化工原理典型习题解答.pdf

化工原理典型习题解答化工原理典型习题解答 1 某液体在一等径直管中稳态流动 若体积流量不变 管内径减小为原来的一 半 假定管内的相对粗糙度不变 则 1 层流时 流动阻力变为原来的 C A 4 倍 B 8 倍 C 16 倍 D 32 倍 2 完全湍流 阻力平方区 时 流动阻力变为原来的 D A 4 倍 B 8 倍 C 16 倍 D 32 倍 解 1 由 2 22 32 2 64 2d luu d l du u d l hf 得 1624 4 2 1 2 2 1 2 2 1 2 21 2 12 1 2 d d d d d d du du h h f f 2 由 22 22 u d l d f u d l hf 得 322 5 5 2 1 2 1 4 2 1 2 2 1 1 2 2 1 2 d d d d d d du du h h f f 2 水由高位槽流入贮水池 若水管总长 包括局部阻力的当量长度在内 缩 短 25 而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变 假定流体完全湍流 流动 即流动在阻力平方区 不变 则水的流量变为原来的 A A 1 155 倍 B 1 165 倍 C 1 175 倍 D 1 185 倍 解 由 f h up gz up gz 22 2 22 2 2 11 1 得 21ff hh 所以 22 2 22 2 2 11 1 u d llu d ll ee 又由完全湍流流动 1 得 d f 所以 2 22 2 11 ullull ee 而 2 4 duuAV 所以 1547 1 75 0 1 2 1 1 2 1 2 e e ll ll u u V V 3 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降 已知 玻璃球的密度为 2500kg m3 水的密度为 998 2kg m3 水的粘度为 1 005 10 3Pa s 空气的密度为 1 205kg m3 空气的粘度为 1 81 10 5Pa s 1 若在层流区重力沉降 则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 B A 8 612 B 9 612 C 10 612 D 11 612 2 若在层流区离心沉降 已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为 2 则 水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 D A 10 593 B 11 593 C 12 593 D 13 593 解 1 由 18 2 gd u s t 得 g u d s t 18 所以 612 9 1081 1 2 9982500 10005 1 205 1 2500 5 3 aws was a w d d 2 由 R ud u Ts r 22 18 gR u K T c 2 得 c s r gK d u 18 2 cs r gK u d 18 所以 593 13 11081 1 2 9982500 210005 1 205 1 2500 5 3 cwaws cawas a w K K d d 4 某一球形颗粒在空气中自由重力沉降 已知该颗粒的密度为 5000kg m3 空气 的密度为 1 205kg m3 空气的粘度为 1 81 10 5Pa s 则 1 在层流区沉降的最大颗粒直径为 B 10 5m 2 A 3 639 B 4 639 C 5 639 D 6 639 2 在湍流区沉降的最小颗粒直径为 C 10 3m A 1 024 B 1 124 C 1 224 D 1 324 解 1 由 t du Re 得 d ut Re 而 18 2 gd u s t 所以 m g d s 5 3 2 5 3 2 10639 4 807 9 205 1 5000205 1 11081 1 18Re18 2 由 gd u s t 74 1 得 d gd s Re 74 1 222 22 74 1 Re d gd s 所以 m g d d s 3 3 2 2 2 5 3 2 22 10224 1 807 9 205 1 5000205 1 74 1 10001081 1 74 1 Re 5 对不可压缩滤饼先进行恒速过滤后进行恒压过滤 1 恒速过滤时 已知过滤时间为 100s时 过滤压力差为 3 104Pa 过滤时间为 500s时 过滤压力差为 9 104Pa 则过滤时间为 300s时 过滤压力差为 C A 4 104Pa B 5 104Pa C 6 104Pa D 7 104Pa 2 若恒速过滤 300s后改为恒压过滤 且已知恒速过滤结束时所得滤液体积为 0 75m3 过滤面积为 1m2 恒压过滤常数为K 5 10 3m2 s qe 0m3 m2 过滤介 质的阻力可以忽略 则再恒压过滤 300s后 又得滤液体积为 D A 0 386m3 B 0 486m3 C 0 586m3 D 0 686m3 解 1 由 bap 得 ba ba 500109 100103 4 4 3 两式相减 得 a400106 4 150 400 106 4 a 所以 15000150100103 4 b 所以 Pap 4 1066000015000300150 2 由 RReR Kqqqqq 2 22 得 RR Kqq 22 R R RR K A V Kqq 2 2 4361 10625 230010575 0 3 2 23 6861 0 75 0 4361 1 mmq 6 对某悬浮液进行恒压过滤 已知过滤时间为 300s时 所得滤液体积为 0 75m3 且过滤面积为 1m2 恒压过滤常数K 5 10 3m2 s 若要再得滤液体积 0 75m3 则 又需过滤时间为 C A 505s B 515s C 525s D 535s 解 由 Kqqq e 2 2 得 2 2qKqqe 所以 625 0 75 02 75 0300105 2 232 q qK qe 825 105 5 1625 0 25 12 3 22 K qqq e s525300825 7 水蒸汽在一外径为 25mm 长为 2 5m 的水平管外冷凝 3 若管外径增大一倍 则冷凝传热系数为原来的 C A 0 641 倍 B 0 741 倍 C 0 841 倍 D 0 941 倍 4 若将原水平管竖直放置 且假定冷凝液层流流动 则冷凝传热系数为原 来的 A A 0 493 倍 B 0 593 倍 C 0 693 倍 D 0 793 倍 4 解 1 由 4 1 32 725 0 wso ttd gr 得 841 0 2 1 4 1 4 1 2 1 1 2 o o d d 2 由 4 1 32 13 1 ws ttL gr 得 493 0 5 2 1025 725 0 13 1 725 0 13 1 4 1 3 4 1 L do H V 8 冷热水通过间壁换热器换热 热水进口温度为 90 C 出口温度为 50 C 冷水 进口温度为 15 C 出口温度为 53 C 冷热水的流量相同 且假定冷热水的物性 为相同 则热损失占传热量的 C A 5 B 6 C 7 D 8 解 由 21 TTcWQ phhh 21 ttcWQ pccc 得 05 0 40 3840 5090 15535090 21 1221 TT ttTT Q QQ h ch 5 二 二 计算题计算题 1 如图所示 常温的水在管道中流过 两个串联 的U形管压差计中的指示液均为水银 密度为 Hg 测压连接管内充满常温的水 密度为 w 两 U形管的连通管内充满空气 若测压前两U形管压 差计内的水银液面均为同一高度 测压后两U形 管压差计的读数分别为R1 R2 试求a b两点间 的压力差 ba pp 1 R 2 R 空气 ab Hg w w Hg 1 2 3 4 5 h 解 11 ghpp wa 11 ghpp wa 21 pp 132 gRpp Hg 43 pp 254 gRpp Hg 55 ghpp wb 52455 ghgRpghpp wHgwb 524113 ghgRpghgRppp wHgwHgba 5121 ghghRRg wwHg 而 2 1 1 R hh 2 2 5 R hh 所以 22 21 21 R ggh R gghRRgpp wwwwHgba gRRRRgRRg wHgwHg212121 2 1 2 1 R h b a Hg w w 1 23 45 1 h 2 h 2 在如图所示的测压差装置中 U形管压差计中 的指示液为水银 其密度为 Hg 其他管内均充满 水 其密度为 w U形管压差计的读数为R 两测 压点间的位差为h 试求a b两测压点间的压力差 ba pp 解 由 11 ghpp wa 6 321 ppp gRpp Hg 43 54 pp 25 ghgRpp wwb 所以 151413 ghgRpghgRpghpp wHgwHgwa 所以 21 ghgRghgRpp wwwHgba 21 hhggRgR wwHg ghgRgR wwHg hRggR wHg ghgR wwHg 3 某流体在水平串联的两直管 1 2 中稳定流动 已知2 21 dd 今测得该流体流径管道 1 的压力降为 0 64m 液柱 流径管道 2 的压 力降为 0 064m 液柱 试计算管道 2 的长度 ml100 1 1800Re1 2 l 解 由 2 2 1 d d 得 4 1 2 1 2 2 2 1 1 2 d d u u 所以 2 1 4 1 2 Re Re 1 2 1 2 11 22 1 2 u u d d ud ud 所以 900Re 2 1 Re 12 所以 0356 0 1800 64 Re 64 1 1 071 0 900 64 Re 64 2 2 又 2 2 u d l h p f g u d l H g p f 2 2 7 所以 1 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 f f H H g u d l g u d l 1 2 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 f f H H d d u u l l 所以 m H H d d u u ll f f 160 64 0 064 0 24 2 1 100 2 1 2 1 2 2 2 2 1 2 1 12 4 密度为 1000kg m3 粘度为 1cP的水 以 10m3 h的流量在内径为 45mm的水平 光滑管内流动 在管路某处流体的静压力为 1 5 105Pa 表压 若管路的局部阻力 可忽略不计 则距该处 100m下游处流体的静压力为多少Pa 绝对压力 解 sm d V u 75 1 045 0 3600 10 4 4 22 78750 101 100075 1045 0 3 du R 0189 0 78750 3164 0 Re 3164 0 25 025 0 由 f h up gz up gz 22 2 22 2 2 11 1 得 2 2 112 u d l phpp f 2 75 11000 045 0 100 0189 0105 1 2 5 绝压表压 2524 10870125 1 1056875 8 mNmN 5 用一离心泵将冷却水由贮水池送至高位槽 已知高位槽液面比贮水池液面高出 10m 管路总长 包括局部阻力的当量长度在内 为 400m 管内径为 75mm 摩擦 系数为 0 03 该泵的特性曲线为 试求 26 106 018QH 5 管路特性曲线 6 泵工作时的流量和扬程 知 mh10 mll e 400 8 md075 0 03 0 26 106 018QH 求 1 ee QfH 2 QH 解 1 由 2 42 2 1 2 212 12 8 2 e e e Q gdd ll g uu g pp zzH 得 252 42 101795 410 075 0 8 075 0 400 03 010 eee QQ g H 2 而 26 106 018QH 所以 2625 106 018101795 4 10QQ 解之 smQ 108034 2 101795 10 8 33 5 所以 mH2846 13108034 2 101795 4 10 2 35 6 现有一台离心泵 允许吸上真空度mHs6 用来输送 20 C的清水 已知流量 为 20m3 h 吸入管内径为 50 mm 吸入管的全部阻力损失为OmHH f2 5 1 当 地大气压为 10 mH2O 试计算此泵的允许安装高度为多少米 g H 解 sm d V u 831 2 05 0 3600 20 4 4 22 1 fsg H g u HH 2 2 1 m091 4 5 1409 0 65 1 807 92 831 2 6 2 7 远距离液位测量 欲知某地下油品贮槽的液位H 采用图示装置在地面上进行测量 测量时控 制氮气的流量使观察瓶内产生少许气泡 已知油品的密度为 850 kg m3 并铡得 水银压强计的读数R为 150mm 同贮槽内的液位 H 等于多少 9 解 因观察瓶内只有少许气泡产生 这表明在管道内氮气的流速极小 可近 似认为处 于静止状态 在静止流体内部各点的单 位总势能相等 故 BA pp 因 2 N 很小 贮槽内液位为 8 管道两点之间压的测量 A B 两断面分别位于直管段内 在此两断面间装有单 U 形管和复式 U 形管 压强计 如附图所示 单 u 形管内指示液的密度为 1 复式 U 形管的中间流体和直管内流体相同 密度均为 试证明R1 R2十R3 解 在直管内垂直于流动方向的横断面上 流体压强服从静压分布规律 其虚拟压强 是常数 连接于管路 A B 两点间压差计的 读数直接反映两测压点所在断面的虚拟压 强差 p 对于单 U 形管压强计 gRpp BA 11 1 对于复式 U 形管的左 右两 U 形管可分别 写出 gRppA 12 gRpp B 13 两式相加得 gRRpp BA 132 2 由式 1 式 2 可得 321 RRR 10 9 虹吸管顶部的最大安装高度 利用虹吸管将池中温度为 90 热水引出 两容器水面 的垂直距离为 2m 管段 AB 长 5m 管段 BC 长 10m 皆 包括局部阻力的当量长度 管路直径为 20mm 直管阻 力系数为 0 02 若要保证管路不发生汽化现象 管路顶点 的最大安装高度为多少 已知 90 热水的饱和蒸汽压 为 7 01 104Pa 解 在断面 1 1 和 2 2 之间列机械能衡算式 可求得 管内流速 设顶点压强 在断面 1 1 和断面 B B 之间列机械能街算式 可求 出 B 点最大安装高度为 VB pp 10 喷嘴的尺寸与喷出速度 附图所示管路由 57 3 5 钢管组成 管长 18m 有标准直角弯头两个 闸 阀一个 直管阻力系数为 0 029 高位槽内水面距管路出口的垂直距离为 9m 当 阀门全开 口 试求 1 管路出口流速及流量 2 若在管路出口装一直径为 25mm 的喷嘴 喷嘴的局部阻力系数 E 0 5 管路的出口流速和流量有何变化 3 改变喷嘴尺寸 可能获得最大喷出速度为多少 假设喷嘴的局部阻力系数 E 0 5 不变 4 若将流体视为理想流体 安装咳嘴前后流量的变化如何 解 1 管路中各管件的局部阻力系数分别是 17 0 75 0 5 0 CDBA 由断面 1 1 和 2 2 之间的机械能衡算 式 得 11 在管路出口安装喷嘴 缩小了出口流通面积并引入一个局部阻力 使管内流 量减少 管内流量的降低使沿程阻力损失大为减少 而且减少量远远超过喷嘴产 生的局部阻力损失 因此 就整个管路而言 阻力损失不是增加而是减小了 喷 嘴出口的流速之所以能够加快 其原因就在于此 在本例中 安装喷嘴后 出口 的流通面积缩小了 3 4 流量减少了 3 由 2 可知 喷嘴直径越小 管路沿程阻力损失亦越小 喷出速度越大 当 喷嘴直径足够小时 管内流体可看成是静止的 沿程阻力损失为零 在此条件下 可求得喷嘴的最大喷出速度为 4 对于理想流体 安装喷嘴前后的出口流速皆为 gHu2 故安装喷嘴前 后的流量之比为 11 从水塔管道输送水 水塔水面距出水管口的垂育距离为 10m 新管道全长 500m 管件的局部阻力可近似地等于水管全长的 50 水温为 20 输水量为 10m3 h试求水管的最小直径 解 取水塔水面为 1 1 截面 水管出水口为 2 2 截面 基准水平面通过 出水管的水平中心线 在两截面间列柏努利方程式 12 12 在如图所示的平板导热系数测定装置中 试样直径mmd120 且由于试样 厚度b远小于直径 可以忽略试样径向的热损失 由于安装不好 试样与冷 热表面之间均存在着一层厚度为 0 1mm 的空气隙 设热表面温度 冷 表面温度 测试时测得的传热速率 d Ct 180 1 Ct 30 2 WQ2 58 空 气 隙 在下 的 导 热 系 数 在下的导热系数 试计算空气隙的存在 给导热系数的测定带来的误差 提示 不考虑 空气隙计算得到的导热系数 1 t 10780 3 2 1 KmW 2 t 10675 2 2 2 KmW 为表观值 考虑空 气隙计算得到的导热系数 为真实值 即要计算 bmmb1 0 2 mmb1 0 1 d 120mm 1 t 2 t Q 解 由 b tt SQ 21 13 得 b b dtt Qb Stt Qb 3067 34 12 0785 030180 2 58 4 2 2 21 21 又由 2 2 1 1 21 2 2 1 1 21 bbb Stt S b S b S b tt Q 得 Q Sttbbb 21 2 2 1 1 所以 2 2 1 121 bb Q Sttb 022765 0 10675 2 101 0 10780 3 101 0 2 58 12 0785 030180 2 3 2 3 2 b 9271 43 所以 90 212190 0 9271 43 3067 349271 43 13 外径为 50mm 的不锈钢管 外包 6mm 厚的玻璃纤维保温层 其外再包 20mm 厚 的石棉保温层 管外壁温为 300 C 保温层外壁温为 35 C 已知玻璃纤维和石棉的 导热系数分别为 0 07W m K 和 0 3 W m K 试求每米管长的热损失及玻璃纤维层 和石棉层之间的界面温度 解 mW r r r r tt L Q 9 351 62 102 ln 3 0 1 50 62 ln 07 0 1 353002 ln 1 ln 1 2 2 3 21 2 1 31 mW r r tt L Q 9 351 ln 1 2 1 2 1 21 所以 Ct 128 2 07 3 9 351300 2 14 某液体在一直管内 忽略进口段的影响 稳定强制湍流流动 该管内径为 20mm 测得其对流传热系数为 现将管内径改为 27mm 并忽略出口温度变化对物性所产 生的影响 7 若液体的流速保持不变 试问管内对流传热系数有何变化 8 若液体的质量流量保持不变 试问管内对流传热系数有何变化 14 知 mmmd20020 0 mmd27 求 1 2 解 1 由 12 uu n p c du d 8 0 023 0 得 9417 0 20 27 27 20 8 0 8 0 1 2 2 1 1 8 0 1 2 8 0 2 1 2 d d d d d d d d 2 由 12 WW uAVW 得 1122 AuAu 2 2 1 1 2 d d u u 所以 8 0 2 2 1 8 0 1 2 2 1 8 0 11 22 2 1 1 8 0 11 2 8 0 22 1 2 d d d d d d ud ud d d d ud d ud 5826 0 27 20 8 1 8 1 2 1 6 1 2 1 8 0 1 2 2 1 d d d d d d d d 15 饱和温度为 100 C 的水蒸汽 在外径为 40mm 长度为 2m 的单根竖管 外表 面上冷凝 管外壁温为 94 C 试求每小时的蒸汽冷凝量 100 C下水的汽化潜热r 2258 103 J kg 97 C下水的物性数据为 0 682 W m K 2 82 10 4 Pa s 958 kg m3 解 由 4 1 32 13 1 ws o ttL gr 得 KmW o 2 4 1 4 323 4659 7465 9410021082 2 682 0 807 9 958102258 13 1 又由 WrttLdttSQ wsoowso 得 3 102258 94100204 04659 7465 r ttLd W wsoo 15 hkgskg 9484 17 109857 4 3 16 在管长为 1m 的冷却器中 用水冷却油 已知两流体作并流流动 油由 420K 冷却到 370K 冷却水由 285K 加热到 310K 欲用加长冷却管的办法 使油出口温 度降至 350K 若在两种情况下油 水的流量 物性 进口温度均不变 冷却器除 管长外 其他尺寸也不变 试求加长后的管长 知 ml1 1 KT420 1 KT370 2 KT350 2 Kt285 1 Kt310 2 求 2 l 解 由 1221 ttcWTTcW pccphh 得 285310370420 pccphh cWcW 285350420 2 tcWcW pccphh 所以 285 285310 350420 370420 2 t 285 25 70 50 2 t Kt320 50 70 25285 2 又由 22 11 2211 ln tT tT tTtT tm 得 Ktm49 92 60 135 ln 60135 1 K t t tm81 69 30 135 ln 30135 350 135 ln 350135 2 2 2 16 又由 mm tldnKtKSQ 得 1 2 1 2 1 2 m m t t l l Q Q 所以 8548 1 81 69 49 92 50 70 2 1 1 2 1 2 m m t t Q Q l l 17 在一内钢管为 180 10mm的套管换热器中 将流量为 3500kg h 的某液态烃从 100 C冷却到60 C 其平均比热为2380J kg K 环隙逆流走冷却水 其进出口温度分 别为40 C和50 C 平均比热为4174 J kg K 内管内外侧对流传热系数分别为 2000W m2 K 和3000W m2 K 钢的导热系数可取为45 W m K 假定热损失和污垢 热阻可以忽略 试求 9 冷却水用量 10 基于内管外侧面积的总传热系数 11 对数平均温差 12 内管外侧传热面积 解 1 由 1221 ttcWTTcW pccphh 得 hkg ttc TTcW W pc phh c 7982 40504174 6010023803500 12 21 2 mm d d dd d i o io m 80 169 160 180 ln 160180 ln om o i o io d db d d K 111 3 101314 1 3000 1 8 169 180 45 01 0 160 180 2000 1 所以 8571 883 2 KmWKo 3 C t t tt tm 75 32 20 50 ln 2050 ln 1 2 12 逆 4 由 21 TTcWtSKQ phhmo 逆 17 得 3 21 1975 3 75 32857 8833600 6010023803500 m tK TTcW S mo phh 逆 18 在列管换热器中 用120 C的饱和蒸汽将存放在常压贮槽中的温度为20 C 比热为2 09 质量为2 10 CkgkJ 4kg的重油进行加热 采用输油能力为 6000kg h的油泵 将油从贮槽送往换热器 经加热后再返回贮槽中 油循环流动 若要求经4h后油温升高至80 C 试计算换热器的传热面积 设加热过程中K可取 为350 且在任何时刻槽内温度总是均匀一致的 2 CmW 知 CT 120 Ct 20 1 Ct 80 1 2090CkgJcp kgm 4 102 skghkgW 3600 6000 6000 s36004 350 2 CmWK 求 S 解 在 时刻 2 1 12 1 2 21 1 2 12 1 2 12 lnlnlnln tT tT tt tT tT tt tT tT tTtT t t tt tm 又 2 1 12 12 ln tT tT tt KStKSttWc mp 所以 2 1 ln tT tT KS Wcp p Wc KS tT tT 2 1 ln p Wc KS e tT tT 2 1 p Wc KS e tT tT 1 2 T T 2 t 1 t 1 t 18 p Wc KS e tT Tt 1 2 在d 内 d tT tT tt KSdtKSdtmc mp 2 1 12 1 ln 所以 d Wc KS t e tT T KSdtmc p Wc KS p p 1 1 1 d e tetTTe KS Wc KS p pp Wc KS Wc KS Wc KS p 11 d e teTe Wc p pp Wc KS Wc KS Wc KS p 1 11 dtT e e Wc p p Wc KS Wc KS p 1 1 所以 d e e m W tT dt p p Wc KS Wc KS t t 1 0 1 1 1 1 pp p Wc KS Wc KS Wc KS e m W e e m W tT tT1 1 1 ln 2 1 2 1 ln 1 1 tT tT W m e p Wc KS 2 1 ln1 1 tT tT W m e p Wc KS 2 1 ln1 1 tT tT W m e p Wc KS 19 2 1 ln1 1 ln tT tT W mWc KS p 所以 2 1 ln1 1 ln tT tT W mK Wc S p 2 4 3526 14 80120 20120 ln 36004 3600 6000 102 1 1 ln 350 2090 3600 6000 m 20 下下 册册 1 吸收剂用量对气体极限残余浓度的影响 用纯水逆流吸收气体混合物中的SO2 其余组分可视为惰性成分 混合物中 SO2的初始浓度为5 体积百分数 在操作 条件下相平衡关系 试分别计算液 气比为4与6时气体的极限出口浓度 xy0 5 解 当填料塔为无限高 气休出口浓度 达极限值 此时操作线与平衡线相交 对于 逆流操作 操作线与平衡线交点位置取决于 液 气比与相平衡常数m的相对大小 当L G 4 L G m 时 操作线 ab与平衡线交于塔底 见附图点b 由相平 衡关系可以计算液体出口的最大浓度为 由物料衡算关系可求得气体的极限出口浓度 为 当L G 6时 L G m 操作线a b 与平衡线交于塔顶 见附图中点a 由平衡关系可以计算气体极限出口浓度为 由物料衡算关系可求得液体出口浓度为 从以上计算结果可知 当L G m时 气体的极限残余浓度随L G增大而 减小 当L G m时 气体的极限浓度只取决于吸收剂初始浓度 而与吸收剂的 用量无关 2 逆流与并流操作最小吸收剂用量 在总压为3 039 105 Pa 绝对 温度为20 下用纯水吸收混合气体中的SO2 SO 2的初始浓度为0 05 摩尔分率 要求在处理后的气体中SO2含量不超过1 体 积百分数 已 知在常压下20 时的平衡关系为y 13 9x 试求逆流与并流操作时的最小液气 比 L G 各为多少 解 由常压下20 时的相平衡关系y 13 9x 可求得p 3 039 105Pa t 20 21 时的相平衡常数为 1 逆流操作时 气体出口与吸收剂入口皆位于塔顶 故操作线的一个端 点 y2 x2 的位置已经确定 附图b中点b 当吸收剂用量为最小时 操作线将在塔底 与平衡线相交于点d 即 于是 由物料衡算式可求得最小液气比为 myx 1max1 2 并流操作时 气体与液体进口皆位于塔顶 故操作线一端点 的 位置已确定 附图b中点c 当吸收列用量最小时 气液两相同样在塔底达到平 衡 操作线与平衡线交于d点 此时 1 y 2 x m y x 2 max1 由物料衡算式可得最小液气比 为 从以上计算结果可以看出 在同样的操作条件下完成同样的分离任务 逆流 操作所需要的最小液气比远小于井流 因此 从平衡观点看 逆流操作优于并流 操作 3 吸收塔高的计算 某生产过程产生两股含有HCl的混和气体 一股流量 1 G 0 015kmo1 s HCI浓度 摩尔分率 另一股流量1 0 1 G y 1 G 0 015kmo1 s HCl浓度 附图 a 附图 b 22 04 0 2 G y 摩尔分率 今拟用一个吸收塔回收二股气体中的HCl 总回收率不低 于85 历用吸收剂为20 纯水 亨利系数E 2 786 105 Pa 操作压强为常 压 试求 1 将两股物料混和后由塔底入塔 附图a中点a 最小吸收剂用量为多少 若将第 二股气流在适当高度单独加入塔内 附图a中点b 最小吸收刘用量有何变化 2 若空塔速度取0 5m s 并已测得在此气速下 kmo1 s m 3 108 aKy 2 实际液气比取最小液气比的 1 2倍 混合进料所需塔高为多少 3 若塔径与实际液气比与 2 相同 第二股气流在最佳位置进料 所需塔高 为多少 中间加料位于何处 解 1 在操作条件下 系统的相平衡常数为 两股气体混和后的浓度为 气体出口浓度为 两股气体混合后进塔的最小液气比 参见附图b 为 当两股气体分别进塔时 塔下半部的液气比大于上半部 操作线将首先在中 间加料处与平衡线相交 参见附图c 对中间加料口至塔顶这一段作物料衡算 可 求出为达到分离要求所需要的最小液气比为 附图 a 附图 c 附图 b 23 吸收塔下半部的液气比056 4 1min GL 对下半部作物料杨算可得液体最 大出口浓度为 连接 0 2 y 2G y m yG2 和 1G y m yG1 三点即得分段进料的操作线 24 25 4 吸收剂再循环对所需塔高的影响 用纯水吸收空气 氨混合气体中的氨 氨的初始浓度为0 05 摩尔分率 要 求氨回收率不低于95 塔底得到的氨水浓度不低于0 05 已知在操作条件下气 液平衡关系 试计算 xye95 0 26 5 吸收剂用量对传质系数的影响 27 6 传质阻力较小侧流体的流量变化对吸收过程的影响 28 7 提高回收率的代价 29 8 理论板数的计算 30 31 9 回流温度对所需理论塔板数的影响 混合液组成 分离要求 回流比 加料热状态及相平衡关系皆与 例1 相同 但回流温度为20 求所需理论板数为多少 已知回流液体的泡点为83 汽化 潜热为3 2 104J mol 比热容为140J mo1 K 32 与题 8 相比较可知在同样回流比 下 回流液体的温度越低 塔内实际 循环的物料量越大 所需理论板数越 少 其代价自然是增加塔釜的热耗 10 原料组成对最小回流比的影响 两种含苯和甲苯混合液 所含苯 的浓度各为 0 2 与 0 4 皆为摩尔分 率 欲用精馏方法加以分离 要求馏 出物组成为 0 85 混合液在泡点状态 加入塔内 试求所需的最小回流比各 为多少 若原料液系由水与乙醇混合 而成 原料入塔的热状态及塔顶产品的浓度不变 试计算当原料组成为 0 2 及 0 4 时 所需要的最小回流比各为多少 两物系平衡关系如附图所示 33 11 加料热状况对所需最低能耗的影响 某苯与甲苯混合物的流量为 100 kmol h 苯的浓度为 0 3 摩尔分率 温度 为 20 拟采用精馏操作对其进行分离 要求塔顶产品的浓度为 0 9 苯的回收 率为 90 精馏塔在常压下操作 相对挥发度为 2 47 试比较以下三种工况所 需要的最低能耗 包括原料预热需要的热量 1 20 加料 2 预热至泡点加料 3 预热至饱和蒸汽加料 已知在操作条件下料液的泡点为 98 平均比热容为 161 5J mol K 汽化潜热为 32600J mol 34 35 12 设有部分冷凝器的精馏塔理论板数的计算 用精馏操作分离含甲醇 20 摩尔分率 的水与甲醉混合液 精馏塔顶部设有 部分冷凝器 见附图a 未冷凝的气体继续冷凝得到液体产品D1 冷凝液部分回流 入塔 部分作为产品D2 其数量为Dl的 1 3 要求塔顶产品Dl的浓度为 0 9 塔底 产品浓度为 0 05 物料在泡点下入塔 以产品Dl计的回流比取为 1 5 在操作条 件下 物系的平衡关系如附图b所示 试求该精馏塔内应具有多少块理论板 wDDf xx D xDFx 2 1 11 3 36 13 物料衡篡关系对精馏塔的调节作用 用精馏塔分离苯与甲苯混合物 精馏塔具有 10 块理论板 加料板为第 4 块 料液在泡点下进塔 回流比R 3 0 在正常操作下 馏出液浓度xD 0 9 馏出率 D F 0 4 现进料组成因故降为Xf 0 30 试问 1 若保持馏出率 D F 不变 增大回流比 能否得到合格产品 2 为保证塔顶产品质量合格 在原回流比下 馏出率应降为多少 若进料绝 F 不变 塔釜供热量须相应作何调整 37 14 湿空气的混合 某干燥器的操作压强为 79 98kPa 出口气体的温度为 60 相对湿度 70 将部分出口气体返回干燥器入口与新鲜空气相混合 使进入干燥器的气体温 度不超过 90 相对湿度为 12 参见附图 a 已知新鲜空气的质量流量为 0 5025kg s 温度为 20 湿度为 0 005kg 水