化工原理习题--复习用.doc

【1-32】如习题1-32附图所示，有黏度为、密度为的液体，从高位槽经直径为的钢管流入表压为的密闭低位槽中。液体在钢管中的流速为，钢管的相对粗糙度，管路上的阀门当量长度。两液槽的液面保持不变，试求两槽液面的垂直距离H。
解 在高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算H，以低位槽液面为基准面。
，

液体密度
雷诺数

管长，阀门，高位槽的管入口，低位槽管出口，90°弯头

习题1-33附图
【1-33】如习题1-33附图所示，用离心泵从河边的吸水站将20℃的河水送至水塔。水塔进水口到河水水面的垂直高度为34.5m。管路为的钢管，管长1800m，包括全部管路长度及管件的当量长度。若泵的流量为，试求水从泵获得的外加机械能为多少？钢管的相对粗糙度。
解 水在20℃时，

流量
流速
湍流
查得
摩擦阻力损失
以河水水面为基准面，从河水水面至水塔处的水管出口之间列伯努利方程。
外加机械能

【4-24】在一套管换热器中，内管中流体的对流传热系数，内管外侧流体的对流传热系数。已知两种流体均在湍流条件下进行换热。试回答下列两个问题：(1)假设内管中流体流速增加一倍；(2)假设内管外侧流体流速增加两倍。其他条件不变，试问总传热系数增加多少？以百分数表示。管壁热阻及污垢热阻可不计。
解 已知
(1) 内管中流体流速增加一倍，

增加37%
(2)

增加27. 6%
增大小者，对增大K有利。

【4-25】　有一套管式换热器，内管为，外管为。内管中有流量为的苯被加热，进口温度为50℃，出口温度为80℃。套管的环隙中有绝对压力为200kPa的饱和水蒸气冷凝放热，冷凝的对流传热系数为。已知内管的内表面污垢热阻为，管壁热阻及管外侧污垢热阻均不计。试计算：(1)加热水蒸气用量；(2)管壁对苯的对流传热系数；(3)完成上述处理量所需套管的有效长度；(4)由于某种原因，加热水蒸气的绝对压力降至140kPa。这时，苯出口温度有何变化？应为多少度（设苯的对流传热系数值不变，平均温度差可用算术平均值计算）。
解 苯平均温度，
热负荷
(1) 水蒸气用量

(2) 苯的对流传热系数

　　　湍流

苯被加热

(3)管长

以管内表面积A1为基准

(4) 水蒸气绝对压力时，苯的出口温度。
时，

【5-16】用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收99%。入塔的混合气中含苯2%（摩尔分数）；入塔的煤油中含苯0.02%（摩尔分数）。溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50℃，压力为100kPa，相平衡关系为，气相总传质系数。入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为。试求填料塔的填料层高度，气相总传质单元数用对数平均推动力法及吸收因数法的计算式计算。
解 (1)气相总传质单元高度计算
入塔混合气的流量

惰性气体流量

(2) 气相总传质单元数计算
，回收率

①吸收因数法计算

② 对数平均推动力法计算

(3)填料层高度Z计算

【5-17】混合气含CO2体积分数为10%，其余为空气。在30℃、2MPa下用水吸收，使CO2的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成（摩尔比）。混合气体处理量为（按标准状态，），塔径为1.5m。亨利系数，液相体积总传质系数。试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。
解 (1)用水量计算
，，
混合气流量
惰性气体流量
用水量

(2) 填料层高度Z计算
水溶液的总浓度
体积传质系数
液相总传质单元高度

①对数平均推动力法计算
气液相平衡常数

液相总传质单元数

②吸收因数法计算

填料层高度

【6-10】在一连续操作的精馏塔中分离苯一甲苯混合液，原料液中苯的组成为0.28（摩尔分数）。馏出液组成为0.98（摩尔分数），釜液组成为0.03（摩尔分数）。精馏段上升蒸气的流量，从塔顶进入全凝器，冷凝为泡点液体，一部分以回流液L进入塔顶，剩余部分作为馏出液D采出。若回流比，试回答下列问题：(1)计算馏出液流量D与精馏段下降液体流量L；(2)计算进料量F及塔釜釜液采出量W；(3)若进料为饱和液体，计算提馏段下降液体流量L'与上升蒸气流量；(4)若从塔顶进入全凝器的蒸气温度为82℃，试求塔顶的操作压力。苯与甲苯的饱和蒸气压用Antoine方程计算，其计算式见例6-2。

习题6-9附图
解
(1) 已知
馏出液流量
精馏段下降液体流量
(2) 已知，代入式

求得进料流量
釜液采出量
(3) 提馏段下降液体流量

提馏段上升蒸气流量
或
(4) 塔顶操作压力计算
苯
甲苯
用露点与汽相组成的关系式

计算，已知

解得操作压力

【6-11】在一连续操作的精馏塔中分离苯-甲苯溶液。进料量为，进料中苯的组成为（摩尔分数），饱和液体进料。馏出液中苯的组成为（摩尔分数），釜液中苯的组成为（摩尔分数），回流比。试求从冷凝器回流入塔顶的回流液摩尔流量以及从塔釜上升的蒸气摩尔流量。
解 已知，馏出液流量

回流液流量
塔釜上升蒸气流量 因饱和液体进料，则

【6-14】在一连续操作的精馏塔中分离某双组分溶液。其进料组成为0.3，馏出液组成为0.95，釜液组成为0.04，均为易挥发组成的摩尔分数。进料热状态参数q=1.2，塔顶液相回流比。试写出本题条件下的精馏段及提馏段操作线方程。
解 (1)精馏段操作线方程 已知

(2) 提馏段操作线方程 已知，计算塔釜汽相回流比。