化工原理考试复习题附答案

化工原理考试复习题附答案

一、填空题：

1.流体在圆形直管中作层流（滞流）流动时，其速度分布是抛物线型

曲线，其管中心最大流速为平均流速的工倍，摩擦系数九与Re的关

系为九二64/Re0

2.空气的粘度随温度的升高而且最，水的粘度随温度的升高而豳

低。

3.液体的密度只与温度有关,而与压强无关,液体被称之为

不可压缩流体，这种特性被称为流体的不可压缩性，气体的

密度不仅与温度有关,而且与压强有关,气体被称

为可压缩流体。

4,流体在管内作湍流流动时，其摩擦系数九一般随和_L包—而

变，而在完全湍流区，其摩擦系数只随_L翅_而变，而与Re无

关。

5.理想流体流过垂直等径圆管时,如果从上往下流,则其动能一不变，

位能减小，静压能增加；又如果从下往上流，则其动能_不

变，位能一增加，静压能减小。

6.流体在水平等径直管中流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械

能中的静压能项。

7.理想流体流过水平的扩大管时,其动能34^,静压能一增加，

位能一不变；又理想流体流过水平的缩小管时，其动能.增

加，静压能减小，位能一不变。

8.当地大气压为750mmHg,测得一容器内的绝对压强为350mmHg,

则真空度为400mm,测得一容器内的表压强为1360mmHg,

则其绝对压强为2110mmHg。

9.套管由①57X2.5mm和①25X2.5mm的钢管组成，则环隙的流道

截面积等于0.001632n?,润湿周边长等于0.24178m,当

量直径等于于027m。

10.测量管内流体流速的仪表有毕托管,测量流体流量的仪表有孔板

流量计、文丘里流量计、转子流量计。

11.转子流量计读取流量的方法为转子最大截面处所对应的读数

（刻度值）。当被测流体的性质与标定的流体不同时，转子流量

计的流量指示值需校正

12.阀门的种类很多，请列举出五种类型阀门，分别为闸阀、止

逆阀、角阀、球阀和蝶阀等。

13.管件的种类很多，请列举出五种不同的管件，它们为三通、四

连、弯头、由宁和外牙等。

14.离心泵的工作点是一管路特性曲线和泵性能曲线的交点。

15.离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生汽蚀现

象。

16.离心泵的轴封装置主要有两种：机械密封和填料函密封。

17.若被输送的液体粘度增高，则离心泵的扬程二映，流量一下降，

效率下降，轴功率增加°

18.离心泵输送的液体密度增加时，离心泵的流量、扬程及效

基均保持不变，而轴功率增加。

19.离心泵的主要部件有泵壳、叶轮和轴封装置。

20.离心泵的流量调节阀安装在离心泵的上旦管路上，关小出口阀

后，真空表的读数闻;，压力表的读数增加,

21.离心泵的性能曲线有上二Q_、n~O、Na~O等,这些曲线

是在一定退送下输送某种特定的液体时泵的性能。

22.离心泵常采用出口阀调节流量,往复泵常采用旁路调节流量。

23.一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由

20C。升至50C%则某沉降速度将下降。

24.降尘室的生产能力只与降尘室的长度和宽度有关,而与国

就无关。

25.间歇过滤机的生产能力Q=V/E工在此V的物理意义为操作周期

内得到的滤液量，■的物理意义为操作周期，一等于Tf、

Tw、和三项之和。

26.对恒压过滤，介质阻力可以忽略时，滤液量增大一倍，则过滤速

率dV/加为原来的1/2。

27.对恒压过滤，当过滤面积S增大一倍时，如滤饼不可压缩，则过

滤速率(dV/%)增大为原来的工倍。

28.常见的间歇式过滤机有板框压滤机和叶滤机，连续式过滤机

有回转真空过滤机。

29.旋风分离器性能之一的临界粒径，是指在旋风分离器中能被分离

下来的幅小颗粒的粒径，其大小是判断旋风分离器分离性能

的重要依据。

30.一列管换热器，列管规格为①25x2.5,管长为3,管子根数为252

根，则以外表面积计的传热面积Ao=59.346n?,以内表面积

计的传热面积Ai=47.4768n?。

31.在包有二层相同厚度保温材料的圆形管道上，应该将导热系数

小的材料包在内层,其原因是一增加导热热阻、降低热损失。

32.列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用是一防止流体走短路、

提高流体的流速，进而提高对流传热系数，折流挡板的形状有

缺形和圆盘形等。

33.在确定列管换热器内冷热流体的流程时，一般来说，蒸汽走管

生，易结垢的流体走管上L，高压流体走管应，有腐蚀性流体

走管力_。

34.在一卧式换热器中，利用水蒸气冷凝来加热某种液体，应让加热

蒸汽在壳程流动,加热器顶部设置排气阀是为了排放不凝性气

体。

35.列管换热器中，用饱和水蒸气加热空气。空气走管内，蒸汽走管

间，则管壁温度接近蒸汽的温度,总传热系数接近空气的给

热系数（对流传热系数）。

36.举出五种间壁式换热器固定板式、浮头式、U形管式、套

管和蛇管式。提高间壁式换热器传热系数的主要方法是遽高速

体流速。

37.消除列管换热器的温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加重

膨胀节、U形管结构或采用浮头式结构。

38.操作中的吸收塔，若使用液气比小于设计时的最小液气比，则其

操作结果是吸收效果.下降.。

39.含溶质A为10%(体积)的气体混合物与浓度C为。.02

0Kmol/m3的溶质A水溶液在一个大气压下相接触。操作条件下两

相的平衡关系为pe=1.62C(大气压)，则溶质A将从汽相

向液相转移,以气相组成表示的传质总推动力为0.0676大气

压，以液相组成表示的传质总推动力为0.0417Kmol/m?。

40.在1atm,20℃下某低浓度气体被清水吸收，气膜吸收分系数

(气相传质分系数)kg=0.1kmol/(m2.h.atm),液膜吸

23

收分系数kL=0.25kmol/(m.h.Kmol/m),溶质的溶解度系数

H=150kmol/(m3.atm),则该溶质为易溶气体,气相总传质系数

Ky=0.0997kmol/(m2.h.△y),液相总传质系数Kx

=0.0369kmol/(m2.h.△x)

41.在逆流吸收塔操作时，物系为低浓度气膜控制系统，如其它操

作条件不变，而气液流量按比例同步增大，则此时气体出口组成

丫2将增虬，而液体出口组成也将减小，回收率将减小。

42.当分离要求和回流比均为一定时，在五种进料状况中，冷液进

料的q值最大，其温度最低，此时，提一段操作线与平衡线

之间的距离最大，分离所需的总理论板数最少。

43.某二元物系的相对挥发度a=4,在具有理论塔板的精储塔内于

全回流条件下作精储操作，已知yn=O.4,则yn+1=_

0.1429o(由塔顶往下数)。全回流操作应用场合通常是开车

调试一。

44.精储操作时，增大回流比，若F,Xf,q不变，则精储段液汽比

L/V增大，提像段液汽比L/V减小,塔顶XD—增

加，塔底Xw减小°

45.连续精储塔操作时，增大塔釜蒸汽用量，而回流量及进料状态(F,

xf,q)不变，则精储段液汽比L/V不变，xD

加_,xw减小.。

46.试述五种不同进料状态下的q值：(1)冷液进料口>1;

(2)泡点液体进料q=1；(3)汽液混合物进料0vqv1

(4)饱和蒸汽进料Q=0:(5)过热蒸汽进料qV0。

47.对不饱和空气进行加热，使温度由t1升至t2,此时其湿

球温度增加，相对湿度降低，露点不变，湿度不变。

48以空气作为湿物料的干燥介质当所用空气的相对湿度较大时，湿

物料的平衡水份相应较大，自由水份相应较小。

二、多项选择题：

⑴某液体在内径为dl的水平管路中稳定流动，其平均流速为uL

当它以相同的体积流量通过内径为d2(d2=dl/2)的管子时，则其流速

为原来的B。

A)2倍；B)4倍；C)8倍；D)16倍

(2)如单位质量流体在管路中的阻力损失以Ehf表示，单位重量

流体在同一管路中的阻力损失以EHf表示，则二者的关系为(B)

(A)LHf>Ehf(B)EHf=Ehf/g

(C)EHf=gLhf(D)Ehf=EHf

(3)离心泵最常用的流量调节方法是(B)

(A)改变吸入管路中阀门开度

(B)改变压出管路中阀门的开度

(C)安置回流支路，改变循环量的大小

(D)车削离心泵的叶轮

⑷①离心泵的调节阀(B)

(A)只能安在进口管路上

(B)只能安在出口管路上

(C)安装在进口管路和出口管路上均可

(D)只能安在旁路上

②离心泵调节阀的开度改变时，贝！1(C)

(A)不会改变管路性能曲线

(B)不会改变工作点

(C)不会改变泵的特性曲线

(D)不会改变管路所需的压头

(5)①离心泵效率最高的点称为(C)

(A)工作点(B)操作点

(C)设计点(D)计算点

(6)①离心泵铭牌上标明的扬程是指(D)

(A)功率最大时的扬程(B)最大流量时的扬程

(C)泵的最大扬程(D)效率最高时的扬程

②以下物理量不属于离心泵的性能参数(D)

(A)扬程(B)效率

(C)轴功率(D)理论功率(有效功率)

(7)①离心泵的扬程是(D)

(A)实际的升扬高度

(B)泵的吸液高度

(C)液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度

(D)单位重量液体出泵和进泵的机械能差值

②离心泵的效率不包括(C)

(A)水力效率(B)机械效率

(C)原动机效率(D)容积效率

(8)对于恒压过滤—D一.

(A)滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的J2倍

(B)滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍

(C)滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍

(D)当介质阻力不计时，滤液体积增大一倍，则过滤时间

增大至原来的V2倍

(9)过滤介质阻力忽略不计,滤饼不可压缩进行恒速过滤时,如滤

液量增大一倍,贝!!_C_

(A)操作压差增大至原来的8倍

(B)操作压差增大至原来的4倍

(C)操作压差增大至原来的2倍

(D)操作压差保持不变

(10)板框压滤机中，最终的过滤速率是洗涤速率的_C.

(A)一倍(B)一半

(C)四倍(D)四分之一

(11)“颗粒的粒度分布愈不均匀，则所形成的床层空隙率越大”，

“壁附近床层空

隙率较床层中心的空隙率大"A.

(A)两种说法都对(B)两种说法都不对

(C)只有第一种说法对(D)只有第二种说法对

(12)旋风分离器的总的分离效率是指Do

(A)颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率

(B)颗粒群中最小粒子的分离效率

(C)不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和

(D)全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率

(13)某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽

温度为110℃,空气进口温度为20℃,出口温度为80℃,问此套管

换热器内管壁温应是一C。

A)接近空气平均温度；B)接近饱和蒸汽和空气的平均温度;

C)接近饱和蒸汽温度

(14)碳钢的导热系数为B:不锈钢的导热系数为C:铜的导

热系数为A,常压常温空气的导热系数为E；常温水的导热系

数为D。

A)370W/m℃B)45W/m℃C)16W/m℃D)0.62W/m℃

E)0.025W/m℃

(15)在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在对a的影响是

A

A)不凝性气体存在会使a(值)大大降低。

B)不凝性气体存在会使a(值)升高。

C)不凝性气体的存在与否，对数据无影响。

(16)用纯溶剂吸收混合气中的溶质。在操作范围内，平衡关系满足

亨利定律，逆流操作。当入塔气体浓度yl上升，而其它入塔

条件不变，则气体出塔浓度y2和吸收率n的变化为：

(C)O

(A)y2上升，n下降；(B)y2下降，n上升；

(C)y2上升，n不变；(D)y2上升，n变化不确定。

(17)某真空操作精储塔，因故真空度减小，而F,D,xf,q,

加料位置，回流比R都不变。则塔底残液xw变化为：(A)

(A)变小(B)变大(C)不变(D)不确定

(18)精储操作时，若F,D,xf,q,加料板位置，R都不变,

而将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶产品组成xD变化为:

(B)

(A)变小(B)变大(C)不变(D)不确定

(19)某二元混合物，进料量为200Kmol/h,xf=0.6,要求得到

塔顶xD不小于0.9,则塔顶最大产量为：(B)

(A)120Kmol/h(B)133.3Kmol/h

(C)180Kmol/h(D)不能定

(20)湿空气在预热过程中不变化的参数是(C)

(A)熔；(B)相对湿度；(C)露点温度；(D)湿球温度。

(21)物料的平衡水份一定是(C)

(A).非结合水份(B),自由水份(C).结合水份(D).临

界水份

(22)空气的干球温度为t,湿球温度为tw,露点为td，当

空气的相对湿度。=98%时，贝(](B)

(A)t=tw=td(B)t>tw>td

(C)t<tw<td(D)t>tw=td

(23)当湿度和温度相同时，相对湿度与总压的关系是：(A)0

(A)成正比；(B)成反比；(C)无关。

(24)一定湿度H的湿空气，随着总压的升高，露点相应地：(A)o

(A)升高；(B)降低；(C)不变。

三、计算题：

1.一水塔供水系统，管路总长L=300m(包括局部阻力在内当量长

度)，水塔和低位槽均为敞口，且液面保持恒定。两液面的高度差

H=10m,规定供水量V=30m3/h。当忽略局部阻力和动压头损失

时，管路摩擦系数人二0.023。试求管道最小直径dmin。

解：在水塔液面和低位槽液面间列柏努里方程，则

2

gAZ+-xAu+Ap/p+Shf=0

其中：Zi=lOni,Z?=0,Ui=0,U2=0,PI=P2=0

2

shf=xx[(L+2Le)/d]x(u/2)=入x[(L+2

Le)/d]*(Vs/-d2)/2

4

=Xx[(L+SLe)/d]x(8xVs2/.72d4)=8xXX(L

+SLe)xVs2/^2d5

Vs=30^3600=0.00833m3/s

所以:8X0.023X300X0.008332/(3.142Xd5)=10x9.81

所以:d=怦第铲。♦峥

2.用离心泵将水由水槽送至某塔中，塔内的表压为9.807X

104N/m2,水槽液面恒定,其上方通大气,水槽液面与输送管出口端

的垂直距离为10叫在某送液量下，泵对水作的功为317.7J/kg,

管内摩擦系数人为0.028,吸入和压出管路总长为110m（包括管

件及入口的当量长度，但不包括出口的当量长度）输送管尺寸为

6108X4mm,水的密度为1000kg/m3o求输水量为多少m3/ho

解：在水槽和塔入口出管截面间列柏努里方程，则

We=gAZ+-^XAU2+Ap/p+Shf

2

其中：We=317,7J/Kg,△Z=10m,；△u=0,△p=p2一

P1=9.807X104,

Shf=Xx[(L+2Le)/d]x(u72)=8xXX(L+2

Le)xVs2/^2d5

317.7=10x9.81+0+9.807X107103+8XO.028x110/(3.142x0.15)xVs2

所以：Vs=0.022m3/s

3.一输水系统的管路总长度(包括所有局部阻力当量长度)为100m,

高位槽和低位槽均为敞口，且液面保持恒定。两液面的高度差H=30

m,管路摩擦系数入=0.025,管子内径为0.05m,水的密度P

nOOOkg/m、泵的效率为0.8,输水量为l(W/h,求：

(1)泵对水作的功；

(2)水的质量流量；

(3)泵的有效功率；

(4)泵的轴功率。

解：在两液槽液面间列柏努里方程，则

We=gAZ+^XAU2+Ap/p+Shf

其中：AZ=30,y△u2=0,Ap=P2—Pi=0,

2

Shf=Xx[(L+SLe)/d]x(u/2)=8xXX(L+S

Le)xVs2/%2ds

=8X0.025X100/(3.142X0.055)X(10/3600)2

=50.09

所以：We=30x9.81+0+0+50.09=344.39J/Kg

Ws=Vsxp=(10/3600)x1000=2.778Kg/s

所以：Ne=WexWs=344.39x2.778=956.64J/s(W)

Na=Ne^77=1195.79J/s(W)

4.某板框压滤机共有10个框，空框的长、宽各为500mm,在一定

压力下恒压过滤30min后，获得滤液lOn?,假设滤布阻力可以忽

略不计。试求：

(1)求过滤常数K；

(2)如果再过滤30min,还能获得多少n?滤液？

解：1.过滤面积A=2xnxa2=2xl0x0.52=5m2

因为：Vi2=KA20i

所以：1。2=KX5、30,所以:K=0.1333m2/min

22

2.又因为：V2=KA<92其中：，2=60min

23

所以：v2=JK.A?=7O.1333X6OX5=14.14m

3

所以：V2=V2-VI=14.14—10=4.14m

5.某悬浮液在一板框式过滤机中进行恒压过滤。过滤面积为4m2,

过滤常数K=0.04m2/s,一个操作循环中，辅助时间为1000s,

滤饼勿需洗涤。假设滤饼不可压缩，过滤介质阻力可以忽略不计,

试求：过滤机的最大生产能力m3/So

解：根据过滤机操作最大生产能力原则，即当加二加时,Q最

大

所以：OF=6D=1000S

又因为：v《=KA2^F

223

所以：VF=ylK0FA=7o.O4xlOOx4=25.298m

所以：Qmax=

3

VF/(9F+6D)=25・298/(1000+1000)=0.01265m/s

6.一单壳程单管程列管换热器，由多根625X2.5mm的钢管组成

管束，管程走某有机溶液，流速为0.5m/s,流量为15000kg/h,

3

比热为1.76kJ/kg.K,密度为858kg/m,温度由20c加热至50℃o

壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别

2

为700W/mK和lOOOOW/^K。钢导热系数为45W/mK0垢层热阻忽

略不计。

求：A)换热器热负荷；

B)总传热系数；

0管子根数

D)管子管长；

解：A)Q=WcxCpcx(t2-ti)=(15000/3600)xl.76x(50-20)=220KJ/s

B)因为：l/K=l/a。+l/«i

所以：l/K=l/10000+l/700

所以:K=654.20W/m2-K

C)因为：u=Vs/[(乃&2/4)-n]

所以:n=Vs/——--u],

又因为：Vs=Ws/s=15000/(858x3600)=0.00486m3/s

所以:n=0.00486/(0.785x0.022x0.5)=31

D)因为：△tB=(At-At2)/In(Ati/At2)

#

△ti=130-20=110℃,△t2=130-50=80C,

△tm=94.20℃

所以:A°=Q/(K-AtJ=220X107(654.20X94.20)=3.57m2

又因为：A0=n-nd0L

所以：L=3.57/(31x3.14x0.025)=1.47m

7.某车间有一台换热面积(以外表面积计)为2.5n?的单程列管

换热器。用180℃的热废气预热轻油，轻油走管外，其流量为

200kg/h,比热为2kJ/kg℃,温度由30℃升至80℃。轻油与热气

体作逆流流动。热废气出口温度为70℃。求：

A)换热器的热负荷；

B)总传热系数；

4

解:A)Q=WcxCpcX(t2-tx)=200x2x(80-30)=2xl0KJ/h=5.55KJ/s

B)Atm=(At-△t2)/In(△ti/△t2)

Ati=180-80=100,At2=70-30=40

所以：△tB=(100-40)/In(100/40)=65.5℃

又因为:Q=Ko-Ao-△to

所以:Ko=Q/(Ao-At.)=5.55/(2.5X65.5)=33.9W/m2•℃

8.用一传热面积为3k由625X2.5mm的管子组成的单程列管式换

热器，用初温为10℃的水将机油由200℃冷却至100℃,水走

管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和

1200kg/h,其比热分别为4.18kJ/kg.K和2.OkJ/kg.K;水侧和

油侧的对流传热系数分别为2000W/m2.K和250W/m2.K,两

流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。

A)换热器的热负荷；

B)总传热系数；

0对数平均温差；

D)计算说明换热器是否适用？

解：A)Q=WcxCphx(T-T2)=1200x2.Ox(200-100)=66.66KJ/s

B)因为：l/Ko=l/ao+l/ai=l/250+l/2000

2

所以:K0=222.22W/m-K

C)因为：Q=WcxCpcx(t2-t1)=WhxCphx(T-T2)

所以：t2=1200x2x(200-100)/(1000x4.18)+10=67,42℃

因为：△ti=200-67・42=132.58

At2=100-10=90

所以：△t.二(△△t2)/ln(△ti/△

t2)=(132.58-90)/In(132.58/90)=109.92℃

D)因为:Q=KoAo-△t.

所以：A0=Q/(Ko-△

tj=66.66X107(222.22X109.92)=2.73m2(3m2

所以:合用。

9.在一传热面为301n2的列管式换热器中，用130℃的饱和蒸汽冷凝

将气体从30℃加热到80℃,气体走管内，流量为5000m3/h,密

度为lkg/m3(均按入口状态计)。比热为1kj/kg.K,估算此

换热器的总传热系数。若气量减少了30%，估算在加热蒸汽压力

和气体入口温度不变的条件下，气体出口温度变为多少？

解：1)Wc=Vc-p=5000xl=5000Kg/h

Q=WcxCphx(t2-t1)=5000xlx(80-30)/3600=69.44KW

又因为：Q=K0-Ao-At.

AtB=(At-At2)/In(Ati/At2)

△ti=130-30=100

At2=130-80=50

所以：△(100-50)/In(100/50)=72.13℃

所以：Ko=Q/Ao△

2

tn=69.44X107(30X72.13)=32.09W/m•℃

z

2)Wc=0.7-Wc=3500Kg/h

Ko7Ko=ai'/ai=(0.7)°%i7ai=(0.7)08

Ko=24.12W/m2•℃

zz

Q=Ko'-Ao,△to=WcxCpcX(tz'-ti)

Z-

Ko'-Ao•△trn=0.7•WcxCpcX(t2tl)

所以：

24.12x30x(t2'-ti)/ln[(130-七)/(130-

z3

t2)]=(3500/3600)xlxl0x9'-t】)

z

所以：(130-ti)/(130-t2')=2.10,t2=82.49℃

10.在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂S吸收混合气体中的

可溶组分Ao入塔气体中A的摩尔分率为0.03,要求吸收率为

95%o已知操作条件下的解吸因数为0.8,物系服从亨利定律，

与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03(摩尔分率)。

试计算：①操作液气比为最小液气比的倍数；

②出塔液体的浓度；

③完成上述分离任务所需的气相总传质单元数gO

解：1)yi=O.03,%95%,x2=0

因为：^=[(y-y2)/yilxlOO%

所以:y2=yi(I-77)=0.03x(1-0.95)=0.0015

又因为:(L/G)Bin=(y-y2)/(yi/m-x2)=m^

已知1/A=m-G/L=O.8所以：L/G=m/O.8=1.25m

所以：(L/G)/(L/G).in=L25m/m77=l.25/0.95=1.316

2)由物料衡算

Xi=G(y-y2)/L=(yr)/(LG)=

(y-y2)/[1.316(L/G)min]

=(y-y2)/[l.316•(y-y2)/(xi*-x2)]=

(Xi*-X2)/1.316

=(0.03-0)/1.316=0.02280

3)NOG=xln[(l-.必一皿2+_L]=—!—ln|(l-0.8)工+0.8]

jAy2-mx2A1-0.8y2

=ln[(1-0.8)+0.8]=7.84

1-0.80.0015

11.有一逆流填料吸收塔，塔径为0.5m,用纯溶剂吸收混合气中的

溶质。入塔气体量为100kmol/h,,溶质浓度为0.01(摩尔分率)，

回收率要求达到90%,液气比为1.5,平衡关系ye=x。试求：

①液体出塔浓度；

②测得气相总体积传质系数Kya=0.10kmol/m3.s,问该塔

填料层高度为多少?

解:1)D=O.5m,x2=0,yi=O.01,?；=90%,G=100Kmol/h,

L/G=l.5

ye=x

由物料衡算得G-(y-y2)=L-(x-X2)

所以:xi=G•(y-y2)/L+X2=(yr)/(L/G)+

X2=〃,yi/(L/G)+x2

=0.9x0.01/1.5+0=0.006

2)因为：m=l

所以：1/A=m-G/L=m/(L/G)=l/1.5=0.667

^W：NoG=^xln[(l-l)^^+l]=—^—ln[(l-0.667)^+0.667]

_JAy2-mx2A1-0.667y2

A

=---ln[(l-0.667)----------+0.667]=4.16

1-0.667(1-0.9)x0.01

又因为：—G=100/3600=1.42

22

K'J。Kva-DO.lOx-xO.5

44

所以:H=NOG・HOG=L42X4.16=5.91m

12.在直径为0.8m的填料塔中，用2000kg/h的清水吸收空气中某

溶质Ao混合气量为89.2kmol/h,混合气含溶质A为1.3%(体

积),要求回收率99.5%,操作条件为20℃、latm,平衡关系

为ye=0.75x,总体积传质系数Kya=0.055Kmol/m3.s,试求

(1)液体出口浓度；

(2)填料层高度。

解：l)D=0・8,L=2000Kg/h,G=89.2Kmol/h,y^O.013,x2=0,

rj=99.5%,ye=0.75x,

2

Kya=0.055Kmol/m,s

由物料衡算式G-(y-y2)=L*(x-x2)

所以：Xi=G•(yr)/L+X2

式中:y-y2=7yi=0.995X0.013=0.01294

L=2000/18=lll.llKmol/h,Xx2=0,

所以:xi=89,2X0.01294/111.11=0.01039

2)因为:1/A=m-G/L=0.75X89.2/111.11=0.602

3江些斗=

1.1Ay2-mx2A

A

―!—ln[(l-0.602)^-+0.602]

1-0.602y2

=---lnf(l-0.602)------------+0.6021=11.02

1-0.602(1-0.995)x0.013

又因为：HOG=—=一色—二89.2/360°=0.897

与“。K-D2().055x^x0.82

wva44

所以:HOG=NOG^=11.02X0.897=9.88m

13.在常压填料吸收塔中，用清水吸收废气中的氨气。废气流量为

223.2kmol/h,废气中氨的浓度为0.02(摩尔分率)，要求回收率

不低于98%。若吸收剂用量为200kmol/h操作条件下的平衡

关系为ye=0.8x,气相总传质单元高度为0.7m。

试求：

A塔底、塔顶及全塔的吸收推动力(气相)；

B气相总传质单元数；

C总填料层高。

解:G=223.2Kmol/h,y[=0・020,x2=0,%98%,L=200Kmol/h,

ye=0.8x,HOG=O.7m

A)因为：^=(yi—y2)/yi

所以：y2=(l-/7)-y^d-O.98)x0.02=0.0004

又因为:G•(%»)，•(x「X2)

所以：Xi=

G•(y「y2)/L+X2=^^X(0.02-0.0004)+0=0.02187

所以：yie=O.8xi=0.8x0.02187=0.01750

所以：塔顶的推动力△yi=yi—

y；=0.02-0.01750=0.002504

塔底的推动力Ay?二y2—y2*=0.0004

全塔平均推动力

△ye产_0.002504-0.0004=0.001147

,Ay,।0.002504

ln^-In

Ay20.0004

B)NoG=(y-y2)/Ayeo=(0.02-0.0004)/0.001147=17.09m

C)H二HOGXNOG=17・09x0.7=12.Om

14.今拟在某一直径为0.5m的填料塔中，在20℃、760mmHg下用

清水对空气一氨混合气进行逆流吸收操作，每小时向塔送入含

NH3为L5mol%的混合气20kmol/h,要求NH3的回收率为98%。已

知20℃的平衡关系为ye=0.75x（x、y均为摩尔分率），出塔溶

液中NB的浓度为平衡浓度的80%。试求：

①出塔溶液中氨的浓度（用摩尔分率表示）；

②水用量；

③己知气相体积总传质系数Kya为0.09kmol/m3.s.△y,计算

所需填料层高度mo

解:D=0.5m,yi=0.015,x2=0,G=20Kmol/h,77=98%,ye=0.75x

Xi=0.8Xi*

A）因为：ye=0.75x,所以：Xi*=

Yi/0.75=0.015/0.75=0.02

所以：XFO.8X0.02=0.016

B）因为:G・（y「y2）=L•（x「X2）

所以：L=

20x0,98x0,015

G•（y-y2）/（x-x2）=G孚•〃（x-x2）==18.375Kmol/h

0.016—0

C）因为:Hoc=—^―=---=20/3600=0.3145m

。（产〉0.09X-X0.52

w44

1/A=m-G/L=O.75x20/18.375=0.816

所以：3—1n［（「］）上些+［

I_，Ay2-ntx2A

A

=―!—ln［（l-0.816）―!—+0,816］=12.52

1-0.8161-0.98

所以:HMHOGXNOGR.3145X12.52=3.93m

15.用常压精储塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料量

100kmol/h,加料组成为0.5（摩尔分率，下同）塔顶产品组成

XD=0.95,产量D=50kmol/h,回流比R=2Rmin,设全塔均为理论

板。相对挥发度a=3。求：

1）最小回流比Rmin;

2）精储段和提储段上升蒸汽量；

3）列出精储段操作线方程和提储段操作线方程。

解:q=l,F=100Kmol/h,Xf=O.5,xD=0.95,D=50Kmol/h,R=2Rn,in,

a=3

A）因为：q=l,所以q线方程为:Xq=Xf=O.5,

yq=----------&—=3x0.5/[l+(3-l)x0.5]=0.75

1+(a-1)x

X

所以:%n=D-'=695-0.75=08

yq-Xq0.75-0.5

B)精储段：V=(R+1)・D=(2Rmin+l)•D=(2x0.8+l)x50=130Kmol/h

提馈段：V^=V=130Kmol/h

O精馈段操作线5言恐Xn+…

2Amm+1

2x0.8,0.95

---------------Xn+=0.615x„+0.3654

2x0.84-1-------2x0.84-1

提储段操作线：因为W=F-D=100-50=50Kmol/h

xw=(F-x-D-xD)/W=(100x0.5-50x0.95)/50=0.05

L，=L+q・F=R-D+q-F=2x0.8x50+100=180

所以:x/—-・x产(180/130)-x/-(50/130)-0.05

=1.3846x，-0.01923

16.某精馆塔用于分离苯一甲苯混合液，泡点进料，进料量

30kmol/h,进料中苯的摩尔分率为0.5,塔顶、底产品中苯的摩

尔分率分别为0.95和0.10,采用回流比为最小回流比的1.5倍,

操作条件下可取系统的平均相对挥发度a=2.40o

(1)求塔顶、底的产品量；

(2)最小回流比Rmin

(3)列出精储段操作线方程

(4)若塔顶设全凝器，各塔板可视为理论板，求离开第二块板

的液体组成。

解：q=l,F=30Kmol/h,Xf=O.5,xD=0.95,Xi=O.1,R=l.5Rnin,

a=2.4

1)因为：F=D+W,FXLDXD+WX»

所

以:D=F-(xf-Xw)/(xD-Xi)=30x(0.5-0.1)/(0.95-0.1)=14.12K

mol/h

W=30-14.12=15.88Kmol/h

2)因为:q=l,所以:q线方程为:xq=Xf=0.5,

zyxY

yq=---------2—=2.40x0.5/(1+1.4x0.5)=0.706

l+(a-l)xx¥

所以：生二^二°处一°706=1.184

yq-xq0.706-0.5

R=1.5R.in=1.5Xl.184=1.78

3)因为:yn+产上Xn+且=”Xn+些=0・6403xn+0.3417

R+lR+\2.782.78

4)因为:y】=XD=0.95,Xyi=—

l+(a-l)xX]

所以：0.95=2^」，X1=0.8879

1+1.4,Xj

y2=0.6403x0.8879+0.3417=0.9102

又因为：y2=1W—，所以：x2=0.8086

17.在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为

1000kg,经干燥后物料的含水量由40%减至5%(均为湿基)，

以热空气为干燥介质,初始湿度H0为0.009kg水/kg绝干气,

离开干燥器时湿度H2为0.039kg水/kg绝干气，假定干燥过

程中无物料损失，试求：

(1)水分蒸发量W(kg水/h)；

(2)空气消耗量L(kg绝干气/h)o

解：GFlOOOKg,W1=40%,W2=5%,

Ho=O.009kg水/kg绝干气，H2=0.039kg水/kg绝干

气

1)因为:W=GC(X「X2)其中：Gc=Gi(1-Wi)=1000X(1-0.4)

=600Kg/h

X1=Wa/d-Wi)^.4/0.6=0.667

X2=w2/(l-w2)=5/95=0.0526

所以：W=GC(X-X2)=600X(0.667-0.0526)=368.62Kg

2)因为:L-(H2-H0)=W,所

IU：L=W/(H2-HO)=368.62/(0.039-0.009)=12287.4Kg/h

18.在一干燥器中干燥某湿物料，每小时处理湿物料3000kg,经

干燥后物料的含水量由35%减至2%(均为湿基)，干燥介质

为373K的热空气，其中所含水汽的分压为LOkN/n?,

空气在313K及相对湿度70%下离开干燥器，试求

(1)水分蒸发量w(kg水/h)；

(2)干燥产品量G2(kg/h)；

(3)空气消耗量L(kg绝干气/h)o

水在313K时的饱和蒸汽压可取为7.4kN/in?,湿空气的总

压为10L3kN/m2。

解：G尸3000K&w尸35%,w2=2%,p^l.OKpa,^=373K=100℃

^2=313K=40℃,%=70%

l)Xi=Wi/(bWi)=0.35/0.65=0.5385

X2=w2/(l-w2)=2/98=0.02041

Gc=G(1-wD=3000X(1-0.35)=1950Kg/h

竹金(X「X2)=1950X(0.5385-0.02041)=1010.28Kg

2)G2=GC/(1-W2)=1950/(1-0.02)=1989.8Kg/h

3)因为:L•(H2-HJ=W,Hi=0.622­—^=0.622•—?一

P—Pi101.3—1

=0.0062kg水/kg绝干气

因为:%=Pz/Ps,所以：P2=%4=0.7x7.4=5.18Kpa

H2=0.622・-^-=0.0335kg水/kg绝干气

P-P2

L(H2-HD=W,所

以:L=1010.28/(0.0335-0.0062)=3.698xlO5Kg/h

19.已知某物料恒定干燥条件下从初始含水量0.4Kg水/Kg

干料降至0.08Kg水/Kg干料，共需要6小时，物料的临界

含水量X°=0.15Kg水/Kg干料,平衡含水量X*=0.04Kg水/Kg

干料,降速阶段的干燥曲线可作为直线处理。

试求：1）恒速干燥阶段所需的时间J

2）降速干燥阶段所需的时间G

解：恒速干燥阶段所需的时间时=枭（及-凡）

A•劭

降速干燥阶段所需的时间—Gd）

x、一x

（X「X°）