化工原理例题与复习指南

一、流体流动二、流体输送机械三、机械分离四、传热解：（1）求绝热层所需绝缘砖数n稳定时通过各层的导热量相等，通过耐火砖层通过绝热砖层可以使用二层砖即b2=230×2=460mm，或0.46m代入上式求（2）求普通砖外侧温度t4由求得：解：∴=∴K=310w/m2.℃管内对流传热热阻占：管内对流传热热阻占：管内污垢热阻占：解：（1）求原油的终温由热衡算原油的最终温度W1CP1(T1—T2)=W2CP2(t2—20)得t2=78.5℃（2）求并流、逆流的传热面积传热量为：Q=1×104×0.52(180—120)=3.12×105[千卡/时]求并流和逆流的平均温度差并流：△t1=180—30=150℃，△t2=120—78.5=41.5℃逆流：△t1=180—78.5=101.5℃,△t2=120—30=90℃根据传热基本方程式，则并流：[米2]逆流：A=[米2]（1）逆流操作的平均温度差设（2）并流操作平均温度差设由题设，在并流操作时机油和原油进口温度T1、t2不变，流量W1、W2和传热系数K亦不变。根据热衡算和传热基本方程式可列得下列方程：逆流：(1)(2)(3)（见前解）并流：（4）（5）（6）逆流时，由式（3）=式（1），（3）=式（2）整理得：并流时，由式（6）=式，（4），式（6）=式（5）得：（7）（8）式（7）+式（8）用t△″m和t△″表示式中各关系∴ln=2.482ln—ln=2.428ln115—ln=2.482则=9.6℃代入并流操作时平均温度差计算式解：此题为列管式换器管外强制对流问题。=37.4mm管外流体流过的截面积s=hD=1.035m2管外流体的流速平均温度tm=145℃下空气的物性常数Cp=1.014KJ/Kg.K=0.03524w/m.k操作条件下气体密度=0.845kg/m2=14150=0.6877计算对流传热系数，考虑气体粘度小故忽略一项的影响，又考虑部分流体在挡板与壳体之间隙短路取实际对流传热系数为计算值的0.8倍。=46w/m2.k五、传质过程解：（1）冷凝后CCl4在空气中的分压PS等于300K下的蒸气压PK=123mmHg；冷凝前的分压PS等于313K下的蒸气压PS=210mmHg；压缩前的分压P1为1/10，即21mmHg，CCl4的分子量M=154，由于混合气体的分子量尚未求得，故以先计算质量比为便。压缩前质量比0.1509分压P6压缩后，冷凝前的饱和城状态，对应蒸气压力，应考虑压缩引起的体积变化应用。摩尔浓度冷凝前质量比和质量分率在压缩过程中保持不变，故。而摩尔浓度取为313K下的：冷凝后a3=0.0874/1.0874=0.0803C3=123/62.36×300=0.0065kmol/m3(2)在冷凝过程中气相中的空气量不变，故应当用空气为物料衡算的基准，即用比质量分率作计算。冷凝分率即42.1%解：由表8-2查得latm及298K下水蒸气在空气中的扩散系数：D=0.256cm2/S，即2.56×10-5m2/S水蒸气过静止气层的扩散速率按式8-20：NA=(PA1—PA2)式中PA1为298K下的饱和水蒸气压，查得为3.17KPa，题中给出PA2=0，P=101.3KPa，Z=0.003mPBm=（P-PA1+P-PA2）=101.3–3.17/2=99.8KPa故NA==1.12×10-5kmol/m2sGA=18×3600NA=0.726kg/m2h厚5mm的水层，每m2的质量为5kg，故蒸发完所需的时间六、吸收解：本题中气相体积V=lm3不变，随着CO2的溶解，其分压PA下降。查附录1，25℃下CO2在水中的享利系数E=1640atm,故达平衡时。（1）与x的另一方程可从物料衡算得出：气相失去的CO2量N1=水中得到的CO2量N2=CX×1=当总压P=1atm，由N1=N2可得（1/0.08206×298）(0.2-PA*)=55.34x将式（1）代入式（2）0.2-1640x=1353xx=0.2/2993=6.682×105故剩余气体总压P余=0.8P+PA*=0.9096atm当初始总压P=5atm仍按上述方法计算，可得x=0.2×5/2993=3.341×10-4P*A=1640x=0.548atmP余=0.8×5+0.548=4.550以上计算忽略了气相中水蒸汽压的变化。解：流程（I）相当于一个气液逆流的单塔，当所需填料甚高，单塔有困难时，用双塔（或多塔）逆流操作。流程（II）中每塔都送入新鲜溶剂，与气体逆流，使全过程的推动力较流程（I）为大。适用于气体净化要求高、所需溶剂量大的情况。流程（III）中气体分两股分别进入塔1、2，与液体逆流。适用于气体中溶质含量少、易吸收（通常是伴有快速反应）的情况。流程（IV）中第2塔气液并流，适用于伴有化学反应，或液量大大超过吸收所需，故推动力与并逆流关系不大的情况。通常后两流程特别是（III），在实用中较少见。解：在例9-6中已求出Yb及Ya，丙酮回收量可按下式计算：GA=G（1-yb）（Yb-Ya）MA×3600×1=（0.02×0.97）(309-6)×10-4×58×3600=122.7kg/h当填料层高减少1/3，则气相总传质单元数减为而吸收因数A=1.4不变，代入式9-56（a）计算新的yb/ya。==3.5×(5.98-0.714)=18.43回收率回收量回收量的减少为GA—GA′=122.7—118.7=4.0kg/h其相对量为（GA—GA′）/GA=4.0/122.7=0.033或3.3%解：塔顶，底的气液组成可如下求出：xa=0由习题3算出的平衡数据可知对yb=0.05,有，按式9-42，知最小液气比实用液气比为：而G==0.219kmol/m2.5（1）用水量L′=38.7×0.0219=0.849kmol/h==27.6m3/h出塔溶液中SO2浓度为：xb=xb*/1.2=0.00147/1.2=0.001225(2)填料高度由例9-7知，用水吸收SO2时，气、液两相阻力都不应忽略，且m不为常数，故不宜用总推动力，选用气相的分推动力，则h=HG.NG。由kya=KGa.P=(5×10-4)100=0.05kmol/m3S△xkxa=k2a.c=0.05×(996/18.02)=2.76Kmol/m2S△xkxa/kya=55.3故由习题3平衡数据作平衡曲线EG，可近似作折线EDG处理，两段直线交点D座标（4.4×10-4,0.01）作操作线AB，过点D作斜率为-55.3的直线，交AB於F点，F座标：（3.5×10-4,0.015）AF段对数平均推动力：=0.00369=0.00525=h=解（1）在物料衡算中因混合气含氨量甚低，可在式9-40中用摩尔分率代替摩尔比得：所用水气比为最小值的1.2倍：即（I）式中已知yb=0.015x*b=yb/m=0.015/0.8=0.01875xa=0由式（1）可得xb=本题已知ho=6m及HOG=0.024/0.060=0.4m,代入对数平均推动力法求塔高的式9-52中，可以反求ya:（2）现△yb=yb-mxb=0.015-0.8×0.0163=0.0025△yb=ya-mxa=ya-0=ya△ym=代入式（2）中用试差法解得ya=0.0002555吸收率（2）为使吸收率提高到99.5%，可增高填料层或增大水量。（3）①法：增高填料层：△h=8.63-6=2.63m②法：增大水量：L增大则KX增大，a增大故Kya增大，作为估算不变。查S=0.74,L′=mG/s=0.8×0.024/0.74=0.0259kmol/m2.s原用水量L=1.2=0.0226kmol/m2.s以上两法中①法设备投资费增加，操作费不变。②法操作费增加，设备投资费不变。比较而言，②法易於实现。七、精馏解：全回流R=，操作线即是对角线，xn=yn+1yn+1=xn=0.43yn+2=xn+1=0.285yn+3=xn+2=0.173由式（10-8）由例10-2取解：平衡数据如下：x00.10.20.30.40.50.60.70.80.91y00.1390.2660.3830.4920.5920.6850.7720.8530.9291精段操作线方程即y=0.8x+0.19q线为垂直线，备解得：总板数22.5-1=21.5（不含釜）精段板数14提段板数7.5（图略）(若用逐板法计算，提段操作线为y=1.2x-0.05)解：根据上题的数据，最少理论板数按式10-43；最小回流比按式10-44：吉利兰关联图中的横坐标：按式10-47所表达的吉利兰关联，可求得：Y=0.75(1-0.17680.567)=0.4692故所需理论板数（包括釜在内）为：为得出精馏段的理论板数N1可先按式10-43a求其最少理论板数：于是N1=0.628×21.38=13.42提馏段理论板数N2=N-N1-1=6.95以上结果比上题所得稍少。解：若自第12块板进料，则：精馏段实际板数Ne1=11,理论板数N1=11×0.5=5.5全塔实际板数Ne=24，理论板数N=24×0.5=12由P89表10-3内查xD=0.98aD=2.596;XF=0.5aF=2.49精馏段N查图而R=解：若F，V维持不变，XF，精馏段板数不够,故xD↓提段板数XW。要维持XD不变可采用以下措施：1、增大回流比（即塔顶产品量D将减小）2、降低进料管位置。（能使XW，即塔底产品纯度降低）八、干燥解:可在图13-4上定出一点，沿水平线与t=90℃等t线相交得加热到90℃时：H=0.048,I=215KJ/kg,=10%解：（1）由图13-3tO=20℃,tW=16℃,HO=0.01,IO=45KJ/kg加热到t1=50℃H1=0.01,I1=77KJ/kg1=13%离开时t1=30℃H2=0.019,I2=77KJ/kg2=70%100m3新鲜干空气的质量为：100×热量Q=G（I1-I0）=120.6×(77-45)=3840KJ水蒸汽量W=G（H2-H1）=120.6×(0.019-0.01)=1.08kg解（1）t=60℃,H=0.01；查图得：tw=28℃=9%HW=0.024t-tw=60-28=32℃Hw-H=0.024-0.01=0.014（2）t=70℃,H=0.036;查图得：=17%，t-tw=70-40=30℃；HW－Ｈ=0.049-0.036=0.013（3）t=80℃，H=0.045;查图得：=15%，tw=44Hw=0.062t-tw=80-44=36℃；Hw-H=0.062-0.045=0.017因而干燥速度（3）>（1）>（2）解：t=77℃=10%tw=38℃rw=2406KJ/kgH=0.027kg/kg干空气。湿空