化工原理例題[1]

1、第一章1、有密度為1800kg/m3的液體，在內(nèi)徑為60mm的管中輸送到某處。若其流速為0.8m/s，試求該液體的體積流量(m3/h)、質(zhì)量流量(kg/s)與質(zhì)量流速kg/(m2s”。解(1)體積流量q=d2u=xO.O62x0.8=2.26x10-3m3/s=8.14ms/hV44(2)質(zhì)量流量q=qp=2.26x10-3x1800=4.07kg/smV(3)質(zhì)量流速®=1440kg/(m2s)A-x0.0624路中流動的機械能損失為2、如習題附圖所示，有一高位槽輸水系統(tǒng)，管徑為057mmx3.5mm。已知水在管工h=45xU2(u為管內(nèi)流速)。試求水的流量為多少m3/h。f2欲使

2、水的流量增加20%，應將高位槽水面升高多少米？解管徑d=0.05m，u2機械能損失工hf=45乜(1)以流出口截面處水平線為基準面，Z=5m,Z=0,1u=0,u=？12Z1g=2U2+45x2Zgu2專=1.46m/s2水的流量qdupRe=VVV22Z'g=23(u')212Z'23x(1.75)27Z一一7.81m19.81高位槽應升高7.185=2.18mV=d2u=x(0.05)2x1.46=2.87x10-3m3/s=10.3m3/h424(2)q'=(1+0.2)q=1.2qU=1.2u=1.2x1.46=1.75m/s3、25°C的水在

3、內(nèi)徑為50mm的直管中流動，流速為2m/s。試求雷諾數(shù)，并判斷其流動類型。解25C,水的黏度卩=0.8937x10-3Pas，密度p=997kg/m3，管內(nèi)徑d=0.05m，流速u=2m/s°.°5x2x997=1.12x105>4000為湍流0.8937x10-34、水的溫度為10°C,流量為330L/h，在直徑057mmx3.5mm、長為100m的直管中流動。此管為光滑管。(1)試計算此管路的摩擦損失；(2)若流量增加到990L/h，試計算其摩擦損失。解水在10C時的密p=999.7kg/m3，黏度卩=1.306x10-aPa-s,d=0.05m,l=1

4、00m，光滑管。(1)體積流量q=330L/h=0.33m3/hV流速0.33兀兀3600xd23600xx0.05244=0.0467m/s雷諾數(shù)Re=如=0,5x0,467x咖7=1787層流1.306x10-3摩擦系數(shù)X=聖=-=0,358Re1787摩擦損失hf八樣=0,35880Sx=00781J/燉(2)體積流量q=990L/h=0.99m/hV因流量是原來的3倍，故流速u=0.0467x3=0.14m/s雷諾數(shù)Re=1787x3=5360湍流對于光滑管，摩擦系數(shù)九用Blasius方程式計算X=皿=J=0.037Re0.25(5360)0.25也可以從摩擦系數(shù)九與雷諾數(shù)Re的關聯(lián)圖

5、上光滑管曲線上查得，九=0.037。摩擦損失=X労"3x0二100x(0.14)2=0,25J/kg械能為多少？鋼管的相對粗糙度|=a。02。解水在20C時p=998.2kg/m3，卩=1.004x10-3Pa-s5、如習題附圖所示，用離心泵從河邊的吸水站將20C的河水送至水塔。水塔進水口到河水水面的垂直高度為34.5m。管路為0114mmx4mm的鋼管，管長1800m，包括全部管路長度及管件的當量長度。若泵的流量為30m3/h，試求水從泵獲得的外加機d=0.106m,l+1=1800me流量q=30m3/hq30/3600流速u=l=0.9448m/s兀兀d2x(0.106)244

6、Re=dup0.106x0.9448x998.21.004x10-3=9.96x104湍流查得X=0.0252摩擦阻力損失=0.0252x18000.1060.944822=191J/kg以河水水面為基準面，從河水水面至水塔處的水管出口之間列伯努利方程。外加機械能u20.94482W=Zg+Yh=34.5x9.81+191=530J/kg22f26、如習題附圖所示，溫度為20°C的水，從水塔用108mmx4mm鋼管，輸送到車間的低位槽中，低位槽與水塔的液面差為12m，管路長度為150m（包括管件的當量長度）。試求管路的輸水量為多少m3/h，鋼管的相對粗糙度s/d=0.002。解水，t

7、=20C,p=998.2kg/m3,p=1.004x10-aPa-s由伯努利方程，得管路的摩擦阻力損失為Yh=Hg=12x9.81=118J/kgf管內(nèi)水的流速u未知，摩擦系數(shù)X不能求出。本題屬于已知l=150m、d=0.1m、s/d=0.002、工h=118J/kg，求u與q的問題。fV&/d2.51p+3.72x0.1x118(0.0022.51x1.004x10-3/150lg+11/150(3.70.1x998.212x0.1x118丿=2.55m/s驗算流動類型Re=duP=0.1x2.55x998.2=2.54x105湍流P1.004x10-3體積流量q=-d2ux3600

8、=-x(0.1)2x2.55x3600=72.1m3/hV447、用168mmx9mm的鋼管輸送流量為60000kg/h的原油，管長為100km，油管最大承受壓力為15.7MPa。已知50C時油的密度為890kg/m3，黏度為181mPa-s。假設輸油管水平鋪設，其局部摩擦阻力損失忽略不計，試問為完成輸油任務，中途需設置幾個加壓站？解d=0.15m,l=100km,q=60000kg/hmp=890kg/m3,p=181mPa-sqV=60000/3600=0.01873m3/s=1.06m/sq0.01873u=v=冗冗d2x0.15244層流dup0.15x1.06x890Re=782卩1

9、81x10-3X=里Re邑=0.0818782因為是等直徑的水平管路，其流體的壓力降為lu2100x1031.062Ap=pEh=px-=890x0.0818xx-=2.73x107Pa=27.3MPafd20.152油管最大承受壓力為15.7MPa加壓站數(shù)n=273=1.7415.7需設置2級加壓，每級管長為50km，每級的Ap=27.3/2=13.65MPa，低于油管最大承受壓力。第四章1、有一加熱器，為了減少熱損失，在加熱器的平壁外表面，包一層熱導率為0.16W/(m°C)、厚度為300mm的絕熱材料。已測得絕熱層外表面溫度為30°C,另測得距加熱器平壁外表面250m

10、m處的溫度為75C,如習題4-1附圖所示。試求加熱器平壁外表面溫度。解t=75C,t=30C23計算加熱器平壁外表面溫度t,X=0.16W/(m-C)1ttttr2=-23bbt757530r=0.250.050.160.1645ti=両x025+75=30冗xx2、燃燒爐的平壁由下列三層材料構成：耐火磚層，熱導率久=1.05W/(mC)，厚度b=230mm;絕熱磚層,熱導率久=0.151W/(mC)；普通磚層,熱導率久=0.93W/(mC)。耐火磚層內(nèi)側壁面溫度為1000°C,絕熱磚的耐熱溫度為940°C,普通磚的耐熱溫度為130C。(1)根據(jù)磚的耐熱溫度確定磚與磚接觸面

11、的溫度,然后計算絕熱磚層厚度。若每塊絕熱磚厚度為230mm，試確定絕熱磚層的厚度。(2)若普通磚層厚度為240mm，試計算普通磚層外表面溫度。解(1)確定絕熱層的厚度b2溫度分布如習題4-4附圖所示。通過耐火磚層的熱傳導計算熱流密度q。九q=t1（tt）b1211.05（1000940）=274W/m20.23絕熱磚層厚度b2的計算九/q=（t一t）b232習題4-4附圖0.151b2=藥（940-130）=0446m每塊絕熱磚的厚度為0.23m，取兩塊絕熱磚的厚度為b=0.23x2=046m。2(2)計算普通磚層的外側壁溫t4先核算絕熱磚層與普通磚層接觸面處的溫度t3qb274x0.46“w

12、t=t2=940=105.3C32九0.1512t小于130C，符合要求。3通過普通磚層的熱傳導，計算普通磚層的外側壁溫t。4九q=T（t一t）b343t=t也=105.3274X0.24=34.6C43九0.9333、某工廠用0170mmx5mm的無縫鋼管輸送水蒸氣。為了減少沿途的熱損失，在管外包兩層絕熱材料，第一層為厚30mm的礦渣棉，其熱導率為0.065W/(m-K)；第二層為厚30mm的石棉灰，其熱導率為0.21W/(m-K)。管內(nèi)壁溫度為300°C,保溫層外表面溫度為40C。管路長50m。試求該管路的散熱量。幾1=452冗（tt）q=1Ll1r1r1rlnp+In于+lnp

13、入r入r入r112233ri=0.08m2兀（30040）1,851111511145In+In+In45800.065850.21115r2=OO85m二;22=0.065礦渣棉亦0.21石棉灰“=40*C=284W/mH=O145m2=0.03m3=0.03m枷=.005mQ=ql=284x50=142x10Wl=14.2kW4、空氣以4m/s的流速通過075.5mmx3.75mm的鋼管，管長5m?？諝馊肟跍囟葹?2C,出口溫度為68C。(1)試計算空氣與管壁間的對流傳熱系數(shù)。(2)如空氣流速增加一倍，其他條件均不變，對流傳熱系數(shù)又為多少？(3)若空氣從管壁得到的熱量為578W，鋼管內(nèi)壁的

14、平均溫度為多少。解已知u=4m/s,d=0.068m,l=5m,t=32C,1t=68C2(1)對流傳熱系數(shù)a計算空氣的平均溫度tm232+68=50Cl5d=0.068"3.5>6°查得空氣在50°C時的物性數(shù)據(jù)p=1.093kg/m3,卩=1.96x10-5Pa-s,-=2.83x10-2W/(m-C),c=1.005kJ/(kg-C)pPr=0.698，空氣被加熱，Pr的指數(shù)n=0.4雷諾數(shù)1.96x10-5Re=如=皿68X4XL。93=1.52x104湍流2152對流傳熱系數(shù)a=0.023-Re0.8Pr0.4da=0.023X0.0682.83X

15、宀x(1.52x104)0.8x(0.698)0.4=18.4W/(m2-C)(2)空氣流速增加一倍，對流傳熱系數(shù)a'為(u'V8=18.4xC2、0.8=32W/(m2-C)(3)若空氣從管壁得到的熱量為578W，計算鋼管內(nèi)壁平均溫度用式Q=aA(t-1)計算鋼管內(nèi)壁的平均溫度t。wwm已知空氣進出口平均溫度t=50C在第項中已計算出對流傳熱系數(shù)a=18.4W/(m2-C)鋼管內(nèi)表面積為A=冗dl=：rtx0.068x5=1.07m2鋼管內(nèi)壁平均溫度t=t+=50+一578一=79.4CwwaA18.4x1.075、在一換熱器中，用水使苯從80°C冷卻到50

16、6;C,水從15°C升到35°C。試分別計算并流操作及逆流操作時的平均溫度差。(1)并流操作T=80CtT=50C12t=15Ctt=35C1八川65-15=34.1Cln1At265ln-At=65C1At=15C245+352=40C(2)逆流操作苯T=80°CtT=50°C12t=35Cjt=15C水21At=45CAt=35C12At/At=45/35<212”/t+AtAt=12逆26、某列管換熱器由(p25X2.5mm的鋼管組成。熱空氣流經(jīng)管程，冷卻水在管間與空氣呈逆流流動。已知管內(nèi)側空氣側的對流傳熱系數(shù)為50W/m°C,管外

17、水側的對流傳熱系數(shù)為1000W/m°C,鋼的導熱系數(shù)為45W/mC。試求基于管外表面積的總傳熱系數(shù)K1，及基于平壁的總傳熱系數(shù)K2.解：取空氣側的污垢熱阻R=0.5*10-3m2(C/W)取水側的污垢熱阻R2=0.2*10-3m2(C/W)=0.0269若按平壁計算：=0.0218按平壁計算誤差較大為7、在列管換熱器中，兩流體進行換熱，若已知管內(nèi)、外液體的平均溫度為170C和135C,管內(nèi)、外液體的對流傳熱系數(shù)分別為12000W/(m2°C)及1100W/(m2°C),管內(nèi)、外側污垢熱阻分別為0.0002(m2°C)/W和0.0005(m2°C

18、)/W,試估算管壁的平均溫度。解：管壁的三均溫度由下列式子進行計算1巧-©_久1I0.0005I0.0002110012000管壁平堆溫度是16413<8、有一套管式換熱器，內(nèi)管為180mmx10mm的鋼管，內(nèi)管中有質(zhì)量流量為3000kg/h的熱水，從90°C冷卻到60°C。環(huán)隙中冷卻水從20°C升到50°C?？倐鳠嵯禂?shù)K=2000W/(m2-°C)。試求：(1)冷卻水用量；(2)并流流動時的平均溫度差及所需傳熱面積；(3)逆流流動時的平均溫度差及所需傳熱面積。解(1)冷卻水用量q計算m2熱水平均溫度T=90+60=75C,c=

19、4.191kJ/(kg-C)m22p1冷水平均溫度t=tr+t2=20+50=35C,c=4.174kJ/(kg-°C)m22p2熱量衡算qx4.174x103x（50-20）=3000x4.191x103x（90-60）=3.77x108J/hm2q=3012kg/hm2(2)并流熱水冷水AtmT=90CtT=60C12t=20Ct=50C2T1At=70CAt=10C12=70-10=30.8Cin7010傳熱面積(3)逆流A亠KAtm3.77x108/3600=1.7m22000x30.8熱水傳熱面積A亠KAtmT=90CtT=60C12t=50Ct=20C、人.2J1冷水At

20、=40CAt=40C12At=40Cm3.77x108/3600=1.31m22000x409、欲將體積流量為3000m3/h(標準狀況0=101.325kPa,To=273.15K)的常壓空氣，用絕對壓力為200kPa的飽和水蒸氣加熱，空氣從10C加熱到90°C。現(xiàn)有一列管式換熱器，其規(guī)格如下：鋼管直徑025mmx2.5mm，管長1.6m，管數(shù)271根。如用此換熱器，使空氣在管內(nèi)流動，水蒸氣在管外冷凝，試驗算此換熱器面積是否夠用？水蒸氣冷凝時的對流傳熱系數(shù)可取為10000W/(m2-K)。解空氣的平均溫度t=亠=10+90=50Cm22空氣的物性參數(shù)p=1.093kg/m3,卩=1

21、9.6x10-6Pa-s空氣流量熱負荷水蒸氣平均溫度差空氣流速=2.83x10-2W/(m-K),c=1.005x103J/(kg-K),q=3000x29=3884kg/hm22.4q=q/p=3884/1.093=3554m3/hVmQ=qc(tmp2Pr=0.6983884-1)=x1.005x103x(90一10)=&67x104W13600p=200kPa，T=120.2°CAt=T-1=120.2-10=110.2C11At=T-t=120.2-90=30.2C2AtmAtAt110.230.212=62CAtln1At2110.2ln30.2u=qv兀3600x

22、d2n43554兀3600xx(0.02)2x271=11.6m/sdupRe=0.02x11.6x1.093c“=1.29x10419.6x10-6湍流a=0.023-Re。*Prn=0.023x2.83x宀x(1.29x104)0.8x(0.698A4d0.02=54.8W/(m2-K)K54.8W/(m2-K)紅=沁=25.5m2A=KAt54.8x62亨利系數(shù)E=p*/x=0.798/0.0105=76已有換熱器的傳熱面積為A'=冗din=冗x0.02x1.6x271=27.2m2夠用AA-r-第五章1、100g水中溶解lgNH,查得20C時溶液上方NH的平衡分壓為798Pa。

23、此稀溶液的33氣液相平衡關系服從亨利定律，試求亨利系數(shù)E(單位為kPa)、溶解度系數(shù)H單位為kmol/(m3-kPa)和相平衡常數(shù)m?？倝簽?00kPa。液相中NH的摩爾分數(shù)x=31/171/17+100/18=0.0105氣相中NH的平衡分壓3P0.798kPa液相中NH的濃度c=0.581kmol/m33V101x10-3/998.2溶解度系數(shù)H=c/p*=0.581/0.798=0.728kmol/(m3-kPa)液相中NH。的摩爾分數(shù)x=1/17=0.010531/17+100/18氣相的平衡摩爾分數(shù)y*=p*/p=0.798/100相平衡常數(shù)m=丄*=0798=0.76x1000.0

24、105或m=E/p=76/100=0.762、如習題附圖所示，在一細金屬管中的水保持25°C，在管的上口有大量干空氣（溫度25°C，總壓101.325kPa）流過，管中的水汽化后在管中的空氣中擴散，擴散距離為100mm。試計算在穩(wěn)定狀態(tài)下的汽化速率，kmol/（m2-s）。解25C時水的飽和蒸氣壓為3.2895kPa從教材表5-2中查得，25C，101.325kPa條件下，H2O在空氣中的分子擴散系數(shù)D=0.256cm2/s=0.25610-4m2/s。擴散距離Z=100mm=0.1m，總壓p=101.325kPa水表面處的水汽分壓p=3.2895kPaA1空氣分壓p=p-

25、p=101.325-3.2895B1A1=98.04kPa管上口處有大量干空氣流過，水汽分壓p=0A2空氣分壓p=101.325kPaB23.2895空氣分壓的對數(shù)平均值為pBm101325=99-8kPap101.325lnB2lnp98.04B1水的汽化速率NA=RDZ產(chǎn)(叮PA2)0.25610-4Bm8.314x298x0罟（3895-°）=工裝心皿-3、左圍B11所亍的垂言細管口蠱嘆時洌俎夕的液4札該逅分通過靜上月層Z擴散至管口被另一股氣流B帶走.緊昂複面上方組分A的分壓対液休A在一定溫度下的館和蒸汽壓.管II仲A的分壓可視為零。組分A的汽優(yōu)使擴散距離z不斷増加,記錄時間t

26、與z的關系即可計：算A在B中的擴散系數(shù)。101.3kPa.斗嘆U現(xiàn)完CS在空氣中的護歆系如記靈和間1勻距高工曲艾系財怎，試求擴散系敢。時陌tJksll匡tnun0IQ9.342024.93046.74Q74.B501Q9.D6Q廠|*擴敢庇臨解:CCH通過靜11氣體層的擴散為單向擴敲.且劃E定態(tài)過程。由于擴散距高江勺孌億緩慢，放可乍琨寶掩？幅凈速玄方程為町七士s-鑿瓷設吐為細營的裁面和，PL為匕匚14漫凍的密鹿仕金時刖丄J314汽化的量應等于匚CJt擴散出管口的量,即3瓷或*沐將時間T橫為橫坐標,F為縱坐標將實驗數(shù)據(jù)作圖見圖口5),并以最小二乘法求得自鐵斜魚刃B=3.21xl0ms在1013k

27、Pa.48rTCC14的飽和藝汽壓為PAi=37.6kPa)密度為PL=1540kg/m3)則Pbi=101.3-37.6=63.7H>a?B2=1013kPaMa=154kg.i'kmol于是擴散系數(shù)為D"匹工丄=3-21x101540x8.31x321=912xml/jPbi2x154x101.3xlny4、含氨極少的空氣于101.33kPa,20°C被水吸收。已知氣膜傳質(zhì)系數(shù)kG=3.15X10-6kmol/(m2skPa)，液膜傳質(zhì)系數(shù)kL=1.81X10-4kmol/(m2skPa.)，溶解度系數(shù)H=1.5kmol/(m3kPa)。氣液平衡關系服從亨

28、利定律。求：氣相總傳質(zhì)系數(shù)KG、KY液相總傳質(zhì)系數(shù)KL、KX。膳：X為物條的氣液乎衡關系服從亨利它吧故可亡式6冊)求心=+=!一-+!=3,24>心HkL3,l5xlO'61,5x1.81x104A=3.089XlOkmDl/<m2skPa)：llrl算結果可見此物紊中就極易溶于水溶解度甚大,懇“氣膜控制”系統(tǒng)吸收總阻力幾乎全部集片'于上魄所以吸收總系數(shù)與氣膜吸收分系數(shù)極為接近"依題盍此粢統(tǒng)宵低濃度氣體附啜收，心訶按式(6-36)來計算.心二膠=10133x3.(189xQ-6=3J3xlO_J朋據(jù)式(6-37)求Ki11HL5疋訃,=1=-J-4t-=4

29、8L5x10"KlkL41.81x1043,15xlO-6K,-ZOSkJO"kmol.Cm2-s罌)司理，對于低濃度江體的吸收，二用盍(6-36)求心昭心亡山丁溶液濃度極稀，Q可按純?nèi)荦R;水來訃算"_£_=鯉“桿鈕畑跖18K*t=2.08XIOX55.6=16X1OkinoL(in1-s)5、已知某低濃度氣體溶質(zhì)被吸收時，平衡關系服從亨利定律，氣膜吸收系數(shù)kg=2.74X10-7kmol/(m2kPa),液膜吸收系數(shù)k1=6.94X10-5m/s,溶解度系數(shù)H=1.5kmol/(m3-kPa)o試求氣相吸收總系數(shù)Kg,并分析該吸收過程的控制因素。解：1

30、_1厶1_1亠1Z7=+Sh7=4xi(r7"ix«.4xio-5-3.66M1D15品c碉?J/剜砌=9.6xW3時液膜阻力心；液膜阻力遠小于氣膜阻力，該吸收過程為氣膜控制。6、用清水在吸收塔中吸收混合氣中的溶質(zhì)A,吸收塔某截面上，氣相主體中溶質(zhì)A的分壓為5kPa，液相中溶質(zhì)A的摩爾分數(shù)為0.015。氣膜傳質(zhì)系數(shù)k=2.5x10-5kmol/(m2-s),Y液膜傳質(zhì)系數(shù)k=3.5x10-3kmol/(m2-s)。氣液平衡關系可用亨利定律表示，相平衡常數(shù)Xm=0.7。總壓為101.325kPa。試求：(1)氣相總傳質(zhì)系數(shù)K，并分析吸收過程是氣膜控制還是液膜控制；(2)試求吸

31、收Y塔該截面上溶質(zhì)A的傳質(zhì)速率N。A解(1)氣相總傳質(zhì)系數(shù)KY1m10.7+=+=4x104+2x102Kkk2.5x10-53.5x10-3YYX=4.02x104K=2.488x10-5kmol/(m2-s)Y氣膜阻力1/k=4x104(m2-s)/kmol，液膜阻為m/k=2x102(m2-s)/kmol。Y=0.995，為氣膜控制。氣膜阻力與總阻力的比值為空1/K4.02x104Y(2)傳質(zhì)速率NA=0.0519Y=二p-p101.325-5Ax0.015X=0.0152,Y*=mX=0.7x0.0152=0.0106x-11-0.015N=K(Y-Y*)=2.488x10-5x(0.

32、0519-0.0106)=1.03x10-6kmol/(m2.s)AY7、在一逆流吸收塔中，用清水吸收混合氣體中的CO2，氣相流量為300m3/h,進塔氣體中含CO26.0%(體積百分比)，要求可溶組分的回收率為95%,液相流量為22380.48kmol/h，求操作線方程。解：y1=0.06,y2=0.06(1-0.95)=0.003,x2=0v=300m2/h=12.27kmol/hL=22380.48kmol/h8、在一并流吸收塔中，用清水吸收混合氣體中的SO2，氣相流量為15kmol/h，進塔氣體中含SO27.0%(體積百分比)，要求可溶組分的回收率為98%，液相流量為17565kmol

33、/h，求操作線方程。解：y=0.07,y2=0.07(1-0.98)=0.0014,x2=0v=15kmol/h,L=17565kmol/h9、用清水吸收混合氣體中的CO2，進塔氣體中含CO25.0%(體積百分比)，要求可溶組分的回收率為90%，平衡關系y*=1200x,操作液氣比為最小液氣比的1.6倍，求操作液氣比。解：y=0.05,y2=0.05（1-0.9）=0.005,x2=0,m=120010、以清水在填料塔內(nèi)逆流吸收空氣-氨混合氣中的氨，進塔氣中含氨4.0%（體積），要求回收率為96%，平衡關系為Y*=0.92X，操作液氣比為最小液氣比的1.6倍，求操作液氣比。解：y1=0.04,

34、y2=0.04（1-0.96）=0.0016,x2=0,m=0.9211、在一吸收塔中，用清水在總壓O.IMPa、溫度20°C條件下吸收混合氣體中的CO2，將其組成從2%降至0.1%（摩爾分數(shù)）。20C時CO2水溶液的亨利系數(shù)E=144MPa。吸收劑用量為最小用量的1.2倍。試求：（1）液-氣比L/G及溶液出口組成X。（2）試求總壓改為IMPa1時的L/G及X。1解（1）總壓p=O.IMPa時L/G及X1Y=0.02=0.02041,Y0.001，X=011-y1-0.02221m=E/p=144/0.1=1440IG丿.min=1.2-GY-Y0.02041-0.001“12=13

35、69Y/m-X0.02041/1440-012rLIG丿.min=1.2x1369=1643X=X+G(Y-Y)=0+°.02041-俱=1.18x10-512L121643總壓p=IMPa時的L/G及X1m=E/p=1441=144(L/G)min0.020410.0010.02041/144=136.9L/G=1.2(L/G)=1.2x136.9=164.3min0.020410.001164.3=1.18x10-4從上述計算結果可知，總壓從0.1MPa增大到1MPa，溶液出口組成從1.18xlO-5增加到1.18x10-4。12、用煤油從苯蒸氣與空氣的混合物中回收苯，要求回收9

36、9%。入塔的混合氣中含苯2%(摩爾分數(shù))；入塔的煤油中含苯0.02%(摩爾分數(shù))。溶劑用量為最小用量的1.5倍，操作溫度為50°C,壓力為lOOkPa,相平衡關系為Y*=0.36X,氣相總傳質(zhì)系數(shù)Ka=0.015kmol/(m3-s)。入塔混合氣單位塔截面上的摩爾流量為0.015kmol/(m2-s)。試求填Y料塔的填料層高度，氣相總傳質(zhì)單元數(shù)用對數(shù)平均推動力法及吸收因數(shù)法的計算式計算。解(1)氣相總傳質(zhì)單元高度H計算OG入塔混合氣的流量G'=0.015kmol/(m2-s)y=0.02,Ka=0.015kmol/m-s)1Y惰性氣體流量G=G(1-人)=0015x(1-&#

37、176;02)=0-0147kmol/(m2-s)0.0147=0.98mHOGKaQ0.015Y(2)氣相總傳質(zhì)單元數(shù)H計算OGY =002=0.0204，回收率耳=0.9911-y0.981Y =Y(1-)=0.0204(10.99)=2.04x10-421x=0.0002,X沁x=0.0002222吸收因數(shù)法計算NOGX*1=Ym=0.02040.36=0.0567(G丿min匚Y-Y1匚0.0204-0.000204心匚沁=1.5x1l=1.5x=0.536X*-X0.0567-0.000212mGNOGlnmG1Lr1-(LmGAY-mXmG'12+丿Y-mXL221-0.6

38、72ln(1-°.672)+0.672(0.0204-0.36x0.0002A(0.000204-0.36x0.0002丿=12對數(shù)平均推動力法計算NOGY-Y12-GX-X12Y-YX=X+r212L/GY*1Y*2=0.0002+0.02040.000204=0.03790.536=mX=0.36x0.0379=0.01361=mX=0.36x0.0002=0.0000722AY=Y=Y*=0.02040.0136=6.8x10-3111AY=Y=Y*=0.204x1030.072x103=0.132x103222AYmAYAY6.8x1030.132x10312=1.69x10

39、3.AYIn1AY20.132NOGYY0.02040.0002042=12AYm1.69x103（3）填料層高度Z計算Z=HN=0.98x12=11.8mOGOG13、混合氣含CO2體積分數(shù)為10%，其余為空氣。在30°C、2MPa下用水吸收，使CO2的體積分數(shù)降到0.5%,水溶液出口組成X=6x104（摩爾比）?；旌蠚怏w處理量為2240m3/h1（按標準狀態(tài),273.15K,101325Pa）,塔徑為1.5m。亨利系數(shù)E=188MPa，液相體積總傳質(zhì)系數(shù)K-a=50kmol,(m3-h-kmol/m3)。試求每小時用水量及填料塔的填料層咼度。L解(1)用水量計算y=0.1,Y=0

40、1=0.111,Y=0.005,Y=0005=5.03x10-3,X=6x10-4,X=0110.9220.99512混合氣流量G=2240=100kmol/h22.4惰性氣體流量G=G'(1y”=100(10.1)=90kmol/h用水量LG(YY)L=12XX1290(0.1110.00503)6x10-4=1.59x10-4kmol/h=1.59x104x18=2.86x105kg/h(2)填料層高度Z計算水溶液的總濃度cup/M=995.7/18=55.3kmol/m3ss體積傳質(zhì)系數(shù)Ka=cKa=55.3x50=2765kmol/(m3-h)XL液相總傳質(zhì)單元高度HOLL1.

41、59x104KaQX兀2765xTx(15)2=3.26m對數(shù)平均推動力法計算NOL氣液相平衡常數(shù)m=-=型=94P2X*1=Y/m=0.111/94=1.18x10-3X*2=Y/m=0.00503/94=5.35x10-52AX1=X*X=1.18x10-36x10-4=58x10-41AX2X=5.35x10-50=5.35x10-52AXmAX-AX58x10-55.35x10-5=2.209x10-4=12.AXln1AX158x10-5In5.35x10-5液相總傳質(zhì)單元數(shù)XX6x10-40NOLi2=2.722.209x10-4AXm吸收因數(shù)法計算NOLL1.59x104=1.8

42、79mG94x90NOL1ln1mGX-X*L2廿+*mGA(mG丿XX1111.879lnS179)0-1.18x10-36x10-4-1.18x10-3+1.879=2.73填料層高度Z=H-N=3.26x2.73=8.9mOLOLAvy>.Vr.第六章1、在常壓下將含苯60%，甲苯40%的混合液進行平衡蒸餾，氣化率為30%，已知物系的相對揮發(fā)度為2.47，試求汽、液兩相的組成。解：棍據(jù)物料伽算Fjc$=內(nèi)+心根據(jù)題意：-=0.3hlz().7FF則主4-O_7x=0.6兩方程聯(lián)立求解:0.53S9,>=0+74262、甲醇(A)-丙醇(B)物系的汽液平衡服從拉烏爾定律，試求溫

43、度t=80°C、液相組成x=0.5摩爾分數(shù))時的汽相平衡組成與總壓。甲醇lgp7.197361574.99at+238.86丙醇1375.14lgp6.74414bt+193式中t為溫度，C。(1)t=80C)時，p二181.1kPa,p二50.93kPaABxP-PBxBppAB(181.150.93)x0.5+50.93116kPa總壓p-(p-p)x+pA"B"B汽相組成y-于-吟-0.7813、甲醇和丙醇在80C時的飽和蒸氣壓分別為181.lkPa和50.93kPa。甲醇一丙醇溶液為理想溶液。試求：(1)80C時甲醇與丙醇的相對揮發(fā)度Q；(2)在80C下汽

44、液兩相平衡時的液相組成為0.5，試求汽相組成；(3)計算此時的汽相總壓。解(1)甲醇和丙醇在80C時的相對揮發(fā)度a厶18113.556p50.93B3.556x0.5x0.5y1+(a1)x1+(3.5561)x0.5°間(3)總壓p-爺=罟=叫4、苯和甲苯在80.1C時飽和蒸氣壓分別為101.33kPa和38.8kPa,110.6C時飽和蒸氣壓分別為234.60kPa和101.33kPa.求：(1)計算平均相對揮發(fā)度a；(2)寫出汽液相平衡方程。解(1)80.1C時a冬101332.611p38.8B110.6C時a空62.322101.33從計算結果可知，溫度高，相對揮發(fā)度小。平

45、均a-、.a、261x2.322.46(2)汽液相平衡方程ax2.46xy1+(a1)x1+1.46x5、常壓下將含苯（A）60%,甲苯（B）40%的混合液平衡蒸餾，物系相對揮發(fā)度a=2.47,汽化率（1-q）為30%，求氣液產(chǎn)物的組成。解：xf=0.6,1-q=0.3,q=0.7,a=2.47物料衡算式為：相平衡方程為：聯(lián)立得解得6、想用一常壓下連續(xù)操作的精餾塔分離苯的質(zhì)量分數(shù)為0.4的苯-甲苯混合液。要求餾出液中苯的摩爾分數(shù)為0.94,釜液中苯的摩爾分數(shù)為0.06。塔頂液相回流比R=2,進料熱狀態(tài)參數(shù)q=1.38,苯-甲苯溶液的平均相對揮發(fā)度a=2.46試用逐板法計算理論板數(shù)及加料板位置。

46、解先將進料組成由質(zhì)量分數(shù)0.4換算為摩爾分數(shù)。苯的摩爾質(zhì)量為78,甲苯的摩爾質(zhì)量為92kg/kmol。=0.440.4/780.4/78+0.6/92已知x=0.44,x=0.94,x=0.06,R=2,q=1.38,a=2.46。FDW相平衡方程ya(a1)yy2.46-1.46y1)精餾段操作線方程2)y=Rhx+Rd=右x+賠=0.667x+0.313塔釜汽相回流比R'R'(R+1)w+x-xx-xDFDF=(2+1)x0.440.060.94-0.44+(1.381)x0.940.060.940.44=2.95提餾段操作線方程R'+1x2.95+1y=xwR&#

47、39;R'2.95占=皿0.02033)兩操作線交點的橫坐標(R+1)x+(q1)xx=FD/R+q=0.496(2+1)x0.44+(1.381)x0.942+1.38理論板數(shù)計算：先交替使用相平衡方程(1)與精餾段操作線方程(2)計算如下y=x=0.94tx=0.8641D1y=0.889tx=0.76522y=0.824tx=0.65533y=0.750tx=0.54944y5=0.679fx=0-462<xf第5板為加料板。以下交替使用提餾段操作線方程(3)與相平衡方程(1)計算如下x=0.4625y=0.599fx=0.37866y7=0.485fx=0.277y8=0

48、.351fx=0.180y9=0.221fx=0.103y10=0.118fx=0.052<x總理論板數(shù)為10，精餾段理論板數(shù)為4，第5板為加料板。7、在一連續(xù)操作的精餾塔中分離某雙組分溶液。其進料組成為0.3，餾出液組成為0.95，釜液組成為0.04,均為易揮發(fā)組成的摩爾分數(shù)。進料熱狀態(tài)參數(shù)q=1.2,塔頂液相回流比R=2。試寫出本題條件下的精餾段及提餾段操作線方程。解(1)精餾段操作線方程已知R=2、x=0.95Dy=x+-D=丄x+095=0.667x+0.317R+1R+12+12+1(2)提餾段操作線方程已知x=0.3、x=0.95、x=0.04、R=2、q=1.2，計算塔釜汽

49、FDW相回流比R'。(q1)DFR'=(R+1)_-w+x一xDF=(2+1)占+(1.2-1)參鵲=1.48罟=屮x-0.027R'+1x1.48+1R'y=x一一W=xR'1.488、由正庚烷與正辛烷組成的溶液在常壓連續(xù)精餾塔內(nèi)進行分離。原料的流量為5000kg/h,其中正庚烷的質(zhì)量分數(shù)為0.3。要求餾出液中能回收原料中88%的正庚烷,釜液中正庚烷的質(zhì)量分數(shù)不超過0.05。試求餾出液與釜液的摩爾流量,及餾出液中正庚烷的摩爾分數(shù)。解先將質(zhì)量流量換算為摩爾流量,質(zhì)量分數(shù)換算為摩爾分數(shù),再作物料衡算。正庚烷(CH)的摩爾質(zhì)量M=100kg/kmol,正辛烷(CH)的摩爾質(zhì)量716A818M=114kg/kmol。B0.3”07=°328+1001140.05100=0.00.95=0.0566+100114原料的平均摩爾質(zhì)量為100X0.328+114(10.328)=109.4kg/kmol原料的摩爾流量將已知數(shù)x=0.328F5000F=45.Jkmol/h109.4(摩