化學工藝學 潘鴻章版課后習題答案

1、第一章流體流動過程與輸送機械習題1.A地某化工廠的苯乙烯真空蒸餾塔塔頂的真空表讀數為610，設備移至異地B操作時，若要求塔內維持相同的操作壓強，真空表讀數有何變化？（A地平均大氣壓強為640，B地平均大氣壓強為760）解：A地：B地：2.在穩(wěn)態(tài)流動系統(tǒng)中，水連續(xù)的由粗到細流經一個變徑管路，粗管內徑是細管的兩倍，求細管內水的流速是粗管內的幾倍。解：穩(wěn)態(tài)流動4.如圖所示，一高位水池內徑D為1.5（有效），池底連144mm×4mm的排水管，管路長330m、，總損失壓頭為6求管路出水口的體積流量。解：取出口管中心線為基準面，取高位水池1-1截面，管路出口處2-2截面。5.如圖所示，有一連續(xù)穩(wěn)

2、態(tài)流動管路系統(tǒng)，粗管截面積為細管截面積的5倍，在管路系統(tǒng)中去1、2、3、4、5五個截面（如圖所示），1點截面處的平均流速為1，表壓強為120KPa，泵的壓頭為8，輸送的液體密度為1000，試計算：（1）若不考慮管路阻力損失，求各點截面的位壓頭、靜壓頭、動壓頭和總壓頭。（2）若整個管路阻力所產生的壓強降為2液柱，求5點截面的位壓頭、靜壓頭、動壓頭和總壓頭。解：以地面為基準面(或以泵中心線為基準面都可以)（1）由1-1截面可知2-2截面3-3截面4-4截面5-5截面（2）7.常壓下，用泵將敞口容器中的油品以36的流量輸送到敞口高位槽中，管出口在高位槽液面下，兩槽的液面差為25，輸送管為76mm&#

3、215;3mm，直管長度為100，各種管件的當量長度為150，摩擦粗力系數為0.023，泵的效率為60，求泵的實際功率。（油品的密度為960）解：基準面取低位槽頁面10.某離心泵以20的水進行性能測試，測得體積流量為720，泵出口壓力表讀數為0.4MPa（表壓），泵入口處真空表讀數為210mmHg，壓力表和真空表之間的垂直距離為410mm，吸入管和壓出管內徑分別為350mm和300mm。試求此泵產生的壓頭。解：第二章 傳熱習題1用100的水蒸氣加熱38 mm×2.5 mm鋼管內的鹽溶液，鹽溶液的流量為500 kgh-1,比定壓熱容為2 093.5 J.kg-1.K-1，由20加熱到5

4、0，鹽=930 Wm-2K-1，蒸汽=5 815 w.m-2K-1，鋼管的=46. 52 w.m-1.K-1.求加熱鋼管多少米（以管外表面計算）。設忽略熱損失，可按平面壁考慮。解：鹽溶液在熱交換中無相態(tài)變化 2采用傳熱面積為4.48 m2的換熱器進行溶劑苯和某水溶液間的逆流換熱，苯的流量為3 600kg.h-1，比定壓熱容為1.88 kJKg-1K-1，由80冷卻到50，水溶液由20加熱到30，忽略熱損失，求總傳熱系數K。解：忽略熱損失：3.有一厚度為480 mm的普通磚墻，高溫側為200，在此溫度下的導熱系數為0.614 W.m-1K-1；低溫側為30，在此溫度時的導熱系數為0.52 Wm-

5、1K-1。試求單位時間通過單位傳熱面積(l m2)的熱量為多少。解：4為減少熱損失，設備外壁包一層厚度為200 mm均勻保溫材料，導熱系數為0.163W.m-1K-1，保溫材料外緣溫度為30，為測量設備壁面溫度，將溫度計從外面插入保溫層50 mm，測得其溫度為75，試計算設備外壁溫度和單位時間每平方米保溫層向外散失的熱量。解：5.有=60 mm×3mm的常壓蒸氣管（鋼管），其導熱系數為50 W.m-1K-1，外包40 mm厚的石綿泥，其導熱系數為0.12W.m-1K-1。蒸氣管內壁為110，石棉泥外壁為20。試求每秒鐘每米管路散失的熱量。解：6.在100 mm×5 mm的鋼

6、管中有134的飽和水蒸氣流動，若管外包有30 mm厚玻璃棉，其導熱系數為0.05Wm-1K-1，當外界氣溫為15時，若空氣對保溫層的給熱系數為8W.m-1K-1，忽略鋼管內飽和水蒸氣對鋼管的給熱系數和鋼管壁很小的熱阻，試求保溫層外壁溫度。解：穩(wěn)態(tài)傳熱，保溫層內的導熱速率=保溫層與空氣的對流給熱速率7.反應釜的釜壁為鋼板，厚5 mm(=50W.m-1K-1)，黏附在內壁的污垢厚0.5 mm（=50W.m-1K-1）。反應釜附有夾套，用飽和水蒸氣加熱。釜體鋼板外表面（與蒸汽接觸）為150，內壁面130。試求單位時間每平方米面積所傳導的熱量。并與沒有污垢層和釜體為不銹鋼（有污垢）、銅（有污垢）的情況

7、進行比較（設壁面溫度不變）。(其中不銹鋼=14W.m-1K-1；銅=400W.m-1K-1)解：無污垢： 不銹鋼有污垢：銅有污垢：8.用134.2的飽和水蒸氣加熱48 mm×3mm鋼管內的某溶劑，由20加熱到75，溶劑的體積流量為6m3.h-1,，密度為1080kg.m-3，比定壓熱容為2.9kJKg-1K-1，求單位時間（每秒鐘）消耗的蒸汽的量。解：9在某一化工生產流程中，換熱器采用一種高溫流體來預熱原料液，將原料由25預熱到180；而高溫流體經過換熱，由300降至200。試計算采用逆流操作與并流操作時的平均溫度差，并進行比較。解：逆流：并流：10.列管式換熱器由若千根長3m、外徑

8、25 mm的鋼管組成。要求將流量為1.25 kgs -1流體從350冷卻到300。290的B流體在管內與A流體作逆流流動。已知B側和A側的給熱系數分別為0 .85 kWm-2K-1和1. 70 kWM-2K-1，管壁和污垢熱阻可忽略。若B流體出口溫度為320，求所需管子的根數。已知A的Cp=l. 9 kJKg-1K-1，=880 kgm-3。解：12.用300kpa的飽和蒸汽（134）通人夾套式換熱器夾套，使甲苯沸騰蒸發(fā)。甲苯的沸點為110.6，汽化熱為363.5kJKg-1,，換熱器的傳熱面積為1m2，每小時汽化200kg甲苯。求換熱器的總傳熱系數K。如果換熱器的熱損失為換熱量的10%，求每

9、小時消耗多少千克飽和水蒸氣。解：13.某單程列管式換熱器內置直徑為25 mm×2. 5 mm的鋼管柬。操作過程中，苯在換熱 器的管內流動，流量為1.25kg.s-1，溫度由80冷卻到30；冷卻水在管間與苯呈逆流流動，進口溫度為20，出口溫度為50，已知水側和苯側的給熱系數分別為l 400Wm -2K-1和0.75 Wm -2K-1，污垢和換熱器的熱損失可以忽略，試求換熱器的傳熱面積。苯的平均比定壓熱容為l.9kJKg-1K-1 ，管壁材料的導熱系數為45Wm -2K-1。解：第四章習題1采用精餾操作分離正庚烷正辛烷混合物，精餾塔的塔底壓力為101. 7 kPa，塔頂壓力為100. 6

10、 kPa。已知正庚烷(A)和正辛烷(B)的飽和蒸氣壓為溫度/9098.5100105110115120126pA/kPa78.5101.3106.0121.6139.3158.9182.2pB/kPa33.944.847.255.364.374.186.1101.3如果正庚烷正辛烷混合物服從拉烏爾定律和道爾頓分壓定律，試求：(1)塔底溫度分別為115和120時，塔底液體組成；(2)塔頂溫度分別為100和105時，塔頂餾出物組成。解：（1） 塔底：115120（2）塔頂1001052設正庚烷正辛烷混合物可視為理想混合液，根據上題所給數據，計算在101. 3 kPa下氣液平衡組成，并分別繪出t-x

11、-y相圖和y-x相圖。3求不同溫度下正庚烷與正辛烷的相對揮發(fā)度，用平均揮發(fā)度求平衡時的氣相組成y與液相組成x的關系，并與前題的計算緒果進行比較。4在連續(xù)精餾塔內每小時精餾含乙醇10%（質量分數，下同）的水溶液2000 kg。要求塔頂餾出液中乙醇含量為96%，塔底斧液中含乙醇2%，保持回流比R=4，試求回流量。解：5已知連續(xù)精餾塔操作線方程為精餾段 y=0.723x+0.263提餾段 y=1.25x-0.0187若泡點進料，試求原料液、餾出液及塔底釜液的組成及回流比。解：原料液是精餾段與提餾段交點，精餾段 y=0.723x+0.263提餾段 y=1.25x-0.0187解得xF=0.534精餾段

12、：解得R=2.61， xD=0.956原料液于泡點下進料，組成xF=06，流量為152 kmolh-1。相對揮發(fā)度=3。要求xD=0.9，xw=0.02，R=1。試求：(l)精餾塔頂、塔底產品的流量及塔頂輕組分的回收率；（2） 最小回流比Rmin；（3）離開第三塊理論板的液相組成。解：（1） （2）泡點進料q=1書126圖，129圖（3）逐板計算方法解x3=0.517常壓下連續(xù)精餾塔中分離甲醇水溶液，已知XF=0.4,精餾段和提餾段的操作線方程分別為y=0.63x + 0.361y=1.805x0.00966試求q值和回流比。解:精餾段操作線，提餾段操作線，q線交于一點，y=0.63x + 0

13、.361y=1.805x0.00966解得xd=0.3146,yd=0.5582帶入答：略。8. 將含苯0.5（摩爾分數，下同）的苯-甲苯混合液，在連續(xù)精餾塔中分離。要求塔頂回收99.5的苯，釜液中含苯小于0.02。飽和液體進料，回流比R = 3.0，相對揮發(fā)度=2.45。試求理論塔板數。若全塔效率為60，試求實際塔板數。解：泡點進料q=1,書131頁吉利蘭圖：查第五章 化學反應器習題1在間歇釜式反應器內進行AB的液相一級不可逆反應，反應速率方程為rA=kcA，已知反應在162的等溫下進行，k= 0.8h-1，試求轉化率達到97%時所需的反應時間。解：對一級反應：2在間歇釜式反應器內進行某反應

14、，其動力學方程為rA=0.35cA2 kmolm-3s-1，當A的初始濃度分別為1kmolm-3和4kmolm-3時，計算A的殘余濃度降低到0.01kmolm-3時所需反應時間。解：對二級反應：3 醋酐的水解反應為 (CH3CO) 2O+H 2O=2CH3COOH已知醋酐的濃度低時，此反應可視為假一級反應。在l5時的反應速率rA=0.080 6cAmolL-1min -l，式中cA為醋酐的濃度。若使用間歇釜式反應器，每天處理溶液量為25m3，每批料用于裝、卸料等的輔助時間為25min，裝料系數為0.7,要求醋酐的轉化率為99%，試求反應釜的容積。解：對間歇反應器中的一級反應：4在間歇釜式反應器

15、中分別進行一級反應和二級反應，試計算轉化率從0提高到90%與從90%提高到99%所需反應時間之比。解：對一級反應：0-90%0-99%90%-99% 對二級反應：0-90% 0%-99%90%-99%5 用醋酸和丁醇合成醋酸丁酯的反應為CH3COOH+C4 H9OHCH3COOC4H9+ H2O反應在間歇釜式反應器內進行，反應溫度為373 K，配料比為醋酸：丁醇=1:4.97（摩爾比），以少量H2SO4為催化劑，反應速率方程為rA=kcA2，式中cA為醋酸的濃度。已知在反應溫度下的速率常數k=1.046m3kmol-1h-1，物料的密度在反應前后不變，均為750kgm-3，要求每天生產2400kg醋酸丁酯，醋酸的轉化率為50%，每批料的輔助時間為0.5h，求反應釜的有效容積。解：醋酸-60，丁醇-74，醋酸丁酯-116二級醋酸丁酯產量： A的轉化率50%， 8某液相反應，在25時其反應速率方程為rA=0.992cAcBkmolm3s-1，原料的進料量為0.28m3h-1，反應物的初始濃度cA0=cB0=0.08 kmolm -3，試求：(l)采用單級連續(xù)反應釜，轉化率達87.5%時，反應釜的有效容積；(2)采用二級串聯(lián)反應釜，每個反應釜的有效容積為單級連續(xù)反應釜的一半時，反應的最終轉化率。解：（1）對二級反應： （2）二