化工原理下册第六章吸收习题答案解析
6-1 已知在101.3 kPa(绝对压力下)，100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。试求：
(1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1)； (2) 亨利系数E(Pa)； (3) 相平衡常数m ；
(4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ，E ，m 值。
（假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为1000
3/m kg ）
解：（1）根据已知条件
Pa p NH 987*3=
3/5824.01000
/10117
/13m kmol c NH ==
定义
333*NH NH NH H c p =
()Pa m kmol p c H NH NH NH ??==-34/109.5333
（2）根据已知条件可知
0105.018
/10017/117
/13=+=
NH x
根据定义式
333*NH NH NH x E p =
可得
Pa E NH 41042.93?=
（3）根据已知条件可知
00974.0101325/987/*
*33===p p y NH NH
于是得到
928.0333*==NH NH NH x y m
（4）由于H 和E 仅是温度的函数，故3NH H 和3NH E 不变；而
p E px Ex px p x y m ====**
，与T 和p 相关，故309.0928.03
1'
3
=?=NH m 。 分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。
（2）注意E ，H 和m 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。
6-2 在25℃下，CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触：
(1) 含CO 2为0.01 mol/L 的水溶液； (2) 含CO 2为0.05 mol/L 的水溶液。 试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。
解： 由亨利定律得到
*
2
250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出
()kPa E CO 51066.1252?=℃ 所以可以得到
4
*1001.32
-?=CO x 又因为
()()3
45
25/10347.318
1066.1100022
2m kPa kmol EM H O
H O
H CO ??=??=
≈
-ρ℃ 所以得
3
4*/0167.05010347.32
22m kmol p H c CO CO CO =??==- 于是：（1）为吸收过程，3/0067.0m kmol c =?。 （2）为解吸过程，3/0333.0m kmol c =?。
分析 （1）推动力的表示方法可以有很多种，比如，用压力差表示时： ① kPa H c p
CO CO CO 9.2910347.301
.04
*
2
22
=?=
=
-
推动力 kPa p 1.20=?（吸收）
② kPa H c p CO CO CO 4.14910
347.305
.04
*
2
22
=?=
=- 推动力 kPa p 4.99=?（解吸） 或者 , 用摩尔分数差表示时 ① 由4108.118
100001
.02-?==
CO x ，判断出将发生吸收过程，推动力410201.1-?=?x ；
②由 41092-?=CO x ，判断出将发生解吸过程，推动力41099.5-?=?x （2）推动力均用正值表示。
6-3 指出下列过程是吸收过程还是解吸过程，推动力是多少，并在x-y 图上表示。 (1) 含SO 2为0.001(摩尔分数)的水溶液与含SO 2为0.03(摩尔分数)的混合气接触，总压为101.3 kPa ，t=35℃； (2) 气液组成及总压同(1) ，t=15℃；
(3) 气液组成及温度同(1) ，总压为300 kPa(绝对压力)。
解 (1) 根据《化工原理》教材中表 8-1 知T = 35℃时，SO 2 的 kPa E 410567.0?=, 故
563
.10110567.04
=?==P E m
根据相平衡关系 , 得
056.0001.056*=?==A A mx y
由于A A y y >*，所以将发生解吸过程。传质推动力为
026.003.0056.0=-=?y
(2 ) T = 15℃时 , SO 2的 kPa E 410294.0?=，故
293
.10110294.04
=?==P E m
根据相平衡关系 , 得
029.0001.029*=?==A A mx y
由于A A y y <*，所以将发生吸收过程。 传质推动力为
001.0029.003.0=-=?y
(3)同理可知 , 当 T = 35℃，p = 300 kPa 时 ,kPa E 410567.0?=，故9.18==
P
E
m 0189.0001.09.18*=?==A A mx y
由于A A y y <*，所以将发生吸收过程。推动力为
0111.00189.003.0=-=?y
示意图见题6-3 图。
题6-3 图
分析 体会通过改变温度和总压来实现气液之间传质方向的改变 ,即吸收和解吸。
6-4 氨-空气混合气中含氨0.12(摩尔分数)，在常压和25℃下用水吸收，过程
中不断移走热量以使吸收在等温下进行。进气量为1000 m 3 ，出口气体中含氨0.01(摩尔分数)。试求被吸收的氨量(kg)和出口气体的体积(m 3) 。
解 惰性气体量 388088.01000m V =?=，进口中 NH 3 之量为3120m ,出口中NH 3 之量为3988
.012.099
.001.0120m =?
,于是总出气量= 880 + 9 =3889m ,被吸收的NH 3量为
mol 4544298
8.314101325
8890.01-298314.8101325100012.0=??????
,为 77.3kg 。
分析 (1) 进行物料衡算时应以摩尔数或者质量为基准,一般不以体积为基准。此
处由于温度和压力均不变,故摩尔数的变化正比于体积的变化,所以以体积作为衡算的基准。
(2) 本题是并流还是逆流? 有区别吗 ?
(3) 如何才能不断移走热量? 该用填料塔还是板式塔 ? (4) 不移走热量对吸收有什么影响 ?
6-5 一浅盘内存有2mm 厚的水层，在20℃的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为5mm 的静止空气膜层，此空气膜层以外的水蒸气分压为零。扩散系数为2.6×10-5m 2/s ，大气压强为1.013×105Pa 。求蒸干水层所需时间。
解：本题中水层Z 的变化是时间θ的函数，且与扩散速率有关。
1
2
2121ln B B B B A A A p p p p p p RTZ DP N --=
查教材附录水的物理性质得，20℃时水的蒸汽压为2.3346kPa 。已知条件为：
,3.101,97.983346.23.101,3.101,0,3.101221221kPa p p P kPa p kPa p kPa p kPa p B A B B A A =+==-====
代入上式得：
()
s
m kmol p p p p p p RTZ DP N B B B B A A A ??=--?????=--=26-5-122121/1003.597.983
.101ln
97.983.10103.101005.0293314.83.1011060.2ln 水的摩尔质量kmol kg M /18=，设垂直管截面积为A ，在θd 时间内汽化的水量应等于水扩散出管口的量，即
AdZ M
Ad N A ρ
θ= 则s m M N d dZ A /10054.9100018
1003.586--?=??==ρθ
在0=θ，0=Z 到0=θ，m Z 3102-?=之间积分，得
s 48
-3
-1021.210
054.9102?=??=θ 6-6 含组分A 为0.1的混合气，用含A 为0.01（均为摩尔分数）的液体吸收其中的A 。已知A 在气、液两相中的平衡关系为y x =，液气比为0.8，求： (1) 逆流操作时，吸收液出口最高组成是多少？此时的吸收率是多少？若
5.1=G L
，各量又是多少？分别在
y-x 图上表示；
(2) 若改为并流操作，液体出口最高组成是多少？此时的吸收率又是多少？ 解 (1) 逆流操作(题6-6 图(a))时，已知
题6-6 图
01.001.0101.02≈-=
X ，11.01
.011
.01=-=Y
① 当18.0=<=m V L ，以及塔高无穷高时,在塔底达到两相平衡(题8-9图(b)),
11.01*1max 1===m Y X X 。根据物料衡算可知
()
()03.001.011.08.011.02*
112=-?-=--
=X X V
L Y Y 此时 , 吸收率为
%7.7211
.003
.011.0=-=
E
② 当15.1=>=m V L ,以及塔高无穷高时,在塔顶达到吸收平衡(题 8-9图(b))，01.02*2min 2===mX Y Y 。仍可以根据物料衡算 ()()min 2121Y Y V X X L -=-，
求出
077.01=X
%9.9011
.001
.011.0=-=
E
(2) 并流操作且8.0=V L 时(题8-9 图(c))，因为∞=H ，所以有
11mX Y =
根据操作线关系,有
V
L
X X Y Y -=--1212
式①，②联立，求得:
0655.011==Y X
于是
%5.4011
.00655
.011.0=-=
E
分析 逆流吸收操作中，操作线斜率比平衡线斜率大时，气液可能在塔顶呈平衡；此时吸收率最大，但吸收液浓度不是最高。
操作线斜率小于平衡线斜率时，气液在塔底呈平衡；吸收液浓度是最高的，但吸收率不是最高。
6-7 用水吸收气体中的SO 2 ，气体中SO 2 的平均组成为0.02(摩尔分数)，水中SO 2 的平均浓度为1g/1000g 。塔中操作压力为10.13kPa(表压)，现已知气相传质分系数G k =0.3×10-2kmol/（m 2·h·kPa），液相传质分系数L k = 0.4 m/h 。操作条件下平衡关系50y x =。求总传质系数K Y （kmol/（m 2·h））。 解 根据
()()()()()()()()*********
11111111y y p p p K y y y y p p K y y y y K y y y y K Y Y K N A
A Y Y Y Y Y A ---=---=---=???
? ??---=-=和
()
*A A G A p p K N -=
得
()()
*11y y pK K G Y --=
现已知kPa p 4.111=，02.0=y ，4*1081.218
100064164
150-?=+?==A mx y ，因此
要先根据下式求出G K 才能求出Y K :
L
G G Hk k K 111+= 因此还要求出 H ：
()
kPa m kmol pmx c x p c H A A A A ?=?≈==
3*
/01.050
4.111181000 于是便可求出
()
kPa h m kmol K G ??=2/0017.0
和
()
h m kmol K Y ?=2/187.0
分析 此题主要练习各种传质系数之间的转换关系，第二目的是了解各系数的量级。
6-8 在1.013×105Pa 、27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两
相中的浓度很低，平衡关系服从亨利定律。已知H=0.511 kPa ·m 3/kmol ，气膜吸收分系数k G =1.55×105kmol/(m 2·s·kPa)，液膜吸收分系数k L =2.08×105 (m/s)。试求吸收总系数K G 并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数。
解 根据定义式()()A A
L A
A G A c c K p p K N -=-=**和H
c p A A
*
*=，可知
G L K H
K 1
=
所以只要求出G K 即可。又
24371673417637075
.01098.111067.511113-5-=+=??+?=+=L G G Hk k K 所以
()
Pa h m kmol K G ???=25-/101.4
h m K L /02.0=
因为
G k 1为气相阻力，G
K 1为总阻力，故 %4.722437117637==总阻力气相阻力
分析 此题应和题6-9一起综合考虑。
6-9 在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为27℃，压强为1.013×105Pa 。稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为37.5mmHg ，液相中甲醇浓度为2.11kmol/m 3。试根据题6-8中有关数据计算出该截面的吸收速率。
解 吸收速率可以用公式 ()*p p K N G A -=求出。其中
kPa p 07.5=
kPa H c p 33
*
10023.1955
.1102--?=?==
()
kPa s m kmol Hk k K L
G G ???=??+
?=
+=
---255
5/1012.11008.2955.11
1055.111
111
于是可得
()()
s m kmol N A ??=?-??=---2535/1068.510023.107.51012.1
分析 (1) 此时，根据()()55-1068.5-07.51055.1-?=?=-=i i G A p p p K N , 还可以计算出气液界面气相侧中的甲醇分压（kPa p i 405.1=）以及液相侧中的甲醇浓度 （3/748.2m kmol Hp c i i ==），此值远高于主体溶液中的甲醇浓度 。
(2) 是不是题目有些问题？含5%甲醇的空气似乎应是入口气 体，因此3/2m mol 应是出塔液体的浓度，而此液体的浓度也太低了 (质量分数仅为0.0064%)，这些水又有何用呢？
(3) 若将题目中 甲醇浓度改为3/2m kmol ，则质量分数为6.4 %，便可以用精馏法回收其中的甲醇。
6-10 附图为几种双塔吸收流程，试在y-x 图上定性画出每种吸收流程中A 、B 两塔的操作线和平衡线，并标出两塔对应的气、液相进出口摩尔分数。
题6-10附图
(c)
（d ）
6-11 在某逆流吸收塔内，于101.3kPa 、24℃下用清水吸收混合气体中的H 2S ，将其浓度由2%降至0.1%（体积分数）。系统符合亨利定律，E =545×101.3kPa。
11
(a)
(b)
(c)
(d)
1
1
1
1
a
3
x
y 3
y
1
231
y 2x
y 2
y 3
2
13
y 1
若吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试计算操作液气比及出口液相组成。 解：已知 y 1=0.02 y 2=0.001 KPa 1052.5E 4?= P =101.33KPa 则 0204.002.0-102.01Y ==
001.0001
.0-1001
.0Y2==
75.54433
.1011025.5P E m 4=?==
5.51775
.5440204.0001.00204.0m Y1Y2-Y1V L min
=-==
???
?? 25.7665.1755.1V L 5.1V L min
=?=???
??= 又据全塔物料衡算()()2121Y -Y V X -X L =
=1X ()()5
-105.2001.00204.025.77612X Y 2-Y 1L V 1X ?=-??
? ??=+??? ??=
即操作液气比
V
L
为776.25 出口液相组成X 1为5105.2-? 6-12用纯水逆流吸收气体混合物中的SO 2，SO 2的初始浓度为5％（体积分数），操作条件下的相平衡关系为y ＝5.0x ，分别计算液气比为4和6时气体的极限出口浓度。
解：当填料塔为无限高，气体出口浓度达极限值，此时操作线与平衡线相交。对于逆流操作，操作线与平衡线交点位置取决于液气比与相平衡常数m 的相对大小。
当4=L ，0.5= 01.05 05.01max ,1=== m y x 由物料衡算关系可以求得气体的极限出口浓度为： ()()01.0001.0405.0211min ,2=-?-=-- =x x G L y y 当6=L ，0.5=>m G L ，操作线与平衡线交于塔顶，由平衡关系可以计算气体极限出口浓度为： 02min ,2==mx y 由物料衡算关系可求得液体出口浓度为： ()00833.06 05.0min ,2121==-+ =y y L G x x 从以上计算结果可知，当m L <时，气体的极限残余浓度随G L 增大而减小；当m G L >时，气体的极限浓度只取决于吸收剂初始浓度，而与吸收剂的用量无关。 6-13 在某填料吸收塔中，用清水处理含SO 2的混合气体。逆流操作，进塔气体中含SO 2为0.08(摩尔分数)，其余为惰性气体。混合气的平均相对分子质量取28。水的用量比最小用量大65%，要求每小时从混合气中吸收2000kg 的SO 2。已知操作条件下气、液平衡关系为x y 7.26=。计算每小时用水量为多少立方米。 解：根据题意得 087.008 .0108 .01111=-=-= y y Y 根据吸收的SO 2质量求得混合气中惰性气体的流量 h kmol V /375.35992.008 .0642000 =??= 根据物料衡算 ()()221087.0375.35964 2000 Y Y Y V -?== - 解得521035.4-?=Y 又 67.267.26/087.01035.4087.052 121min =?-=--=??? ??-X X Y Y V L e 则 h kmol L L /1058.1375.3597.2665.165.14min ?=??== 则每小时的用水量为 h m LM V /1085.21000181058.1354?=???==ρ水 6-14 用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为η，采用的液气比是最小液气比的β倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以η、β两个参数列出计算N OG 的表达式。 解：令进塔气体浓度为y1，则出塔气体浓度为()η-=1y y 12 x 2=0 m 1x 2y -1y G L G L min βηββ==??? ??=）（ ()() 2121G L x x y y --= ()[]β ηβηm y x x y y 111m 1 11= ?--= ∴ 由上题证明的结果： L G m -1y y ln N 2 1OG ??= 又 β 1 1111y y y mx y - =-=? () η-=-=?10122y y y ()()[] ηββ--= ??∴1121 y y ()()() 111ln NOG -???? ??--=βηηβββη 6-15 在一填料吸收塔内，用含溶质为0.0099的吸收剂逆流吸收混合气体中溶质的85%，进塔气体中溶质浓度为0.091，操作液气比为0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为x y 86.0=，假设总体积传质系数与流动方式无关。试求：（1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度；（2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力之比。 解：逆流吸收时，已知y 1=0.091，x 2=0.0099 所以 ()()01365.085.01091.0-11y 2y =-==η ()()09584 .09 .001365.0091.00099.0L 212x 1x =-+=-+=y y V 0824.009584.086.0X 86.0Y 1* 1=?=?= 008514.00099.086.02X 86.0Y * 2=?=?= 0086.00824.0091.0Y Y Y * 111=-=-=? 005136.0008514.001365.0Y -Y Y * 222=-==? ()()?? ? ??-=??? ? ???-?= ?005136.00086.0ln 005136.00086.0Y Y ln Y Y Ym 2121 ()()51 .1100672 .001365.0091.0Y Y2Y1N OG =-=?-= m 改为并流吸收后，设出塔气、液相组成为’ 1Y 、’ 1X ，进塔气。 物料衡算： ()( ) ’ ’ 121 Y -Y V L X -X 2= 将物料衡算式代入N OG 中整理得： ()()() '1'122ln /)//(1/1mX Y mX Y V L m N OG --+= 逆流改为并流后，因K Ya 不变，即传质单元高度H OG 不变，故N OG 不变 所以 ( ) ()’ ’1 186.00099.086.091.0ln 9.086 .01151.11x y -?-+= 由物料衡算式得： 0999.0X 9.0Y 11=+’ ’ 将此两式联立得： 0568.0X 1=’ 0488.0Y 1=’ ()84.100366 .000672.0N Y -Y Y OG 1 2 m === ?’ 84.100366.000672 .0Y Y m m ==??’ 由计算结果可以看出，在逆流与并流的气、液两相进口组成相等及操作条件相同 的 情况下，逆流操作可获得较高的吸收液浓度及较大的吸收推动力。 6-16 今有逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为1000m 3/h （标准状况），原料气中含甲醇100g/m 3，吸收后的水中含甲醇量等于与进料气体相平衡时组成的67%。设在标准状况下操作，吸收平衡关系为 x y 15.1=，甲醇的回收率为98%，K y = 0.5 kmol/（m 2 ·h），塔内填料的有效比 表面积为190 m 2/m 3，塔内气体的空塔流速为0.5 m/s 。试求： (1) 水的用量； (2) 塔径； (3) 填料层高度。 解 下面计算中下标1表示塔底，2表示塔顶。根据已知操作条件，有 h kmol V /52.41125.364.441032100 10004.2210003 =-=??-= 0753.052 .41125.31==Y ()00151.0%98112=-=Y Y 02=X 0609.015 .11 115.1111*1 =?+==Y Y y x %671=x 0408.0* 1 =x ，0425.011 1 1=-=x x X （1）根据全塔的甲醇物料衡算式 ()()2121Y Y V X X L -=-可以得出用水量 ()()h kmol X X Y Y V L /04.720 0425.000151.00753.052.412121=--?=--= （2）塔径m u V D s T 814.05 .03600 100044=??== ππ，可圆整到0.84m 。 （3）由于是低浓度吸收，故可以将x y 15.1=近似为X Y 15.1=,并存在Y y K K ≈，则可进行以下计算： 填料层高度 OG OG H N H = 先计算气相总传质单元数： m OG Y Y Y N ?-= 21 2 12 1ln Y Y Y Y Y m ???-?=? 0264.00425.015.10753.0*111=?-=-=?Y Y Y 00151.0*222=-=?Y Y Y 49.8=OG N 再计算气相总传质单元高度 m a K V a K V H y Y OG 79.084.04 1905.052 .412=???=Ω≈Ω= π 最终解得m H 7.6= 分析 (1)这是一个典型的设计型问题，即已知工艺要求，希望设计出用水量、塔径和塔高。 (2)若不进行以上近似，则可按下述方法求解: ()*'-y y dH a K dy V y -Ω= 式中：'V -气体总流量。 于是 () * 'y y a K dy V dH y -Ω-= 对上式进行积分得 () ? -Ω=1 2 * 'y y y y y a K dy V H （当然此时y K 也会随着流量变化而变化，求解时还需要做另外的近似） （3）或者做以下近似处理 ()()()()** *** * 1111Y Y Y Y K Y Y Y Y K y y K Y Y K N y y y Y A ++-=??? ? ??+-+=-=-= 得 ()() * 111 Y Y K K y Y ++= 其中，Y 可取1Y 和2Y 的平均值；*Y 可取*1Y 和*2Y 的平均值。 取 0384.02 2 1=+= Y Y Y 0213.02 0425.0221=+=+= X X X 0244.00213.015.1*=?==mX Y 则 ()() () h m kmol K Y ?=++= 2/0471.00213.010384.015 .0 m H OG 835.0841.04 190471.025 .412 =?? ?= π 481.806.7225.4115.100151.00753.006.7225.4115.11ln 06.7225.4115.111 1ln 11 2221=???????+??? ???-?- =??????+--??? ??--= L mV mX Y mX Y L mV L mV N OG m H N H OG OG 1.7481.8835.0=?== 以上两种方法的计算结果具有可比性。 6-17 在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收空气中的NH 3，入塔混合气中NH 3的含量为0.01（摩尔分率，下同），吸收在常压、温度为10℃的条件下进行，吸收率达95%，吸收液中NH 3含量为0.01。操作条件下的平衡关系为x y 5.0=，试计算清水流量增加1倍时，吸收率、吸收推动力和阻力如何变化，并定性画出吸收操作线的变化。 解：吸收率增加，吸收推动力增加 2是清水增加一倍时的操作线，斜率增加，推动力增大。 6-18 某吸收塔用25mm×25mm 的瓷环作填料，充填高度5m ，塔径1m ，用清水逆流吸收流量为2250m 3/h 的混合气。混合其中含有丙酮体积分数为5%，塔顶逸出废气含丙酮体积分数将为0.26%，塔底液体中每千克水带有60g 丙酮。操作在101.3kPa 、25℃下进行，物系的平衡关系为y=2x 。试求（1）该塔的传质单元高数H OG 及体积吸收系数K y a ；（2）每小时回收的丙酮量，kg/h 。 y 0.5x 11 解：（1）M 丙酮=58 ∴ 由全塔物料衡算： ∴ ∵ （2）每小时回收的丙酮量为： ()()h kg M y y G /9.252580026.005.00.9221'=?-?=- 6-19 在一填料层高度为5m 的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气中的溶质组分。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，NOG 宜用脱吸因数法求算。 01828 .018/100058/6058 /60x 1=+= 59.20 01828.00026 .005.0y 2121=--=--=x x y G L 772.059.22 /m ===G L A I 19 .7]772.00026.005 .0)772.01ln[(772.011]1)11ln[(/1-112221=+--= +---=A mx y mx y A A N OG 695.019 .75 === OG OG N H H a K G H OG y = h T T V G /mol 0.92298273×4.222250.4.220=== 下册第一章蒸馏 解： 总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0 A p x A ＋0 B p x B =P 所以 x A = 000B A B p p p p --；y A =p p A 00 00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下： t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0. 2. 承接第一题，利用各组数据计算 （1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。 （2）以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组y i 值的最大相对误差。 解： （1）对理想物系，有 α＝00B A p p 。所以可得出 t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326 算术平均值α= 9 ∑i α=1.318。α对i α的最大相对误差＝ %6.0%100)(max =?-α ααi 。 （2）由x x x x y 318.01318.1)1(1+=-+= αα得出如下数据： t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差= =?i y y m ax )(0.3%。 3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: 95.5947 .32790195.16ln 0 -- =T p A 72 .6357.33280195.16ln 0 --=T p B 式中 0 p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。 问:总压为60mmHg(绝压)时，A 与B 的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？ 解： 由题意知 T A ==-- 0195.1660ln 47 .327995.59334.95K ＝61.8℃ T B ==--0195 .1660ln 57 .332872.63342.84K=69.69℃ 65℃时，算得0 A p ＝68.81mmHg ；0 B p =48.93 mmHg 。由0 A p x A ＋0 B p （1－x A ）=60得 x A ＝0.56， x B =0.44; y A =0 A p x A /60=0.64; y B =1-0.64=0.36。 4 无 吸收 一填空 (1) 在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数k y=2kmol/m2·h，气相传质总K y=1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度y i应为?0.01????。平衡关系y=0.5x。 (2) 逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在塔底达到平衡。 (3) 在填料塔中用清水吸收混合气中HCl，当水量减少时气相总传质单元数N OG增加。 (4) 板式塔的类型有；板式塔从总体上看汽液两相呈逆流接触，在板上汽液两相呈错流接触。 (5) 在填料塔中用清水吸收混合气中NH3，当水泵发生故障使上水量减少时，气相总传质单元数NOG (增加）（增加，减少）。 (6) 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数???减小?（增大、减小、不变），传质推动力??增大?（增大、减小、不变），亨利系数??不变（增大、减小、不变）。 (7) 易溶气体溶液上方的分压（小），难溶气体溶液上方的分压（大) ，只要组份在气相中的分压(大于）液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。 (8) 压力（减小),温度( 升高）,将有利于解吸的进行；吸收因素(A= L/mV ) ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔（顶）达到平衡。 (9) 在逆流吸收塔操作时，物系为低浓度气膜控制系统，如其它操作条件不变，而气液流量按比例同步减少,则此时气体出口组成y2将 (减小），液体出口组成将（增大），回收率将。 (10) 当塔板中（气液两相达到平衡状态)，该塔板称为理论板。 (11) 吸收过程的传质速率方程N A=K G( )=k y( )。 (12) 对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的H OG将不变，N OG将增大。 (13)吸收因数A可表示为 mV/L，它在X–Y图上的几何意义是平衡线斜率与操作线斜率之比。 (14)亨利定律的表达式为；亨利系数E的单位为 kPa 。 (15) 某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1 ，气膜和液膜体积吸收系数分别为k y a=2× 10-4kmol/m3.s, k x a=0.4kmol/m3.s, 则该吸收过程为（气膜阻力控制）及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 99.95% ；该气体为易溶气体。 二选择 1.根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 B 。 A大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2.单向扩散中飘流因子 A 。 第八章课堂练习： 1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数E不变，H 不变，相平衡常数m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2，过程属于（B ） A、气膜控制 B、液膜控制 C、两相扩散控制 ②其气膜阻力（C）液膜阻力A、大于B、等于C、小于 ２、溶解度很大的气体，属于气膜控制 ３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m的直线时，则1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数E值很大，则说明该气体为难溶气体 5、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG，当(气膜阻力1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、G 、Ky 、Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG表征了（分离任务的难易）特性。 3、吸收因子A的定义式为L/（Gm），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当A<1时，塔高H=∞，则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。 6、液气比低于（L/G）min时，吸收操作能否进行？能 此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元高度HOG将↑，总传质单元数NOG 将↓，操作线斜率（L/G）将不变。 8、若吸收剂入塔浓度x2降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。 9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组成x2增大，其它条件不变，则气相总传质单元高度将（ A ）。 A.不变 B.不确定 C.减小 D.增大 吸收小结： 1、亨利定律、费克定律表达式 2、亨利系数与温度、压力的关系；E值随物系的特性及温度而异，单位与压强的单位一致；m与物系特性、温度、压力有关（无因次） 3、E、H、m之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程（并、逆流时）及在y~x图上的画法 6、出塔气体有一最小值，出塔液体有一最大值，及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高，有利于吸收 减压和升温溶解度低，有利于解吸 化工原理下册题库 300题 化工原理（下）题库（1） 一、选择题（将正确答案字母填入括号内） 1、混合物中某组分的质量与混合物质量之比称为该组分的（ A ）。 A. 质量分数 B. 摩尔分数 C. 质量比 2、关于精馏塔中理论的叙述错误的是（ B ）。 A.实际上不存在理论塔板 B. 理论塔板仅作为衡量实际塔板效率的一个标准。 C. 理论塔板数比实际塔板数多 3、在精馏塔中每一块塔板上（ C ）。 A. 只进行传质作用 B. 只进行传热作用 C. 同时进行传热传质作用 4、气体吸收过程中，吸收速率与推动力成（ A ）。 A. 正比 B. 反比 C. 无关 5、气体的溶解度很大时，溶质的吸收速率主要受气膜一方的阻力所控制，故称为（ A ）。 A. 气膜控制 B. 液膜控制 C. 双膜控制 6、普通温度计的感温球露在空气中，所测得的温度为空气的（ A ）温度。 A. 干球 B. 湿球 C. 绝热饱和 7、混合物中某组分的物质的量与混合物物质的量之比称为该组分的（B ）。 A. 质量分数 B. 摩尔分数 C. 质量比 8、在蒸馏过程中，混合气体中各组分的挥发性相差越大，越（B ）进行分离。 A. 难 B. 容易 C. 不影响 9、气体吸收过程中，吸收速率与吸收阻力成（ B ）。 A. 正比 B. 反比 C. 无关 10、气体的溶解度很小时，溶质的吸收速率主要受液膜一方的阻力所控制，故称为（ B ）。 A. 气膜控制 B. 液膜控制 C. 双膜控制 11、某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF=0.6，要求得 到塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为（ B ） A 60kmol/h B 66.7kmol/h C 90kmol/h D 不能定 12、二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下 线的变化 ( B ) 。 A平衡线 B 操作线与q线 C平衡线与操作线 D 平衡线与q线 13、下列情况 ( D ) 不是诱发降液管液泛的原因。 A液、气负荷过大 B 过量雾沫夹带 C塔板间距过小 D 过量漏液 14、以下有关全回流的说法正确的是（ A、C ）。 A、精馏段操作线与提馏段操作线对角线重合 B、此时 所需理论塔板数量多 化工原理第二版夏清，贾绍义 课后习题解答 （夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版） 社,2011.8.） 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯 和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x 图数据。 以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该 溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0 化工原理例题与习题标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N] 第一章流体流动 【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，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 =（+）10-4=×10-4 ρ m =1372kg/m3 【例1-2】已知干空气的组成为：O 221%、N 2 78%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在 压力为×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×+28×+× =m3 根据式1-3a气体的平均密度为： 【例1-3 】本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=、密度ρ 1 =800kg/m3，水层高度h2=、密度ρ2=1000kg/m3。 （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 +ρ 1 gh 1 +ρ 2 gh 2 p A '=p a +ρ 2 gh 于是p a+ρ1gh1+ρ2gh2=p a+ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×+1000×=1000h 解得h= 【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U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。 解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg与ρ，根据流体静力学基本原理，截面a-a'为等压面，则 p a =p a ' 又由流体静力学基本方程式可得 p a =p 1 －ρgM 第六章传热 问题1.传热过程有哪三种基本方式答1．直接接触式、间壁式、蓄热式。 问题2.传热按机理分为哪几种答2．传导、对流、热辐射。 问题3.物体的导热系数与哪些主要因素有关答3．与物态、温度有关。 问题4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿答4．流动流体的载热。 问题5.自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热答5．加热面在下，制冷面在上。 问题6.液体沸腾的必要条件有哪两个答6．过热度、汽化核心。 问题7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作为什么答7．核状沸腾状态。以免设备烧毁。 问题8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手答8．改善加热表面，提供更多的汽化核心；沸腾液体加添加剂，降低表面张力。问题9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体答9．避免其积累，提高α。 问题10.为什么低温时热辐射往往可以忽略,而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式 答10．因Q与温度四次方成正比，它对温度很敏感。 问题11.影响辐射传热的主要因素有哪些答11．温度、黑度、角系数（几何位置）、面积大小、中间介质。 问题12.为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数 答12．①相变热远大于显热；②沸腾时汽泡搅动；蒸汽冷凝时液膜很薄。 问题13.有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银制的。将刚烧开的水同时充满两壶。实测发现，陶壶内的水温下降比银 壶中的快，这是为什么 答13．陶瓷壶的黑度大，辐射散热快；银壶的黑度小，辐射散热慢。 问题14.若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么 答14．该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和，传热速率由该步骤所决定。 问题15.传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些 答15．K、qm1Cp1、qm2Cp2沿程不变；管、壳程均为单程。 问题16.一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。用133℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃。若现欲增加50%的油处理量， 有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油的出口温度不低于80℃，这个方案是否可行 答16．可行。 问题17.为什么一般情况下,逆流总是优于并流并流适用于哪些情况 答17．逆流推动力Δtm大，载热体用量少。热敏物料加热，控制壁温以免过高。 问题18.解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个 答18．传热基本方程，热量衡算式，带有温变速率的热量衡算式。 问题19.在换热器设计计算时，为什么要限制Ψ大于 答19．当Ψ≤时，温差推动力损失太大，Δtm小，所需A变大，设备费用增加。 第七章蒸发 问题1.蒸发操作不同于一般换热过程的主要点有哪些 答1．溶质常析出在加热面上形成垢层；热敏性物质停留时间不得过长；与其它单元操作相比节能更重要。 问题2.提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪降低单程汽化率的目的是什么 答2.不仅提高α，更重要在于降低单程汽化率。减缓结垢现象。 问题3.为什么要尽可能扩大管内沸腾时的气液环状流动的区域 答3.因该区域的给热系数α最大。 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。 1. 某双组分理想物系当温度t=80℃时，P A°=，P B°=40kPa，液相摩尔组成x A=，试求：⑴与此液相组成相平衡的汽相组成y；⑵相对挥发度α。 解：（1）x A=(P总－P B°)／(P A°－P B°) ； =(P总－40)／（－40） ∴P总=； y A=x A·P A°／P总=×／= （２）α=P A°／P B°=／40= 5. 某精馏塔在常压下分离苯－甲苯混合液，此时该塔的精馏段和提馏段操作线方程分别为y=+和y'='，每小时送入塔内75kmol的混合液，进料为泡点下的饱和液体，试求精馏段和提馏段上升的蒸汽量为多少（kmol/h）。 解:已知两操作线方程: y=+(精馏段) y′=′(提馏段) ∴R/(R+1)= R= x D / (R+1)= x D=×= ！ 两操作线交点时, y=y′x=x′ ∴+= x F = 饱和液体进料q=1, x F = x = 提馏段操作线经过点(x W，x W) ∴y′=x w =－x W= 由全塔物料衡算F=D+W F x F = D x D + W x W D =(x F—x W)/(x D－x W)F = ∵饱和液体进料 V′=V=L+D=(R+1)D=×=h - 6. 已知某精馏塔进料组成x F=，塔顶馏出液组成x D=，平衡关系ｙ＝ｘ＋，试求下列二种情况下的最小回流比R min。⑴饱和蒸汽加料；⑵饱和液体加料。解：R min = (x D－y q)/(y q －x q ) (1) ； y q= x q + (2) ； y q= qx q/ (q－1)－x f / (q－1) (3) ⑴q=0, 由(3) y q=x f=，由(2) x q = ， R min = 由(3) x q =x f =，由(2) y q =×+=， R min= 用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料量100kmol/h，加料组成为50% ,塔顶产品组成x D=95％，产量D=50kmol/h，回流比R=2R min，设全塔均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度α=3。求：(最小回流比) 2.精馏段和提馏段上升蒸汽量。3.列出该情况下的精馏段操作线方程。解：1. y=αx/[1+(α－1)x]=3x/(1+2x) 泡点进料q=1, x q = x F = , y q =3×(1+2×=2= R min / (R min+1)= ： R min=4/5= 2. V=V′=(R+1)D=(2×+1)×50=130kmol/h 3. y=[R/(R+1)]x + x D / (R+1)=+ 12. 某精馏塔用于分离苯－甲苯混合液，泡点进料，进料量30kmol/h，进料中苯的摩尔分率为，塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为和，采用回流比为最小回流比的倍，操作条件下可取系统的平均相对挥发度α=。(1)求塔顶、底的产品量；(2)若塔顶设全凝器，各塔板可视为理论板，求离开第二块板的蒸汽和液体组成。 解：（1）F=D+W ，Fx F=Dx D＋Wx W 30=D+W ，30×= D×+W× ∴D= / h W= / h （2）x q=x F= ， y q =αx q／[1+ (α—1)x q ] =×[1+ —1)×] = R min =(x D－y q)／(y q－x q)=—/ —=， ？ R = ×R min =×= 精馏段的操作线方程为： y = [R / (R+1)]x +x D／（R+1) 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× 第3章非均相物系分离 一、选择题 恒压过滤且介质阻力忽略不计时，如粘度降低20%，则在同一时刻滤液增加（）。A、11.8%；B、9.54%; C、20%; D、44% 板框式压滤机由板与滤框构成，板又分为过滤板和洗涤板，为了便于区别，在板与框的边上设有小钮标志，过滤板以一钮为记号，洗涤板以三钮为记号，而滤框以二钮为记号，组装板框压滤机时，正确的钮数排列是（）. A、1—2—3—2—1 B、1—3—2—2—1 C、1—2—2—3—1 D、1—3—2—1—2 与沉降相比，过滤操作使悬浮液的分离更加（）。 A、迅速、彻底 B、缓慢、彻底 C、迅速、不彻底 D、缓慢、不彻底 多层隔板降尘室的生产能力跟下列哪个因素无关（）。 A、高度 B、宽度 C、长度 D、沉降速度 降尘室的生产能力（）。 A、与沉降面积A和沉降速度ut有关 B、与沉降面积A、沉降速度ut和沉降室高度H有关 C、只与沉降面积A有关 D、只与沉降速度ut有关 现采用一降尘室处理含尘气体，颗粒沉降处于滞流区，当其它条件都相同时，比较降尘室处理200℃与20℃的含尘气体的生产能力V的大小（）。 A、V200℃>V20℃ B、V200℃＝V20℃ C、V200℃ 判断 有效的过滤操作是（）。 A、刚开始过滤时 B、过滤介质上形成滤饼层后 C、过滤介质上形成比较厚的滤渣层 D、加了助滤剂后 当固体粒子沉降时，在层流情况下，Re ＝１，其ζ为（）。 A、64/Re B、24/Re C、0.44 D、1 含尘气体通过降尘室的时间是t，最小固体颗粒的沉降时间是t 0，为使固体颗粒都能沉降下来，必须（）： A、t 第五章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃）80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B*，P A*，由于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B*)/(P A*-P B*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。 以t = 80.1℃为例x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C5H12）和正己烷（C6H14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 1 3.3kPa下该溶液的平衡数据。 温度C5H12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C6H14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C5H12（A）和C6H14（B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时P B* = 1.3kPa 查得P A*= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时x = (P-P B*)/(P A*-P B*) 化工原理典型习题解答 王国庆陈兰英 广东工业大学化工原理教研室 2003 上 册 一、选择题 1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则 (1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 解：(1) 由222322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ=??=??=得 1624 4 212212 2122 121212==??? ? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2222u d l d f u d l h f ????? ??=??=ελ得 322 5 5 21214 212 2112212==???? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短25%，而高位槽水面与贮水池水 面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。 A ．1.155倍 B ．1.165倍 C ．1.175倍 D ．1.185倍 解：由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2 22 2 22211 1ρρ得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2 222222 11 1u d l l u d l l e e ?+?=?+? λλ 又由完全湍流流动，得 ?? ? ??=d f ελ 所以 ()()2 2 2211u l l u l l e e ?+=?+，而 24 d u uA V π ?== 所以 ()()1547.175 .01 2 11 2 12== ++==e e l l l l u u V V 3． 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度为2500kg/m 3，水 的密度为998.2kg/m 3，水的粘度为 1.005?10-3Pa ?s ，空气的密度为 1.205kg/m 3，空气的粘度为1.81?10-5Pa ?s 。 （1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 B 。 A ．8.612 B ．9.612 C ．10.612 D ．11.612 （2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒 直径之比为 D 。 A ．10.593 B ．11.593 C ．12.593 D ．13.593 解：(1) 由 ()μ ρρ182g d u s t -=，得 ()g u d s t ρρμ-= 18 精馏练习 一．选择题 1． 蒸馏是利用各组分（ ）不同的特性实现分离的目的。 C A 溶解度； B 等规度； C 挥发度； D 调和度。 2．在二元混合液中，沸点低的组分称为（ ）组分。 C A 可挥发； B 不挥发； C 易挥发； D 难挥发。 3．（ ）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。 A A 液相回流； B 进料； C 侧线抽出； D 产品提纯。 4．在（ ）中溶液部分气化而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少 条件。 C A 冷凝器； B 蒸发器； C 再沸器； D 换热器。 5．再沸器的作用是提供一定量的（ ）流。 D A 上升物料； B 上升组分； C 上升产品； D 上升蒸气。 6．冷凝器的作用是提供（ ）产品及保证有适宜的液相回流。 B A 塔顶气相； B 塔顶液相； C 塔底气相； D 塔底液相。 7．冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的（ ）回流。 B A 气相； B 液相； C 固相； D 混合相。 8．在精馏塔中，原料液进入的那层板称为（ ）。 C A 浮阀板； B 喷射板； C 加料板； D 分离板。 9．在精馏塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（ ）。 B A 精馏段； B 提馏段； C 进料段； D 混合段。 10．某二元混合物，进料量为100 kmol/h ，x F = 0.6，要求塔顶x D 不小于0.9，则塔顶最大产 量为（ ）。 B A 60 kmol/h ； B 66.7 kmol/h ； C 90 kmol/h ； D 100 kmol/h 。 11．精馏分离某二元混合物，规定分离要求为D x 、w x 。如进料分别为1F x 、2F x 时，其相 应的最小回流比分别为1min R 、2min R 。当21F F x x >时，则 （ ）。 A A ．2min 1min R R <； B ．2min 1min R R =； C ．2min 1min R R >； D ．min R 的大小无法确定 12． 精馏的操作线为直线，主要是因为（ ）。 D A ． 理论板假定； C. 理想物系； B ． 塔顶泡点回流； D. 恒摩尔流假定 13． 某二元理想物系，其中A 为易挥发组分。液相组成5.0=A x 时相应的泡点为1t ，气相 组成3.0=A y 时相应的露点为2t ， 则（ ） B A ．21t t =； B ．21t t <； C ．21t t >； D ．无法判断 14．某二元理想物系，其中A 为易挥发组分。液相组成5.0=A x 时泡点为1t ，与之相平衡 的气相组成75.0=A y 时，相应的露点为2t ，则 （ ）。 A 第二章流体输送机械 一.填空题 1. 离心泵的基本结构包括如下三部分：______，_____，_______。 泵壳；叶轮；轴封装置。 2. 离心泵的主要参数有：______，______，______，________。 ***答案*** 流量；扬程；功率；效率。 3. 离心泵的特性曲线有：_______________，__________，_____________。 ***答案*** 压头H---流量q曲线；功率P---流量q曲线；效率η--流量q曲线。4. 离心泵的工作点是如下两条曲线的交点：_____________，________________。 ***答案*** 泵特性曲线H--Q；管路特性曲线H--Q. 5. 调节离心泵流量的方法有：____________，____________，_______________。 ***答案*** 改变管路特性曲线；改变泵的特性；离心泵的串并联 6. 液体输送设备有：_________，________，__________，__________，________。 ***答案*** 离心泵；往复泵；齿轮泵；螺杆泵；旋涡泵等。 7. 气体输送设备有：________，_________，___________。 ***答案*** 通风机；鼓风机；压缩机 8. 离心泵标牌上写上P e－q e表示＿＿＿＿，η－q e＿＿＿＿，He－Qe表示＿＿＿＿。 ***答案*** 功率曲线，效率曲线，扬程曲线。 9. 泵起动时，先关闭泵的出口开关的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 降低起动功率，保护电机，防止超负荷而受到损伤。 10. 离心泵的流量调节阀安装在离心泵＿＿＿管路上，关小出口阀门后，真空表的读数＿＿＿＿，压力表的读数＿＿＿。 ***答案*** 出口减小增大 11. 离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生＿＿＿＿现象。 ***答案*** 气蚀 12. 离心泵的扬程含义是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 离心泵给单位重量的液体所提供的能量。 13. 离心泵铭牌上标明的流量和扬程指的是＿＿＿＿＿＿＿＿时的流量和扬程。 ***答案*** 效率最高 14. 泵铭牌上的轴功率和允许吸上真空高度是指＿＿＿＿＿＿＿时的数值。 ***答案*** 效率最大 15. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。 ***答案*** 出口阀 16. 往复压缩机的实际工作循环由_ _ _、_ _ _、_ _ _和_ _ _四个阶段组成。 ***答案*** 膨胀、吸气、压缩、排气 17. 离心泵起动时，如果泵内没有充满液体而存在气体时，离心泵就不能输送液体。这种现象称为_ _ _ _现象。 ***答案*** 气缚 18. 为防止气蚀现象发生，离心泵在运转时，必须使泵入口处的压强___________饱和蒸汽压。 ***答案*** 大于输送温度下该液体的。 二.解答题 1. 在化工生产和设计中，对流体输送机械的基本要求是什么？ 化工原理 第一章 练习 1． 湍流流动的特点是 脉动 ，故其瞬时速度等于 时均速度 与 脉动速度 之和。 2．雷诺准数的物理意义是 黏性力和惯性力之比 。 3．当地大气压为755mmHg ，现测得一容器内的绝对压力为350mmHg ，则其真空度为405 mmHg 。 4．以单位体积计的不可压缩流体的机械能衡算方程形式为 ρρρρρρf s w p u gz w p u gz +++=+++22 2 212112 2。 5．实际流体在管道内流动时产生阻力的主要原因是 黏性 。 6．如图所示，水由敞口恒液位的高位槽流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后，管路总阻力损失（包括所有局部阻力损失）将 （1） 。 (1)不变 (2)变大 (3)变小 (4)不确定 7．如图所示的并联管路，其阻力关系是 （C ） 。 （A ）(h f )A1B (h f )A2B （B ）(h f )AB =(h f )A1B +(h f )A2B （C ）(h f )AB =(h f )A1B =(h f )A2B （D ）(h f )AB (h f )A1B =(h f )A2B 8．孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒 截面 、变 压头 ，而后者是恒 压头 、变 截面 。 9．如图所示，水从槽底部沿内径为100mm 的水平管子流出，阀门前、后的管长见图。槽中水位恒定。今测得阀门全闭时，压力表读数p=。现将阀门全开，试求此时管内流量。 已知阀门（全开）的阻力系数为，管内摩擦因数=。 答：槽面水位高度m g p H 045.681 .91000103.593 =??==ρ 在槽面与管子出口间列机械能衡算式，得： 2 4.60.1 5.01.0203081.9045.62 u ??? ??++++=?λ 解得：s m u /65.2= h m s m u d V /9.74/0208.065.21.04 14 1 3322==??==ππ 反 应 器 题7附图 1 A B 2 题8附图 p 30m 20m 题1附图 化工原理——吸收部分复习题（1） 1、用气相浓度△y为推动力的传质速率方程有两种，以传质分系数表达的速率方程为____________________，以传质总系数表达的速率方程为___________________________。 N A = k y (y-y i) N A = K y (y-y e) 2、吸收速度取决于_______________，因此，要提高气－液两流体相对运动速率，可以_______________来增大吸收速率。 双膜的扩散速率减少气膜、液膜厚度 3、由于吸收过程气相中的溶质分压总_________ 液相中溶质的平衡分压，所以吸收操作线总是在平衡线的_________。增加吸收剂用量，操作线的斜率_________，则操作线向_________平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y－y e）_________。 大于上方增大远离增大 4、用清水吸收空气与A的混合气中的溶质A，物系的相平衡常数m=2，入塔气体浓度Y1 = 0.06，要求出塔气体浓度Y2 = 0.006，则最小液气比为_________。 1.80 5、在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将_________，操作线将_________平衡线。 减少靠近 6、某气体用水吸收时，在一定浓度范围内，其气液平衡线和操作线均为直线，其平衡线的斜率可用_________常数表示，而操作线的斜率可用_________表示。 相平衡液气比 7、对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔料层增高一些，则塔的H OG将_________，N OG 将_________ (增加，减少，不变)。 不变增加 8、吸收剂用量增加，则操作线斜率_________，吸收推动力_________。（增大，减小，不变） 增大增大 9、计算吸收塔的填料层高度，必须运用如下三个方面的知识关联计算：_________、_________、_________。 平衡关系物料衡算传质速率。 10、填料的种类很多，有________、_________、_________、________、___________、______________。 拉西环鲍尔环矩鞍环阶梯环波纹填料丝网填料 11、填料选择的原则是_________________________________________。. 表面积大、空隙大、机械强度高、价廉、耐磨并耐温。 12、在选择吸收剂时，首先要考虑的是所选用的吸收剂必须有__________________。 良好的选择性，即对吸收质有较大的溶解度，而对惰性组分不溶解。 13、填料塔的喷淋密度是指_____________________________。 单位塔截面上单位时间内下流的液体量（体积）。（也可理解为空塔液速） 14、填料塔内提供气液两相接触的场所的是__________________。化工原理课后习题答案上下册(钟理版)
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