化工原理答案

/第一章流体流动1-1求空气在1MPa和25℃解：由101.3kPa,0℃空气密度得：或1-2某混合溶液中乙醇含量为35%（质量分数），其余为水，试确定该混合溶液在293K时的密度。解：查表得293K时乙醇和水的密度分别为763.6和997则1-3某水泵进口管处真空表读数为650mmHg，出口管处压力表读数为2.5kgf/c㎡。试求泵进口和出口两处的压强差为多少千帕？多少米水柱？解：1-4某水管两端设置一水银U形管压差计，用以测量水管两端的压强差。指示液的最大读数为20mm，现因读数太小而影响测量精度，拟将最大读数放大20倍左右。试问：应选用密度为多少的液体为指示液？解：由得，压差不变，选用指示液的密度为则有得1-5某蒸汽锅炉用一复式U形管压差计测量液面上方的蒸汽压，如本题附图所示，已知水银液面离水平基准面距离分别为h1=2.3m、h2=1.2m、h3=2.5m、h4=1.4m,两U形管间的连接管内充满了水。锅炉中水面与基准面间的垂直距离h5=3m，当地大气压为745mmHg。试求锅炉上方水蒸汽的压强po为多少(Pa)？解：先找出等压面如图：1-6两根高度差为200mm的水管，与一个倒U形压差计相连，压差计两臂的水面差R=100mm，见本题附图。试求下列两种情况的压强差：指示液密度为1.2的空气；（2）指示液密度为917的油。解：选取等压面如图，则代入数据得（1）指示液密度为1.2的空气（2）指示液密度为917的油1-7列管换热器的管束由121根的钢管组成。空气以9m/s流速在列管内流动。空气的平均温度为50℃，操作压强为（表），当地大气压为。试求：①空气的质量流量kg/h；②操作条件下的体积流量。解：1-8如图所示，水在水平管路中流过，其流量为9，已知。若不计能量损失，试问连接于该管的手缩短面上的细水管可将水自容器液面吸上的高度为多少？解：由题意知由列1-1、2-2两截面的能量守恒方程有代入数据可得1-9一水箱下部接一内径为50mm的钢管，水箱内水位维持恒定，液面比管出口高出6m,已知管路的全部能量损失可以用公式表示。试求：（1）水的流量为多少？（2）若要使水的流量增加20%，水箱内水位要增加多少（m）?解：取水箱液面和出口处两截面列柏努利方程，并选出口中心为基准面，，则有（1）（2）要使水的流量增加20%，在管径不变时只有流速增加20%，代入数据可求得即水箱要增高2.7m。1-10如图所示的冷冻盐水循环系统，已知盐水的密度为1100，循环量为40，从A处经换热器至B处的总能量损失为120J/kg，从B处到A处的总能量损失为50J/kg，B处比A处高7。试求：（1）泵的有效功率；（2）若A处的压力表读数为250kPa，求处的表压力。解：(1)1kg盐水由泵进口处被泵打出再回到进口处的一个循环过程，进出口位置、管径都相等，只不过增加了一个能量损失，故有（2）取截面列柏努利方程，并选点中心为基准面，则有代入柏努利方程得1-11用离心泵把293K的水从敞口清水池送到水洗塔的顶部（如图）。塔内工作压力为400kPa（表），操作温度为308K，从水池水面到水洗塔的顶部垂直高度为20m，清水池的水面在离心泵的进口以下2m。水洗塔供水量为350，水管直径均为，泵进口水管压头损失为2，出口水管压头损失为估计为10。若当地大气压为750，水的密度取1000，问此离心泵对水提供的有效压头为多少？离心泵入口处的压力为多少？解：（1）列截面1-1，2-2的柏努利方程取水池水面为基准面，且维持恒定，则代入柏努利方程得（2）取泵入口处截面为4-4，列1-1，4-4截面的柏努利方程取水池水面为基准面代入柏努利方程得1-11用离心泵把293K的水从敞口清水池送到水洗塔的顶部。塔内工作压力为400kPa（表），操作温度为300K，清水池的水面在离心泵的进口以下1m保持恒定，从地面到水洗塔的顶部垂直高度为15m，。水洗塔供水量为80，水管直径均为φ108×4mm，水从水管进口处到塔顶出口处的压头损失为10。若当地大气压为750。问此离心泵对该管路提供的有效功率为多少？解：（1）列截面1-1，2-2的柏努利方程取水池水面为基准面，且维持恒定，则代入柏努利方程得1-12如图所示，一段水管的内径由200mm逐渐缩小到100mm。在粗细两管上连有一U形压差计，指示液为水。当密度为0.645的甲烷气从管内流过时，测得U形管压差计R值为112mm，设U形管压差计两接口之间管路的能量损失可忽略不计，试问甲烷的流量为多少（）？解：要求甲烷气的流量，只要求出在A或B处的流速列A、B两处的柏努利方程有又代入得1-13283K的水在内径为25mm的钢管中流动，流速为1m/s，试计算Re数值，并判断其流型。解：283K水的则为湍流。1-14有一根内管及外管组成的套管换热器，内管直径为，外管直径为，套管环隙内流过冷冻盐水，其流量为5000kg/h。盐水的密度为1150，黏度为1.2cP。试判断盐水的流动类型。解：盐水的流道面积为湍流。1-15输水管内径为150mm，管内油的流量为16，油的运动黏度为0.2，密度为860。试求直管长度为1000m的沿程能量损失及压强降。解为层流1-16水在的水平钢管内流过，流速为2.5m/s，温度为20℃，管长为100m，管子的绝对粗糙度为解：20℃水的为湍流，再与查莫迪图可得则1-17从A到B一段管路，只管长度为20m，管内径为100mm，摩擦系数为0.042，管路上装有三个90°的标准弯头，一个全开的截止阀。若通过的流量为0.025，试求该段管路的总压头损失。解：90°标准弯头和全开截止阀的阻力系数分别为1-18水在管路中流动，流量为，试选用有缝钢管普通级管子的型号。解：由某些流体的适宜流速表选取流速为u=2m/s,则：选取DN100的有缝钢管，实际外径为114.6mm，普通级壁厚4mm内径为106.6mm。实际流速在适宜流速范围内，故所选管子适用。1-19水从密闭容器容器A水面沿一内径为25mm，直管长度为10m的管道流入敞口容器B。已知容器A水面表的压力为196.2kPa，容器B水面比A水面高出5m，内摩擦系数为0.025，管路上安装有三个90°的标准弯头，一个全开的截止阀，试求管路中的流速和流量（）？解：设管路中的流速为u，90°标准弯头和全开截止阀的阻力系数分别为，则以容器A水面为基准面列A、B两处的柏努利方程代入得解得1-20用一油泵将密度为1050kg/m3，粘度为70cP的油从一常压贮槽A送至表压强为0.3MPa的设备中去。贮槽中液面比管路出口低15m，管路直径均为f108´4mm的钢管，直管长度为100m，管路中装有一单向吸入底阀（z=4.5），3个90°的标准弯头（z=0.75），一个全开调节阀（z=6.4），流量为30m3解：1-21用泵将水池中20℃水送到比水池水面高35m的水塔中去。输水管直径为，长度为1700m的钢管（包括管件的当量长度，但不包括管路进出口的当量长度。已知泵的送液能力为60，管路的绝对粗糙度为0.2mm，泵的总效率为0.65，试求泵的轴功率（W）。解：20℃为湍流，再根据查摩迪图得列水池水面和水塔水面的柏努利方程代入得1-22水从水塔引至车间，采用直径为，绝对粗糙度为0.3mm的水煤气管，其长度为500m，设水塔内水面维持恒定，高于排水管口15m，若水温为285K，试确定管内的流量，m3/h。解：285K时水的密度、黏度分别为和设水管中水的流速为u，则本题不考虑局部阻力则有代入有须用试差法求解：令u=1为湍流，由摩迪图查得λ=0.027代入，左边=再令u=2为湍流，由摩迪图查得λ=0.026代入，左边=再令u=4为湍流，由摩迪图查得λ=0.025代入，左边=再令u=4.5为湍流，由摩迪图查得λ=0.025代入，左边=再令u=5为湍流，由摩迪图查得λ=0.024代入，左边=再令u=5.1为湍流，由摩迪图查得λ=0.024代入，左边=故u=5.1m/s，则1-23在内径为50mm的圆形管内装有孔径为25mm的孔板，管内流体为25℃清水，按标准测压方法以U形管压差计测压差，指示液为汞。测得压差计读数R为500mm，设孔板流量系数为0.64，试求圆形管内水的流量。解：由公式代入得1-24某新购置的转子流量计，要用于常压15℃解：氯气在常压15℃的密度空气在常压20℃的密度转子一般为不锈钢其密度代入公式即刻度读数为1时实际流量为0.632。第二章流体输送2—1某离心泵以71的送液量输送密度为850的溶液，在压出管路上压力表读数为313.8，吸入管路上真空表读数为29.33，两表间的垂直距离为0.4，泵的进出口管径相等。两测压口之间管路的流动阻力可忽略不计，如泵的效率为60%，求该泵的轴功率。解：由伯努利方程结合题意有，，，，，则2—2一离心泵将河水送到25高的常压水塔中去。泵的进出口管径均为60，管内流速为2.5，测得该流速下泵入口真空度为，出口压力表读数为，两表之间的垂直高度为0.4，河水取1000。试求：（1）该泵在该流量下所提供的扬程，；（2）该流量下整个管路的能量损失，；写出该管路的特性曲线方程。解：由得则=49.05管路的特性曲线方程为中2—3一离心泵在转速为1450时流量为22，扬程为25，现将转速调至1300，此时泵的流量和扬程分别为多少？解：由和，，，，得：2—4用内径100的钢管从江中取水，送入蓄水池。池中水面高出江面30，管路长度（包括管件的当量长度）为60。水在管内的流速为1.5。今仓库里有下列四种规格的离心泵，试从中选出一台合用的泵。已知管路的摩擦系数为0.028。泵ⅠⅡⅢⅣ流量17161512扬程42383532解：由题意知，则综合考虑应选用Ⅲ号离心泵，流量为15，扬程为35。2—5某离心泵用20℃清水做性能实验，测得流量为580时，泵出口压力表的读数为300，吸入口真空表读数为26.7。两表之间垂直高度为0.4，试求该流量下的扬程（）。解：2—6某车间丁烷贮槽内储存温度为30℃的丁烷溶液，贮槽液面压强为324（绝），槽内最低液面高度在泵进口管中心线以上2.4。已知30℃时丁烷的饱和蒸汽压为314，相对密度为0.58，泵吸入管路的压头损失为1.6，泵的气蚀余量为3.2。试问该泵的安装高度能否保证正常操作？解：由得，，，，则即泵必须安装在槽内最低液面4.02以下才能正常操作，而实际只安装在2.4处，故不能正常操作。2—7现库房存有一台的离心泵，欲用此泵将储槽内相对密度为1.12的溶液送到高位槽内。高位槽内液面的表压强为39.2，地面储槽液面表压强为0，两槽液面高度差为13，需要送液量为92。输送管路均为的钢管，计算长度为150，摩擦系数为0.03。试问该泵是否合用？解：由得则故该泵不合用。2—8如附图，用离心泵将20℃的水由水池送至常压吸收塔顶。要求流量为50，采用的管路是的钢管，总长为380（包括局部阻力的当量长度），其中吸入管线长（包括局部阻力的当量长度）为60。设管路的摩擦系数为0.03。试求：（1）写出管路的特性曲线方程；（2）选用一台合适的离心泵；（3）找出泵的工作点及此时泵的效率，并指出由于调节流量所额外损失的压头；（4）核算泵的安装高度是否合适？若输送60℃的水，其安装高度应为多少？（5）若流量增至70，此泵是否仍然适用？（6）库房现有两台IS100—65—200的泵，能否满足需要？（7）若该泵改为输送密度为水的密度1.2倍的水溶液（水溶液的其他物性可视为与水相同，试说明：①流量有无变化？②压头有无变化？③泵的轴功率有无变化？解：（1）管路的特性曲线方程，则（2）选用型号为IS100—65—250的离心泵，流量为100，扬程为80，，（3），由于调节流量所额外损失的压头为80-50.2=29.8（4）即泵应安装在水面上方不超过0.24的地方，而该泵实际安装高度为2.3，不合适，还应下降2.3-0.24=2.06。若输送60℃（5）若流量增至70，仍然适用。（6）IS100—65—200泵的流量为100，扬程为50，，两台泵串联应该能适用，具体可作出串联的性能曲线看。（7）将该泵改为输送密度为水的密度1.2倍的水溶液（水溶液的其他物性可视为与水相同，试说明：①流量应该无变化②压头应增加③泵的轴功率也应增大。第四章传热4-1某平壁炉厚度为0.37m，内表面温度为1650℃，外表面温度为300℃，平壁材料导热系数为λ=0.815+0.00076t,W/(m解：λ=0.815+0.00076×（1650+300）÷2=0.815+0.741=1.556W/(m·K)4-2平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度和导热系数分别为：第一层耐火砖导热系数为1.07，厚度为200；第二层绝热砖导热系数为0.14，厚度为100；第三层钢板导热系数为45，厚度为6；绝热砖与钢板之间有一层很薄的空气层。现测得耐火砖的内表面温度为1150℃，钢板外表面温度为30℃，通过炉壁的热损失为300。试求空气层的热阻以及耐火砖与绝热砖交界面的温度。解：由题意实际为四层平壁导热，已知由多层平壁导热速率公式得，，4-3某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100㎜，其导热系数分别为0.9W/(m·K)及0.7W/(m·K)。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖的外表面增加一层厚度为40㎜、导热系数为0.06W/(m·K)的保温材料。操作稳定后又测得炉膛的内表面温度为740℃，外表面温度为解：保温前为双层平壁导热保温后为三层平壁导热即保温后热损失比保温前减少了68.54%。4-4在外径为140㎜的蒸汽管道外包扎保温材料以减少热损失。蒸汽管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的导热系数为0.143W/（m·K）。若要求每米管长的热损失W/m，试求保温层的厚度。解：由题意得d2=140mm=0.14m,设保温层厚度为δ则d3=d2+2δ即保温层厚度不得小于70mm4-5有一套管换热器，内管为，外管为。冷水在环隙内流过，用以冷却内管中的高温气体，水的流速为0.3m/s，水的入口温度为20℃，出口温度为40℃。试求环隙内水的对流传热系数。解：t1=20℃,t2=40℃,℃在30℃下水的,,4-6有一列管换热器，有38根的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20℃被加热到80℃，苯的流量为8.32kg/s。外壳中通水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数。当苯的流量提高一倍，传热系数有何变化？解：在℃时苯的提高一倍，即u提高一倍，α与u0.8成正比，则4-7一台列管式换热器，换热管为的钢管，其热导率为46。在换热器中用水加热某种气体，热水在管程流动，热水对管壁的给热系数为1700；气体在壳程流动，管壁与气体之间的给热系数为35，换热管内壁结有一层水垢，水垢的热阻为0.0004。试计算传热系数。解：4-8热空气在冷却管管外流过，α2=90W/(㎡·K)，冷却水在管内流过，α1=1000W/(㎡·K)。冷却管外径do=16mm，壁厚δ=1.5mm，管壁的λ=40W/(m·K)。试求：（1）总传热系数；（2）管外对流给热系数α2增加一倍，总传热系数有何变化？（3）管内对流给热系数α1增加一倍，总传热系数有何变化？解：由do=16mm，δ=1.5mm得：di=13mm,dm=14.5mm。（1）（2）管外对流给热系数α2增加一倍时即总传热系数增加了81.4%。（3）管内对流给热系数α1增加一倍时即总传热系数增加了5.24%。4-9有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为，流量为2000kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数αh=230W/(㎡·K)，水的对流传热系数αc=290解：ｄo=89mm,δ=3.5mm,di=82mm,碳钢的λ=52.34W/(m·K),在平均温度25℃下水的cpc=4.1785×103J/(kg·℃),在平均温度65ph=1.82×103J/(kg·℃)(1)由得（2）逆流时则并流时则（3）逆流操作时所采用的传热面积与并流时相同，则SO，Q，KO均不变，要得到同样效果即变小，因为冷却水进口温度不变，设出口温度为则，须用试差法求解，设℃再设再设℃再设℃此时再设℃即出口水温为46.6℃另外此小题也可直接设出口温度高于45℃，因为出口温度等于于45℃时两端温度差均为35℃，4-10在一传热面积为15.8㎡的逆流套管换热器中，用油加热冷水。油的流量为2.85kg/s，进口温度为1100.667kg/s，进口温度为35℃。油和水的平均比热容分别为1.9kJ/(kg·K)及4.18kJ/(kg·K)。换热器的总传热系数为320W/(㎡·解：（此题条件不全，没有热流体油的出口温度；且所求第二问传热面积与所给条件传热面积为15.8㎡矛盾）4-11在一套管换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K，冷却水在的管内流动，其进、出口温度分别为290K和320K。已知水和苯的对流传热系数分别为0.85kW/(㎡·K)和1.7kW/(㎡·K)解：因此题未告诉套管换热器的材质，不好查导热系数，故管壁导热热阻也忽略不计，也未告诉是逆流还是并流，但由于冷流体出口温度320K高于热流体出口温度300K，并流达不到此要求故肯定是逆流。苯在平均温度325K下的平均比热容，水在平均温度305K下的平均比热容，4-12在一列管换热器中，用初温为30℃的原油将重油由180℃冷却到120℃，已知重油和原油的流量分别为和。比热容分别为2.18kJ/(kg·K)和1.92kJ/(kg·K)，总传热系数K=418kJ/(㎡·h·K解：逆流时并流时4-13在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃，油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至解：t1=15℃,t2=40℃,T1=150℃,T2=100℃,T2ˊΔt大=T1-t1=150-15=135,Δt小=T2-t2=100-40=60据题意，有，代入数据可求得：4-14一传热面积为15㎡的列管换热器，壳程用110℃饱和水蒸汽将管程某溶液由20℃加热到80℃，溶液的处理量为，比热容为，试求此操作条件下的总传热系数。又该换热器使用一年后，由于污垢热阻增加，溶液出口温度降至72℃，若要出口温度仍为解：S=15㎡，T=110，t1=20,t2=80,t2ˊ=72有污垢后出口温度降至72℃若要出口温度仍为80℃又则：4-15用20.26kPa（表压）的饱和水蒸汽将20℃的水预热至80℃，水在列管换热器管程以0.6m/s的流速流过，管子尺寸为。水蒸汽冷凝的对流传热系数为，水侧污垢热阻为，蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计，试求:（1）此换热器的总传热系数；（2）设备操作一年后，由于水垢积累，出口温度只能升至70℃解：20.26kPa（表压）的饱和水蒸汽温度为104.7℃，t1=20℃,t2=80℃,α0=,Rsi=,u=0.6m水在进出口平均温度50℃时的密度为，比热容为由于没告诉换热器换热管子数量，故水的流量无法求得，也就求不出热负荷，甚至传热面积和传热系数。4-16今欲于下列换热器中，将某种溶液从20℃加热到50℃。加热剂进口温度为100℃解：单壳程，双管程，则（2）双壳程，四管程，则4-17有一单壳程双管程列管换热器，管外用120℃饱和蒸汽加热，干空气已12m/s的流速在管内流过，管径为，总管数为200根，已知传热系数为，空气进口温度为26℃，要求空气出口温度为86（1）该换热器的管长应多少？（2）若气体处理量、进口温度、管长均保持不变，而将管径增大为，总管数减少20%，此时的出口温度为多少？（不计出口温度变化对物性的影响，忽略热损失）解：T=120,t1=26,t2=86,n=200,do=38mm=0.038m,di=33mm=0.033mu=12m/s,doˊ=54mm=0.054m,diˊ=50mm=0.05m,nˊ=160,Vs=/sVsˊ=/s空气在进出口平均温度56℃下的密度为比热容为（1）（2）管径增大，传热系数也应有所变化，但从题目所给条件无法求出管径改变后的传热系数，故仍按原传热系数计算：令空气出口温度为t2ˊ由得：4-18有一套管换热器，外管直径为，内管直径为。内管中的溶液由40℃被加热至80℃，流量为4500kg/h，平均比热容为1.86。套管环隙内有120℃饱和水蒸气冷凝，冷凝潜热为2206。管内溶液传热系数为1030，环隙内蒸气冷凝传热系数为6000，垢层热阻及管壁热阻、换热器热损失均可忽略，试求：（1）加热蒸气消耗量kg/h；（2）套管换热器的有效长度为多少米？解：（1）加热蒸气消耗量（2）套管换热器的有效长度4-19一单管程列管换热器，由940根f19´2mm，长3m的换热管组成。今用该换热器将30000kg/h的空气由20℃加热到95℃，换热管外的加热介质为100℃的饱和水蒸气。已知水蒸气冷凝的给热系数ao为5000W/㎡×K，空气在定性温度下的物性为：m=0.02cP，Cp=1.0kJ/kg×K，l=0.031W/m×解：换热器实际提供的传热面积为：该换热器合用。气体吸收6-1总压为101.3kPa的某混合气体中各组分的含量分别为（以上均为体积分数）。试求各组分的摩尔分数、比摩尔分数及混合气体的摩尔质量。解：由于压力不太高、温度不太低时气体都可以看作是理想气体，它们的体积分数就是摩尔分数，则6-2某混合气体中含有2%（体积分数），其余为空气。混合气体温度为30℃，总压强为506.6。从手册中查得时在水中的亨利系数，试求溶解度系数H及相平衡常数m，并计算100g与该气体相平衡的水中溶有多少克。解：100g水合100/18=5.56mol,则100g水可溶解的量为6-3吸收塔内某一截面处气相组成y=0.05，液相组成x=0.01(均为摩尔分数)，操作条件下的平衡关系为，若两相传质分系数分别为，，试求：①该截面上相际传质总推动力、总阻力，气液相阻力占总阻力的分率及传质速率；②若吸收温度降低，平衡关系变为，其余条件不变，则相际传质总推动力、总阻力，气液相阻力占总阻力的分率及传质速率又各如何？解：（1）（2）6-4见交大版6.5（但本教材未引进kG,kL概念）6-5在逆流吸收塔中，在总压为101．3kPa、温度为25℃下用清水吸收混合气中的，将其浓度由2％降至0.1％(体积分数)。平衡关系符合亨利定律，亨利系数kPa。若取吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试计算操作液气比和出口液相组X1。若压强改为1013kPa而其他备件不变，和X1又为多少?解：（1）（2）6-6在一逆流吸收塔中，用清水吸收混合气中的CO2，气体中惰性组分的处理量(标准状态)为300m3／h，进塔气体中含CO2为8％(体积分数)，要求吸收率为95％，操作条件下的平衡关系为Y*=1600X，操作液气比为最小液气比的1.5倍。求：①水的用量和出塔液体组成；②写出操作线方程；③每小时该塔能吸收多少C02?解：（1）（2）操作线方程（3）6-7在一填料塔中用清水逆流吸收混合气中的氨，入塔混合气中含氨5％(摩尔分数，下同)，要求氨的回收率不低于95％，出塔吸收液含氨4%。操作条件下平衡关系为Y*=0.95X，试求：①最小液气比和操作液气比；②所需传质单元数。解：（1）（2）或：6-8在内径为0.8m，填料层高为2．3m的常压填料塔中，用清水逆流吸收混合气中的氨，进塔混合气量(标准状态)为500m3／h，其中舍氨0．0132(摩尔分数)，清水用量为900kg／h，要求回收率为99．5％，操作条件下体系符合亨利定律。已知：液相农度为lg氨／100g水，气相中氨的平衡分压为800Pa。试求：①体系的亨利系数值(kPa)；②气相总体积吸收系数KYakmol／(m3解：混合气量(标准状态)为500m3／h（1）（2）6-9用煤油于填料塔中逆流吸收混于空气中的苯蒸气。入塔混合气体含苯2%（摩尔分数，下同），入塔煤油中含苯0.02%，要求苯的回收率不低于99%，操作条件下平衡关系为，入塔气体摩尔流率为0.012，吸收剂用量为最小用量的1.5倍，总传质系数。试求：（1）煤油用量；（2）填料层高度。解：6-10某填料塔填料层高度为5m，塔径为1m，用清水逆流吸收混合气中的丙酮。已知混合气用量为2250m3／h，入塔混合气含丙酮0．0476(体积分数，下同)，要求出塔气体浓度不超过0．0026，塔底液体中丙酮为饱和浓度的70％。操作条件为101．3kPa、2关系为Y*=2．0X，求：①该塔的传质单元高度和总体积吸收系数；②每小时回收的丙酮量。解：6-11见交大版6.12（题目所给条件不够）6-12有一吸收塔，填料层高度为3m，操作压强101.3kPa，温度为20℃，用清水逆流吸收混于空气中的氨，混合气体质量流率，含氨6%（体积分数），吸收率99%；水的质量流速。该塔在等温下逆流操作，平衡关系为。与气相质量流速的0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。试计算当操作条件分别作下列改变时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率（塔径不变）：（1）操作压强增大一倍；（2）液体流量增大一倍；（3）气体流量增大一倍。解：则（1）操作压强增大一倍（2）液体流量增大一倍（3）气体流量增大一倍6-13在逆流操作的吸收塔中，用纯溶剂等温吸收某气体混合物中的溶质。在常压、27℃下操作时混合气体流量为1200m3／h，气体混合物的初始浓度为0.05(摩尔分数)，塔截面积为0．8m2，填料层高度为4m，气相总体积吸收系数KYa解：6-14在填料层高度为4m的填料塔内，用解吸后的循环水吸收混合气中某溶质组分以达到净化目的。已知入塔气中含溶质2％(体积分数)，=2，操作条件下的平衡关系为Y*=1.4X，试求：解吸操作正常，保证入塔吸收剂中溶质浓度X2=0．0001，要求吸收率为99％时，①吸收液出塔组成X1为多少；②气相总传质单元高度为多少。解：6-15含苯2%（摩尔分数，下同）的煤气用平均分子量为60的洗油在一填料塔中作逆流吸收以回收其中95%的苯，煤气的流量为1200kmol/h。塔顶进入的洗油含苯0.5%，洗油的流量为最小用量的1.3倍。吸收塔在101.325kPa、27℃下操作，此时平衡关系为。富油由吸收塔底出口经加热后被送入解吸塔塔顶，在解吸塔底送入过热蒸气使洗油脱苯。脱苯后的贫油由解吸塔底排出被冷却到27℃再送入吸收塔使用，水蒸气的用量为最小用量的1.2倍。解吸塔在101.325kPa、120℃下操作，此时的平衡关系为。解：解吸时6-16在一逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收混合气体中的。混合气体处理量为1500m3/h，其平均分子量为34.16。清水喷淋量为25000kg/h，塔内填料用的陶瓷拉西环以乱堆方式充填。若取空塔气速为泛点气速的70%，操作压强为101.3kPa，操作温度为20℃解：20℃时水的密度以为横坐标，查埃克特关联图的乱堆填料泛点线可得的陶瓷拉西环的湿填料因子，液体密度校正系数，20℃时水的黏度代入可得泛点气速为园整为实际气速为仍以为横坐标，为纵坐标查埃克特关联图可得每米填料层的压降为150Pa。液体的蒸馏7-1某苯与甲苯混合液在365K时的饱和蒸汽压分别为：，。试分别计算总压为100kPa和135kPa时平衡的汽液组成。解：由得：（1）p=100kPa时（2）p=135kPa时（原题中总压为150kPa时由公式算出xA=1.076﹥1不可能，故将总压改成135kPa）7-2正戊烷A和正己烷B的饱和蒸汽压数据如下表所示，假设物系为理想物系。温度t/K260.6265.0270.0275.0280.0285.0289.0/kPa13.316.521.026.032.540.047.0/kPa2.853.605.006.708.9011.0013.30(1)试绘制总压为13.3kPa的t-x-y和x-y图；（2）计算正戊烷对正己烷在各温度下的相对挥发度及以平均相对挥发度表示的相平衡方程；（3）利用图求混合物中正戊烷摩尔分数为0.4时的泡点和露点。解：以265.0K时=16.5kPa，=3.60kPa代入得：同样求得各温度下的列于下表以265.0K时=16.5kPa，=3.60kPa代入得：一同列表，t-x-y和x-y图另画温度t/K206.6265.0270.0275.0280.0285.0289.010.7520.5190.3420.1860.079010.9330.8190.6690.5360.23904.674.584.23.883.653.643.53相平衡方程为由t-x-y图知正戊烷摩尔分数为0.4时的泡点和露点分别为7-3绘制压力为101.3kPa时乙苯和苯乙稀混合液的t-x-y图，利用所绘制的t-x-y图确定：（1）乙苯质量分数为0.4，混合液的泡点及其相应的平衡蒸汽组成；（2）若将该溶液在101.3kPa压力下加热到78.3℃，物料处于什么状态？若处于两相区，气液两相的组成和摩尔比分别是多少？（本书附录无解：根据资料查得的乙苯和苯乙稀的t、x、y数据作t-x-y图（图另画）（1）由t-x-y图知乙苯质量分数为0.4（摩尔分数为0.395）时混合液的泡点=78℃，平衡蒸汽组成=0.5。（2）将该溶液在101.3kPa压力下加热到78.3℃，物料处于两相区，气液两相的组成是气液两相的摩尔比是7-4某连续精馏塔分离苯-甲苯混合液，处理量为14kmol/h，原料中苯的含量为0.45（摩尔分数，下同），塔底残液中含甲苯0.98，其采出量为7.5kmol/h，求塔顶馏出液量和组成。解：由解得7-5在连续精馏塔中分离二硫化碳-四氯化碳混合液。原料处理量为4000kg/h，其中的四氯化碳含量为0.35，要求釜液中二硫化碳含量不大于0.06（均为质量分数），塔顶二硫化碳回收率为90%。试求馏出液量及组成，分别以摩尔流量和摩尔分数表示。解：二硫化碳和四氯化碳的摩尔质量分别为76和154kg/由得又即解得题目错！交大版教材为原料中二硫化碳含量为0.35，解法如下由得又即解得7-6一连续精馏塔，将含轻组分为24%的原料分离成为含轻组分为95%的馏出液和3%的残液（以上均为摩尔百分数）。已知进入冷凝器的蒸汽量为850kmol/h，回流比为3.72，试求塔顶、塔底产品产量及塔顶回流量。解：由得则7-7常压连续精馏塔分离甲醇-水混合液，塔顶为全凝器，泡点回流，塔釜间接加热。进料量为100kmol/h，其中甲醇含量为0.4(摩尔分数，下同），要求将其分离成为含甲醇0.95的馏出液和含甲醇为0.04的残液。操作回流比为2.5，试分别计算泡点进料及露点进料是：（1）精馏段内下降的液相量和上升的气相量；（2）提馏段内下降的液相量和上升的气相量。解：由得泡点进料时q=1,精馏段提馏段露点进料时q=0,精馏段提馏段7-8连续精馏塔分离苯-甲苯混合液。料液含0.194的苯，馏出液含0.914的苯（以上均为摩尔分数），加料量为48.3kmol/h，馏出液量为9.74kmol/h，气液混合进料，其中液气物质的量比为3：1，回流比为2。试写出精馏段操作线方程和提馏段操作线方程。解：由液气物质的量比为3：1知又由代入数据可得精馏段操作线方程和提馏段操作线方程分别为：7-9常压连续精馏塔，塔顶为全凝器，塔釜间接加热。用于分离含苯与甲苯各50%的混合溶液，泡点进料。要求馏出液中含苯为96%，残液中含甲苯不低于95%（以上均为摩尔分数）。回流比为3，试写出精馏段操作线方程和提馏段操作线方程。解：精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为由代入数据解得则代入得提馏段操作线方程为7-10某精馏塔分离A，B混合液，饱和液体加料，料液中A，B组分的摩尔分数各位50%，原料液量为100kmol/h，馏出液量为50kmol/h，精馏段操作线方程为y=0.8x+0.18，塔顶采用全凝器，泡点回流，塔釜间接加热，试写出提馏段操作线方程。解：由精馏段操作线方程为y=0.8x+0.18的则，，提馏段操作线方程为由求得代入数据得7-11根据题7-9的条件，用逐板计算法确定所需的理论塔板数与理论加料位置。全塔平均相对挥发度为2.49。解：由题7-9知精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为，泡点进料又由全塔平均相对挥发度为2.49得相平衡方程为或共需10-1=9块塔板（不含再沸器），精馏段4块，提馏段5块，第5块为加料板。7-12在常压连续精馏塔中，分离含甲醇0.35（摩尔分数）的甲醇-水混合液。试求温度为20℃解：由附录甲醇-水的汽液平衡数据画出t-x-y图，由图知甲醇0.35（摩尔分数）的甲醇-水混合液泡点温度和露点温度分别为℃和℃，在℃时甲醇（A）、水（B）的比热容和汽化潜热分别为由公式得7-13常压下用连续精馏塔分离甲醇-水混合液，以得到含甲醇95%的馏出液与含甲醇4%的残液（以上均为摩尔分数）。进料组成与温度同习题7-12，塔顶采用全凝器，泡点回流，塔釜间接加热，操作回流比为1.5，试求所需的理论塔板数。解：由题7-12知精馏段操作线方程为q线方程为作x-y图并作出精馏段操作线和q线，精馏段操作线和q线的交点为d，连接c(xW,xW)，d便得到提馏段操作线，由作图法得：所需理论塔板数为7-1=6（不含再沸器），第五块板为加料板。7-14若习题7-13的精馏塔的总板效率为60%，试确定实际塔板数和实际进料板位置。解：块实际进料板位置即实际塔板数为10块（不含再沸器），第九块板为实际加料板。7-15常压下用连续精馏塔分离甲醇—水混合容易，进料组成与温度以及馏出液组成同7-13，若取操作回流比为最小回流比的2.0倍，试确定操作回流比。解：由题意知据计算，根据最小回流比的定义从q线与平衡线交点得到则7-16一连续精馏塔分离相对挥发度为3.0的混合液，饱和蒸汽进料。原料液流量为10kmol/h，其中易挥发组分含量为50%，要求塔顶馏出液中易挥发组分含量为90%（均为摩尔分数）。塔顶易挥发组分回收率为90%，回流比为最小回流比的2倍，试求。解：由题意知由得：则饱和蒸汽进料，，，，7-17含苯0.4及甲苯0.6的混合液在常压下进行精馏分离，要求馏出液中含苯为0.96，残液中含苯为0.03（均为