化工原理(第三版)习题解(谭天恩)第九章习题解
化工传递过程基础(第三版)习题答案详解_部分4
·105·第九章 质量传递概论与传质微分方程9-1 在一密闭容器内装有等摩尔分数的O 2、N 2和CO 2，试求各组分的质量分数。
若为等质量分数，求各组分的摩尔分数。
解：当摩尔分数相等时，O 2，N 2和CO 2的物质的量相等，均用c 表示，则O 2的质量为32 c ，N 2的质量为28 c ，CO 2的质量为44 c ，由此可得O 2，N 2和CO 2的质量分数分别为1320.308322844a cc c c==++ 2280.269322844a cc c c==++ 3440.423322844a cc c c==++ 当质量分数相等时，O 2，N 2和CO 2的质量相等，均用m 表示，则O 2的物质的量为m /32，N 2的物质的量为m /28，CO 2的物质的量为m /44，由此可得O 2，N 2和CO 2的摩尔分数分别为1/320.3484/32/28/44x m m m m ==++2/280.3982/32/28/44x m m m m ==++ 3/440.2534/32/28/44x m m m m ==++ 9-2 含乙醇（组分A ）12％（质量分数）的水溶液，其密度为980 kg/m 3，试计算乙醇的摩尔分数及物质的量浓度。
解：乙醇的摩尔分数为A AA 1/0.12/460.05070.12/460.88/18(/)i i Ni a M x a M ====+∑溶液的平均摩尔质量为0.0507460.94931819.42M =×+×= kg/kmol乙醇的物质的量浓度为A A A 9800.0507 2.55819.42c C x x Mρ===×=kmol/m 39-3 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）A B AA 2A AB B d d ()M M x a x M x M =+；（2）A A 2A B A B A B d d a x aa M M M M = +。
化学工程基础(化工原理)第9章 课后答案【khdaw_lxywyl】
均相反应过程
设t1、t2分别为转化率达 90%、99%所需要的时间，
1 1 ln t 2 k 1 − 0.99 则： = =2 1 1 t1 ln k 1 − 0 .9
ww
w. kh d
t1 = （2）t2 = 0.99 = 1650 min 0.3 × 0.2 × (1 − 0.99)
1650 = 11 150 t 2 t1 =
2
t=
xA kc A,0 (1 − x A )
乙酸、丁醇和乙酸乙酯的摩尔质量Mr分别为 6.0×10−2、7.4×10−2和 0.116kg⋅mol−1 (1 × 6.0 + 4.97 × 7.4) × 10
ww
w. kh d
= 40.1min = 0.67h （2）计算反应器有效体积 每小时乙酸用量为：
同一反应， 当初始浓度CA,0、 反应温度、 转化率相同时， 在间歇操作搅拌釜反应器和PFR 中进行反应的时间相同，即也为 4.44min。 qV,0 =
q n ,o = 0.684 = 0.137 m 3 ⋅ min −1 5
3
c A ,0
aw
0.8 = 50 min
案
= 0.4m3 ⋅ kmol−1 ⋅ min−1 对于 CSTR，则有：
1
2、在间歇操作搅拌釜反应器中进行等温液相反应 A＋B→R
k = 0.3L ⋅ mol −1 ⋅ min −1 , c A ,o = c B,O = 0.2mol ⋅ L−1 , 已知： (− rA ) = kc A c B mol ⋅ L−1 ⋅ min −1 ，
试计算反应物 A 的转化率分别达 90%和 99%所需要的时间，并作比较。 解： （1）因cA,0 = cB,0 故： (−rA) = kcA2 = kcA,02 (1 − xA)2，代入式（9-2）积分得： xA 0.9 = = 150 min kc A,0 (1 − x A ) 0.3 × 0.2 × (1 − 0.9)
《化工原理》第三版答案.
D
'
(
2.58
1 10
5
)
1.46 104
P'
(
1
1.0133
105
)
(1.8T ' )2.5 (1.8T ') 441
D' 9.218104 (T ')2.5
P'
T '245
7） 在冷凝器中蒸汽与冷却水间换热，当管子是洁净的，计算总传热系数的 经验式为：
式中 K——总传热系数，Btu/(ft2·h·℉)；
6．6．为放大以 U 形压差计测气体压强的读数，采用倾斜式 U 形压差计。如图。 指示液是ρ=920kg/m3 的乙醇水溶液。气体密度为 1.20kg/m3。读数 R=100mm。 问 p1 与 p2 的差值是多少 mmHg？
解 : P1 P2 (i )gR sin 20 0 (920 1.20) 9.81 0.1sin 20 0 308 .3Pa＝2.31mmHg 采用微差 U 形压差计测压差。如图。已知 U 形管内直径 d 为 6mm，两扩大室半径 均为 80mm，压差计中用水和矿物油作指示液，密度分别为 1000 及 860kg/m3。当 管路内气体压强 p 与外界大气压 p0 相等时，两扩大室油面齐平，U 形管两只管内 油、水交界面亦齐平。现读得读数 R=350mm，试计算：（1）气体压强 p（表）。 （2）若不计扩大室油面高度差，算得的气体压强 p 是多少？（3）若压差计内只 有水而不倒入矿物油，如一般 U 形压差计，在该气体压强 p 值下读数 R0 为多少？
解： (i )gR1 (i )gR2 (i )gR3 R1 R2 R3
9)将水银倒入到图示的均匀管径的 U 形管内，水银高度 h1=0.25m。然后将水从左 支管倒入，测得平衡后左支管的水面比右支管的水银面高出 0.40m。试计算 U 形 管内水与水银的体积比。
化工原理(上册)习题解答(第三版_谭天恩主编)部分答案
H=( + )/ =(107.5*10^3+40*10^3)/1000*9.81=15.04m（a）
对整个循环系统做机械能衡算（从面1-1经泵再回到面1-1）；
h=BQ^2=8λl/π^2d^2g*(Q/3600)^2=1.245*10^-2Q^2
式中，Q以m^3*h^-1计。
结果与读图相符
2-2用内径为200mm、长50m的管路输送液体（密度与水相同），升高10m。管路上全部管件的当量长度为27m，摩擦系数可取为0.03.作用于上下游液面的压力相同。试列出管路特性方程，其中，流量Q以m^3*h^-1计，压头H以m计。
附图中的实线与虚线分别为IS250-200-315型和IS250-200-315A型离心泵的特性曲线。试求，若在本题中的管路上分布安装这两个泵时的流量、所需的轴功率及效率。
2-10往复压缩机的活塞将278k、101.3kpa（绝）的空气抽入气缸，压缩到324kpa（绝）后排出。试求活塞队每千克空气所做的功。若将1kg空气在一密闭的筒内用活塞字101.3kpa（绝）压缩到324kpa（绝），所需功是多少？两种情况下均按绝热压缩机算。
解：在气缸中压缩、排出14，为使表中序号1的全风压达到222mm O,转速n’应满足
n’/n= =1.505
故n’=1.505*1000=1505r*min^-1
在此转速下，序号1的流量变为
Q’=11200*1.505=16860m^3*h^-1
可以满足需要（稍增大阻力，如关小阀门，可使流量减小至16860m^3*h^-1）。
解：（1）查附录七知65℃水的饱和蒸汽压力为 =25.0kpa
查附录五知65℃水的密度ρ=980.5kg*m^-3
《化工原理》第三版答案
W 表示各蒸发器产生水蒸汽的质量流量。若
，
，
，
，问：W1、W2、E、x1 各为多少？
W1kg/s
W2kg/s
NaOH 水液
G kg/s
E kg/s
F=6.2Kg/s
蒸发器 1
蒸发器 2
X2 =0.30
X0=0.105
W1:W2=1:1.15 , X---(Wt),x1,w1,w2,D,E=?
对控制体 I，NaOH 物料衡算：Fx0=Ex2
解:经验公式的单位换算:
D 1.46 10 4 T 2.5
P
T 441
物理量 原来单位 后来单位
扩散系数 英尺 2/h M2/s
压强 atm Pa
绝对温度 0R K
∵1 英尺 2/h=0.30482/3600m2/s=2.58×10-5m2/s,1atm=1.0133×105pa,
温差 1k=1.80R
F
3
4
0 (P0
水 gz)dz
3 1.013
10 5
4
310 3
9.81
42
/
2
1.45
10 5
N
4．4．外界大气压为 1atm，试按理想气体定律计算 0.20at（表压）、20℃干空 气的密度。空气分子量按 29 计。
解： PM (1.013 10 5 0.20 0.81 10 4 ) 29 1.439 Kg / m3
解： (i )gR1 (i )gR2 (i )gR3 R1 R2 R3
9)将水银倒入到图示的均匀管径的 U 形管内，水银高度 h1=0.25m。然后将水从左 支管倒入，测得平衡后左支管的水面比右支管的水银面高出 0.40m。试计算 U 形 管内水与水银的体积比。
化工原理第9章习资料
第9章习题解答9-1．苯—甲苯混合液采用板式精馏塔进行连续精馏分离，已知在全回流操作条件下测得自第11板至第13板上流下的液相组成依次为0.618，0.433和0.305，各塔板上物系的平均相对挥发度依次为2.51，2.47和2.39。
试求第12板与第13板以气相组成表示的默弗里板单板效率。
解：根据全回流过程的特点，可知全回流时的操作线为：1n n y x += 由精馏过程的相平衡方程，可得：1(1)n nn n nx y x αα=+-由题意，得： 1211131214130.618,0.433,0.305y x y x y x ======；1112132.51, 2.47, 2.39ααα===。
则可求得与离开第12板与第13板的液体组成相平衡的气相组成分别为： *1212121212 2.470.4330.6531(1)1(2.471)0.433x y x αα⨯===+-+-⨯*1313131313 2.390.3050.5121(1)1(2.391)0.305x y x αα⨯===+-+-⨯因此所求第12板与第13板以气相组成表示的默弗里板单板效率分别为：1121312**121310.6180.43384.1%0.6530.433n n mv n n y y y y E y y y y ++---====--- 1131413**131410.4330.30561.8%0.5120.305n n mv n n y y y y E y y y y ++---====---9-2. 在一年产10000 t 93%（质量分率，下同）乙醇的常压精馏塔，进料为35%的酒精溶液，泡点进料与回流，此塔选用筛板塔，塔釜x w <1%，试设计和计算以下项目：（1） 最小回流比与适宜回流比； （2） 精馏段与提馏段的数值方程； （3） 理论塔板数与加料板位置； （4） 塔效率与实际塔板数。
解：（1）由题意，知乙醇（A ）与水（B ）的摩尔质量分别为：46.07/,18.02/A B M g mol M g mol ==。
化工原理第三版课后答案
化工原理第三版课后答案1. 简答题。
1.1 什么是化工原理？化工原理是指在化学工业生产中，根据化学反应的基本规律和物质的性质，通过物质和能量的转化，实现对原料的加工和产品的制备的基本理论和方法。
1.2 化工原理的基本内容有哪些？化工原理的基本内容包括物质的组成与结构、物质的性质与变化规律、化学反应的热力学和动力学基础、反应工程的基本原理和方法等。
1.3 化工原理的研究意义是什么？化工原理的研究可以帮助我们深入了解化学反应的规律和物质的性质，为化学工业生产提供理论指导和技术支持，促进化工生产的发展和进步。
2. 计算题。
2.1 请计算下列化学反应的热力学参数：反应，2H2 + O2 → 2H2O。
ΔH = -483.6 kJ/mol。
2.2 请计算下列反应的反应速率常数：反应，A → B。
反应速率方程，r = k[A]当A的浓度为0.5mol/L时，反应速率为0.02mol/L·s，求反应速率常数k的值。
3. 分析题。
3.1 请分析化工原理在化学工业生产中的应用。
化工原理在化学工业生产中起着至关重要的作用，它可以帮助工程师们设计合理的反应工艺，优化生产流程，提高产品质量和产量，降低生产成本，实现资源的高效利用和环境的可持续发展。
3.2 请分析化工原理对环境保护的作用。
化工原理可以帮助我们研究和开发环保型的生产工艺，减少废物和污染物的排放，提高能源利用效率，降低对环境的影响，实现绿色生产和可持续发展。
4. 应用题。
4.1 请设计一个化学反应的反应工艺，并分析其可行性和经济效益。
反应，A + B → C。
根据反应的热力学和动力学参数，设计合理的反应条件和工艺流程，分析反应的可行性和经济效益，为工程实践提供参考和指导。
4.2 请结合化工原理，分析某一化工生产过程中的问题，并提出解决方案。
结合化工原理的知识，分析化工生产过程中可能存在的问题，如反应速率不理想、产物纯度不高等，提出相应的解决方案，为生产实践提供技术支持和指导。
新版化工原理习题答案第九章蒸馏
第九章 蒸馏1．在密闭容器中将A 、B 两组分的理想溶液升温至82 ℃，在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为*A p = kPa 及*B p ＝ kPa ，取样测得液面上方气相中组分A 的摩尔分数为。
试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。
解：本题可用露点及泡点方程求解。
()()()()95.085.416.10785.416.107总总*B*A 总*B 总*A A 总*AA =-=--==p p p p p p p p x p p y － 解得 76.99＝总p kPa8808.085.416.10785.4176.99*B*A *B =--=--=p p p p x 总本题也可通过相对挥发度求解571.285.416.107*B *A ===p p α由气液平衡方程得()()8808.095.01571.295.095.01=-+=-+=y y y x α()()[]kPa 76.99kPa 8808.0185.418808.06.1071A *BA *A =-+⨯=-+x p x p p ＝总 2．试分别计算含苯（摩尔分数）的苯—甲苯混合液在总压100 kPa 和10 kPa 的相对挥发度和平衡的气相组成。
苯（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸气压和温度的关系为24.22035.1206032.6lg *A +-=t p58.21994.1343078.6lg *B +-=t p 式中p ﹡的单位为kPa ，t 的单位为℃。
苯—甲苯混合液可视为理想溶液。
（作为试差起点，100 kPa 和10 kPa对应的泡点分别取94.6 ℃和31.5 ℃）解：本题需试差计算 （1）总压p 总＝100 kPa 初设泡点为94.6℃，则191.224.2206.9435.1206032.6lg *A =+-=p 得 37.155*A =p kPa同理 80.158.2196.9494.1343078.6lg *B =+-=p 15.63*B =p kPa4.03996.015.6337.15515.63100A ≈=--=x或 ()kPa04.100kPa 15.636.037.1554.0=⨯+⨯＝总p则 46.215.6337.155*B *A ===p p α 6212.04.046.114.046.2)1(1=⨯+⨯=-+=x x y αα（2）总压为p 总＝10 kPa通过试差，泡点为31.5℃，*A p =，*B p ＝203.3313.502.17==α 681.04.0203.214.0203.3=⨯+⨯=y随压力降低，α增大，气相组成提高。
谭天恩《化工原理》习题解答 干燥其他传质
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谭天恩《化工原理》习题解答 流体流动
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第九章 吸收9-1 总压为kPa 3.101、含3NH %5（体积分数）的混合气体，在C25下与浓度为3.71.1 m kmol 的氨水接触，试判别此过程的进行方向，并在c p 图上示意求取传质推动力的方法。
解 氨—水平衡关系列在本章附录二中，需将题中组成化为其中的单位，以便比较。
气相氨分压 kPa p 065.505.03.101液相组成换算要用到密度 ，暂取3.990 m kg （参考例9-2，温度较高 较小）。
对3.71.1 m kmol c 氨水，每立方米含氨kg 1.291771.1 ，含水kg 9.9601.29990 ；故kg 100水中含氨kg 03.3)9.960/1.26(100 。
与附录二比较，氨水组成为kg 3氨.1-100(水）kg ，C25下的平衡氨分压为kPa 13.3，比题给氨分压低，故知过程方向应为吸收。
（注：虽然氨水密度的估计稍有误差，但不影响过程方向。
作图从略）9-2 含%32CO （体积分数）的2CO —空气混合气，在填料塔中用水进行逆流吸收，操作压力为（绝）为kPa 200、温度为C25，试求出塔的g 100水中最多可溶解多少克2CO ？其浓度又为多少？解 出塔水的最大浓度系与逆流进塔的气体平衡，此时2CO 的分压kPa Py p 603.0200 ，查本章附录一，C 25下2CO 溶于水的亨利系数MPa E 166 。
按式（9-5），液相平衡组成为 153)(.1061.3101666 B A mol A mol E p x 而 155max ).(1084.81061.3)1844()()(gS gA x M M x M M S A L A 即 123100.(1084.8 ）g gCO浓度 335max .1001.2)1061.3()18/1000()(m kmol x M sCx c s9-3 总压kPa 3.101、含%62CO （体积分数）的空气，在C20下与2CO 浓度为3.3 m kmol 的水溶液接触，试判别其传质方向。
解 空气中2CO 的分压kPa p 08.606.03.101 ，水溶液的2CO 摩尔分数C c x / ，式中，C 为溶液的总浓度，3.5.5502.18/1000 m kmol C 。
溶液的2CO 平衡分压按式（9-5）即Ex p计算，而C20下的E 从本章附录一查得为MPa 144。
故kPa C Ec Ex p 78.7)5.55/103()10144(/33可知p ＞p ，过程为脱吸。
9-4 焦炉煤气（标准状态）含粗苯3.30 m g ，流量13.10000 h m ，经洗油吸收后（见图9-1），降为3.5.1 mg ，求粗苯的吸收率和吸收量。
设粗苯的平均摩尔质量可取为1.100 kmol kg 。
解 现煤气中粗苯含量很低，可用给出的浓度之比代替摩尔比。
按式（9-1），吸收率为 95.030/5.11/1 b a c c 吸收量 13.28510)5.130(10000 h kg G校核：按摩尔比再次计算如下。
标准状态下31m 粗苯的物质量 mol n b 3.0100/30 31m 煤气的物质量 mol n 6.444.22/1000 总粗苯摩尔比 31077.63.06.443.0b b b n n n Y 总吸收后 mol n s 015.0100/5.1 煤气中惰性气量不变，仍为mol 3.443.06.44其摩尔比 41039.33.44/015.0 a Y故 950.0)1077.6/(330.01/13b a Y Y与以上按浓度计算的结果相同（取三位有效数字时）。
9-5 求温度为C 10及C30时与kPa 100（绝）空气接触的水中，氧（标准状态下）的最大浓度（分别以3. m L 、1. L mg 、摩尔分数表示）及溶解度系数（以13.. kPa m kmol 表示）。
氧在空气中的体积分数为%21。
解 氧在水中的最大浓度即为接触状态下的平衡浓度，可由本章附录一查出亨利系数E 后。
由式（9-5）计算其摩尔分数：E p x /式中氧的分压 kPa p 2121.0100 氧在水中的摩尔浓度Cx c其中总浓度 3.5.5502.18/1000 m kmol C其质量浓度 c 需对 c 乘以氧的摩尔质量1.32 kmol kg ；再换算到1. L mg ，需乘以310。
溶解度系数H 按式（9-3）计算，p C H /。
9-6 二氧化硫与水在C30下的平衡关系为：试换算成总压kPa 100（绝）下的y x 关系，并在y x 图中作出平衡曲线。
解 根据例9-5中所得的算式)6.355/( x 及100//p P p y9-7 C25及kPa 100（绝）下，有2CO %20、空气%80（体积分数，下同）的气体31m ，与31m 的清水在容积32m 的密闭容器中接触，进行传质。
问2CO 在水中的最终浓度及剩余气体的总压各为多少？若上述过程在初始总压为kPa 500（绝）下进行，求其结果。
解 现气相体积31m V 不变，随着2CO 的溶解，分压p 将下降。
最终达平衡时p 与水中2CO 摩尔分数x 的关系，可用亨利定律表示Ex p 即见式)59(。
查附录一，知MPa E 166 ，故有xkPa p 51066.1（a ）两未知量p 与x 的另一关系是物料衡算：气相失去的2CO 为 )//()2.0(1RT V p P N（b ） 水中得到的2CO 为 x Cx N 5.552最终有21N N ，并将给定的kPa P 100 及V 、T 代入式（b ），得 x p 5.55)298314.8/(1)20(x p 510375..120（c ）联立方程（a ）、（c ）求解，得到kPa p 9.10，51059.6 x而容器内剩余气体总压为kPa p P 9.9080终。
以上忽略水的蒸汽压。
若总压为kPa P 500 ，式（a ）必备，代入式（b ），得物料衡算式 x p 510375.1100与式（a ）联立求解得kPa p 7.54，5100.33 x容器内剩余气体总压为 kPa P 4557.54400 终9-8 求习题9-7在刚开始接触时的总传质推动力，分别以分压差、液相摩尔分数差及浓度差表示。
解 以分压差表示的总推动力为A A pp。
刚开始时，kPa p A 20 ，0 A p ，故kPa p p A A 20 。
以液相摩尔分数差表示时，143)(.10205.10)10166/(20 S A mol kmolA x x以液相摩尔浓度差表示时， 334.1067.6)10205.1()18/997()( m kmol x x C cc AA9-9 在填料塔中用清水吸收气体中所含的丙酮蒸汽，操作温度C20、压力kPa100（绝）。
若已知给质系数1216...105.3 kPa m s kmol k G ，14.105.1 s m k L ，平衡关系服从亨利定律，亨利系数MPa E 2.3 ，求传质系数G K 、x k 、x K 、y K 和气相阻力在总阻力中所占的比例。
解 从两相给质系数G k 、L k 按以下公式求总传质系数G K 1)11(LG G Hk k K 式中溶解度系数13..01734.03200/5.55/ kPa m kmol E C H1216146...10492.1)105.101734.01105.31(kPa m s kmol K G 根据传质系数间的换算式，有2146.,10492.110010492.1 m s kmol P K K G y2136.1078.45.55)01734.0/10492.1()/( m s kmol C H K C K K G L x 2134.1033.85.55105.1\ m s kmol C k k L x气相阻力在总阻力中所占的比例为426.0105.310492.16611G G GGk K K k R R 总气或%6.42 9-10 根据以下双塔吸收的四个流程图，分别作出其平衡线和操作线的示意图（设吸收液最初不含溶质）并说明各自适用于哪些情况。
解 流程（Ⅰ）相当于一个气液逆流的单塔。
当吸收所需的填料层甚高，单塔有困难时，用此流程。
在图解中平衡线用OE 代表，1、2两塔的操作线分别用（1）、（2）表示（下同）。
流程（Ⅱ）中每塔都送入新鲜溶剂，使全流程的推动力较流程（Ⅰ）为大。
适用于吸收要求高、所需溶剂量大的情况。
流程（Ⅲ）中气体并流、液体逆流，可用于气体中溶质易吸收（如伴有快速反应），要求出塔液体近于饱和（或相对较高）的情况。
流程（Ⅳ）中第二塔气液并流，适用于伴有化学反应，或液量超过吸收所需甚多，故推动力与流向关系不大的情况。
通常后两种流程在实用中少见，尤其是（Ⅲ）。
注：本题可在学生先做习题后进行课堂讨论。
9-11 拟设计一常压填料吸收塔，用清水处理13.3000 h m 、含3NH %5（体积分数）的空气，要求3NH 的去除率为，实际用水量为最小水量的5.1倍。
已知塔内操作温度为C 25，平衡关系为x y 3.1 ；取塔底空塔气速为1.1.1 s m ，气相体积总传质系数a K y 为31..270 m h kmol 。
试求：（1）用水量和出塔液浓度；（2）填料层高度；（3）若入塔水中已含氨%1.0（摩尔分数），问即使填料层高度可随意增加，能否达到%99的去除率？（说明理由）。
解 05.0 b y ,4105)99.01( b a y y03864.03.1/05.0b x ，0 a x 278.103864.00495.0)(min a b a b x x y y G L931.1278.15.1)(5.1min GLG L （1） 0256.0931.10495.0/G L y y x a b b12..0450.04.2212982731.1s m kmol u G M 12..0869.0931.1045.0)/( s m kmol G L G L 或12..313 h m kmol （2） 441050105 a a a mx y y01667.00256.03.105.0 b b b mx y y44101.46)5/7.166ln(10)57.166(m y m y y y a K G h m a b y 44.61.46495)3600/270(045.0)(0（3）当001.0 a x 时，有0013.0001.03.1a y ；而41013a y ，比要求的4105 a y 大，故增高填料层不能达到要求。
9-12 已知某清水吸氨塔的填料层高度m h 30 ，进塔气体含氨06.0 b y ，吸收率99.0 ，操作压力kPa 100（绝），温度C20，平衡关系为x y 9.0 ，气相流率12..580 h m kg G ，液相流率，传质系数3.0G a k a K G g 。