寧波工程學(xué)院化工原理計(jì)算題

向一樓和二樓。兩支路各安裝一球形閥，出口分別為C和D。已知管段ABBC和BD的長(zhǎng)度分別為100ms10m和20m（僅包括管件的當(dāng)量長(zhǎng)度），管內(nèi)徑皆為30mm假定總＞管在A處的表壓為0.343MPa,不考慮分支點(diǎn)B處的動(dòng)能交換和能量損失，且可認(rèn)為各管段內(nèi)的流動(dòng)均進(jìn)入阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)皆為0.03，試求:D閥關(guān)閉，C閥全開（ 6.4）時(shí)，BC管的流量為多少?D閥全開，C閥關(guān)小至流量減半時(shí)， BD管的流量為多少？總管流量又為多少?解：1）在A-C截面（出口內(nèi)側(cè)）列柏努利方程2PaUagzA—-2gZcPc2Ucwf,AczAZcUaPc0(表)wf,AC(lABlBCd入口2uc閥)二20.56.41)0.56.41)3 3m/sPalABlBC( 入口d3.431052 10010uc . /(0.031000 0.03=2.41m/s2Vcuc—dD閥全開，C閥關(guān)小至流量減半時(shí):=2.41003D閥全開，C閥關(guān)小至流量減半時(shí):4 4在A-D截面（出口內(nèi)側(cè)）列柏努利方程（不計(jì)分支點(diǎn)B處能量損失）gZAPa2Ua2gZDPd2Ud2wf,A其中：Za0,Zd5mUaPd0(表)wf,ADlAB

d2入口)u2lBD

d2Ud2lAB

dlBD

d1)2UD23.4310510002 42uDVD/-d4VD/0.034Vi\/"2VD 0.85103VDu- —d2 —(003)24 41414.7VD1414.7VD1.20_ _ 2 _ 2100 (1414.7VD 1.20)2 20 (1414.7VD)259.81(0.03 0.5) D (0.03——6.41) —0.03 2 0.03 2化簡(jiǎn)得 1.28108VD21.7105VD 221.590解得:VD8.10104m3/s總管流量說明：對(duì)于分支管路，調(diào)節(jié)支路中的閥門（阻力）,不僅改變了各支路的流量分配，同時(shí)總管流量說明：對(duì)于分支管路，調(diào)節(jié)支路中的閥門（阻力）,不僅改變了各支路的流量分配，同時(shí)VVCVD8.51048.11041.66103m3/sCD也改變了總流量。但對(duì)于總管阻力為主的分支管路，改變支路的阻力，總流量變化不大。第二單元流體輸送機(jī)械2-1.離心泵在一定輸送流量范圍和轉(zhuǎn)速下， 壓頭和流量間關(guān)系可表示為 H=25-2.0Q2（式中H單位為m,Q單位為m/min）。若將該泵安裝在特定管路內(nèi)，該管路特性方程可表示為2e .Qeo(式中H單位為m,Qe為n3/min)。試求：1）輸送常溫下清水時(shí)，該泵的流量、壓頭和軸功率。壓頭和軸功率。2）輸送密度為1200Kg/m3的水溶液時(shí)，該泵的流量、壓頭和軸功率。假設(shè)該泵的效率為60%。解：1）根據(jù)離心泵的工作點(diǎn)定義可得:解：1）根據(jù)離心泵的工作點(diǎn)定義可得:QQeHHe求輸送常溫下清水時(shí)，該泵的性能。①由HHe可得：①由HHe可得：25 2.0Q2201.86Q2即3.86Q2 5得：Q=1.138m3/min=68.3m3/h=0.019m3/s。?H252.0Q2 252(1.138)2 22.4mQHP "3822.41000NQ--60 6.942Kw⑤ 102 1020.62）求輸送密度為1200Kg/m3的水溶液時(shí)，該泵的性能。當(dāng)輸送液體的密度改變時(shí),泵的流量和壓頭不變。故:當(dāng)輸送液體的密度改變時(shí),泵的流量和壓頭不變。故:Q'Q0.019m3/sH'H22.4m而軸功率發(fā)生變化,N'QHQ'Q0.019m3/sH'H22.4m而軸功率發(fā)生變化,N'QH1020.01922.41200 8.345Kw1020.6本題要求掌握離心泵特性參數(shù)的計(jì)算及流體密度對(duì)其性能參數(shù)的影響。2-2.在某特定管路系統(tǒng)中，用離心泵輸送清水。當(dāng)泵的出口閥全開時(shí)，管路特性方程為He181.3105Qe（Qe單位是m3/s）?，F(xiàn)關(guān)小閥門調(diào)節(jié)流量，當(dāng)泵的流量為0.012m3/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓頭為44m試求：1）關(guān)小閥門后的管路特性方程。2）關(guān)小閥門造成壓頭損失占泵提供壓頭的百分?jǐn)?shù)。

解：1)求關(guān)小閥門后的管路特性方程。本題中，K不發(fā)生變化，而B值因關(guān)小閥門而變大。關(guān)小閥門后離心泵特性不變。2 2K、。H值代入管路特性萬(wàn)程，可得：4418BQe,即4418B(0.012)可解出B1.806105故關(guān)小閥門后管路特性方程為：_5 2He181.806105Qe2)流量為0.012m3/s時(shí)，原管路所要求的壓頭為：He181.3105(0.012)2 1818.7236.72m故關(guān)小閥門多耗的壓頭為： HHHe4436.727.28mH728關(guān)小閥門造成的壓頭損失占泵提供壓頭的百分?jǐn)?shù)為： —*8100%16.55%H44本題是離心泵管路特性曲線的練習(xí)及管路閥門局部阻力對(duì)泵壓頭的影響。2-3.某造紙廠抄紙車間一臺(tái)揚(yáng)克式紙機(jī)，原生產(chǎn)郵封紙，所配置得白水泵 (離心水泵)其流量為Q=20n3/h,揚(yáng)程H為31m,軸功率N為2.6Kw,配套電機(jī)4.5Kw?，F(xiàn)因市場(chǎng)變化，該紙機(jī)轉(zhuǎn)產(chǎn)衛(wèi)生紙，白水泵流量比原來下降 10%,揚(yáng)程下降20%。若不更換泵，而將原白水泵葉輪外徑切割5%,其它尺寸不變，改用3Kw電機(jī)拖動(dòng)。問此方案是否可行？解：據(jù)離心泵得切割定律，可算出葉輪外徑切割 5%后，泵的Q'、H'和N'(1)Q'D2'上得：Q’D2D2' 0.95D2—Q 2Q0.95QD2D(1)Q'D2'上得：Q’D2D2' 0.95D2—Q 2Q0.95QD2D20.9Q(2)D2'2(旨得:D2D2'2H'(言D20.95D22( ~)HD20.903H 0.8H(3)N'D2'3(旨3得:D2D2'3N'(旨D20.95D23( 2)ND20.857N又因N=2.6Kw,則N'0.857N0.8572.62.23Kw取安全系數(shù)為1.2倍來配套電機(jī)，則所需配套電機(jī)功率為:1.22.232.68Kw3Kw(4)由計(jì)算結(jié)果知，原水泵葉輪外徑切割5%(4)由計(jì)算結(jié)果知，原水泵葉輪外徑切割5%后，流量、揚(yáng)程、所配電機(jī)功率都適用，故此方案可行。2-4.用某離心油泵從貯槽取液態(tài)燒類至反應(yīng)器，貯槽液面恒定，其上方絕壓為 660KPa,泵安裝于貯槽液面以下 1.6m處。吸入管路得壓頭損失為 1.6m。輸送條件下液態(tài)燒的密度為530Kg/m3,飽和蒸氣壓為645KPa,輸送流量下泵白^氣蝕余量為 3.5m,請(qǐng)分析該泵能否正常操作。解：題給泵的氣蝕余量，可由下式求泵的安裝高度 Hg31.62.21mHgTNPSHHf0i（5305）81 3.51.62.21m為安全起見，離心泵得實(shí)際安裝高度應(yīng)至少比計(jì)算值減0.5m,為安全起見，離心泵得實(shí)際安裝高度應(yīng)至少比計(jì)算值減0.5m,為:2.21m0.5m 2.71m由題給條件，目前泵的安裝高度為-1.6m>-2.71m,表明泵的安裝高度已偏高， 很可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，故該泵不能正常操作。本題要求掌握離心泵的氣蝕現(xiàn)象及離心泵的安裝高度的確定。2-5.用某種型號(hào)的離心泵從敞口容器中輸送液體， 離心泵的吸入管長(zhǎng)度為12ml直徑為62mm假定吸入管內(nèi)流體流動(dòng)已進(jìn)入阻力平方區(qū)，直管摩擦阻力系數(shù)為 0.028，總局部阻力系數(shù)2.1,當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽?.013105Pa。試求此泵在以下各種情況下允許安裝高度為多少?1）輸送流量為25m/h、溫度為20C的水；2）輸送流量為25m/h、溫度為60C的水；3）輸送流量為25m/h、溫度為20C的油；（飽和蒸汽壓2.67104Pa,密度740kg/m3）4）輸送流量為30m3/h、溫度為20C的水5）輸送流量為25m/h的沸騰水。解：1）從泵的樣本查得，該泵在流量為 25m7h,允許汽蝕余量為2.0m。吸入管內(nèi)流速： u1-4Q 4-25 2.30m/sd2 3.14*0.0622*3600吸入管路阻力損失： Hf吸入管路阻力損失： Hf-d2u2g10 230.03 2.1 1.87m0.062 2*9.8120C水的飽和蒸汽壓2.33kPa。此時(shí)泵的允許安裝高度為:HgmaxP0 Pvg g51.011023302.01.876.22m10009.8110009.8160C水的飽和蒸汽壓19.93kPa，代入上式解得:uHgmaxP0 Pvg g51.011023302.01.876.22m10009.8110009.8160C水的飽和蒸汽壓19.93kPa，代入上式解得:u P0 PvHgmax gg1.01105 19930hHf 2.01.874.42m10009.8110009.8120C油飽和蒸汽壓2.67104Pa,將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式得:u P0PvHgmaxgg1.01105hHf7409.8126700 2.07409.811.876.41m(4)流量變化，則吸入管路阻力也要變化。此時(shí),Ui4Q4*30_23.14*0.0622*36002.76m/sHf2g此時(shí),Ui4Q4*30_23.14*0.0622*36002.76m/sHf2g100.03 0.0622.1 22.7622.69m2*9.81最大允許安裝高度:H P0PvHH P0PvHgmax51.011023302.02.695.4m10009.8110009.81(5)液體沸騰時(shí)，pvPo此時(shí)，HgmaxhHf2.01.87 3.87m說明：影響離心泵最大允許安裝高度的因素可以概括為以下幾個(gè)方面:流體的種類，一般來說，蒸汽壓越大，最大允許安裝高度越低；流體的溫度，溫度越高，最大允許安裝高度越低；流體流量，流量越大，吸入管路阻力越大，最大允許安裝高度越低；儲(chǔ)槽壓力和吸入管路配置情況；當(dāng)被輸送液體沸騰時(shí)，最大允許安裝高度與流體的種類無(wú)關(guān)， 主要取決于流體的流量和吸入管路的阻力?？梢?，生產(chǎn)中流體溫度和流量的上浮都可能導(dǎo)致原本正常工作的泵發(fā)生汽蝕。 因此，計(jì)算泵的最大允許安裝高度時(shí)，應(yīng)以可能的最高操作溫度和流量來計(jì)算。

2-6.用離心泵將20C的水從水池送入高壓高位槽（見圖2-1）。泵的進(jìn)、出口處分別裝有真空表及壓力表。在一定轉(zhuǎn)速下測(cè)得離心泵的流量 Q、揚(yáng)程He、泵出口壓力p表、泵入口真空度p真以及泵的軸功率N?，F(xiàn)改變以下各條件之一而其它條件不變，問上述離心泵各參數(shù)將如何變化？出口閥門開度增大；液體密度改為1500kg/m3;泵葉輪直徑減小5%轉(zhuǎn)速提高5%解：1）出口閥門開度增大，則管路阻力變小，管路特性曲線變平緩；但其起點(diǎn)Azp/g度增大將使工作點(diǎn)向右下方移動(dòng)（圖中由D到E）,結(jié)果是流量Q增大、揚(yáng)程H下降、軸功率N上升。以低位槽液面為上游截面（1-1以壓力表所在處為下游截面（4-4）,寫柏努利方程:pig度增大將使工作點(diǎn)向右下方移動(dòng)（圖中由D到E）,結(jié)果是流量Q增大、揚(yáng)程H下降、軸功率N上升。以低位槽液面為上游截面（1-1以壓力表所在處為下游截面（4-4）,寫柏努利方程:pig2U12gHep4

g2U42gZ4Hf142lleu4紅包He Z1 Z4gg2U42gHf14He Zi Z4 1d2g(1)當(dāng)出口閥門開大時(shí)，上式右端各變量中,H下降、山上升；其余量都不變。因此，壓力表讀數(shù)下降。以低位槽液面為上游截面（1-1）、以壓力表所在處為下游截面（3-3）,寫柏努利方程:2 2PiU1 p3u3— Z1 Z3Hf13g2g g2gP真 P1 P3P真 P1 P3g ggZ3 Z12U32gHf13當(dāng)出口閥門開大時(shí)，上式右端各變量中,U3上升、Hfl3上升，其余量不變。因此，真空表讀數(shù)上升。2）高位槽為密閉容器，故管路特性曲線在H軸上截距Azp/g中的p為正。當(dāng)被輸送液體密度增大時(shí)，A下降，管路特性曲線向下平移，如圖所示。工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到B點(diǎn)。結(jié)果是流量Q當(dāng)出口閥門開大時(shí)，上式右端各變量中,U3上升、Hfl3上升，其余量不變。因此，真空表讀數(shù)上升。2）高位槽為密閉容器，故管路特性曲線在H軸上截距Azp/g中的p為正。當(dāng)被輸送液體密度增大時(shí)，A下降，管路特性曲線向下平移，如圖所示。工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到B點(diǎn)。結(jié)果是流量Q增大、揚(yáng)程He下降、軸功率N上升（泵的H~Q曲線不隨被輸送液體密度的變化而變化當(dāng)流量增加時(shí)，管內(nèi)流速和能量損失都增大,由式（2）可知，真空表讀數(shù)增大。以壓力表所在處（4-4）為上游截面,以管路出口處P3g2U3一Z32gP2g2U2P壓 P3g gP2g（2-2）為下游截面,一Z22gHf32Z2 Z3 Hf32寫柏努利方程:(3)其中U2U30由式（3）可以看出，流量增加時(shí)，管路能量損失增大，在流體密度上升的情況下，壓力表讀數(shù)是增加的。3）葉輪直徑減小5%寸泵的特性曲線變化情況如圖所示，特性曲線由1變?yōu)?,工作點(diǎn)由C變?yōu)镈,變?yōu)镈,結(jié)果是流量Q減小、揚(yáng)程H下降、軸功率N下降。（用切割定律也可得到相同的結(jié)論）流量減小時(shí)，管路能量損失減小，由式（ 2）可知，真空表讀數(shù)下降。論）流量減小時(shí)，管路能量損失減小，由式（ 2）可知，真空表讀數(shù)下降。流量減小時(shí)，管路能量損失減小，由式（ 3）可以看出，壓力表讀數(shù)要減小。4）轉(zhuǎn)速提高5%寸泵的特性曲線變化如圖所示，特性曲線由1變?yōu)?,工作點(diǎn)由C變?yōu)镋,結(jié)果是流量Q增加、揚(yáng)程H上升、軸功率N上升。由式（3）可知，壓力表讀數(shù)增加；由式（2）可知，真空表讀數(shù)增加。說明：離心泵的工作狀態(tài)與其工作點(diǎn)對(duì)應(yīng),而工作點(diǎn)由泵的特性和管路的特性共同決定。 改變這兩種特性都可以使工作點(diǎn)發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的流量、壓力、軸功率、壓力表和真空表都會(huì)發(fā)生變化。工程上，離心泵所在管路的流量調(diào)節(jié)也正是基于這一原理而實(shí)現(xiàn)的。第三單元沉降與過濾3-1.用落球法測(cè)定某液體的粘度（落球粘度計(jì)） ，將待測(cè)液體置于玻璃容器中測(cè)得直徑為6.35mm的鋼球在此液體內(nèi)沉降200mm所需的時(shí)間為7.32s,已知鋼球的密度為7900kg/m3,液體的密度為1300kg/m3。試計(jì)算液體的粘度。200解：（1）鋼球的沉降速度ut-10000.2732m/s7.32（2）假設(shè)沉降在滯留區(qū)，則可用斯托克斯公式計(jì)算：d2(s)g18utd2（d2(s)g18ut5.309PaS(6.35103)2(79001300)9.815.309PaS180.02732（3）核算流型:Retdut6.3510Retdut6.351030.0273213005.3090.042481故假設(shè)成立，求出的 有效。本題要求掌握重力沉降速度的計(jì)算。3-2.采用降塵室回收常壓爐氣中所含球形固體顆粒。降塵室底面積為 10m2,高1.6m。操作條件下氣體密度為 0.5kg/m3,粘度為2.0105Pas,顆粒密度為3000kg/m3。氣體體積3流重為5m/s。試求：1）可完全回收的最小顆粒直徑；2）如將降塵室改為多層以完全回收 20m的顆粒，求多層降塵室的層數(shù)及板間距。解：1）設(shè)沉降運(yùn)動(dòng)處在層流區(qū)，則能完全回收的最小顆粒直徑：dmin■9.8130000.6dmin■9.8130000.610一一一518210578.2m,、，、一一一一.、 V5校核：最小顆粒的沉降速度： u0Vs-0.5m/sAo10. — 6 _Redminu78.2100.50.61.1732,近似認(rèn)為沉降運(yùn)動(dòng)處于層流區(qū)。210578.2m的2）20m78.2m的顆粒尚能處于層流區(qū)，則20m的顆粒沉降也一定處在層流區(qū)）A,。18Vs182105gsd20 9.81 30000.6201062_2153m2需要降塵面積為A,。18Vs182105gsd20 9.81 30000.6201062_2153m2需要降塵面積為153m2,所以降塵室應(yīng)改為 16層（15塊隔板），實(shí)際降塵面積為160m2o層間距為0.16m。說明：就設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)而言，降塵室的處理量主要取決于其底面積而與高度無(wú)關(guān)；由本題可以看出，當(dāng)處理量一定時(shí)，完全分離出更小的的粒徑就必須擴(kuò)大降塵室的底面積,這是通過多層結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的3-3.用一多層降塵室以除去爐氣中的礦塵。礦塵最小粒徑為8dmi密度為4000kg/m3。降塵室內(nèi)長(zhǎng)4.1m,寬1.8m,高4.2m,氣體溫度為427C,粘度為3.4X10-5Pa?s,密度為0.5kg/m3,若每小時(shí)的爐氣量為2160標(biāo)準(zhǔn)mt試求降塵室內(nèi)的隔板間距及層數(shù)。解：1）操作條件下爐氣處理量為:Vs型0也衛(wèi)"/s36002732）假設(shè)沉降在滯流區(qū)，可求出utd2(s)gut d2(s)gut 18(8106)2(40000.5)9.81一一 一5183.41034.110m/s而氣體水平通過速度Vs/bH 1.54/(1.84.2)0.20m/s3）層數(shù)nVs

n butVs

n but1.541.84.14.11031511504）隔板間距 hH(n1)hH可得：hH(n1)hH可得：hH-n14.2m510.082m5）核算顆粒沉降和氣體流動(dòng)是否都在滯流區(qū)①Ret也8/3勾481041在滯流區(qū)②de型21.80.0820.157mh1.80.082氣體流動(dòng)的Re為:deuRe—0.1570.200.5_ _53.4104622000在滯流區(qū)。故降塵室計(jì)算合理，結(jié)果有效。3-4.采用標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器除去爐氣中的球形顆粒。要求旋風(fēng)分離器的生產(chǎn)能力為2.0m3,直徑D為0.4m,適宜的進(jìn)口氣速為20m/s。爐氣的密度為0.75kg/m3,粘度為2.6x10-5Pa-s(操作條件下的)，固相密度為3000kg/m3,求(1)需要幾個(gè)旋風(fēng)分離器并聯(lián)操作;(2)臨界粒徑dc；(3)分割直徑d5。;(4)壓強(qiáng)降A(chǔ)P。解：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器,h=D/2,B=D/4,Ne=5,E二8(1) 并聯(lián)旋風(fēng)分離器數(shù) n：?jiǎn)闻_(tái)旋風(fēng)分離器的生產(chǎn)能力為:DD 2 3(Vs)單=h?B-Ui= ui(0.4/8)X20=0.40m/s24n=Vs/(Vs)單=2.0/0.40=5(2)求臨界粒徑dcB=D/4=0.4/4=0.1mNe=5,代入下式:dc dc N9eBsUi106m4.98m592.610 0.1 4.985300020(3)分割直徑d50d50 0.27...()Ui0.27__ _5 _■2.610 0.43000203.554106m3.55422Ui2(4)壓強(qiáng)降A(chǔ)P0.75(20)28 -1200Pa2本題要求掌握旋風(fēng)分離器性能參數(shù)及其計(jì)算。

3-5.用板框壓濾機(jī)在9.81x104pa恒壓差下過濾某種水懸浮液。要求每小時(shí)處理料漿38m。V2V5104A2（9單位為s）。求1）過濾面積A;238m。V2V5104A2（9單位為s）。求1）過濾面積A;2）恒壓過濾常數(shù)K、qe、0e解:1)過濾面積A由題給:0.1VVf/(1 )- 38/(10.1)7.273m代入題給過濾方程:(7.273)27.273(7.273)27.27345102 23600A60.171.8A情況不變，可得多少濾液?原工況下的過濾常數(shù)K為：（介質(zhì)阻力可略）2 2KV情況不變，可得多少濾液?原工況下的過濾常數(shù)K為：（介質(zhì)阻力可略）2 2KV2/(A2)2(0.2)2(036005.56102m2/S1）過濾面積加倍，其他情況不變可得濾液量:3解出：A=5.782m2）求過濾常數(shù)K、qe、0e把題給過濾方程與恒壓過濾方程V3-6.某板框式壓濾機(jī)的過濾面積為 0.2m,在壓差p 1.5atm下以恒壓操作過濾一種3-6.某板框式壓濾機(jī)的過濾面積為 0.2m,在壓差p 1.5atm下以恒壓操作過濾一種浮液，2小時(shí)后得濾液4m3,介質(zhì)阻力可略，濾餅不可壓縮，求： 1）若過濾面積加倍，其他2）若在原壓差下過濾2小時(shí)后用0.5m3的水洗滌濾餅，需多長(zhǎng)洗滌時(shí)間?解:K=5X10-4mi/s；2Ve=1m3;故Ve=0.5m30.5 ____ 3 2qe=Ve/A= 一0.0865m3/m25.782 22 (0.0865).eqe/K 4~15s5104本題要求掌握過濾常數(shù)的計(jì)算。V..K(A)25.56102(20.2)2236008.0m32)求洗滌時(shí)間 w———對(duì)于板框壓濾機(jī)，(4)wdv d()w V..K(A)25.56102(20.2)2236008.0m32)求洗滌時(shí)間 w———對(duì)于板框壓濾機(jī)，(4)wdv d()w ddKA28(VVe)因介質(zhì)阻力可略，故M=0,題名VW=0.5m3代入后可得:0.5w Z Z_2 ___25.5610 (0.2)84.071942s2h本題要求掌握過濾條件對(duì)過濾的影響。3-7.用板框式壓濾機(jī)在 2.95X105pa的壓強(qiáng)差下，過濾某種懸浮液。過濾機(jī)的型號(hào)為BMS20/635-25,共26個(gè)框。現(xiàn)已測(cè)得操作條件下的過濾常數(shù)K=1.13X10-4mf/s,qe=0.023m3/m2,且1m3濾液可得濾餅0.020m3求：1)濾餅充滿濾框所需的過濾時(shí)間。 2)若洗滌時(shí)間為0.793h,每批操作的輔助時(shí)間為 15min,則過濾機(jī)的生產(chǎn)能力為多少？解：1)過濾時(shí)間。過濾面積為：A2(0.635)22620.98m2濾餅體積為：Vs(0.635)20.025260.262m3濾液體積為：VVs0.262/0.02013.10m3v而q=V/A=13.10/20.98=0.624m3/m2過濾時(shí)間22q22qqe(0.624)20.6240.023- 41.13103700s2)生產(chǎn)能力Q操作周期T=Q+Q+Q=3700+0.793X3600+15X60=7455s360CV

T360013.1074556.33m2/h本題要求掌握過濾時(shí)間及過濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算。3-8.擬在9.81x103Pa的恒定壓強(qiáng)差下過濾懸浮液。濾餅為不可壓縮，其比阻r為1.33X10101/m2,濾餅體積與濾液體積之比v為0.333m3/m3,濾液的粘度科為1.0x10-3Pa.S；且過濾介質(zhì)阻力可略。求：1）每平方米過濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過濾時(shí)間。；2）若將此過濾時(shí)間延長(zhǎng)一倍可以再獲得多少濾液？解：解：1）求。①由題給條件可得，單位面積上所得濾液量 q=1.5m3/R②求K,題給濾餅為不可壓縮，則 S=0,r=②求K,題給濾餅為不可壓縮，則 S=0,r=r'=常數(shù)，代入已知量則:_ 1SK2kp1.01039.81101.3310103 2 4.4310m/s0.333③求。當(dāng)過濾介質(zhì)可略時(shí),則有1.524.4310當(dāng)過濾介質(zhì)可略時(shí),則有1.524.43103508s2）過濾時(shí)間加倍時(shí)，增加的濾液量① 2 25081016s②qk4.4310310162.12m3/m2③增加的濾液量為：qq2.121.50.62m3/m2即每平方米過濾面積上將再得 0.62m3濾液。說明：1）過濾常數(shù)K與過濾的壓力有關(guān)，只有當(dāng)恒壓過濾時(shí)， K才為常數(shù);2）用恒壓過濾方程計(jì)算時(shí)，過濾時(shí)間與濾液量均為累計(jì)的量

第四單元傳熱4-1.外徑為50mm勺不銹鋼管，外包6mW的玻璃纖維保溫層，其外再包 20mm享的石棉保溫層，管外壁溫為 300C,保溫層外壁溫為 35C,已知玻璃纖維和石棉的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.07W/(mK)和0.3W/(mK),試求每米管長(zhǎng)的熱損失及玻璃纖維層和石棉層之間的界面溫度。解:2 tl t32300351IJ1,「解:2 tl t32300351IJ1,「3ln— —In—1ri2 r2工n叁0.07500.3 62351.9W/mQ2t1t21r1351.9W/m一一 307一所以 t2300351.9—128C2本題要求掌握導(dǎo)熱過程的計(jì)算。4-2.有一列管式換熱器， 由38根({)25mm<2.5mm的無(wú)縫鋼管組成。苯在管內(nèi)流動(dòng)，由20c被加熱至80C,苯的流量為8.32kg/s。外殼中通入水蒸氣進(jìn)行加熱。試求管壁對(duì)苯的傳熱系數(shù)。當(dāng)苯的流量提高一倍，傳熱系數(shù)有何變化。解：苯在平均溫度t12080 50c下的物性可由附錄查得：2密度p=860kg/m3;比熱容cp=1.80kJ/(kg?C)；粘度“=0.45mPas;導(dǎo)熱系數(shù)入=0.14W/(m-℃)o加熱管內(nèi)苯的流速為8.32——?—0.81m/s0.7850.02 38Rediu0.020.818600.4510330960PrRediu0.020.818600.4510330960Prcp1.8103 0.451030.145.79以上計(jì)算表明本題的流動(dòng)情況符合式 4-32的實(shí)驗(yàn)條件，故TOC\o"1-5"\h\z08 04 0.14 0.8 0.40.023—Re.Pr. 0.023 30960 5.79di 0.022 ° .1272W/(m?C)若忽略定性溫度的變化，當(dāng)苯的流量增加一倍時(shí)，給熱系數(shù)為

0.8-127220.8-127220.82215W/(宿。u本題要求掌握對(duì)流傳熱膜系數(shù)的計(jì)算。20mm測(cè)得其4-3.20mm測(cè)得其對(duì)流傳熱系數(shù)為，現(xiàn)將管內(nèi)徑改為27mm并忽略出口溫度變化對(duì)物性所產(chǎn)生的影響。(1)若液體的流速保持不變，試問管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)有何變化?(2)若液體的質(zhì)量流量保持不變，試問管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)有何變化?解:U2U10.0230.8duncp(2)所以0.8d2d2

建

d1d2

d10.820270.80.94172720W2 Wiu解:U2U10.0230.8duncp(2)所以0.8d2d2

建

d1d2

d10.820270.80.94172720W2 Wiu2A2 u1A1,U2U1d1

d2uA, 0.8d2U2d208d1U1d1d

d2d2u2dM0.8d1d20.8d2d120.8d1d20.8d1 d2d2 d1d1

d21.61.81.8200.582627本題要求掌握對(duì)傳熱膜系數(shù)”的影響因素。4-4本題要求掌握對(duì)傳熱膜系數(shù)”的影響因素。4-4.在一內(nèi)鋼管為18010mm勺套管換熱器中，將流量為3500kg/h的某液態(tài)煌從100C冷卻到60C,其平均比熱為2380J/(kgK)。環(huán)隙逆流走冷卻水，其進(jìn)出口溫度分別為 40C和50C,平均比熱為4174J/(kgK)。內(nèi)管內(nèi)外側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)分別為2000W/(m2K)和3000W/(m2K),鋼的導(dǎo)熱系數(shù)可取為45W/(mK)。假定熱損失和污垢熱阻可以忽略。試求：1)冷卻水用量；2)基于內(nèi)管外側(cè)面積的總傳熱系數(shù)；3)對(duì)數(shù)平均溫差；4)內(nèi)管外側(cè)傳熱面積。解：1)由 WhCphTi T2WcCpct2 t12)所以3)4)由WcdmKotm逆WhCph工 T2Cpct2doIndidodi1801 do解：1)由 WhCphTi T2WcCpct2 t12)所以3)4)由WcdmKotm逆WhCph工 T2Cpct2doIndidodi1801 doidi1 1802000160350023801006041745040160虺160do

dm0.01457982kg/h169.80mm180169.811.13143000103883.8571W/(m2K)t2lnt1 5020 -32.75Ct2 ?50lnt1 20QKoStm^ WhCphTi T2cWhcph工T2 3500238010060八. 3S 3.1975mKotm^3600883.85732.75本題是傳熱過程的綜合應(yīng)用和計(jì)算。4-5.某列管式換熱器由多根①25X2.5mm的鋼管所組成。某液體走管內(nèi)，由 20c加熱到55C,其流量為15噸/時(shí)，流速為0.5m/s,比熱容為1.76KJ/(Kg?C),密度為858Kg/m3。加熱劑為130c的飽和水蒸汽，在管外冷凝。已知基于外表面積的總傳熱系數(shù)6為774K/(m2?C)。求1)此換熱器所需管數(shù)n；2)單管長(zhǎng)度L。解:1)由流量方程式求所需管數(shù) n2ws nu—d415103Wsn 2-du4360031根-(0.02)20.58582)求單管長(zhǎng)度L①先求QWcCpc(t2 t1)3151036003 31.7610 (5520)25710w②求tm°tmt大t才? t大ln t小(13020)(13055),13020ln 1305591C③求S0=257103k°tm7749123.65m④求L。L -S0-nd03.65313.140.0251.5m4-6.某車間需要安裝一臺(tái)換熱器，將流量為30n3/h,濃度為10%的NaOHK溶3^由20c預(yù)熱至60C。加熱劑為127c的飽和蒸汽。該車間現(xiàn)庫(kù)存一臺(tái)兩管程列管式換熱器， 其規(guī)格為:管徑①25X2mm管長(zhǎng)33總管數(shù)72根。問庫(kù)存的換熱器能否滿足傳熱任務(wù)？設(shè)污垢熱阻總和為匯R垢=0.0003(R-C)/W;蒸汽走管外，其冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)為a0=1x104W/(n2℃)。已知定性溫度下， NaOH水溶液的物性數(shù)據(jù)為： p=1100Kg/m3,入=0.58W/(m?C),G=3.77KJ/(Kg?C),==1.5X10-3Pa-S；鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為46.5W/解：完成該傳熱任務(wù)所需的傳熱面積 S0,必須先求Q、K0、tm1)求tmt大t才In 3、(12720)(12760)854c

,12720 .In127602)求①先求管內(nèi)NaOHK溶液一側(cè)的 iVh30360036004di22-(0.021)2——0.67m/s72Redu0.0210.6711001.51031030010000,湍流。PrPrcp3 33.7710 1.5100.58

9.75,符合0.7<pr<12030.0210.02314360,且NaOHiK溶液被加熱,d(Re)0.8(Pr)0.40.0230.580.021n取0.4。(10300)0.8(9.75)042560w/(m2C)②求K)Ko1dobdoiKo1dobdoididmSoQKo tm1382103109785.4214.75m2TOC\o"1-5"\h\z_ 11 0.025 0.0020.025一 1- 0.0003 n25600.021 46.50.023 10000=1097w/(m2C)3)求Q。八 301100 3Qwecpc(t2t1) 3.77103(6020)138200W\o"CurrentDocument"P 36001382kw4)所需傳熱面積S0O庫(kù)存換熱器所能提供的傳熱面積 S):S0 ndL723.140.025316.96m2由于SoSo,故庫(kù)存的換熱器能夠滿足傳熱任務(wù)。說明：對(duì)庫(kù)存換熱器進(jìn)行傳熱能力核算，必須算出傳熱面積后才能確定。4-7.有一碳鋼制造的套管換熱器，內(nèi)管直徑為 ({)89mrtK3.5mm,流量為2000kg/h的苯在內(nèi)管中從80c冷卻到50C。冷卻水在環(huán)隙從15c升到35C。苯的對(duì)流傳熱系數(shù) ah=230W/(mbK),水的對(duì)流傳熱系數(shù)ac=290W/(m2?K)。忽略污垢熱阻。試求：1)冷卻水消耗量；2)并流和逆流操作時(shí)所需傳熱面積； 3)如果逆流操作時(shí)所采用的傳熱面積與并流時(shí)的相同，計(jì)算冷卻水出口溫度與消耗量，假設(shè)總傳熱系數(shù)隨溫度的變化忽略不計(jì)。解：1)苯的平均溫度T805065c，比熱容cph=1.86X103J/(kg?K)2苯的流量W=2000kg/h,水的平均溫度t153525c,比熱容Cpc=4.178X103J/(kg-K)o熱量衡算式為Q WhCph(TiT2)WcCpc(t2 tj(忽略熱損失)熱負(fù)荷q迎036001.86103(8050)3.1104W冷卻水消耗量Wc3.110436003Cpc&G)4.178103(3515)1335kg/h2)以內(nèi)表面積S為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為 K,碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù) =45W/(m?K)=4.35bdidi1 0.00350.082F-^d7230, 450.0855x103+7.46x105+3.18x1030.0822900.089=7.54X103m-K/WKi=133W/?K),本題管壁熱阻與其它傳熱阻力相比很小，可忽略不計(jì)。并流操作8050tm并傳熱面積逆流操作80傳熱面積因tm并15———356515,65In-1534.2C65155035■45tm?，故S并QKitm并3.110413334.26.81m2tm逆4535240C1535QKitma_43.1104133405.83m2tm@tm并1.173)逆流操作Si=6.81m2,Q

K?Si3.113310434.26.81設(shè)冷卻水出口溫度為t'2,80—50tmt'35t'2t'153534.2,t'33.4℃,水的平均溫度t'2=80—33.4=46.6Ct'=(15+46.6)/2=30.8C,c'pc=4.174X103J(kg-C)4冷卻水消耗量WQ 3/10 3600 846kg/hcc'pc(t'2ti) 4.17410 (46.615)逆流操作比并流操作可節(jié)省冷卻水:13358461335100逆流操作比并流操作可節(jié)省冷卻水:1335846133510036.6%說明：當(dāng)冷熱流體的進(jìn)出口溫度相同條件下， 逆流的傳熱溫度差大于并流的傳熱溫度差， 即逆流傳熱推動(dòng)力大于并流傳熱推動(dòng)力。 若使逆流與并流操作時(shí)的傳熱面積相同， 則逆流時(shí)冷卻水出口溫度由原來的 35c變?yōu)?6.6C,在熱負(fù)荷相同條件下，冷卻水消耗量減少了36.6%。第五單元精儲(chǔ)5-1.若苯一甲苯混和液在45c時(shí)沸騰，總壓為20.3kpa。已知在45c時(shí)，純苯的飽和蒸氣壓p0苯22.7kpa,純甲苯的飽和蒸氣壓 p0甲苯 7.6kpa。求其氣液相的平衡組成及相對(duì)揮發(fā)度。0pp甲苯~0 0p苯p甲苯解：（1）0pp甲苯~0 0p苯p甲苯20.37.6 12.7 "0.8422.77.6 15.12272272272270.840.9420.3因苯-甲苯可當(dāng)作理想溶液，故相對(duì)揮發(fā)度為：p： 22.73.0p；節(jié) 7.6本題要求掌握泡、露點(diǎn)方程及其應(yīng)用。5-2.在連續(xù)精微塔中分離含苯50%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同）的苯—甲苯混和液。要求儲(chǔ)出液組成為98%,釜?dú)堃航M成為1%（均為苯的組成）。求：甲苯的回收率。解：1）把已知的質(zhì)量分?jǐn)?shù)換算成摩爾分?jǐn)?shù)M親=78,M甲苯=92進(jìn)料組成：XF50/7850/7850/920.5410.9830.9830/012儲(chǔ)出液組成：XD釜?dú)堃航M成：XW

98/7898/782/921/781/7899/92取F=100kmol/h為計(jì)算基準(zhǔn)，由全塔物料衡算可得:F=D+WFxF DxDWxW聯(lián)立兩式可得:FxF xW1000.5410.012FxF xW1000.5410.012 54.48kmol/hXd Xw0.9830.012WFD10054.4845.52kmol/h3）求甲苯回收率W1 XwF1W1 XwF1Xf100%45.5210.012 100% 97.98%10010.541說明：求甲苯的回收率，即釜?dú)堃褐须y揮發(fā)組分的回收率 （釜?dú)堃褐屑妆搅颗c其在原料液中的量之比）。本題要求掌握質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的換算、精儲(chǔ)塔的物料衡算及回收率的計(jì)算。5-3.在一兩組分連續(xù)精微塔中，進(jìn)入精儲(chǔ)段中某層理論板 n的氣相組成yn+1為0.75,從該板流出的液相組成Xn為0.65（均為摩爾分?jǐn)?shù)），塔內(nèi)氣液比V/L=2,物系的相對(duì)揮發(fā)度 為2.5,求：1）回流比R;2）流入該板的液相組成xn—1；3）從該板上升的蒸氣組成 yn解：1）求R.LR1 由 一（1分）可解出：2R=R+1,R=1VR12（2）求Xn—1①由精微段操作線方程 yn1①由精微段操作線方程 yn1RxnR1XDR11 Xr，得0.75=—0.65+—2 2解出xd=0.85（2分）②因yn -R—xn1 ，代入已知量得R1R1一一1 0.85… ―0.823—xn1 ,解出xn10.7962 23）求yn可用氣液平衡方程由 、Xn求出ynynxnynxn1 1Xn2.50.6511.50.650.823本題要求熟練運(yùn)用操作線方程和平衡方程解決精儲(chǔ)過程有關(guān)計(jì)算問題。5-4.在泡點(diǎn)進(jìn)料下，某兩組分連續(xù)精微塔的操作線方程為:精微段：y0.723x0.263提福段：y1.25x0.0187

求：1）回流比；2）儲(chǔ)出液；3）釜?dú)堃旱慕M成；4）原料液的組成。解：1）求回流比R由精微段操作線方程y0.723x0.263可知: 0.723 ，R=2.61R12）儲(chǔ)出液組成xd-xD- 0.263 xD0.95R13）求Xw因Xw為提儲(chǔ)段操作線與對(duì)角線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，故聯(lián)立兩線方程:「yxxwLy1.25x0.0187得：xw=0.0754）求原料液組成xfTOC\o"1-5"\h\z當(dāng)泡點(diǎn)進(jìn)料q=1,此時(shí)兩操作線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即 xfy0.723xF0.263y1.25xF0.0187得：xF\o"CurrentDocument"0.2630.0187 0.535得：xF1.250.7235-5.在連續(xù)精微塔中分離兩組分理想溶液。已知原料液組成為 0.6（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），儲(chǔ)出液組成為0.9,釜?dú)堃航M成為0.02。泡點(diǎn)進(jìn)料。求：1）求每獲得1kmol/h微出液時(shí)的原料液用量 F;2）若回流比為1.5,它相當(dāng)于最小回流比的多少倍？3）假設(shè)原料液加到加料板上后，該板的液相組成仍為 0.6,則上升到加料板上的氣相組成。（已知物系的平均相對(duì)揮發(fā)度為 3）解：1）求當(dāng)又1kmol/h時(shí)F為多少

由全塔物料衡算:FxF DxDWxW代入已知量可解得：W=0.52kmol/h,F=1.52kmol/h。2）求R/Rmin,已知①泡點(diǎn)進(jìn)料q①泡點(diǎn)進(jìn)料q=1,Xq=XF=0.6②由氣液平衡方程:yqm xq1m1xq30.6 0.8180.6③求c xdyqm xq1m1xq30.6 0.8180.6③求c xdRmin，Rmin —yqyq xq0.90.8180.3760.8180.6④求R/Rmin, R/Rmin1.53.990.376（倍）3）求上升到加料板上的氣相組成因加料板是提儲(chǔ)段第一層板，故所求量為y因加料板是提儲(chǔ)段第一層板，故所求量為y2①LRD1.511.5kmol/h泡點(diǎn)進(jìn)料q=1,已知泡點(diǎn)進(jìn)料q=1,已知F=1.52kmol/hVW=0.52kmol/h,xw=0.02,xf=0.6②提福段操作線方程為： y②提福段操作線方程為： ym1'LqFxmLqFWxW，LqFW1.51.52ym11.51.52ym1 1.51.520.52xm0.520.021.51.520.52'ym1′1.208xm'0.00416③y2'1.208x1'0.004161.2080.60.004160.7215-6.在常壓連續(xù)提儲(chǔ)塔中，分離兩組分理想溶液，該物系平均相對(duì)揮發(fā)度為 2.0。原料液流量為100kmol/h,進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q為0.8,微出液流量為60kmol/h,釜?dú)堃航M成為0.01（易揮發(fā)組分摩爾分率），試求；1）操作線方程；2）由塔內(nèi)最下一層理論板下流的液相組成 xno解：本題為提儲(chǔ)塔，即原料由塔頂加入，一般無(wú)回流，因此該塔僅有提儲(chǔ)段。再沸器相

當(dāng)一層理論板。1)操作線方程此為提福段操作線方程，即L Wym1 —Xm—XwV V其中L'=L+qF=0+0.8XI00=80kmol/hV=D=60kmol/hV'=\A(q—1)F=60+(0.8—1)x100=40kmol/hWF—D=100-60=40kmol/hTOC\o"1-5"\h\z坨 80 40故 ym1 Xm0.012x0.0140 402)塔內(nèi)最下一層理論板下降的液相組成 Xn'因再沸器相當(dāng)一層理論板，故ywaxwywaxw1a1Xw20.0110.010.0198因xn'和yw'呈提儲(chǔ)段操作線關(guān)系，即yw2xn 0.010.0198解得 Xn'=0.0149說明：提福塔又稱回收塔。當(dāng)精微目的是為了回收稀溶液中易揮發(fā)組分時(shí)， 且對(duì)儲(chǔ)出液的濃度要求不高，不用精儲(chǔ)段已可達(dá)到要求，不需回流。從稀氨水中回收氨即是回收塔的一個(gè)例子。5-7.在常壓連續(xù)精微塔中分離兩組分理想溶液。該物系的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.5。原料液組成為0.35（易揮發(fā)組分摩爾分率，下同），飽和蒸氣加料。塔頂采出率 DF為40%且已知精微段操作線方程為 y=0.75X+0.20，試求：）提儲(chǔ)段操作線方程：2）若塔頂?shù)谝话逑陆档囊合嘟M成為 0.7,求該板的氣相默夫里效率 Env1o解：先由精微段操作線方程求得 R和XD,再任意假設(shè)原料液流量F,通過全塔物料衡算求得DW及xw,而后即可求出提儲(chǔ)段操作線方程。Evi可由默夫里效率定義式求得。1）提儲(chǔ)段操作線方程由精微段操作線方程知

0.75R1解得 F=3.0-xD-0.20R1解得 Xd=0.8設(shè)原料液流量F=100kmol/h則 D=0.4x100=40kmol/hW=60kmol/hFxfDxd1000.35400.810040Xw 0.0510040因q=0,故L=L=RD=3x40=120kmol/hV'=V—(1—q)F=(R+DD-(1—q)F=4x40—100=60kmol/h提福段操作線方程為TOC\o"1-5"\h\zL L 120 60yx xw x0.052x0.05V W 60 602)板效率Emv1由默夫里板效率定義知：Emv1\o"CurrentDocument"y1 y2Emv1*\o"CurrentDocument"y1 y2其中y其中y1=XD=0.8y2=0.75X0.7+0.2=0.725*y1ax11a1x1*y1ax11a1x12.50.711.50.70.854Emv10.800.720.8540.7250.5858%說明：本題要求掌握操作線方程的含義以及默夫里效率的定義。5-8.分離苯一甲苯白^精儲(chǔ)塔有 10塊塔板，總板效率為 0.6,泡點(diǎn)液相進(jìn)料，進(jìn)料量為100kmol/h,其濃度xF=0.175,要求塔頂產(chǎn)品濃度為 0.85,塔釜濃度為0.1（均為苯的摩爾分率）。相對(duì)揮發(fā)度為2.46。試討論下述幾種情況：1）該塔的操作回流比R為多少？有幾種解法？試對(duì)這幾種解法進(jìn)行比較。2）用該塔將塔頂產(chǎn)品濃度提高到 0.99是否可存？若將塔頂產(chǎn)品濃度提高到 0.88,可采取何種措施？對(duì)其中較好的一種方案進(jìn)行定性和定量的分析。

3）當(dāng)塔頂產(chǎn)品濃度為0.85時(shí)，最小回流比為多少？若塔頂冷凝水供應(yīng)不足， 回流比只能為最少回流比的0.9倍，該塔還能操作嗎？4）若因回流管堵塞或回流泵損壞，使回流比為4）若因回流管堵塞或回流泵損壞，使回流比為0,此時(shí)塔頂、塔釜的組成及流量分別為多少？（設(shè)塔板效率不下降）。解:1）求操作回流比方法一：用芬斯克方法和吉利蘭關(guān)聯(lián)圖求取Nmin,xd1xwlg 1 xD xwlgNmin,xd1xwlg 1 xD xwlglg0.850.90.150.1 ……、 4.37包括塔釜lg2.46由吉利蘭關(guān)聯(lián)圖查得:對(duì)苯-甲苯溶液,泡點(diǎn)進(jìn)料，qXq0.175,yqNNpEo1060%17NNmin74.370.32971R Rmin min- 0.39R1246,汽液平衡方程為 y2.46X。11.46x。聯(lián)立求解x0.175與汽液平衡方程，可得 q線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)0.34,于是最小回流比為:xDyq0.850.34Rmin 3.09yqxq 0.340.175求得R5.7方法二：逐板試差法設(shè)R5.7,精微段操作線 y57x0850.85x0.1276.7 6.7提儲(chǔ)段操作線 y'.L'xWxWV'V'由于衡算得D100kmol/h,W900koml/hLRD5.7100570kmol/hL'LqF57010001570kmol/hVV'R1D6.7100670kmol/h所以操作線方程為： y—x9000.12.34x0.134670 670

逐板試差，yiXd0.97,計(jì)算結(jié)果如下塔板序號(hào)汽相組成y液相組成X10.8500.69720.7190.51030.5610.34240.4180.22650.3000.16060.2400.11070.1230.054所以第6塊板為加料板，理論板數(shù)為NT7。假設(shè)R5.7成立。方法三：圖解試差法求回流比。 （略）2）xd0.99不能實(shí)現(xiàn)。從塔釜Xw0.1開始在對(duì)角線和平衡線之間作 7個(gè)梯級(jí)（全回流），得到塔頂最大濃度，若此濃度XDmax0.99,則Xd0.99可以實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上XDmax0.99,所以該塔不能得到 0.99的塔頂產(chǎn)品。使Xd0.88是可能的。因?yàn)榇藭r(shí)所需要的最少理論板數(shù)NminXd1 Xwlg；NminXd1 Xwlg； 1XdXw

lglg0.880.90.120.1lg2.464.66即全回流量最少理論板數(shù)為5塊，而現(xiàn)有7塊板，所以達(dá)到XdQ88是可能的。采取的措施可以是：①加大回流比；②改變時(shí)料熱狀況，使1,使所需理論板數(shù)減少;③增加理論板數(shù)或加分離器。采取的措施可以是：①加大回流比；②改變時(shí)料熱狀況，使1,使所需理論板數(shù)減少;③增加理論板數(shù)或加分離器。3）泡點(diǎn)進(jìn)料RminxdXF1xd1RminxdXF1xd1xf1 0.852.4610.1752.4610.85 3.0210.175當(dāng)R0.9Rmin 0.93.022.72,能操作,但塔頂產(chǎn)品的濃度將降低，因?yàn)?Rmin是針對(duì)一定的分離要求而言的，產(chǎn)品濃度要求降低，最小回流比的數(shù)值也變小。4）當(dāng)R0,該塔變?yōu)槲刑醿?chǔ)段的精儲(chǔ)塔。此時(shí)提儲(chǔ)操作線將變化:斜率1000V'R1D6.710001.49斜率1000V'R1D6.710001.49WFD1000670330kmol/h所以操作線方程代入數(shù)據(jù)得：平衡線方程q線方程F所以操作線方程代入數(shù)據(jù)得：平衡線方程q線方程F—xV'WXwV'y1.49x0.49xW2.46xy11.46xx0.175⑴(2)⑶cb,cb,方法一：根據(jù)沒?；亓髑疤醿?chǔ)段理論板數(shù)為求得xW0.10,xD0.234。方法二：用圖解試差法①初設(shè)xw值，可確定c點(diǎn)xw,xw;②由點(diǎn)c及斜率等于1.49可確定操作線線cb與垂線xf0.175的交點(diǎn)；③在操作線cb與平衡線間梯級(jí)，若從c到b所得梯級(jí)數(shù)恰好等于原來的提儲(chǔ)段理論板數(shù),則所設(shè)xw正確，即過b點(diǎn)作水平線作對(duì)角線交點(diǎn)d,x'd即為回流比為零時(shí)塔頂產(chǎn)品的濃度。④若第③步中所作的梯級(jí)數(shù)不等于原來的數(shù)目，則需要重新假定 xw由上述圖解試差法可求得xw0.10,xD0,234說明：本題是精儲(chǔ)過程的綜合應(yīng)用題，要求全面掌握精微過程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)回流比、進(jìn)料熱狀況、塔板數(shù)等因素對(duì)精微分離的影響進(jìn)行深入分析和討論， 并能提出解決問題的方案。

第六單元 吸收6-1.總壓為101.325kPa、溫度為20c時(shí)，1000kg水中溶解15kgNH3,此時(shí)溶液上方氣相中NH的平衡分壓為2.266kPa。試求此時(shí)之溶解度系數(shù) H亨利系數(shù)E、相平衡常數(shù)mi解：首先將此氣液相組成換算為 y與x。NH的摩爾質(zhì)量為17kg/kmol,溶液的量為15kgNH3與1000kg水之和。故nA

nnAnA nBnA

nnAnA nB15/1715/171000/180.0156*Pa

"p*

yx2.266101.3250.02240.02240.01561.436E=P-m=101.325X1.436=145.5kPa*或E匹2.266 145.3kPax0.0156溶劑水的密度ps=1000kg/m3,摩爾質(zhì)量Ml=18kg/kmolsEMssEMs1000145.31830.382kmol/(m-kPa)nA mA/MA 15/17 3cAAA A- 0.869kmol/mV mAms/s151000/1000所以h_cA_ 0.8690383kmol/(m3-kPa)pA 2.266 .本題要求掌握亨利定律及亨利系數(shù)（E本題要求掌握亨利定律及亨利系數(shù)（E、H、m）之間的互相關(guān)系。6-2.已知常壓、25c下某體系的平衡關(guān)系符合亨利定律，亨利系數(shù)E為大氣壓，溶質(zhì) A的分壓為0.54大氣壓的混合氣體分別與三種溶液接觸：①溶質(zhì)A濃度為的水溶液；②溶質(zhì)A濃度為

的水溶液；③溶質(zhì)A濃度的水溶液。試求1）上述三種情況下溶質(zhì)在二相間的車t移方向。2）若吸收壓力提高至3atm,再計(jì)算③的傳質(zhì)方向。解:1)E=0.15X104atm,p=0.054atm,P=1atm,y=p/P=0.054解:DmE015104Pxi0.021103183.610一*一丫1 mxxi0.021103183.610一*一丫1 mx10.054* _yyy1 0，平衡2) x20.0011103181.810* 一一一?72 mx20.027* 一yyy2 0，氣相轉(zhuǎn)移至液相.*?y32)P=3atm0.003——3 54.*?y32)P=3atm0.003——3 5410318mx3 0.08110y=0.054E=0.15*yyy3 0x104atm，液相轉(zhuǎn)移至氣相4m=E/P=0.05X105x 4=X3=5.4X10* 一一一 * . .??Namx% 0.027 yyy40 ，氣相轉(zhuǎn)移至放相說明：利用吸收相平衡關(guān)系可判斷傳質(zhì)過程進(jìn)行的方向；計(jì)算傳質(zhì)過程的推動(dòng)力和吸收過程可達(dá)到的極限。低溫高壓有利于吸收。6-3.在常壓逆流吸收塔中，用純吸收劑吸收混合氣中的溶質(zhì)組分 .進(jìn)塔氣體中溶質(zhì)組分為4.5%（體積），吸收率為 90%;出塔液相組成為 0.02（摩爾分?jǐn)?shù)），操作條件下平衡關(guān)系為Y*=1.5X。求：1）塔頂氣相傳質(zhì)推動(dòng)力;2）塔底氣傳質(zhì)推動(dòng)力;3）全塔平均推動(dòng)力。解：y1=0.045=4.5%丫y0.045 0.047V、10.045出塔氣相組成丫2=丫1(1-(P)=0.047X(1-0.90)=0.0047進(jìn)塔液相組成X2=0.m=1.5塔頂氣相推動(dòng)力：AY2=Y2-Y2*=Y2-mX=0.047-0=0.00472）出塔液相組成XX2）出塔液相組成XX1X0.0210.020.0204塔底氣相推動(dòng)力:AY=Y塔底氣相推動(dòng)力:AY=Y1-Y1*=Y1-mX=0.047-1.5X0.0204=0.01643）全塔氣相平均推動(dòng)力A Ym：YYYYIn Y0.01640.0047,0.0164In 0.00470.00936本題要求掌握吸收過程傳質(zhì)推動(dòng)力的計(jì)算。6-4．某傳質(zhì)過程的總壓為300傳質(zhì)系數(shù)分別為,氣液相平衡關(guān)系符合亨利定律，亨利系數(shù)1）吸收過程傳質(zhì)總系數(shù)2）液相中的傳質(zhì)阻力為氣相的多少倍。解：1)E=10.67xi03kPa,P=300kPa,Ky=0.3919K<=13.94TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1 1 1 1 1K<=13.94\o"CurrentDocument"Kx mkvkx3557107 22x yx1.731kx1.731

mky本題目要求掌握吸收傳質(zhì)系數(shù)的計(jì)算及相互關(guān)系。6-5.在常壓逆流操作的填料吸收，用清水吸收空氣-氨混合氣體中的氨.混合氣的質(zhì)量流速為580Kg/（m2?h）.溶質(zhì)組成為6%（體積），吸收率為99%,水的質(zhì)量流速為770Kg/（m2?h）.操作條件下平衡關(guān)系為Y*=0.9X.若填料層高度為4nl求：1）氣相總傳質(zhì)單元數(shù) Nog;2）氣相總傳質(zhì)單元高度 HOg解:1）清水吸收X2=0y1Y1——y1Y1——1y10.0610.060.0638Y2Y2=Y1(1-4a)混合氣的平均摩爾質(zhì)量:Mm=AyA+MyB=29X(1-0.06)+17X0.06=28.28Kg/KmolV580 2惰氣的摩爾流速一 10.06 19.28Kmol/m2gh28.28清水的摩爾流速為： L 770-42.78Kmol/m2ghMH2OmvS0.9V0.919.2842.780.4056mvS0.9V0.919.2842.780.4056Y1mX21sY2mX21 0.06380Ln1-0.4056— 0.40566