化工原理第二版(下册)夏清贾绍义课后习题解答带图资料

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
A
P = 99kPa ，则由x = (P-P
B *)/(P
*)/(P *-P
A
*) 可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x B
图数据。

1
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 6H 14）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 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 6H 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
* )/(P A B
*-P *) *-P *)
=（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
2
y 1 0.767 0.733 0.524 0
根据平衡数据绘出t-x-y 曲线
3.利用习题2 的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y 数据，并与习题 2 的结果相比较。

解：①计算平均相对挥发度
理想溶液相对挥发度α= P A
*/P * 计算出各温度下的相对挥发度：
B
t( ℃) 248.0 251.0 259.1 260.6 275.1 276.9 279.0 289.0 291.7 304.8 309.3
α- - - - 5.291 5.563 4.178 - - - -
取275.1℃和279℃时的α值做平均αm= （5.291+4.178 ）/2 = 4.730
②按习题 2 的x 数据计算平衡气相组成y 的值
当x = 0.3835 时，
y = 4.73 ×0.3835/[1+(4.73-1) ×0.3835]= 0.746
同理得到其他y 值列表如下
t( ℃) 260.6 275.1 276.9 279 289
α 5.291 5.563 4.178
x 1 0.3835 0.3308 0.2085 0
y 1 0.746 0.700 0.555 0
③作出新的t-x-y ' 曲线和原先的t-x-y 曲线如图
4.在常压下将某原料液组成为0.6 （易挥发组分的摩尔）的两组溶液分别进行简单蒸馏和平
衡蒸馏，若汽化率为1/3 ，试求两种情况下的斧液和馏出液组成。

假设在操作范围内气液平
衡关系可表示为y = 0.46x + 0.549
3
解：①简单蒸馏
由ln(W/F)= ∫x
xF dx/(y-x) 以及气液平衡关系y = 0.46x + 0.549
得ln(W/F)= ∫x
xF dx/(0.549-0.54x) = 0.54ln[(0.549-0.54x F)/(0.549-0.54x)] ∵汽化率1-q = 1/3 则q = 2/3 即W/F = 2/3
∴ln(2/3) = 0.54ln[(0.549-0.54 ×0.6)/(0.549-0.54x)] 解得
x = 0.498 代入平衡关系式y = 0.46x + 0.549 得
y = 0.804
②平衡蒸馏
由物料衡算Fx F = Wx + Dy
D + W = F 将W/F = 2/3 代入得到
x F = 2x/3 + y/3 代入平衡关系式得
x = 0.509 再次代入平衡关系式得y = 0.783
5.在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。

已知原料液流量 F 为4000kg/h ，组成x F 为0.3 （二硫化碳的质量分率，下同）。

若要求釜液组成x W不大于0.05，馏出液回收率为88％。

试求馏出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。

解：馏出回收率= Dx D/Fx F = 88 ％得馏出液的质量流量
Dx D = Fx F 88 ％= 4000 ×0.3 ×0.88 = 1056kg/h
结合物料衡算Fx F = Wx W + Dx D
D + W = F 得x D = 0.943
馏出液的摩尔流量1056/(76 ×0.943) = 14.7kmol/h
以摩尔分率表示馏出液组成x D = (0.943/76)/[(0.943/76)+(0.057/154)]
= 0.97
6.在常压操作的连续精馏塔中分离喊甲醇0.4 与说.6（均为摩尔分率）的溶液，试求以下各种进料状况下的q 值。

（1）进料温度40℃；（2）泡点进料；（3）饱和蒸汽进料。

常压下甲醇- 水溶液的平衡数据列于本题附表中。

温度t 液相中甲醇的气相中甲醇的温度t 液相中甲醇的气相中甲醇的℃摩尔分率摩尔分率℃摩尔分率摩尔分率
4
100 0.0 0.0 75.3 0.40 0.729
7.0.02 0.134 73.1 0.50 0.779
93.5 0.04 0.234 71.2 0.60 0.825
91.2 0.06 0.304 69.3 0.70 0.870
89.3 0.08 0.365 67.6 0.80 0.915
87.7 0.10 0.418 66.0 0.90 0.958
84.4 0.15 0.517 65.0 0.95 0.979
81.7 0.20 0.579 64.0 1.0 1.0
78.0 0.30 0.665
解：（1）进料温度40℃
75.3 ℃时，甲醇的汽化潜热r 1 = 825kJ/kg
水蒸汽的汽化潜热r 2 = 2313.6kJ/kg
57.6 ℃时，甲醇的比热C V1 = 2.784kJ/(kg ·℃)
水蒸汽的比热C V2 = 4.178kJ/(kg ·℃)
查附表给出数据当x A = 0.4 时，平衡温度t = 75.3 ℃
∴40℃进料为冷液体进料
即将1mol 进料变成饱和蒸汽所需热量包括两部分
一部分是将40℃冷液体变成饱和液体的热量Q1，二是将75.3 ℃饱和液体变成气体所需要的汽化潜热Q2 ，即q = （Q1+Q2）/ Q 2 = 1 + （Q1/Q2）
Q 1 = 0.4 ×32× 2.784×（75.3-40 ）= 2850.748kJ/kg
Q 2 = 825 ×0.4 ×32 + 2313.6 ×0.6 ×18 = 35546.88 kJ/kg
∴q = 1 + （Q1/Q2）= 1.08
（2）泡点进料
泡点进料即为饱和液体进料∴q = 1
（3）饱和蒸汽进料q = 0
7. 对习题6 中的溶液，若原料液流量为100kmol/h ，馏出液组成为0.95 ，釜液组成为0.04（以上均为易挥发组分的摩尔分率），回流比为 2.5，试求产品的流量，精馏段的下降液体流量和
5
提馏段的上升蒸汽流量。

假设塔内气液相均为恒摩尔流。

解：①产品的流量
由物料衡算Fx F = Wx W+ Dx D
D + W = F 代入数据得
W = 60.44 kmol/h
∴产品流量 D = 100 –60.44 = 39.56 kmol/h
②精馏段的下降液体流量L
L = DR = 2.5 ×39.56 = 98.9 kmol/h
' ③提馏段的上升蒸汽流量
V
40 ℃进料q = 1.08
V = V
' + （1-q）F = D （1+R）= 138.46 kmol/h
∴V ' = 146.46 kmol/h
8.某连续精馏操作中，已知精馏段y = 0.723x + 0.263 ；提馏段y = 1.25x –0.0187
若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比。

解：露点进料q = 0
即精馏段y = 0.723x + 0.263 过（x D ，x D）∴x D = 0.949
提馏段y = 1.25x –0.0187 过（x W，x W）∴x W = 0.0748
精馏段与y 轴交于[0 ，x D/ （R+1）] 即x D/ （R+1）= 0.263
∴R = 2.61
连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为（0.5345 ，0.6490）
∴x F = 0.649
9.在常压连续精馏塔中，分离苯和甲苯的混合溶液。

若原料为饱和液体，其中含苯0.5 （摩尔分率，下同）。

塔顶馏出液组成为0.9 ，塔底釜残液组成为0.1 ，回流比为 2.0 ，试求理论板层数和加料板位置。

苯- 甲苯平衡数据见例1-1。

解：常压下苯- 甲苯相对挥发度α= 2.46
精馏段操作线方程y = Rx/ （R+1）= 2x/3 + 0.9/3
= 2x/3 + 0.3
6
精馏段y 1 = x D = 0.9 由平衡关系式y = αx/[1 +( α-1)x] 得x1 = 0.7853 再由精馏段操作线方程y = 2x/3 + 0.3 得
y2 = 0.8236 依次得到x2 = 0.6549 y 3 = 0.7366
x3 = 0.5320 y 4 = 0.6547
x4 = 0.4353 ∵x4 ﹤x F = 0.5 < x 3 精馏段需要板层数为 3 块
提馏段x 1
' = x
' = x
4 = 0.4353
提馏段操作线方程y = L ' x/ （L' -W）- Wx ' -
W）
W/ （L' x/
（L' -W）- Wx ' -W）
饱和液体进料q = 1
L ' / （L' -W）= （L+F）/V = 1 + W/
（3D）
由物料平衡Fx F = Wx W + Dx D
D + W = F 代入数据可得 D = W
L ' / （L' -W）= 4/3 W/ （L' -W）= W/（L+D）= W/3D = 1/3
即提馏段操作线方程y ' = 4x ' /3 –0.1/3
'
∴y 2= 0.5471
'
由平衡关系式y = αx/[1 +( α-1)x] 得x 2 = 0.3293
' 依次可以得到y
'
3= 0.4058 x 3 = 0.2173
' '
y 4= 0.2564 x 4 = 0.1229
' '
y 5= 0.1306 x 5 = 0.0576
∵x ' '
5 < x W= 0.1 < x 4
∴提馏段段需要板层数为 4 块
∴理论板层数为n = 3 + 4 + 1 = 8 块（包括再沸器）
加料板应位于第三层板和第四层板之间
10.若原料液组成和热状况，分离要求，回流比及气液平衡关系都与习题9 相同，但回流温度为20℃，试求所需理论板层数。

已知回流液的泡殿温度为83℃，平均汽化热为 3.2 ×10
解：回流温度改为20℃，低于泡点温度，为冷液体进料。

即改变了q 的值精馏段不受q 影响，板层数依然是 3 块
7
提馏段 由于 q 的影响，使得 L ' / （L ' -W ）和 W/（L ' -W ）发生了变化
q =
（Q 1+Q 2）/ Q 2 = 1 + （Q 1/Q 2）
Q 1= C p ΔT = 140 × （83-20）= 8820 kJ/kmol Q 2= 3.2 × 10
4kJ/kmol ∴ q = 1 + 8820/(3.2 × 10
4)= 1.2756
L
'
/ （L ' -W ）=[V + W - F(1-q)]/[V - F(1-q)]
= [3D+W- F(1-q)]/[3D- F(1-q)]
∵D = W ，F = 2D 得
L
'
/ （L ' -W ）= (1+q)/(0.5+q)= 1.2815
W/（L
' -W ）= D/[3D- F(1-q)]= 1/
（1+2q ）= 0.2815
∴ 提馏段操作线方程为 y = 1.2815x - 0.02815
x 1 ' = x ' = x 4 = 0.4353
代入操作线方程得 y 2
' = 0.5297 再由平衡关系式得到 ' = 0.5297 再由平衡关系式得到
x 2
'
= 0.3141 依次计算 y ' = 0.3743
3
x 3 ' = 0.1956 y ' = 0.1956
y '
= 0.2225 4
x 4 ' = 0.1042
y ' = 0.1042
y
'
= 0.1054 5
x 5
'
= 0.0457
∵ x 5
' < x
' < x
' W = 0.1< x
4
∴提馏段板层数为 4 理论板层数为 3 + 4 + 1 = 8
块（包括再沸器）
11. 在常压连续精馏塔内分离乙醇 - 水混合液，原料液为饱和液体，其中含乙醇 0.15（摩尔分
率，下同），馏出液组成不低于 0.8 ，釜液组成为 0.02 ；操作回流比为 2。

若于精馏段侧线取 料，其摩尔流量为馏出液摩尔流量的
1/2 ，侧线产品为饱和液体，组成为 0.6 。

试求所需的理
论板层数，加料板及侧线取料口的位置。

物系平衡数据见例 1-7。

平衡线，从x D = 0.8 开始，在精馏段操作线与平衡线之间绘出水平线和铅直线构成梯级，当
梯级跨过两操作线交点 d 时，则改在提馏段与平衡线之间绘梯级，直至梯级的铅直线达到或越过点C(x W ，x W) 。

8
如图，理论板层数为10 块（不包括再沸器）
出料口为第9 层；侧线取料为第 5 层
12.用一连续精馏塔分离由组分A?B组成的理想混合液。

原料液中含A 0.44 ，馏出液中含A 0.957 （以上均为摩尔分率）。

已知溶液的平均相对挥发度为 2.5 ，最回流比为 1.63 ，试说明原料液的热状况，并求出q 值。

解：在最回流比下，操作线与q 线交点坐标（x q ，y q）位于平衡线上；且q 线过（x F ，x F）可以计算出q 线斜率即q/(1-q) ，这样就可以得到q 的值
由式1-47 R min = [(x D/x q)- α(1-x D)/(1-x q)]/ （α-1 ）代入数据得
93.6 = [(0.957/x q)-2.5 ×(1-0.957)/(1-x q)]/ （2.5-1 ）
∴x q = 0.366 或x q = 1.07 （舍去）
即x q = 0.366 根据平衡关系式y = 2.5x/ （1 + 1.5x ）
得到y q = 0.591
q 线y = qx/ （q-1）- x F/ （q-1）过（0.44 ，0.44 ），（0.366，0.591 ）
q/ （q-1）= （0.591-0.44 ）/ （0.366-0.44 ）得q = 0.67
∵0 < q < 1 ∴原料液为气液混合物
13.在连续精馏塔中分离某种组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同）的两组分理想溶液。

原料液于泡点下进入塔内。

塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为
91.3 ，全凝器提供组成为0.95 的合格产品。

塔顶馏出液中易挥发组分的回收率96％。

若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79，试求：（1）操作回流比和最小回流比；（2）若馏出液量为100kmol/h ，则原料液流量为多少？
解：（1）在塔顶满足气液平衡关系式y = αx/[1 +( α-1)x] 代入已知数据
89.4 = 0.88 α/[1 + 0.88( α-1)] ∴α= 2.591
第一块板的气相组成y 1 = 2.591x 1/ （1 + 1.591x 1）
= 2.591 ×0.79/ （1 + 1.591 ×0.79）= 0.907
在塔顶做物料衡算V = L + D
Vy 1 = Lx L + Dx D
14.（L + D ）= 0.88L + 0.95D ∴L/D = 1.593
即回流比为R = 1.593
由式1-47 R min = [(x D/x q)- α(1-x D)/(1-x q)]/ （α-1）泡点进料x q = x F
∴R min = 1.031
（2）回收率Dx D/Fx F = 96 ％得到
F = 100 ×0.95/ （0.5 ×0.96）= 197.92 kmol/h
93.7 在连续操作的板式精馏塔中分离苯- 甲苯的混合液。

在全回流条件下测得相邻板上的液相组
成分别为0.28 ，0.41 和0.57，试计算三层中较低的两层的单板效率E MV 。

操作条件下苯- 甲苯混合液的平衡数据如下：
x 0.26 0.38 0.51
y 0.45 0.60 0.72
解：假设测得相邻三层板分别为第n-1 层，第n 层，第n+1 层
即x n-1 = 0.28 x n = 0.41 x n+ 1 = 0.57 根据回流条件y n+1 = x n
∴y n = 0.28 y n+1 = 0.41 y n+2 = 0.57
由表中所给数据α= 2.4
与第n 层板液相平衡的气相组成y n* = 2.4 ×0.41/ （1+0.41×
1.4 ）= 0.625
与第n+1层板液相平衡的气相组成y n+1* = 2.4 ×0.57/ （1+0.57× 1.4 ）= 0.483
由式1-51 E MV = （y n-y n+1）/ （y n
n+1）
*-y
*-y
可得第n 层板气相单板效率E MVn= （x n-1 -x n）/ （y n
n）
*-x
*-x
= （0.57-0.41 ）/ （0.625-0.41 ）
= 74.4 ％
第n 层板气相单板效率E MVn+1= （x n-x n+1）/ （y n+1
n+1）
*-x
*-x
= （0.41-0.28 ）/ （0.483-0.28 ）
10
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第 2 章 吸收
15. 从手册中查得 101.33kPa,25 ℃时, 若 100g 水中含氨 1g, 则此溶液上方的氨气平衡分压为 93.8kPa 。

已知在此浓度范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数 H kmol/(m 3
· kPa)及相平
衡常数 m
解：液相摩尔分数 x = （1/17 ）/[ （1/17 ）+（100/18） = 0.0105
气相摩尔分数 y = 0.987/101.33 = 0.00974
由亨利定律 y = mx 得 m = y/x = 0.00974/0.0105 =0.928
液相体积摩尔分数 C = （1/17 ）/ （101× 10 -3/10
-3/10
3
）= 0.5824 × 103 mol/m 3
由亨利定律 P = C/H 得 H = C/P =0.5824/0.987 = 0.590 kmol/(m
3
· kPa)
91.4kPa,10 ℃时，氧气在水中的溶解度可用 P = 3.31 × 10
6
x 表示。

式中： P 为氧在气相中
的分压 kPa ；x 为氧在液相中的摩尔分率。

试求在此温度及压强下与空气充分接触的水中每立 方米溶有多少克氧。

解：氧在气相中的分压 P = 101.33 × 21％ = 21.28kPa
氧在水中摩尔分率 x = 21.28/ （3.31 × 10
6
）= 0.00643 × 103
3
-6
每立方米溶有氧 0.0064 × 10 × 32/ （18× 10 ）= 11.43g
3．某混合气体中含有 2％（体积）CO 2，其余为空气。

混合气体的温度为 30℃，总压强为 506.6kPa 。

从手册中查得 30℃时 CO 2 在水中的亨利系数 E = 1.88 × 10
5 kPa ，试求溶解度系数 Hkmol/(m
5 3
·kPa)
及相平衡常数m，并计算每100g与该气体相平衡的水中溶有多少gCO2 。

解：由题意y = 0.02 ，m = E/P 总= 1.88 ×105/506.6
= 0.37 ×103
5/506.6 = 0.37 ×
103
13
根据亨利定律 y = mx 得 x = y/m = 0.02/0.37 × 10
3 = 0.00005
4 即
每 100g 与该气体相平衡的水中溶有 CO 2 0.000054 × 44× 100/18 = 0.0132 g
H =ρ/18E = 10
3/ （10× 1.88 × 105）= 2.955 × 10-4 kmol/(m 3· kPa) 16. 在101.33kPa ，27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。

甲醇在气， 液两相中的浓度都很低， 平衡关系服从亨利定律。

已知溶解度系数
H = 1.995kmol/(m 3
· kPa)，气膜吸收系数 k G = 1.55
× 10
-5 kmol/(m
-5 kmol/(m
2 -5 kmol/(m · s · kPa)，液膜吸收系数 k L = 2.08 × 10
2 3) 。

试求总吸 · s · kmol/m 收系数 K G ，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。

解：由 1/K G = 1/k G + 1/Hk
L
可得总吸收系数
1/K G = 1/1.55 × 10
-5
+ 1/ （1.995× 2.08 × 10-5）
K G = 1.122 × 10
-5 kmol/(m
-5 kmol/(m
2
· s · kPa)
气膜阻力所占百分数为 ：（1/ k G ）/ （1/k G + 1/Hk L ）= Hk L / （Hk L + k G ）
= （1.995× 2.08）/ （1.995× 2.08 + 1.55 ） = 0.723 = 72.3 ％
17. 在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇， 操作温度为 27℃，压强 101.33kPa 。

稳定操作状况 下塔内某截面上的气相甲醇分压为 5kPa ，液相中甲醇浓度位 2.11kmol/m 3。

试根据上题有关的 数据算出该截面上的吸收速率。

解：由已知可得 k G = 1.128 × 10 -5 kmol/(m
-5
kmol/(m
2
· s · kPa)
根据亨利定律 P = C/H 得液相平衡分压 P * = C/H = 2.11/1.995 = 1.058kPa
∴N A = K G (P-P
*)= 1.122 × 10-5 （5-1.058 ）= 4.447 × 10-5 kmol/(m 2· s)
= 0.158 kmol/(m
2
· h)
18. 在逆流操作的吸收塔中， 于 101.33kPa ，25℃下用清水吸收 混合气中的 CO 2，将其浓度从 2％ 降至 0.1 ％（体积）。

该系统符合亨利定律。

亨利系数Ｅ
=5.52× 10
4kPa 。

若吸收剂为最小理
论用量的 1.2 倍，试计算操作液气比L/V 及出口组成X。

解：⑴Y1 = 2/98 =0.0204 ，Y 2 = 0.1/99.9 = 0.001
m = E/P 总= 5.52 ×104/101.33 =
0.0545 ×10
4/101.33 = 0.0545 ×10
4
14
由（L/V）min= （Y1-Y2 ）/X1 1-Y2 ）/ （Y1/m）
* = （Y
= （0.0204-0.001 ）/ （0.0204/545 ）
= 518.28
L/V = 1.2 （L/V）min = 622
由操作线方程Y = （L/V）X + Y 2- （L/V）X2 得出口液相组成
-5 X 1 = （Y1-Y2 ）/ （L/V）= （0.0204-0.001 ）/622 = 3.12 ×10
⑵改变压强后，亨利系数发生变化，及组分平衡发生变化，导致出口液相组成变化m ‘= E/P 总’= 5.52 ×104/1013 = 0.0545 ×10-
5
’= 5.52 ×104/1013 = 0.0545 ×10-5
（L/V）
‘= 1.2 （L/V）’= 62.2
min
X 1 1-Y2 ）/ （L/V）‘= （Y
‘= （Y ’= （0.0204-0.001 ）/62.2 = 3.12 ×10
-4
19.根据附图所列双塔吸收的五种流程布置方案，示意绘出与各流程相对应的平衡线和操作线，并用图中边式浓度的符号标明各操作线端点坐标。

20.在101.33kPa 下用水吸收混于空气中的氨。

已知氨的摩尔分数为0.1 ，混合气体于40℃下进入塔底，体积流量为0.556m3/s，空塔气速为 1.2m/s 。

吸收剂用量为理论最小用量的 1.1 倍，氨的吸收率为95%，且已估算出塔内气相体积吸收总系数KYα的平均值为
93.9kmol/(m3 ·s) 。

在操作条件下的气液平衡关系为Y=2.6X，试求塔径及填料层高度。

15
21.在吸收塔中用请水吸收混合气体中的SO2，气体流量为5000m 2 占10％，3（标准）/h ，其中SO
要求SO2 的回收率为95％。

气，液逆流接触，在塔的操作条件下，SO2 在两相间的平衡关系近
16
似为Y* = 26.7X ，试求：
（1）若取用水量为最小用量的 1.5 倍，用水量应为多少？
（2）在上述条件下，用图解法求所需理论塔板数；
（3）如仍用（2）中求出的理论板数，而要求回收率从95％提高到98％，用水量应增加到多少？
解：（1）y2 = y 1（1-η）= 0.1 ×（1-0.95 ）= 0.005
Y1 = 0.1/0.9 = 0.111 Y 2 = 0.005/ （1-0.005 ）= 0.005
（L/V）min=（Y1-Y2）/X1 1-Y2）/ （Y1/26.7 ）* = （Y
= （0.111-0.005 ）×26.7/0.111
= 25.50
（L/V）=1.5（L/V）min= 38.25
惰性气体流量：V = 5000 ×0.9/22.4 = 200.89
用水量L = 38.25 ×200.89 = 7684kmol/h
（2）吸收操作线方程Y = （L/V）X + Y 2 代入已知数据
Y = 38.25X + 0.005
在坐标纸中画出操作线和平横线，得到理论板数N T = 5.5 块
13 、
17
WORD格式可以编辑18
14．在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的H2S，进塔气相中含H2S（体积）22.％要求吸收率不低于99％，操作温度300Ｋ，压强101.33kPa，平衡关系为Y
* = 2X ，进
塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H2S浓度为0.013kmol(H 2S)/kmol( 溶剂)
已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.015kmol/(m 2·s) ，气相体积吸收总系数为93.10 kmol/(m 3 ·s·kPa)。

求所需填料蹭高度。

解：y2 = y 1（1- η）=0.0291×0.01 = 0.000291
Y2 = y 2 = 0.000291 Y 1 = 0.0291/ （1-0.0291 ）= 0.02997
ΔYm = [ （Y1-Y *）-Y
2]/ln[ （Y1-Y
1 *）/Y
1
2]
= [ （0.02997-0.013 ×2）-0.000291]/ln[ （0.02997-0.013 ×2）/0.000291]
= 0.0014
∴ΝOG= （Y1-Y2）/ ΔY m = （0.02997-0.000291 ）/0.0014 = 21.2
H OG = V/(K Y aΩ) = 0.015/ （0.000395×101.33）
= 0.375
H = ΝOG ×H OG = 21.2 ×0.375 = 7.9m
15、有一吸收塔，填料层高度为3m，操作压强为101.33kPa，温度20℃，用清水吸收混于空气中的氨。

混合气质量流速G=580kg/(m3·h) ，含氨6%(体积) ，吸收率为99%；水的质量流速W=770kg/(m2·h)。

该塔在等温下逆流操作，平衡关系为Y*=0.9X。

KGa与气相质量流速为0.8 次方成正比而与液相质量流速大体无关。

试计算当操作条件分别作下列改
变时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率( 塔径不变) ：(1) 操作压强增大一倍；
(2) 液体流量增大一倍；(3) 气体流量增大一倍。

19
第3 章干燥
23.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P S = 19.932kPa
∴水气分压P 水气= P Sф= 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）
3
= 0.493 kg/m
湿空气
24.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 4 中各数值的求解过程
序号干球温度湿球温度湿度相对湿度焓水气分压露点
22
℃℃kg/kg 绝干％kg/kg 绝干kPa ℃
1 60 35 0.03 2
2 140 5 30
2 40 27 0.02 40 90
3 25
3 20 18 0.013 75 50 2 15
4 30 28 0.02
5 85 95 4 25
25.干球温度为20℃，湿度为0.009 kg/kg 绝干的湿空气通过预热器加热到50℃，再送往常压干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为80％。

若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求：
（1）1m
3原湿空气在预热器过程中焓的变化；
3
（2）1m
原湿空气在干燥器中获得的水分量。

解：（1）原湿空气的焓：I 0 = (1.01 + 1.88H 0)t + 2490 H 0
= (1.01 + 1.88 ×0.009) ×20 + 2490 ×0.009
= 43 kJ/kg 绝干
通过预热器后空气的焓I 1 = (1.01 + 1.88 ×0.009) ×50 + 2490 ×0.0009
= 73.756 kJ/kg 绝干
焓变化ΔH = I 1 - I 0 = 30.756 kJ/kg 绝干
空气的密度ρ= MP/RT = （29×10
-3×101.33×103）/ （8.314×293）
3 = 1.21 kg/m
3
∴1m 原湿空气焓的变化为ΔH = 30.756 × 1.21/1.009 = 36.9 kJ/kg 湿气
23
假设从干燥器中出来的空气湿度t = 26.8 ℃，查得此时水蒸汽的饱和蒸汽压
P S = 3.635 kPa
∴H2 = 0.622 φP S / （P-фP S）
= 0.622 ×0.8 × 3.635/(101.33-0.8 × 3.635)
= 0.0184 kJ/kg 绝干
由I 2 = 73.756 = （1.01 + 1.88H 2）t 2 + 2490 H 2 试差
假设成立
∴H2 = 0.0184 kJ/kg 绝干
获得水分量：ΔH = H2 - H 0 = 0.0184-0.009 = 0.0094 kJ/kg 绝干
= 0.0094 × 1.21/1.009 = 0.011 kJ/kg 湿气
26.将t 0 = 25 ℃，ф0= 50 ％的常压新鲜空气，与干燥器排出的t 2 = 50 ℃，ф2= 80 ％的常压废气混合，两者中绝干气的质量比为1：3。

(1) 混合气体的温度和焓; (2) 现需将此混合温空气的相对湿度降至10%后用于干燥湿物料, 应将空气的温度升至多少度
解：
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27.采用如图所示的废气循环系统干燥湿物料, 已知数据标于本题附图中。

假设系统热损失可忽略, 干燥操作为等始干燥过程。

试求:(1) 新鲜空气的耗量;(2) 进入干燥器的湿空气的温度及焓;(3) 预热器的加热量
（1）由于干燥过程为等焓过程，故进出干燥器的空气的焓相等（2）预热器的加热量
WORD格式可以编辑28.
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（2）预热器中加热蒸气消耗量
加热蒸气压强为180KPa ，由附录查出相应的汽化热为29./KJkg
30. 某湿物料经过 5.5 小时进行干燥操作。

物料含水量由 X 1 = 0.35 kg /kg 绝干降至
X 2 = 0.1 kg /kg 绝干。

若在相同的条件下，要求将物料含水量由 X 1 = 0.35 kg /kg
绝干降
至 X 2
C
= 0.15 kg /kg
'
= 0.05 kg /kg 绝干。

试求新情况下的干燥时间。

物料的临界含水量 X
绝干，平衡含水量 X
*
= 0.04 kg /kg
绝干。

假设在降速阶段中干燥速率与物料的自由含水
量
*
（X-X
）成正比。

解：降速干燥阶段 dX/d τ= -US/G
'
*
假设 U = k （X-X
）
dX/d τ= -Sk(X-X *)/G '
dX/(X-X
*
) = -Skd τ/G ' 积分得
τ2 = G
' ln[(X *)/(X C -X ' ln[(X *)/(X 2-X
*)]/Sk
*)]/Sk
总干燥时间 τ= τ1+τ2 = G
' (X
1
-X C )/SU C + G
1
-X C )/SU C + G
' ln[(X *)/(X
C -X ' ln[(X
*)/(X
2-X * )]/Sk * )]/Sk
= G
' ln[(X 1-X C )/(X C -X *)]/Sk + G ' ln[(X
*)]/Sk + G ' ln[(X C -X *)/(X 2-X *)]/Sk *)]/Sk
物料由 X 1 = 0.35 kg /kg 绝干降至 X 2 = 0.1 kg /kg 绝干
93.11=（0.35-0.15 ）G
' /[ （0.15-0.04 ）Sk] + G ' ln[ （0.15-0.04 ）/ （0.1-0.04 ）]/Sk
= 2.426G
' /Sk G
' /Sk = 5.5/2.426 = 2.267 物料由 X 1 = 0.35 kg /kg
绝干降至 X 2 ' = 0.05 kg /kg
绝干
'
= τ
' = 1.82 G 1+ τ2
τ
' /Sk + G ' ln[(0.15-0.04)/(0.05-0.04)]/Sk
= 4.218 G
' /Sk = 9.57h 即新情况下的干燥时间为 9.57h
31. 对 lOkg 某温物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥 , 物料平铺在 0.8m × lm 的浅盘中, 常压空气以 2m/s 的速度垂直穿过物料层。

空气 t=75 ℃,H=0.018kg/kg 绝干气, 物料的初始含 水量为 X 1=025kg/kg 绝干料。

此干燥条件下物料的 Xc=0.1kg/kg 绝干料,X*=0 。

假设阵速段 干燥速率与物料含水量呈线性关系。

试求:(1) 将物料干燥至含水量为 0.02kg/kg 绝干料所需
燥至0.02kg/kg 绝干料需 1.4h, 求此干燥条件下的Xe
31。