者们在中国大陆上烧杀抢掠，可是消灭不了人们对于祖国独立的信心，战后又会有无数的战士起来反抗加入下一场战斗。一批又一批的战士们不断起来，所以有了如今的中国民族共和国，有了如今幸福安稳的生活。透过历史镜头，我仿佛看到战后那朵鲜艳的玫瑰花，是那么明艳动人，孩子们依旧在静谧的夏夜数着星星，在烛火中朗读，因为他坚信祖国会向巨人一样再次站立，会再次成为东方的一颗耀眼明珠，绽放光芒。

如今的中国高楼林立，阡陌交通，人们不仅满足了温饱问题，更是拥有了许多娱乐设施。没有前辈们在战场上的枪林弹雨，冒着生命危险奋勇杀敌，就没有今日的天伦之乐、安稳的日常；没有前辈们饥寒交迫的忍耐与那份“不破楼兰终不还”的决心，就没有如今餐桌上的美味佳肴与色彩斑斓的饮品；没有前辈们在挖地道时汗水的付出与卖力的劳动，就没有今天繁荣富强的新中国与一张张灿烂的微笑。当初我们的国耻家恨是在一个个战士的英勇拼搏下消亡的，我们应该永远铭记在脑海中，珍惜这来之不易的和平，也要为祖国的明天奉献力量，尽自己所能。前辈们的血不会白留，我们后来者一定会用双手托起祖国的未来，而祖国一定会像海上的太阳透着金黄的脸，冉冉升起。