《化工原理》习题集
第二章气体吸收
1、当总压为101.3 kPa，温度为25℃时，100克水中含氨1克，该溶液上方氨的平衡分压为0.933 kPa；若在此浓度范围内亨利定律适用，试求溶解度系数H和相平衡常数m（溶液密度近似取为1000kg/m3）。
2、含有4%（体积）氨气的混合气体，逆流通过水喷淋的填料塔，试求氨溶液的最大浓度，分别以摩尔分率，质量分率，比摩尔分率，比质量分率表示。塔内绝对压强为2.03×105 Pa, 在操作条件下，气液平衡关系为 p* = 2000x(式中 p 的单位为 mmHg, x 为摩尔分率)。
3、已知NO2水溶液的亨利系数如下：
温度/℃ 5 10 15 20 25 30 35
E /×102 kPa 1.19 1.43 1.68 2.01 2.28 2.62 3.06
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NO20.003(摩尔分率)的水溶液和含 0.06 (摩尔分率) 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），总压达200kPa（绝对压强）。
4、已知某吸收系统中，平衡关系为y = 0.3x ，气膜吸收分系数ky = 1.815×10-4 kmol / (m2.s)，液膜吸收分系数kx = 2.08×10-5 kmol / (m2.s)，并由实验测得某截面上气液相浓度分别为 y = 0.014，x = 0.02，试求：
（1）界面浓度yi、xi分别为多少？
（2）液膜阻力在总阻力中所占的百分数，并指出控制因素；
（3）气相推动力在总推动力中所占的百分数。
4、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℃，压力为101.3kPa（绝对压力）。稳定操作状况下，塔内某截面上的气相中甲醇分压为5.07 kPa，液相中甲醇浓度为2mol / m3。甲醇在水中的溶解度系数H = 1.995 kmol / (m3.kpa.)，液膜吸收分系数kL = 2.08×10-5 m / s，气膜吸收分系数kG = 1.55×10-5 kmol / (m2.s.kpa.)。试计算该截面上的吸收速率。
5、在某填料吸收塔中，用清水处理含的SO2混合气体。逆流操作，进塔气中含SO2 0.08（摩尔分率），其余为惰性气体。混合气体的平均分子量取28，水的用量比最小用量大65%。要求每小时从混合气体中吸收2000 kg SO2的，操作条件下气液平衡关系为Y = 26.7X，计算每小时用水量为多少m3？
6、在总压为101.3kPa，温度为20℃的吸收塔中，用清水吸收SO2-空气混合气体中的SO2。入
塔时SO2浓度为5% （体积），要求在处理后的气体中，SO2含量不超过1%（体积）。在 101.3kPa
和20℃时，平衡关系可近似写为 Y* = 35 X。试问：
（1） 逆流操作和并流操作时最小液气比 （L / V）min各为多少？由此可得出什么结论？
（2）若操作总压增为303.9 kPa时，采用逆流操作，其最小液气比为多少？并与常压逆流操作的最小液气比作比较讨论。
7、由矿石焙烧炉送出的气体含SO29%（体积%），其余可视为空气。冷却后送入吸收塔用水
吸收，以回收其中SO2的95%。在操作条件下的平衡关系为Y* = 48X，吸收塔每小时处理的炉气量为1000 m3（303K，100kPa），所用液气比为最小液气比的1.4倍。求每小时用水量和出塔溶液的浓度。
8、在一逆流吸收塔中用吸收剂吸收某混合气体中的可溶组分。已知操作条件下该系统的平衡
关系为Y=1.15X，入塔气体可溶组分含量为9%（摩尔%），吸收剂入塔浓度为1%（摩尔%）；当液气比分别取L / V> m， L / V < m， L / V = m时，液体出口的最大浓度为多少？并在Y-X图上画出上述情况的操作线与平衡线的相互关系。
9、用水吸收丙酮——空气混合物中的丙酮（逆流操作），入塔混合气中含丙酮7%（体积），
混合气体流量为1500 m3 / h（标准状态），要求吸收率为97%，丙酮溶解于水的平衡关系可用Y* = 1.68X 表示，试计算：
（1）每小时被吸收的丙酮量和水的最小用量为多少？
（2）若用水量为3200kg/h ，求溶液的出口浓度？在此情况下，塔进出口处的推动力ΔY
各为多少？
（3）若溶液的出口浓度 x1= 0.0305，求所需用水量，此用水量为最小用水量的多少倍？
（4）做图说明（2）、（3）两种情况操作时，那种所需的传质面积较小？为什么？
10、在一逆流填料吸收塔中，用清水处理SO2混合气体。进塔气中含SO20.09（摩尔分率），
水的用量比最小用量大70%。要求SO2吸收量为2000kg / h , 操作条件下的气液平衡关系为Y= 26.7X，计算每小时用水量为多少立方米。
11、 需要设计用清水作吸收剂的填料塔，因算出的填料层高度与直径之比过大，拟改为两个高度较小的塔联合操作，现提出以下几个流程方案，各种方案中（1）每塔L / V相等；（2）Yb1、YD、Ya2不变，设平衡关系服从亨利定律，试分别做出其平衡线与操作线的示意图，并比较这三种方案。
方案1 方案2 方案3
11、在逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的可溶组分，若系统的平衡关系为Y = 0.4X。试求：
（1）回收率为93%时的最小液气比（摩尔比）；
（2）当液气比为最小液气比的1.4倍，塔高不受限制时该系统的最大回收率。
（3）如果吸收因子A = 1.2，回收率为90%，并已知该系统的气、液相传质单元高度HL
和HG都是2 m， 其填料层高度为多少？？
13、混合气中含CO25%（体积），其余为空气。于30℃及2MPa下用水吸收，回收率为90%，溶液出口浓度x1= 0.0004，混合气体处理量为224 m3 / h（操作状态），亨利常数E = 200MPa，液相体积总传质系数KLa = 50 kmol / （m3h (kmol / m3)），塔径为1.5m，求每小时用水量和填料层高度。
14、 在一逆流填料吸收塔中，用纯水吸收空气—氨混合气中的氨。入塔气体中含氨9%（体积），要求吸收率为90%，水用量为最小用量的1.2倍，操作状态下平衡关系为Y*=1.8X，HOG=1m。试求：
（1）填料层的高度；
（2）若改用含氨0.08%的稀氨水作吸收剂，Y1及其他条件不变，吸收率为多少？
（3）画出两种情况下的操作线及平衡线的示意图。
15、有一吸收塔，填料层高度为3米，可以将含有NH3 6%（体积）的空气—氨混合气中的NH3 回收99%，气体速率为600kg惰气 /（m2h），吸收剂用水，其速率为900 kg /（m2h）。在操作范围内，氨的气液平衡关系为Y* = 0.9X，，受液体速率影响很小，而W气是单位时间内通过塔截面的气体质量，试计算将操作条件作下列变动，所需填料层有何增减？
（1）气体速度增加20%；
（2）液体速度增加20%；
假设气、液速率变动后，塔内不会发生液泛。
16、 已知某填料塔直径为1米，填料层的高度为4米。用清水逆流吸收空气混合物中的某可溶组分，该组分进、出口浓度分别为8%和1%（摩尔分率），混合气流率为30kmol / h，操作液气比为最小液气比的1.24倍，相平衡关系为Y* = 2X，试计算：
（1）塔高为3米处气相浓度；
（2）若塔高不受限制，最大吸收率为多少？
17、某厂有一填料吸收塔，直径为880mm，填料层高6m，所用填料为50mm拉西环，每小时处理2000m3g丙酮-空气混合气（T = 298.15 K，P = 101.3 kPa），其中含丙酮5%（体积%）；用水作溶剂。塔顶放出废气中含丙酮0.263%（体积%），塔底排除的溶液每kg含丙酮61.2g；在此操作条件下，平衡关系Y = 2.0X。根据上述测得数据试计算：
（1）气相体积总传质系数KYa ；
（2）每小时回收多少丙酮；
（3）若保持气液流量V、L不变，将填料层高度加高3m，可以多回收多少丙酮。
18、在高度为5m的填料塔内，用纯溶剂除去混合气中的某组分，在操作条件下相平衡常数
m = 0.6 ，当L / V = 0.9时，溶质回收率可达90%。现改用另一种性能较好的填料在相同
条件下其吸收率可提高到95%，问此填料的体积传质系数是原填料的多少倍？
19、在逆流操作的填料塔中，用稀硫酸吸收空气中所含的氨（低浓度），溶液上方氨的分压为
零（相平衡常数 m = 0）。在下列两种情况下，气体与液体流率以及其他操作条件大致相
同，传质单元高度HOG都可取为0.5m，试比较所需的填料层高度有何不同？
（1）要求回收率为90%；
（2）要求回收率为95%。
20、要从CCl4—空气混合物中吸收所含的CCl4，处理的混合气体量为1500kmol / h，混合气体中含CCl45%（mol%）,回收率为90%，吸收塔操作压力为101.325kPa，温度为298K。有两股吸收液送入塔内，第一股含CCl42.26%（质量%）的煤油，其量为222 kmol / h ，从塔顶送入；第二股为含CCl413.7%（质量%）的煤油，其量为153 kmol / h ，在塔中段液体浓度与它相同处送入。在操作条件范围内，平衡曲线可表示为Y*= 0.13X，已知吸收过程属气膜控制，kG = 1.2 kmol / (m2.h.atm)，纯煤油的平均分子量为170， CCl4的分子量为154，塔径为3.5m，填料的比表面积 a = 110m2 / m3，试求：
（1）填料层高度；
（2）第二股煤油应在距填料层顶部若干米处送入？
（3）若将两股煤油相混，一起从塔顶送入，欲得到同样的回收率，塔高应为多少？
21、现有一填料塔，在301K和101.3kPa下，用清水吸收200 m3 / h 氨—空气混合物中的氨，使其含量从5%（体积%）降低到0.04%（体积%）。出塔氨水浓度为最大浓度的80%，填料塔直径为0.5m，填料层体积为0.98m3，其平衡关系式为Y* = 1.4X，已知：KGa =0.272G0.35L0.36 kmol / (h.atm);G——混合气体的质量流速kg / (m2h)；L——液体的质量流速kg / (m2h)。问：该塔能否适用？为什么？
22、以2.5N的NaOH溶液在常压下吸收CO2—空气混合物中的CO2 。实验使用的填料塔为塔径350mm，塔高3m，以19mm的拉西环填充。实验结果为：气速G’=0.34kg /(m2s)，液速L=3.94kg /(m2s)；入口气体中CO2含量为315ppm，而出口气体中CO2含量为31ppm；溶液密度为1100 kg/m3，吸收为气相扩散控制，问总气相传质系数KGa的值为多少？
23、空气和丙酮混合气体2000 m3 / h（标准状态），其中含丙酮10%（体积%），于293K和202.65kPa下，在直径为0.62m的填料吸收塔中用水吸收，吸收率为80%，塔中选用25×25×3乱堆瓷环，比表面积a =200 m2 / m3，吸收系数KY = 0.6kmol /(m2.h)，吸收剂用量为最小用量的3倍，操作条件下的平衡数据如下表，试计算填料层高度。
X 0 0.0526 0.075 0.111 0.250 0.430 0.668 1.0
Y 0 0.0318 0.0425 0.0542 0.0776 0.0915 0.101 0.1095
第三章蒸馏
1、在101.3kPa下，C6H6（A）与C6H5Cl（B）的饱和蒸汽压（kPa）和温度（K）的关系如下：
试计算：（１）C6H6（A）与C6H5Cl（B）的汽液平衡相组成，并画出t-x-y图；
（２）平均相对挥发度（该溶液可视为理想溶液）。
２、如果C6H6（A）与C6H5Cl（B）的混合液中C6H6摩尔分率为0.5，根据上题的T-x-y图回答以下问题：
（１）此溶液开始沸腾的温度，以及此瞬间的蒸汽组成；
（２）若将此溶液加热至388.15K，溶液的状态如何？各相组成又如何？
（３）此溶液加热到什么温度时才能完全汽化为饱和蒸汽？此时蒸汽的组成又为多
少？
（４）若要使此溶液得到初步分离，加热温度应控制在什么范围？
3、苯-甲苯混合物可视为理想体系，纯苯（A）和纯甲苯（B）的蒸汽压分别可用下式表示：
式中P0 的单位为mmHg，t的单位为℃。今测的蒸馏釜中温度为108℃，釜液组成为4.3%（质量%），试求： （1）该蒸馏釜的操作压强；
（2）与釜液呈平衡的蒸汽组成。
（3）当蒸馏釜的操作压强为500mmHg，组成为0.55（苯的摩尔分数）的蒸汽的温度和与此蒸汽呈平衡的液相组成。
4、C6H6（A）与C6H5Cl（B）混合液在常压下进行简单蒸馏。其中C6H6（A）初始浓度为0.5（摩尔分率，下同），最终液相产品浓度为0.36，且该体系为理想体系，平均挥发度为2.16，试求：
（１）所得气相产品的量和平均组成；
（２）如改为平衡蒸馏，液相产品浓度仍为0.36，其气相产品的量和平均组成。
5、在连续精馏塔中分离CS2-CCl4混合液。已知原料液于泡点加入，流量为3500kg/h，其中含CS230%（质量%，以下同），回流比为2.8，塔顶产品中含CS292%，馏出液回收率为62%，试求：
（１）塔顶产品量和塔底残液量及残液组成；
（２）塔顶回流量及蒸馏釜汽化量（分别以kg/h及kmol/h表示）。
6、在连续精馏塔中分离乙醇-水混合液。原料液含乙醇63%（质量%，以下同），泡点进料；要求塔顶产品量为1500kg/h，组成为90%，温度为78.3℃，其回收率为0.97，回流比为2.3，试求：
⑴ 塔顶及塔底产品量；
⑵ 蒸汽冷凝器中每小时所冷凝的蒸汽量。
7、在常压操作的连续精馏塔中分离含丙酮30%（摩尔%）混合物，分别计算20℃溶液进料、
饱和液体进料、饱和蒸汽进料时的q值。常压下丙酮-水体系的平衡数据如下表：
t(℃) 100 92.7 86.5 75.8 66.5 63.4 62.1 61.0 60.4 60 59.7 59.0 58.2 57.5 57.0 56.13
x 0.0 0.01 0.02 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.95 1.0
y 0.0 0.253 0.425 0.624 0.755 0.798 0.815 0.830 0.839 0.849 0.859 0.874 0.898 0.935 0.963 1.0
8、对于习题6的体系，如果原料流量为150 kmol/h，馏出液组成为96%，釜液组成为3%（均为mol%），回流比为2.5，试求上述三种进料状况下的汽、液相组成。
9、在某一连续精馏塔操作中，操作线方程可表示为：
精馏段：y = 0.76x + 0.23 ； 提馏段：y = 1.20x – 0.02
料液为饱和液体。试求回流比及原料液、馏出液、残液的组成。
10、在连续操作的精馏塔,精馏段操作线方程为y=0.75x+0.2075，q线方程为y= -0.5x+1.5zF，相对挥发度为2.5，试求：
（1）回流比R；
（2）馏出液的组成xD；
（3）进料热状态参数q值，并判断进料热状态；
（4）当进料组成zF=0.44时，精馏段操作线与提馏段操作线交点处的x值为多少?
（5）回流比为最小回流比的多少倍?
11、用一连续精馏塔分离两组份理想混合液。原料和馏出液中分别含A组分0.44、0.96（摩尔分率）。溶液的平均相对挥发度为2.35，最小回流比为1.62，试说明原料液的进料热状况，并求出q值。
12、在一常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。在回流比为2.48时测得精馏段某相邻三板的液相组成分别为0.70、0.63、0.51（摩尔分率），求下面两层塔板的气相与液相单板效率。苯-甲苯溶液的平均相对挥发度为2.48。
13、含甲醇35%（mol%，以下同）的甲醇水汽液混合物，在常压连续精馏塔中分离。进料速率为100 kmol/h，其中蒸汽量占1/2，操作回流比为3，进料中甲醇的96%进入馏出液中，要求馏出液的组成为93%。塔底的相对挥发度为7.54。试求：
（１）塔顶产品浓度；
（２）残液中甲醇含量；
（３）塔内由下往上数塔釜以上第一块理论板上液体组成；
（４）若该板的气相板效率为0.52，则液体实际组成为多少？
14、在常压连续精馏塔中分离含丙酮25%（质量%，以下同）的丙酮水溶液，要求馏出液组成
为99%，原料液中有80%（摩尔）丙酮进入馏出液中。进料为泡点液体，操作回流比为最
小回流比的1.7倍，塔釜为间接蒸汽加热，试求：（丙酮水溶液平衡数据见习题7）
（1）所需理论塔板数及进料板位置；
（2）釜中液体改用水蒸汽直接加热，所需理论塔板数又为多少。
15、在常压连续精馏塔内，分离含苯64%（mol%、以下同）的苯和甲苯混合液，进料量为4000kg/h，进料为泡点液体。要求馏出液中含苯99.2%，塔底产品中含苯1%，取实际回流比为最小回流比的1.58倍，平均相对挥发度2.54，塔底为间接蒸汽加热，回流液为泡点液体。试求：
（1）塔顶及塔底产品的摩尔流率；
（2）用图解法求所需的理论塔板数及加料板位置。
苯—甲苯溶液在常压下的平衡数据见下表：
t(℃) 80.2 84.0 88.0 92.0 96.0 100.0 104.0 108.0 110.0
x 1.000 0.823 0.639 0.508 0.376 0.256 0.155 0.058 0
y 1.000 0.922 0.82 0.720 0.596 0.453 0.304 0.128 0
16、在上题条件下，将进料状态改为65℃及饱和蒸汽，试求：
（1）两种情况下的最小回流比，并与泡点液体进料时所需的最小回流比比较；
（2）如维持15题所给的回流比，定性分析所需的理论塔板数和加料板位置有何变化。
17、在常压连续精馏塔中分离CS2-CCl4混合液。已知原料液于泡点加入，流量为3500kg/h，其中含CS230%（摩尔%，以下同），馏出液中含CS2 94%，残液中含CS2 2%，回流比为最小回流比的1.6倍，全塔操作平均温度约为61℃，空塔气速为0.8m /s，板间距为0.4m，全塔效率为50%，试求：
（1）实际塔板层数； （2）塔径； （3）塔的有效高度。
CS2—CCl4混合液平衡数据（101.3kPa）
x 0 0.0296 0.0615 0.1106 0.1435 0.258 0.3908 0.5318 0.6630 0.7574 0.8604 1.0
y 0 0.0823 0.1555 0.2660 0.3325 0.4950 0.634 0.747 0.829 0.879 0.932 1.0
18、在常压连续精馏塔中分离含甲醇40%（摩尔%，以下同）的甲醇水溶液，要求馏出液组成为98.6%，残液组成为2%，进料为泡点液体，操作回流比为最小回流比的2.2倍。塔顶采用一个部分凝器和一个全凝器进行冷凝，部分凝器控制回流为饱和液体，其余以饱和蒸汽状态进入全凝器冷凝冷却得到塔顶产品。若全塔效率为0.6，求实际塔板数。
甲醇—水溶液平衡数据（101.3kPa）
t(℃) 100 96.4 91.2 87.7 81.7 78.0 75.3 73.1 71.2 69.3 67.6 66.0 65.0 64.5
x 0 0.02 0.06 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.95 1.00
y 0 0.134 0.304 0.418 0.579 0.665 0.729 0.779 0.825 0.870 0.915 0.958 0.979 1.00
19、将含乙醇50%（摩尔%，以下同）的乙醇水溶液2000kmol / h及乙醇20%的乙醇水溶液
2000kmol / h，分别加入一常压连续精馏塔内进行分离，两股进料均为泡点液体。要求馏出液
中含乙醇82%，釜液中含乙醇1%，操作回流比为2，塔釜为间接蒸汽加热。试求：
（１）馏出液及釜液的摩尔流率；
（２）所需理论塔板数及两股进料的位置。
乙醇—水溶液的平衡数据（（101.3 kPa）
x 0.00 0.01 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.14 0.18 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
y 0.00 0.11 0.175 0.273 0.34 0.392 0.43 0.482 0.513 0.525 0.551 0.575 0.595 0.614
x 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.894 0.90 0.95 1.00
y 0.635 0.657 0.678 0.698 0.725 0.755 0.785 0.82 0.855 0.894 0.989 0.942 1.00
20、在常压连续精馏塔内分离乙醇20%（摩尔%，以下同）的乙醇水溶液。要求馏出液组成大于82%，釜液组成小于1%，并在精馏段内某一塔板上抽出泡点液体产品，其量为馏出液的1/2，浓度为60%，操作回流比为2，试确定所需理论塔板数，加料及侧线产品的位置。
21、在常压连续精馏塔中，含易挥发组分50%（摩尔%，以下同）的泡点溶液从塔顶加入，要求塔顶和塔底产品中的易挥发组分含量分别为80%及1%，系统相对挥发度为2.5，泡点回流，回流比为3，试求：
（1）回收率；（2）操作线方程；（3）最小回流比。
22、在一常压连续精馏塔内分离含苯40%（摩尔%，以下同）的苯-甲苯混合物，处理量为11100kg/h，进料温度为95.4℃。要求分离后得到的馏出液中含苯98%，塔底产品含甲苯99%。操作回流比为4.5，塔顶采用全凝器，回流液为泡点液体，冷却水进出口温度分别为25℃及40℃。蒸馏釜用3kgf/cm2饱和水蒸汽间接加热，塔板效率为52%，若忽略热损失，试确定：
（１）塔顶及塔底产品的摩尔流率；
（２）实际塔板数及加料板位置；
（３）蒸馏釜中加热所需的饱和水蒸汽量；
（４）冷凝器中冷却水消耗量。
23、某两组份混合液在连续精馏塔内进行分离。已知料液中易挥发组份含量为50%（摩尔%，以下同），泡点进料；塔底产品中易挥发组份含量为10%；平均相对挥发度为4，理论板数为4块（包括再沸器）。料液自第二层理论板进入，提馏段上升汽体摩尔流率为塔底产品的2倍。试求：
（1）第三层理论板上升的蒸汽组成；
（2）若改为全回流，塔底仍连续出料，此时塔顶及塔底产品的组成为多少？
24、用一有6块理论板常压精馏塔来分离甲醇—水溶液。料液含甲醇0.4（摩尔分率，以下同），泡点进料，要求塔顶甲醇浓度为0.90，塔底釜液中甲醇不高于0.08；操作回流比为3.3；塔顶全凝器，塔底间接蒸汽加热。现若改变进料浓度为0.30，其他条件不变，问塔顶和塔底浓度将如何改变？甲醇—水溶液平衡数据见习题18。并定性回答如果进料浓度维持0.30，且希望保持xD 和D / F不变，可采取什么措施？
25、某混合液中含有苯、甲苯和乙苯三种组分。在总压为101.3kpa，温度为120℃时，试求：
（１）各组分的相平衡常数；
（２）各组分对乙苯的相对挥发度；
（３）在上述条件下，若混合液中含苯5%（摩尔分率），求相互平衡的汽、液相组成。
混合液可视为理想溶液。苯、甲苯、乙苯的饱和蒸汽压可用安托因方程式计算：
式中：t——系统温度，℃；
P0——饱和蒸汽压，mmHg；
A、B、C——安托因常数，无因次。
26、某连续精馏塔的进料和馏出液组成以及平均条件下各组分对重关键组分的平均相对挥发度如下表。进料为泡点液体。试求：
（１）最小回流比；
（２）若取回流比为1，求理论塔板数。
组 分 进料中各组的
摩尔分率 馏出液中各组分摩尔分率 釜液中各组分的摩尔分率 各组分对重关键组分的相对挥发度
A 0.25 0.5 0 5
B（轻关键组分） 0.25 0.48 0.02 2.5
C（重关键组分） 0.25 0.02 0.48 1
D 0.25 0 0.5 0.2
第四章气液传质设备
11-1在F1型浮阀常压精馏塔内分离苯-甲苯混合液，已知操作条件下精馏段的物性数和气液量分别为：
气体流量Vs=0.70m3/s 气体密度ρV=2.7kg/m3
液体流量Ls=1.8×10-3m3/s 液体密度ρL=810kg/m3
液体表面张力σ=0.021N/m.
若取塔板间距为HT=0.4m。试求：
（1）液泛气速为多少？
（2）塔径为多少？
11-2 分离甲醇-水溶液的过程中，在操作条件下，精馏段内物性数据如下：
气体流量Vs=3384m3/h 气体密度ρV=1.081kg/m3
液体流量Ls=2.556m3/h 液体密度ρL=787.2kg/m3
液体表面张力σ=0.0449N/m.
试对精馏段设计一块F1型浮阀塔板。
11-3 已知分离甲醇-水溶液过程中，操作条件下精馏段内物性数据和塔板结构参数如下：
气体流量Vs=0.957m3/h 气体密度ρV=1.01kg/m3
液体流量Ls=7.81×10-4m3/h 液体密度ρL=791.2kg/m3
液体表面张力σ=0.03642N/m.
塔径D=0.9m 气体流通截面积A＇=0.565m2
降液管截面积Af=0.0713m2 溢流堰长lw=0.675m
溢流堰高hw=45 mm 塔板间距HT=0.45m
浮阀直径d0=0.039m 浮阀数N=70个
降液管下端与塔板的间距h0=35mm.
试作出负荷性能图及操作条件下的负荷上下限。
11-4 在25×25×2.5mm乱堆瓷拉西环填料塔内，用水吸收半水煤气中的CO2，已知半水煤气的组成(V%)为：CO229%、H249.5%、N216.4%、CO3.8%、O20.6%、CH40.7%，操作温度为30℃，压力为1.72MPa，气体流量为12000标准m3/h，吸收剂用量为147500kg/h，若空塔气速为泛点气速的75%，试确定塔径。
11-5 在填料吸收塔中，用清水吸收氨—空气混合气中的氨，填料塔内装有3m高、50×50×4.5mm乱堆瓷质鲍尔环，操作压力为常压，温度为20℃。进塔混合气流量为8000m3（标准状态）/h，操作条件下密度为1.14kg/m3，吸收剂用量为1.42×104kg/h，取空塔速度为液泛速度的65%。试求填料吸收塔的直径与气体通过填料层的压降。
11-6 若将题11-5填料改用38.5×19×1.0乱堆塑料阶梯环填料，填料层高度仍为3m，而允许每米填料层的压降为5.23kPa，试求在其他条件不变情况下塔径应为多少？
第十二章 干 燥
12.1拟将温度25℃的空气预热至120℃用作干燥介质，已知预热前空气的相对湿度为100%，湿份为水，总压kN/m2。试求：⑴ 空气的湿度；⑵ 预热后空气的相对湿度和最大相对湿度。
12.2将温度15℃、相对湿度为80%的空气预热至150℃用作干燥介质，湿份为水。试求：⑴空气的湿比热；⑵ 预热前后空气焓值的变化。
12.3某常压空气的干球温度为40℃，相对湿度为60%，试求该空气的湿度、水汽分压、湿比热和湿焓。
12.4将t=20℃、的新鲜空气和t=50℃、=80%的废气以2：5的比例相混合（以绝干空气为准的质量比），然后送入干燥系统，试求：①混合气体的湿度和焓；② 混合气体在预热器内被加热至120℃时的相对湿度和焓。
12.5 欲将物料由含水60%降至15%，已知此物料的最大吸湿湿含量为52%，在所采用的干燥条件下，物料的临界湿含量为54%，平衡湿含量为23%，均为湿基，求：
⑴ 如湿物料的质量为150kg，应除去的结合水量、非结合水量和自由水量各为多少？
⑵ 在所采用的干燥条件下，能否完成预定的干燥任务？
12.6 已知某湿物料在某种恒定的干燥条件下，其平衡湿含量为6%，临界湿含量为5%，均为湿基，初始时湿物料为500kg，含水20%，现需要在上述干燥条件下将其干燥至420kg，问此种要求能否达到？为什么？
12.7常压空气初始温度为20℃、相对湿度为80%， 将其在预热器中加热至150℃，通入干燥器中用作干燥介质，由于固体产品的湿含量高于临界湿含量，物料在干燥过程中始终保持充分湿润，湿估算物料温度。
12.8 测得空气的干球温度为40℃，湿球温度为35℃，空气的总压为101.325 kN/m2，试求此空气的湿度和和相对湿度。
12.9 在恒定干燥条件下，若已知物料由含水36%干燥至8%需要5小时，降速段干燥速率曲线可视为直线，试求恒速干燥段和降速干燥段的干燥时间，已知临界湿含量为14%，平衡湿含量2%，均为湿基。
12.10干燥某板状物料，湿份近似为水，将初始温度为20℃、相对湿度为60% 的常压空气加热至80℃用作干燥介质，热空气以3m/s的速度平行流过该物料的表面，试计算此板状物料在恒速干燥段的干燥速度。
12.11在某常压干燥器中将湿物料由X1=0.2干燥至X2=0.1，所用干燥时间为2小时，已知物料临界湿含量Xc=0.15，平衡湿含量=0.02，降速干燥段可视为直线，求X由0.30降至0.06所需的干燥时间。
12.12 将1米见方、5毫米厚的板状湿料悬挂于热空气中进行干燥，设干燥过程中物料的收缩可以忽略，在干燥介质湿度不变的情况下，从50%的水分干燥至2%，其平衡湿含量接近于零，物料湿含量均为湿基，绝干物料的密度为800kg/m3，由实验得到下列干燥速度：水分由50%干燥至25%为恒速干燥阶段，其干燥速度为5 kg/(m2·s)，水分在25%以下为将速干燥阶段，此时空气质量流速为1 kg/(m2·s)，假设降速段干燥速率曲线为直线，试求：⑴ 将此物料在以上情况下从50%干燥至2%所需的总干燥时间为多少？⑵ 若临界湿含量不变，仅将空气的质量流速增大为2 kg/(m2·s)，能否将干燥时间缩短为原来的一半？
12.13 在常压操作的干燥器中，将每小时600kg的物料由含水20%干燥至1%，已知空气进预热器时的初温为25℃，湿度为0.02，经预热后进干燥器的温度为100℃，湿球温度为25℃，出干燥器时空气温度50℃，湿球温度40℃，试求此干燥装置中引风机排出的废气为多少m3/h。
12.14 某常压干燥器的生产能力为3600kg，原料含水10%（湿基，下同），产品含水5%，空气进入预热器的状态：t0=20℃，。出干燥器时空气的状态：t2=45℃，，求此干燥器所用风机的送风能力为多少m3/h（以进预热器的状态计）。
12.15 在某干燥器中将含水30%的湿物料干燥至2%，均为湿基，干燥介质为常压空气，空气进入预热器的状态：t1=110℃，℃。出干燥器时空气的状态：t2=45℃， ℃，空气体积流量为3000m3/h（标准状况），求此干燥器的处理能力为多少kg湿物料/h。
12.16 湿氯化铵在常压干燥器中进行干燥，产量5000kg/h，物料初始湿含量5%（湿基，下同），产品湿含量0.5%，t0=20℃、的空气在预热器中加热至t1=180℃送入干燥器，出干燥器废气的温度为85℃，物料进、出干燥器的温度分别为℃和℃，绝干物料比热为1.36 kJ/(kg·K)，预热器使用1.3MPa（绝压）的饱和水蒸气作热源，干燥器和预热器的散热损失均按5%计算，干燥器无补充加热，试求：
⑴ 汽化水分量；
⑵ 空气消耗量；
⑶ 预热器耗用的蒸汽量；
⑷ 干燥器中各项热量的分配；
⑸ 干燥器的热效率和干燥效率。
12.17 某连续干燥器干燥含水1.5%（湿基，下同）的物料9200kg/h，物料的进口温度为25℃，出口温度为34℃，产品含水量为0.2%，产品比热为1.84kJ/(kg·K)，空气以干球温度25℃、湿球温度23℃进入预热器加热至95℃后，送入干燥器，空气离开干燥器时的干球温度是65℃，预热器使用145℃饱和蒸汽作为加热热源，中间补充加热耗用145℃饱和蒸汽117kg/h，干燥器的散热损失为370kJ/kg水，试求：⑴ 干燥器的生产能力；⑵ 绝干空气的消耗量；⑶ 若预热器的总传热系数K=25W/(m2·K)，当不计预热器的热损失时，预热器需要的传热面积.
12.18 已知常压热空气的温度为120℃，湿度为0.0136，将此热空气通入干燥器中与湿润物料接触，若不计设备热损失和物料升温所吸收的显热，试估计空气增湿降温达到饱和时的温度。
12.19 湿物料含水42%（湿基，下同），经干燥达到4%，产量为450kg/h，空气的干球温度20℃，相对湿度40%，经预热器加热至93℃进入干燥饱和至排出，若干燥器在绝热条件下操作，且物料进出干燥器的显热变化忽略不计，试求所需空气量及预热器提供的热量；如果空气预热至67℃进入干燥器，而在干燥器内进行中间加热以补充热量，使空气保持在67℃和时排出，则此时空气需用量、以及预热器和干燥器内热量消耗如何？
12.20自某干燥器出口排出的废气为含水蒸气的空气，其温度为t2=75℃，湿度为H2=0.0588，试求此气体的露点温度。
12.21用流化床干燥器干燥聚氯乙烯，产量3000kg/h，物料初始湿含量8%（湿基，下同），产品湿含量0.3%，t0=20℃、的空气在预热器中由蒸汽加热至t1=135℃送入干燥器，物料进、出干燥器的温度分别为℃和℃，绝干物料比热为1.22 kJ/(kg·K)，干燥器所需热量中，空气供热仅占30%，其余通过补充加热提供，干燥器的散热损失按5%计算，试求干燥器出口气体温度。
12.22 应用t—H图，按表中已知量求出各项相应的未知量。
序 号 1 2 3 4 5
干球温度t，℃ 50 40 90
湿球温度tw，℃ 30 25
露点温度td，℃ 20
湿度H，kg/kg 0.05 0.03
湿比容vH，m3/kg
相对湿度，% 20 70
12-23常压下用热空气干燥某湿物料，空气初始温度t0=15℃、湿度，为保证干燥产品的质量，空气进入干燥器的温度不得高于100℃，若空气出干燥器的温度选定为60℃，并假定为理想干燥过程，试求：
⑴ 将空气预热至100℃进入干燥器，蒸发每千克的水分所需要的空气量为多少？热效率
为多少？
⑵ 若将干燥出口气体的70%回流至入口与新鲜空气混合，并同样使入口气体的温度为100
℃，蒸发每千克的水分所需的空气量为多少？热效率为多少？
第十三章 萃 取
13.1 在30℃时丙酮（A）-醋酸乙酯（B）-水（S）的平衡数据如附表所示（均以质量%表示）,求:
习题13.1附表 丙酮（A）-醋酸乙酯（B）-水（S）在30℃下的平衡数据
醋酸乙酯相（萃余相） 水相（萃取相）
丙酮%（A） 醛酸乙醋%（B） 水%（S） 丙酮%（A） 醛酸乙醋%（B） 水%（S）
0 96.5 3.5 0 7.4 92.6
4.8 91.0 4.2 3.1 8.4 88.5
9.4 85.6 5.0 6.0 8.0 86.0
13.5 80.5 6.0 9.5 8.3 82.2
16.6 77.2 6.2 12.8 9.2 78.0
20.0 73.0 7.0 14.8 9.8 75.4
22.4 70.0 7.6 17.5 10.2 72.3
26.0 65.0 9.0 19.8 12.2 68.0
27.8 62.0 10.2 21.2 11.8 67.0
33.6 51.0 15.4 26.4 15.6 58.0
⑴ 在直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线与辅助曲线；
⑵ 若混合液是由醋酸乙酯200 kg,丙酮80 kg,水120 kg组成，求兴轭相的组成及质量；
⑶ 若醋酸乙酯中含丙酮0.25(质量分率)，原料液量为100 kg,采用纯水单级萃取，则水的最小用量及最大用量各为多少？
13.2 在单级萃取器中，以纯S萃取A-B溶液中的溶质A，已知原料的量为120 kv,其中B含量为54 kg，萃取后所得萃余相中含A10%（质量%），求：⑴ 萃取剂用量（kg）；⑵ 若将萃取相、萃余相中的萃取剂全部回收后，所得萃取液，萃余液的量及组成；⑶ 若将上述的萃余相用等量的萃取剂再萃取一次，此时萃余相中溶质A的含量为多少？（操作条件下的相平衡数据见下表）。
习题13.2附表
萃余相（质量分数％） 萃取相（质量分数％）
A B C A B C
0 98 2 0 10 90
5 92 3 14 5 81
10 86 4 22 4.5 73.5
15 80 5 29.5 4.5 66
20 73.8 6.2 35.5 6 58.5
25 67.5 7.5 40.5 8 51.5
30 61 9 44.5 10.3 45.2
35 53.5 11.5 48 13 39
40 45 15 49.5 17.5 33
45 36.5 18.5 50 22 28
48 30 22 49.5 25 25.6
13.3 在操作条件下，丙酮（A）-水（B）-氯萃（S）三元混合液的平衡数据列于下附表中。
对丙酮（A）-水（B）-氯苯（S）系统进行多级错流萃取，以氯苯为萃取剂。原料液为含丙酮45%（质量%，以下同），若每一级均加入与料液量相等的萃取剂，试求每小时氯苯的用量、理论级数以及溶质A浓度为最高的萃取相组成。
习题13.3附表
水层（质量%） 氯苯层（质量%）
丙酮（A） 水（B） 氯苯（S） 丙酮（A） 水（B） 氯苯（S）
0 99.89 0.11 0 0.18 99.82
10 89.79 0.21 10.79 0.49 88.72
20 79.69 0.31 22.23 0.79 76.98
30 69.42 0.58 37.48 1.72 60.80
40 58.64 1.36 49.44 3.05 47.51
50 46.28 3.72 59.19 7.24 33.57
60 27.41 12.59 61.07 22.85 15.08
60.58 25.56 13.76 60.58 25.66 13.76
13.4 用甲基异丁基甲酮为萃取剂，在丙酮-水溶液中萃取丙酮，其有关数据见附表,原料液为1000 kg，萃取剂为2000 kg，1.若单级萃取，萃取率为多少？2.两级错流萃取，每级萃取剂用量相同，萃取率为多少？3.若两级逆流萃取，萃取率又为多少？
习题13.4附表 1丙酮-水-甲基异丁基甲酮在25℃时的溶解度曲线数据（质量%）
丙酮（A） 水（B） 甲基异丁甲酮（S） 丙酮（A） 水（B） 甲基异丁甲酮（S）
0 2.2 97.8 48.5 24.1 27.4
4.6 2.3 93.1 50.7 23.4 25.9
18.9 3.9 77.2 46.6 32.8 20.6
24.4 4.6 71.0 42.6 45.0 12.4
28.9 5.5 65.6 30.9 64.1 5.0
37.6 7.8 54.6 20.9 75.9 3.2
43.2 10.7 46.1 3.7 94.2 2.1
47.0 14.8 38.2 0 98.0 2.0
48.4 18.8 32.8
习题13.4附表2丙酮-水-甲基异丁基甲酮在25℃时的联结线数据（质量%）
水层中的丙酮 甲基异丁基甲酮层中丙酮
水层中的丙酮 甲基异丁基甲酮层中丙酮
5.58 10.66 29.5 40
11.83 18.0 32.0 42.5
15.35 25.5 36.0 45.5
20.6 30.5 38.0 47.0
23.8 35.3 41.5 48.0
13.5 将含45%（质量%）溶质A的原料液，用纯萃取剂S进行逆流萃取，萃取剂的用量与原料液量相等，均为0.025 kg/s，要求萃余相中溶质A的含量不大于4.5%（质量%），试确定萃取所需理论级数，以及由第一级流出的萃取相的量及浓度，其有关平衡数据见13.4附表。
13.6 原料液中溶质组成为28.6%（质量%，以下同），用含4.75%溶质的萃取剂进行逆流萃取，经五个理论级后，使萃余相中溶质含量达到9.1%。求溶剂比S/F是最小溶剂比 （S/F）min的多少倍？设萃取剂与稀释剂不互溶，平衡数据由附表给出。
习题13.6附表 平衡数据
萃余相X（kgA/kgB） 萃取相Y（kgA/kgS）
0 0
0.05 0.05
0.10 0.096
0.15 0.135
0.20 0.170
0.25 0.203
0.30 0.232
0.35 0.256
0.40 0.275
0.45 0.280
13.7 原料液中含丙酮45%（质量%，以下同），今用纯萃作萃取剂，在逆流萃取设备中进行萃取，要求最终萃余相含丙酮2%，所用溶剂比为0.9，试用x-y直角坐标图求所需理论级数，并求最终萃取相的量及萃余相的量各为多少？平衡数据见附表。
习题13.7附表 30℃时苯-丙酮-水三元体系的部分互溶平衡数据
水相（质量%） 有机相（质量%）
丙酮（A） 水（B） 苯（S） 丙酮（A） 水（B） 苯（S）
5.0 94.9 0.1 5.8 0.2 94.0
10.0 89.8 0.2 13.1 0.2 86.7
20.0 79.6 0.4 30.4 0.9 68.7
30.0 69.1 0.9 47.2 3.0 49.8
40.0 58.2 1.8 58.9 6.6 34.5
50.0 45.9 4.1 64.1 12.0 23.9
第十四章 其它传质分离方法
14-1在一连续操作的真空结晶器中，每日能生产MgSO47H2O晶体20000kg，溶液在结晶器中汽化的水分量为料液量的10%。已知原料液浓度为0.35kg（MgSO4）/kg（溶液），母液浓度为0.25kg（MgSO4）/kg（溶液），试求每日结晶器所需的原料液量。
14-2 将4000kg浓度为30%（质量）的Na2CO3水溶液缓慢冷却到40 ℃而结晶，生成的晶体为Na2CO310H2O。冷却过程中所汽化的水分量为原料液量的2%，试求结晶产量。
14-3 每小时将5000 kg硫酸铵饱和溶液自80 ℃ 冷却到40 ℃ 进行结晶。已知的结晶热为75 kJ/kg，比热为1.6 kJ/(kgK)，若溶剂汽化量及结晶器的热损失可忽略。试求：（1）结晶产品量为多少kg/h？（2）冷却剂带走的热量为多少kJ/h？
14-4 在101.3 kPa和297 K的条件下，用固定床干燥湿度为0.00267 kg水/kg干空气的空气。固定床层为硅胶颗粒，床层高度为0.6 m，堆积密度为672kg/m3。空气的质量流速为480kg/(m2h)。假设吸附过程为等温吸附，透过点时空气的湿度为0.0001 kg水/kg干空气，失效点时的湿度为0.0024 kg水/kg干空气。所用硅胶的传质系数分别为KYap=1260G0.55 kg水/(m2h(Y)), KXap=3485 kg水/(m2h(X))（G为质量流速），平衡数据参见例题14-3。试求床层的透过时间。
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