《化工原理》第四版习题答案解析

绪 论

【0-1】 1m 3水中溶解0.05kmol CO 2，试求溶液中CO 2的摩尔分数，水的密度为100kg/m 3。

解 水33kg/m kmol/m 1000

100018

=

CO 2的摩尔分数

(4005)

89910100000518

-=

=⨯+

x

【0-2】在压力为101325Pa 、温度为25℃条件下，甲醇在空气中达到饱和状态。试求：(1)甲醇的饱和蒸气压A p ；(2)空气中甲醇的组

成，以摩尔分数

A y 、质量分数ωA 、浓度A c 、质量浓度ρA 表示。

解 (1)甲醇的饱和蒸气压

A p

.lg ..157499

7197362523886

=-

+A

p

.169=A

p

kPa

(2) 空气中甲醇的组成

摩尔分数

(169)

0167101325

=

=A y

质量分数

...(.)016732

01810167321016729

ω⨯=

=⨯+-⨯A

浓度

3..kmol/m .A A p c RT -=

==⨯⨯316968210 8314298

质量浓度

../A A A c M kg m ρ-=⨯⨯=3368210320218 =

【0-3】1000kg 的电解液中含NaOH 质量分数10%、NaCl 的质量分数10%、2H O 的质量分数80%，用真空蒸发器浓缩，食盐结

晶分离后的浓缩液中含

NaOH 50%、NaCl 2%、2H O 48%，均为质量分数。试求：(1)水分蒸发量；(2)分离的食盐量；(3)食盐分离

后的浓缩液量。在全过程中，溶液中的

NaOH 量保持一定。

解 电解液1000kg 浓缩液中

NaOH 1000×0.l=100kg NaOH ω=0.5（质量分数）

NaOH

1000×0.l=100kg

NaCl ω=0.02（质量分数）

2H O 1000×0.8=800kg 2H O ω

=0.48（质量分数）

在全过程中，溶液中

NaOH 量保持一定，为100kg 浓缩液量为/.10005

200=kg

200kg 浓缩液中，水的含量为200×0.48=96kg ，故水的蒸发量为800-96=704kg 浓缩液中

NaCl 的含量为200×0.02=4kg ，故分离的 NaCl 量为100-4=96kg

第一章 流体流动

流体的压力

【1-1】容器A 中的气体表压为60kPa ，容器B 中的气体真空度为.⨯4

1210Pa 。试分别求出A 、B 二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力。

解 标准大气压力为101.325kPa 容器A 的绝对压力 ..p kPa ==A 101325+60161325 容器B 的绝对压力

..B p kPa =-=1013251289325

【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa 和157kPa ，当地大气压力为101.3kPa 。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。

解 进口绝对压力

..进101312893 =-=p kPa 出口绝对压力

..出101 31572583 =+=p kPa

进、出口的压力差

..p kPa p kPa ∆=--=+=∆=-=157（12）15712169 或 258 389 3169

流体的密度

【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4，试求该混合液在20℃下的密度。 解 正庚烷的摩尔质量为/kg kmol 100，正辛烷的摩尔质量为/kg kmol 114。

将摩尔分数换算为质量分数

正庚烷的质量分数

(104100)

03690410006114

ω⨯=

=⨯+⨯

正辛烷的质量分数

..2103690631ω=-=

从附录四查得20℃下正庚烷的密度

/kg m ρ=31684，正辛烷的密度为/kg m ρ=32703

混合液的密度

/..3169603690631

684703

ρ=

=+m kg m

【1-4】温度20℃，苯与甲苯按4:6的体积比进行混合，求其混合液的密度。

解 20℃时，苯的密度为

/3879kg m ，甲苯的密度为/3867kg m 。

混合液密度

../3879048670．68718 ρ=⨯+⨯=m kg m

【1-5】有一气柜，满装时可装

36000m 混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为

22

24

H N CO

CO CH .04 0.2 0.32 0.07 0.01

操作压力的表压为5.5kPa ，温度为40℃。试求：(1)混合气体在操作条件下的密度；(2)混合气体的量为多少

kmol 。

解

...T K p kPa =+==+=27340313，101 35 5106 8 （绝对压力）

混合气体的摩尔质量

....../2042802280324400716001186 =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=m M kg kmol

(1)混合气体在操作条件下的密度为

.../.m m pM kg m RT ρ⨯=

==⨯31068186

0763 *******

(2)混合气体36000=V

m ，摩尔体积为

./.m

m

M m kmol ρ=

3

1860763

混合气体的量为

..m m

V n kmol M ρ⨯=

==60000763

246 186

流体静力学

【1-6】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

表绝 -大气压力=8158010120019620 =-=-p p Pa

(3)管子上端空间的真空度

真p

()真表=-=-1962019620 p p Pa -=

(4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度

'h

'ccl

h h ρρ=

4

水

常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为

/ccl kg m ρ=4

31594

'.h m ⨯=

=10002

125 1594

【1-7】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

习题1-6附图