化工原理例题

1、化工原理课件,第三章,非均相物系的分离,例,2,在过滤压强差为,0.3MPa,条件下，利用板框压滤,机对某药物悬浮液进行恒压过滤，过滤面积,21m,2,得,到不可压缩滤饼，且滤饼体积与滤液体积之比为,0.018,已知当过滤压强差为,0.1 MPa,而其它操作条件,相同时，该压滤机的过滤常数,q,e,0.0217 m,3,m,2,e,2.81 s,试求当所得滤饼体积为,0.26m,3,时，所获得,的滤液体积及所需的过滤时间,解,3,s,m,44,14,018,0,26,0,V,V,滤液体积,2,3,m,m,69,0,21,44,14,A,V,q,化工原理课件,第一章,流体流动,第三节,过滤,九、

2、过滤机的生产能力,化工原理课件,第三章,非均相物系的分离,例：用框数为,26,的,BMS20/635-25,压滤机恒压过滤,每升水中含,25g,固相的悬浮液,料浆温度为,25,o,C,已,知,每次过滤,完毕用清水洗涤滤饼,洗水温度及表压与滤浆相同,而体积为滤液的,8,辅助操作时间为,l5min,已,知,求,Q,s,m,10,678,1,2,4,K,2,3,m,m,0217,0,e,q,T,V,Q,V,T,恒压过滤方程,W,D,0179,0,化工原理课件,第一章,流体流动,第三节,过滤,九、过滤机的生产能力,化工原理课件,第三章,非均相物系的分离,解,2,2,m,21,26,2,635,0,A,

3、过滤面积,3,2,m,262,0,26,025,0,635,0,滤框总容积,1,求,V,滤饼充满滤框时对应的滤液体积,3,m,64,14,0179,0,262,0,262,0,V,过滤终了时的,q,值,2,3,m,m,6981,0,21,66,14,A,V,q,化工原理课件,第三章,非均相物系的分离,2,求,2,e,e,K,q,q,恒压过滤方程式,81,2,10,678,1,0217,0,6981,0,4,2,s,3085,第三节,过滤,九、过滤机的生产能力,3,求,W,V,V,W,8,3,173,1,66,14,08,0,m,E,W,d,d,4,1,d,d,V,V,E,2,2,4,1,e,V

4、,V,KA,化工原理课件,第三章,非均相物系的分离,s,m,10,119,6,3,4,4557,0,66,14,21,10,678,1,8,1,d,d,2,4,W,V,s,V,V,1917,10,119,6,173,1,d,d,4,W,W,W,h,m,942,8,3600,3,D,W,V,Q,3,4557,0,21,0217,0,m,A,q,V,e,e,第三节,过滤,九、过滤机的生产能力,化工原理,第一章,流体流动,第二节,流体在管内的流动,例,某压缩机的吸入管路直径为,200mm,压出管路,直径为,80mm,吸入管内气体压强为,9.73,10,4,Pa,温度为30，压出管路内气体压强为,5.

5、886,10,5,Pa,表压），温度为80，已测得吸入管内气体平均,流速为,20m/s,试求压出管的流速、质量流速和压,缩机的,排气量（以质量流量表示,3,5,4,1,m,kg,12,1,10,013,1,10,73,9,30,273,273,4,22,29,2,1,1,1,m,kg,4,22,20,12,1,u,G,解：吸入管,化工原理,第一章,流体流动,第二节,流体在管内的流动,3,5,5,5,2,m,kg,81,6,10,013,1,10,886,5,10,013,1,80,273,273,4,22,29,3,2,2,2,2,2,1,1,2,m,kg,140,08,0,2,0,4,22,

6、d,d,G,G,m/s,6,20,81,6,140,G,u,2,2,2,s,kg,704,0,4,2,0,4,22,A,G,w,2,1,1,s,压出管,压缩机的排气量,化工原理课件,第一章,流体流动,化工原理,第一章,流体流动,第二节,流体在管内的流动,例,求,We,1200kg/m,3,P=101325Pa,蒸发室压强,2OOmmHg,真空度,15m,68,4mm,2Om,3,h,全部能损为,12OJ/kg,求泵的有效功率,分析,上游截面,下游截面,1-1,3-3,4,4,5-5,2-2,6-6,化工原理,第一章,流体流动,解：由柏努利方程,f,e,h,p,u,gZ,W,p,u,gZ,2,2

7、,2,2,1,2,1,1,2,2,其中,Pa,26666,101330,760,200,2,表压,p,0,0,0,1,1,1,表压,p,u,Z,m,15,2,Z,3,1200,m,kg,kg,J,h,f,120,m/s,97,1,1000,60,4,3600,20,2,2,A,V,u,s,kg,J,We,9,246,s,kg,V,W,s,s,67,6,3600,1200,20,W,1647,s,e,e,W,W,N,化工原理,第一章,流体流动,第二节,流体在管内的流动,例,求,Z,小区输水系统,水管管径,68,4mm,4.0m,3,h,全部能损为,2OJ/kg,不含出口,求液面距管出口的垂直距离

8、,分析：上游截面,1-1,下游截面：选择管道出口的内侧为,2-2,截面,1,1,2,2,基准水平面：出口管轴线所在水平面,解：柏努利方程,其中,s,m,382,1,032,0,4,14,3,3600,0,4,d,4,3600,V,u,2,2,h,2,20,2,382,1,Z,81,9,2,1,Z,1,2.14m,d=0.068-2,0.004=0.032m,f,e,h,p,u,gZ,W,p,u,gZ,2,2,2,2,1,2,1,1,2,2,0,0,0,2,1,2,表压,表压,p,p,Z,kg,J,20,h,f,0,u,1,0,e,W,1,1,2,2,化工原理,第一章,流体流动,化工原理,第一章

9、,流体流动,第二节,流体在管内的流动,例,求,p,某车间用压缩空气,压送稀硫酸,密度,1240kg/m,3,流量为,2m,3,h,37,3.5mm,的无缝钢管，总能量损失为,10J/kg,不包括出口损失,贮,槽液位恒定，输送管路出口高,于贮槽内液面,10M,求所需,压缩空气的压力,P,1,1,2,2,10m,化工原理,第一章,流体流动,第二节,流体在管内的流动,s,m,u,786,0,03,0,4,3600,2,2,2,f,h,u,gZ,p,2,2,2,2,1,kg,J,4,108,10,2,786,0,10,81,9,2,Pa,p,5,1,10,34,1,1240,4,108,表压,解：取贮

10、槽液面为,1,1,截面，管路出口内侧为,2,2,在,1,1,和,2,2,两截面之间列柏努利方程,f,h,p,u,gz,p,u,gz,2,2,2,2,1,2,1,1,2,1,2,1,m,Z,Z,10,0,2,1,0,u,1,0,p,2,表压,化工原理,第一章,流体流动,第二节,流体在管内的流动,例,求,u,水平通风管道，直径自,400mm,渐,缩到,200mm,为了粗略估计管道中空气的,流量，在锥形接头两端各装一个,u,型压差,计。现测得粗管端,u,型压差计的读数为,100mm,水柱，细管端的,u,型压差计的读数,为,80mm,水柱，空气流过锥形管的能量损,失可以忽略，管道中空气的平均密度约,为

11、,1.2kg,m,3,试求管道中的空气流量,分析,0,f,h,2,理想流体,1,因空气在锥形管两端的压强变化仅,20mm,水柱，故可,按不可压缩流体来处理,m,2,2,2,m,1,2,1,p,u,2,1,p,u,2,1,解：在,1-1,和,2-2,两截面之间列柏努利方程,2,2,2,2,1,2,1,1,2,1,2,1,p,u,gz,p,u,gz,4,1,4,0,2,0,d,d,u,u,2,2,1,2,2,1,1,2,4u,u,981Pa,0.1,9.81,1000,gR,p,Z,Z,1,O,H,2,1,2,1,0,Pa,0,9.81,1000,gR,p,O,H,2,8,784,08,2,2,5

12、,163,2,1,8,784,981,p,p,2,u,15,m,2,1,2,1,u,1,4.7m/s,s,m,6,0,7,4,4,0,4,u,d,4,V,3,2,1,2,1,S,化工原理,第一章,流体流动,例：水在附图所示的虹吸管内作定,态流动，管路直径没有变化，水流,经管路的能量损失可以忽略不计,试计算管内截面,2-2,3-3,4-4,5-5,处的压强。大气压强为,1.0133,10,5,Pa,图中所标注的尺寸,均以,mm,计,解：由题可知,1,1,截面,P,1,1.013,10,5,Pa u=0,若以,2,2,截面为基准水平面，则,z,1,3m,2,2,截面：设管内流速为,u z,2,0,

13、3,3,截面,u, z,3,3m,4,4,截面,u, z,4,3,0.5=3.5m,5,5,截面,u, z,5,3m,6,6,截面,u, z,6,2m, P,6,P,1,1.013,10,5,Pa,化工原理,第一章,流体流动,6,2,6,1,1,2,P,u,gz,P,gz,f,e,h,p,u,gZ,W,p,u,gZ,2,2,2,2,1,2,1,1,2,2,W,e,0, h,f,0,1,1,截面和,6,6,截面之间计算来获取速度,u,p,u,gZ,p,u,gZ,2,2,2,2,1,2,1,1,2,2,u,2,2=g(z,1,z,6,9.8,2,2,2,1,1,2,P,u,gz,P,gz,P,2,

14、1.209,10,5,Pa,3,2,3,1,1,2,P,u,gz,P,gz,5,2,5,1,1,2,P,u,gz,P,gz,4,2,4,1,1,2,P,u,gz,P,gz,P,4,0.866,10,5,Pa,P,3,0.915,10,5,Pa,P,5,0.915,10,5,Pa,化工原理,第一章,流体流动,第四节,流体在管内的流动阻力,例,20,o,C,水的流量为,20m,3,h,高位液面比贮罐液面,高,10m,吸入管为,89,4mm,无缝钢管,直管长,5m,一,个底阀、一个,90,标准弯头,排出管为,57,3.5mm,无缝钢管,直管长,20m,有一个全开闸阀、一个全开,截止阀和两个标准弯头。

15、液面恒定且与大气相通,求泵的轴功率（泵的效率为,70,化工原理,第一章,流体流动,第四节,流体在管内的流动阻力,f,h,p,u,gZ,e,W,p,u,gZ,2,2,2,2,1,2,1,1,2,2,Z,1,0,Z,2,10m,u,1,0,u,2,0,p,1,p,2,0,表,f,f,h,h,gZ,e,W,1,98,2,故,解：以水槽液面为上游截面,1-1,高位槽液面为下游截,面,2-2,并以截面,1-1,为基,准水平面。在截面,1-1,与,2,2,之间列柏努利方程式得,化工原理,第一章,流体流动,第四节,流体在管内的流动阻力,1,吸入段,式中,m,081,0,004,0,2,089,0,a,d,m

16、/s,08,1,2,081,0,4,3600,20,a,u,2,2,a,u,a,a,d,a,l,a,a,h,a,h,a,h,f,f,f,化工原理,第一章,流体流动,第四节,流体在管内的流动阻力,由附录,2,查得,20,o,C,时,998.2kg,m,3,1.004,10,3,Pa,s,029,0,a,查图,1-29,a,u,a,d,a,Re,取,0.3mm,则,0037,0,81,3,0,d,4,3,10,70,8,10,004,1,2,998,08,1,081,0,化工原理,第一章,流体流动,第四节,流体在管内的流动阻力,底阀,5,1,90,标准弯头,75,0,进口,5,0,c,75,2,5

17、,0,75,0,5,1,a,61,2,2,08,1,75,2,081,0,5,028,0,2,a,f,h,2,排出段：同理可得,J/kg,36,88,b,f,h,局部阻力,化工原理,第一章,流体流动,第四节,流体在管内的流动阻力,3,总能量损失,J/kg,47,91,b,f,a,f,f,h,h,h,J/kg,6,189,47,91,1,98,2,f,e,h,gZ,W,kW,W,V,W,W,W,N,s,e,s,e,e,05,1,4,1051,2,998,3600,20,6,189,外功,有效功率,kW,N,N,e,5,1,7,0,05,1,轴功率,例,二氧化碳的体积分数为,30,的某种混合气体与

18、水,充分接触，系统温度为,30,总压为,101.33kPa,试求液相中二氧化碳的平衡组成，分别以摩尔,分数和物质的量浓度表示。在操作范围内亨利定,律可适用,第二节,气液相平衡,三、气液相平衡关系式,亨利定律,道尔顿定律,Py,p,解,kPa,4,30,3,0,33,101,查表得：30,kPa,E,5,10,88,1,E,p,x,4,5,10,617,1,10,88,1,4,30,第二节,气液相平衡,三、气液相平衡关系式,亨利定律,4,10,617,1,x,S,A,s,M,cM,c,c,x,18,44,1000,c,c,c,3,3,10,98,8,18,1000,m,kmol,x,c,c,c,

19、c,44,1000,18,18,1000,18,c,S,s,EM,H,10,955,2,18,10,88,1,1000,3,4,5,m,kPa,kmol,Hp,c,3,3,4,10,98,8,4,30,10,955,2,m,kmol,化工原理课件,第一章,流体流动,第三节,吸收塔的计算,二、吸收剂用量与最小液气比,例,拟设计一填料吸收塔，处理某制药厂含,SO,2,的废,气。用水逆流吸收炉气中的,SO,2,气量,100m,3,h,1,炉气温度20,含,SO,2,9,体积,要求,SO,2,的回收率,为,90,吸收剂用量为最小用量,1.3,倍。已知操作压,力和温度为,101.33kPa,和,20,平

20、衡关系为,Y=36X,0.0162,1,当,X,2,0.0003,时,求,L,和,X,1,2,当,X,2,0,时,求,X,1,解,1,总的气体摩尔流量为,h,kmol,h,mol,RT,PV,V,S,16,4,10,16,4,20,273,314,8,100,10,33,101,3,3,化工原理课件,第一章,流体流动,第三节,吸收塔的计算,二、吸收剂用量与最小液气比,惰性组分的摩尔流量为,h,kmol,y,V,V,79,3,09,0,1,16,4,1,1,进塔气体中,SO,2,的摩尔比为,099,0,09,0,1,09,0,1,1,1,1,y,y,Y,出塔气体中,SO,2,的摩尔比为,0099

21、,0,90,0,1,099,0,1,1,2,A,Y,Y,h,kmol,V,16,4,20,273,273,4,22,100,或,化工原理课件,第一章,流体流动,第三节,吸收塔的计算,二、吸收剂用量与最小液气比,与,Y,1,平衡的液相浓度为,最小液用量为,实际液用量为,0032,0,36,0162,0,099,0,36,0162,0,1,1,Y,X,h,kmol,X,X,Y,Y,V,L,44,116,0003,0,0032,0,0099,0,099,0,79,3,2,1,2,1,min,h,kmol,L,L,37,151,44,116,3,1,3,1,min,化工原理课件,第一章,流体流动,第三

22、节,吸收塔的计算,二、吸收剂用量与最小液气比,出塔液相浓度为,00253,0,0003,0,0099,0,099,0,37,151,79,3,2,2,1,1,X,Y,Y,L,V,X,2,最小液用量为,h,kmol,X,X,Y,Y,V,L,53,105,0032,0,0099,0,099,0,79,3,2,1,2,1,min,化工原理课件,第一章,流体流动,第三节,吸收塔的计算,二、吸收剂用量与最小液气比,实际液用量为,出塔液相浓度为,h,kmol,L,L,19,137,53,105,3,1,3,1,min,00246,0,0,0099,0,099,0,19,137,79,3,2,2,1,1,X

23、,Y,Y,L,V,X,化工原理课件,第一章,流体流动,第三节,吸收塔的计算,三、填料层高度的计算,例：以清水在填料塔内逆流吸收空气氨混合气中,的氨，混合气含氨,4.0,体积,要求回收率为,0.96,气相流率为,采用的液气比为最小液气比,的,1.4,倍，平衡关系为,总传质系,数,试求,塔底液相浓度,X,1,所,需填料层高度,H,0123,0,2,s,m,kmol,X,Y,92,0,043,0,3,s,m,kmol,a,K,Y,解,0417,0,04,0,1,04,0,1,1,1,1,y,y,Y,0017,0,96,0,1,0417,0,1,1,2,Y,Y,化工原理课件,第一章,流体流动,第三节,

24、吸收塔的计算,三、填料层高度的计算,4,1,4,1,2,1,2,1,min,X,X,Y,Y,V,L,V,L,235,1,0,92,0,0417,0,0017,0,0417,0,4,1,1,2,1,2,1,X,X,L,Y,Y,V,0324,0,0017,0,0417,0,235,1,1,2,2,1,1,X,Y,Y,L,V,X,2,OG,OG,N,H,Z,m,aA,K,V,H,Y,OG,274,0,043,0,96,0,0123,0,化工原理课件,第一章,流体流动,第三节,吸收塔的计算,三、填料层高度的计算,解吸因数法,m,N,H,Z,OG,OG,09,2,631,7,274,0,1,ln,1,1

25、,2,2,2,1,S,Y,Y,Y,Y,S,S,N,OG,745,0,235,1,92,0,L,mV,S,631,7,745,0,0,0017,0,0,0417,0,745,0,1,ln,745,0,1,1,OG,N,化工原理课件,第一章,流体流动,第三节,吸收塔的计算,三、填料层高度的计算,对数平均推动力法,m,OG,Y,Y,Y,N,2,1,m,N,H,Z,OG,OG,09,2,63,7,274,0,0119,0,0324,0,92,0,0417,0,1,1,1,Y,Y,Y,0017,0,0,0017,0,2,2,2,Y,Y,Y,2,1,2,1,ln,Y,Y,Y,Y,Y,m,00524,0,0

26、017,0,0119,0,ln,0017,0,0119,0,63,7,00524,0,0017,0,0417,0,OG,N,第三节,吸收塔的计算,四、吸收塔的操作型计算,例：在一填料吸收塔内用纯吸收剂吸收某气体混合,物中的可溶组分，溶质的初始含量为,0.05,回收率,为,60,吸收液出口含量为,0.098,均为摩尔比,操作条件下的气液平衡关系为,两相逆流接触,已知该过程为气相阻力控制，试求液体流量增加一,倍时，可溶组分的回收率有何变化,X,Y,5,0,原工况下的液气比为,306,0,098,0,02,0,05,0,2,1,2,1,X,X,Y,Y,V,L,解,02,0,4,0,05,0,1,1,

27、2,A,Y,Y,原工况下的传质单元数为,73,4,02,0,098,0,5,0,05,0,ln,02,0,098,0,5,0,05,0,02,0,05,0,2,1,m,OG,Y,Y,Y,N,气相阻力控制，故,L,增加,及,近似不变,a,K,Y,OG,H,第三节,吸收塔的计算,三、填料层高度的计算,73,4,1,ln,1,1,2,2,2,1,S,mX,Y,mX,Y,S,S,N,OG,73,4,1,ln,1,1,2,1,S,Y,Y,S,S,N,OG,第四节,双组分连续精馏塔的计算,三、进料热状况和进料方程,例：在常压操作的连续精馏塔中分离含甲醇,0.4,与水,0.6,摩尔分率）的溶液，进料的热状况

28、参数为,1.1,原料液流量为,100kmol/h,要求塔顶易挥发组分的,回收率不低于,0.94,釜液组成为,0.04,以上均为易,挥发组分的摩尔分率），回流比为,2.5,试求产品的,流量、精馏段和提馏段的操作线方程及提馏段上升,的蒸汽流量。假设气液相均为恒摩流动,解,(1,h,kmol,W,D,F,100,W,D,F,Wx,Dx,Fx,94,0,F,D,Fx,Dx,h,kmol,W,60,h,kmol,D,40,94,0,D,x,817,0,306,0,2,5,0,L,mV,S,817,0,05,0,183,0,ln,183,0,1,73,4,2,Y,00582,0,2,Y,36,88,05,

29、0,00582,0,05,0,1,2,1,Y,Y,Y,回收率为,第三节,吸收塔的计算,三、填料层高度的计算,第四节,双组分连续精馏塔的计算,三、进料热状况和进料方程,2,精馏段操作线方程,269,0,714,0,1,5,2,94,0,1,5,2,5,2,1,1,1,1,n,n,D,n,n,x,x,x,R,x,R,R,y,3,h,kmol,L,R,D,L,100,40,5,2,5,2,h,kmol,qF,L,L,210,100,1,1,100,提馏段操作线方程,016,0,4,1,1,m,W,m,m,x,x,W,L,W,x,W,L,L,y,第四节,双组分连续精馏塔的计算,三、进料热状况和进料方程

30、,4,W,V,L,h,kmol,W,L,V,150,60,210,F,q,V,V,1,另,h,kmol,F,q,D,L,F,q,V,V,150,100,1,1,1,40,100,1,1,第四节,双组分连续精馏塔的计算,三、进料热状况和进料方程,例：在一两组份连续精馏塔中，进入精馏塔中第,n,层,理论板的气相组成为,0.75,从该板流出的液相组成为,0.65,均为摩尔分数,塔内气液比,V/L,2,物系的,相对挥发度为,2.5,求：从该板上升的蒸汽组,成；流入该板的液相组成；回流比,R,解,已知,75,0,1,n,y,65,0,n,x,n,y,n,x,和,成平衡,n,n,n,x,x,y,1,1,8

31、23,0,65,0,5,1,1,65,0,5,2,第四节,双组分连续精馏塔的计算,三、进料热状况和进料方程,求,1,n,x,由第,n,板的物料衡算可得,1,1,n,n,n,n,x,x,L,y,y,V,65,0,75,0,823,0,2,1,n,x,796,0,1,n,x,方法,2,n,y,和,1,n,x,满足精馏段操作线关系,RD,L,D,R,V,1,2,1,1,R,R,V,L,1,R,第四节,双组分连续精馏塔的计算,四、理论板数的确定,例：某苯与甲苯的混合原料，苯的摩尔分率为,0.4,拟采用精馏塔加以分离，原料液处理量为,100kmol/h,要求塔顶产品含量为,0.9,苯的回收,率不低于,9

32、0,原料预热至泡点加入塔内。塔顶采,用全凝器冷凝，回流比为,1.875,已知在操作条件,下，物系的相对挥发度为,2.47,求为完成分离任务,所需要的理论板数及加料位置,解,1,求,D,W,100,W,D,F,90,0,F,D,Fx,Dx,h,kmol,W,60,h,kmol,D,40,9,0,D,x,4,0,F,x,100,F,2,求精馏段操作线方程,D,n,n,x,R,x,R,R,y,1,1,1,1,313,0,652,0,1,n,n,x,y,9,0,D,x,875,1,R,第四节,双组分连续精馏塔的计算,四、理论板数的确定,W,D,F,Wx,Dx,Fx,0667,0,W,x,1,逐板计算法

33、,3,求提馏段操作线方程,W,m,m,x,W,qF,L,W,x,W,qF,L,qF,L,y,1,75,40,875,1,RD,L,60,W,100,F,1,q,0359,0,522,1,1,m,m,x,y,4,求相平衡方程,由,5,计算精馏段理论板数,9,0,1,D,x,y,1,1,1,47,1,47,2,y,y,x,785,0,9,0,47,1,47,2,9,0,0667,0,W,x,x,x,y,1,1,y,y,x,1,y,y,47,1,47,2,313,0,652,0,1,n,n,x,y,由,825,0,313,0,785,0,652,0,2,y,656,0,2,x,74,0,3,y,53

34、6,0,3,x,662,0,4,y,443,0,4,x,379,0,5,x,602,0,5,y,4,0,5,F,x,x,4,1,5,精,馏,段,T,N,第,5,块板为加料板,以下计算提馏段操作线方程代替精馏段操作线方程,6,计算提馏段理论板数,0359,0,522,1,1,m,m,x,y,由,379,0,5,1,x,x,542,0,0359,0,379,0,522,1,2,y,324,0,2,x,457,0,3,y,254,0,3,x,350,0,4,y,179,0,4,x,237,0,5,y,112,0,5,x,5,1,6,不含再沸器,提,馏,段,T,N,6,含再沸器,提,馏,段,T,N,10,含再沸器,T,N,134,0,6,y,0667,0,059,0,6,x,第四节,双组分连续精馏塔的计算,五、回流比的影响及选择,例：某混合物在一常压连续精馏塔进行分离。进料,中轻组分,A,含量为,0.4,摩尔分率,流量为,要求,塔顶馏出液中含,A,为,0.9,A,的回收率不低于,0.9,泡,点进料，取回流比为最