化工原理天大柴诚敬21-22学时
化工原理(下)课后习题解答 天津大学化工学院 柴诚敬
化工原理（下）课后习题解答天津大学化工学院柴诚敬第七章传质与分离过程概论1.在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。
已知入塔混合气中氨含量为5.5%（质量分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.2%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2。
解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数y1和y2。
y1?0.055/170.055/17?0.945/290.002/17?0.0903?0.00340.002/17?0.998/29 进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2为Y1? Y2?y2?0.09031?0.09030.0034?0.0993?0.00341?0.0034 由计算可知，当混合物中某组分的摩尔分数很小时，摩尔比近似等于摩尔分数。
2. 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：MAMBdxAdw? （1） A2(xAMA?xBMB)（2）dxA?MAMB(dwAwAMA?wBMB)2解：（1） wA?MAxAxAMA?xBMB?MAxAxAMA?(1?xA)MBdwM(xM?xBMB)?xAMA(MA?MB)MAMB(xA?xB)A?AAA?dx22(xAMA?xBMB)(xAMA?xBMB)A由于xA?xB?1 故 dwA?MAMBdxA(xAMA?xBMB)2wA （2） x?AwAMA?wBMBwAMA11(wA?wB)MMAB?ww2(A?B)MAMB?1ww2MAMB(A?B)MAMB故 dxA?MAMB(dwAwAMA?wBMB)23. 在直径为0.012 m、长度为0.35 m的圆管中，CO气体通过N2进行稳态分子扩散。
管内N2的温度为373 K，总压为101.3 kPa，管两端CO的分压分别为70.0 kPa和7.0 kPa，试计算CO的扩散通量。
解：设 A－CO； B－N2 查附录一得 DAB?0.318?10?4m2s?31.3k Pa pB1?p总?pA1??101.3?70?kPapB2?p总?pA2??101.3?7.0?kPa?94.3kPap?pB194.3?31.3?kPa?57.12kPa pBM ?B2pB294.3lnln31.3pB1DPNA?AB?pA1?pA2?RTzpBM0.318?10?4?101.3???70.0-7.0?kmol?m2?s??3.273?10?6kmol?m2?s?8.314?373?0.35?57.124. 在总压为101.3 kPa，温度为273 K下，组分A自气相主体通过厚度为0.015 m的气膜扩散到催化剂表面，发生瞬态化学反应A?3B。
化工原理(天大版)---(下册)第二章 吸收
c c A c B 常数
根据菲克定律：
DAB DBA
dc A J A D AB dc z
dcB J B ห้องสมุดไป่ตู้BA dcz
1.
2-2-2 气相中的稳态分子扩散
等分子反方向扩散 pB1<pB2
第二章 吸收
• 吸收定义
利用组成混合气体各组分在溶剂中溶解度不同，来分离 气体混合物的操作，称为吸收操作。 溶质A 惰性组分B 溶剂S 吸收溶液 吸收尾气
• 吸收操作示意图 • 吸收在工业上的用途
分离混合气体以回收所需的组分 除去有害组分以净化气体 制备某种气体的溶液 工业废气的治理
• 吸收的分类
按有无化学反应 按溶质气体的数目
物理吸收 化学吸收
按有无明显热效应，
分单组分吸收 多组分吸收 等温吸收 非等温吸收
• 吸收与蒸馏的不同
原理不同 蒸馏可获得较纯的产品，而吸收则不能
2.1气体吸收的相平衡关系
2-1-1 气体的溶解度
• 相平衡 • 平衡分压（饱和分压） • 平衡浓度（饱和浓度） • 气体的溶解度：指气体在液相中的饱和浓度，用单位质
3. 指明传质过程进行的极限 yi2min≥y*i2=m xi2
xi1max≤x*i1=yi1/m
2.2 传质机理与吸收速率
2.2.1分子扩散与菲克定律
•
2.2.1分子扩散与菲克定律
扩散通量
J A D AB dc A dc z
菲克(Fick) 定律
JA：物质A在z方向上的分子扩散通量，kmo1/（m2· s） dcA/dcz：物质A的浓度梯度，kmol／ m4 DAB：物质A在介质B中的分子扩散系数， m2/s 当系统总压不高且各处温度均匀
《化工原理》课程教学大纲
《化工原理》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：260353课程名称：《化工原理》英文名称：Principles of Chemical Engineering课程类别：专业基础课学时：90学时，化工原理（上册）40，化工原理（下册）40，实验10学分：4个适用对象：环境工程专业考核方式：期末考试成绩（占70%）加平时成绩（占30%），其中期末考试为闭卷考试，平时成绩包括考勤，作业、实验和平时测验等。
先修课程：数学、物理、化学、物理化学二、课程简介中文简介：化工原理课程属化学工程技术科学学科，是理论性和实践性都很强的学科，是环境工程专业必修的一门专业基础课程。
本课程的总学时为90学时，其中80学时为课堂教学，而10个学时为实践教学。
其中课堂教学章节和实验教学内容都是按环境工程专业的专业特点而设定的，而与环境工程专业关系不为紧密的则建议自学。
英文简介：Chemical engineering is a technology of chemical engineering subdiscipline. This course specialize in strong theory, practice and is a compulsory courses to environmental engineering specialty. The total period is 90, including 80 period classroom teaaching and 10 period practice teaching. The content of this course is arranged according to the characteristics of environmental engineering. It is suggested that those content that has little relation with environmental engineering should be self-studied.三、课程性质与教学目的(一)课程性质《化工原理》是环境工程专业一门重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。
《化工原理》课程设计教学大纲.
《化工原理》课程设计教学大纲课程编码：学时：2.5周学分：开课学期：第五学期课程类别：实践性教学环节课程性质：专业技术基础课课程设计适用专业：化学工程与工艺，应用化学教材：《化工原理课程设计》，贾绍义，柴诚敬主编，天津大学出版社一.课程设计目的与任务化工原理课程设计是学生学完基础课程及化工原理之后，进一步学习化工设计的基础知识，培养学生化工设计能力的重要教学环节，也是学生综合运用《化工原理》和相关先修课程的知识，联系化工生产实际，完成以化工单元操作为主的一次化工设计的实践。
通过这一环节，使学生初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法，熟悉查阅技术资料、国家技术标准，正确选用公式和数据，运用简洁文字和工程语言正确表述设计思想和结果；并在此过程中使学生养成尊重实际向实践学习，实事求是的科学态度，逐步树立正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的工作作风，提高学生综合运用所学知识，独立解决实际问题的能力。
二.课程设计的内容及工作量1.课程设计题目单元操作过程工艺设计2.设计内容（1）完成主体设备的工艺设计计算（2）完成辅助设备的工艺计算及选型（3）用CAD绘制工艺流程图及主体设备工艺条件图各一张（4）编写设计说明书3.设计步骤：（1）课程设计准备工作进行课程设计，首先要认真阅读、分析下达的设计任务书，领会要点，明确所要完成的主要任务。
为完成该任务应具备那些条件，开展设计工作的初步设想。
然后进行一些准备工作。
准备工作可分两类，一是结合任务进行生产实际的调研。
二是查阅、收集技术资料。
在设计中所需资料一般有以下几种：有关生产过程的资料，如工艺流程、生产操作条件、控制指标和安全规程等，设计所涉及物料的物性参数，在设计中所涉及工艺设计计算的数学模型及计算方法，设备设计的规范及实际参考图等。
（2）确定设计方案按任务书提供的条件及要求，结合所掌握的资料进行分析研究，选定适宜的流程方案及设备的类型，并初步形成工艺流程简图。
化工原理天大下册第一部分
p p
总
BM
p /p
总
BM
1
NA
p /p p /p
总
BM
～
1
～ 总体流动影响
BM
N A J A 无总体流动
三、液体中的稳态分子扩散
1.等分子反方向扩散 参照气体中的等分子反方向扩散过程，可写出
NA
D
AB
z
( c A1 c A 2 )
z z 2 z1
D —组分A在溶剂B中的扩散系数，m2/s
N=NA+NB=NA
N A D dc A
AB
dz
yAN A D
dc A
AB
c c
A
dz
NA
总
整理得
NA D c
总 AB 总
dc A
c c A dz
二、气体中的稳态分子扩散
边界条件 (1) z = z1 cA = cA1 ( pA= pA1 ） (2) z = z2 c A= cA2 ( pA= pA2 ）
c B 2 c B1 c ln
B2 B1
停滞组分 B 对数平均物 质的量浓度
c
x BM
x B 2 x B1 x ln
B2 B1
停滞组分 B 对数平均摩 尔分数
x
四、扩散系数
1.气体中的扩散系数 通常，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以 及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分 的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力 的函数。气体扩散系数可从有关资料中查得，某些 双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。气体 中的扩散系数，其值一般在 1 10 4 ~ 1 10 5 m2/s 范 围内。
化工原理下册天津大学柴诚敬19-20学时
二、平衡蒸馏过程的计算
设 qqn,W/qn,F 液化率
则 1qqn,D/qn,F 汽化率
整理得
直线 方程
2020/6/3
y q x xF q1 q1
q
斜率 q 1
过点 (xF, xF )
平衡蒸馏中气液 相组成的关系式
二、平衡蒸馏过程的计算
2.热量衡算 对加热器作热量衡算，忽略热损失，得
Qqn,Fcp(ttF)
方程与物料衡算方程。
2020/6/3
练习题目
思考题 1.讨论溶液的气液平衡关系有何意义？ 2.挥发度与相对挥发度有何不同？ 3.相对挥发度在精馏计算中有何重要意义？ 4.何为泡点和露点，如何进行计算？ 5.平衡蒸馏的原理是什么？
作业题: 1、2
2020/6/3
2020/6/3
一、气液平衡相图
1. 温度—组成图 在恒定的总压下，溶液的平衡温度随组成而
变，将平衡温度与液（气）相的组成关系标绘成 曲线图，该曲线图即为温度一组成图。
2020/6/3
t - x –y
图
露点 泡点
2020/6/3
tF
E 气相区
td
D
C
tb
B
x
y
tF
A
液相区
xF
苯－甲苯混合液的 t- x- y 图
第九章 蒸 馏
学习目的 与要求
通过本章学习，应掌握两组分理想物系的气 液平衡关系；精馏的原理与流程；两组分连续精 馏的基本计算方法。了解间歇精馏与特殊精馏过 程。掌握板式塔的结构、塔板类型、板式塔的流 体力学性能与操作特性。
2020/6/3
第九章 蒸 馏
9.1 概述 9.1.1 蒸馏的原理及其应用
化工原理课程设计柴诚敬
化工原理课程设计 柴诚敬一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握化工原理的基本概念，如流体力学、热力学、传质与传热等；2. 学会运用化学工程的基本原理分析典型化工过程中的现象与问题；3. 掌握化工流程设计的基本方法和步骤，能结合实际案例进行流程分析与优化。
技能目标：1. 能够运用数学工具解决化工过程中的计算问题，如物料平衡、能量平衡等；2. 培养学生运用实验、图表、模拟等方法对化工过程进行研究和评价的能力；3. 培养学生团队协作、沟通表达及解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工原理学科的兴趣和热爱，激发学习积极性；2. 增强学生的环保意识，使其认识到化工过程对环境的影响及责任感；3. 培养学生严谨、求实的科学态度，提高其创新意识和实践能力。
本课程针对高年级学生，结合化工原理课程性质，注重理论与实践相结合，旨在培养学生运用基本原理解决实际问题的能力。
教学要求以学生为中心，注重启发式教学，激发学生的主动性和创造性。
课程目标分解为具体学习成果，以便于后续教学设计和评估。
通过本课程的学习，使学生能够全面掌握化工原理知识，为未来从事化工领域工作打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括：1. 化工流体力学基础：流体静力学、流体动力学、流体阻力与流动形态等；参考教材第二章：流体力学基础。
2. 热力学原理及应用：热力学第一定律、第二定律，以及理想气体、实际气体的热力学性质；参考教材第三章：热力学原理及其在化工中的应用。
3. 传质与传热过程：质量传递、热量传递的基本原理，以及相应的传递速率计算；参考教材第四章：传质与传热。
4. 化工过程模拟与优化：介绍化工过程模拟的基本方法，如流程模拟、动态模拟等，以及优化策略；参考教材第五章：化工过程模拟与优化。
5. 典型化工单元操作：分析各类单元操作的基本原理及设备选型，如反应器、塔器、换热器等；参考教材第六章：典型化工单元操作。
教学大纲安排如下：第一周：化工流体力学基础；第二周：热力学原理及应用；第三周：传质与传热过程；第四周：化工过程模拟与优化；第五周：典型化工单元操作。
化工原理下册天津大学柴诚敬23-24学时
饱和液体（泡点）进料 对于饱和液体进料
tF tb
qn,L qn,Lqn,F
qn,V qn,V
2020/6/3
饱和液体进料
三、进料热状况的影响
气液混合物进料 对于气液混合物进料
tb tF td
qn,Lqn,L qn,Lqn,F
qn,V qn,V
2020/6/3
气液混合物进料
三、进料热状况的影响
饱和蒸气（露点）进料 对于饱和蒸气进料
2020/6/3
二、梯级图解法
由
yn1
qn,L qn,V
xnqqnn,,VD
xD
ym 1
qn,L qn,V
xm qqnn,,VW
xW
又 qn,L qn,Lqnq,F qn,Vqn,V(q1)qn,F
在交点处两式中的变量相同，略去有关变量的 上下标，经整理得
y q x xF q1 q1
q 线方程或 进料方程
平衡方程
y x 1 ( 1)x
（a)
操作线 方程
2020/6/3
yn1RR 1xnR11xD
（b)
c ym 1qn,Lq n ,Lqn,Wxm qn,Lqn ,W qn,WxW （ )
2020/6/3
逐板计算法示意图
一、逐板计算法
塔顶采用全凝器 y1 xD
(a)
(b)
(a)
由 y1 =xD
x1
y2
x2
(b)
xF≥ xn（泡点进料）
(a) … (a) y3
进料板 NF ：第 n 层 精馏段理论板层数：n-1（进料板算在提馏段）
2020/6/3
一、逐板计算法
(c)
(a)