化工原理课后习题答案.doc

第一章 流体流动1.某设备上真空表的读数为 13.3103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7103 Pa。 解：由 绝对压强 = 大气压强 真空度 得到：设备内的绝对压强P绝 = 98.7103 Pa -13.3103 Pa =8.54103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3103 Pa 2在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 / 的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力 即 P油 螺解：P螺 = ghA = 9609.81(9.6-0.8) 3.140.762 150.307103 N螺 = 39.031033.140.0142n P油 螺 得 n 6.23取 n min= 7 至少需要7个螺钉4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg。试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离。分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中11和44为等压面，22和33为等压面，且11和22的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高h 在11与22截面之间P1 = P2 + 水银gRP1 = P4 ，P2 = P3 且P3 = 煤油gh ， P4 = 水g（H-h）+ 煤油g（h + h）联立这几个方程得到 水银gR = 水g（H-h）+ 煤油g（h + h）-煤油gh 即水银gR =水gH + 煤油gh -水gh 带入数据 1.0101 - 13.6100.068 = h(1.010-0.8210)= 0.418 6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为9203 ,9983,管中油水交接面高度差R = 300 ，两扩大室的内径D 均为60 ，管内径为6 。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解解：由静力学基本原则，选取11为等压面， 对于管左边 表 + 油g(h1+R) = 1 对于管右边 2 = 水gR + 油gh2 表 =水gR + 油gh2 -油g(h1+R) =水gR - 油gR +油g（h2-h1） 当表= 0时，扩大室液面平齐 即 （D/2）2（h2-h1）= （d/2）2R h2-h1 = 3 mm 表= 2.57102Pa8 .高位槽内的水面高于地面8m，水从1084mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按f = 6.5 u2 计算，其中u为水在管道的流速。试计算： AA 截面处水的流速； 水的流量，以m3/h计。分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面是高位槽11,和出管口 22,如图所示，选取地面为基准面。解：设水在水管中的流速为u ，在如图所示的11, ，22,处列柏努力方程Z1 + 0 + 1/= Z2+ 22 + 2/ + f （Z1 - Z2）g = u2/2 + 6.5u2 代入数据 (8-2)9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s换算成体积流量 VS = uA= 2.9 /4 0.12 3600 = 82 m3/h 10.用离心泵把20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为762.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.6610Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按f,1=2u，hf,2=10u2计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速/s。排水管与喷头连接处的压强为98.0710Pa（表压）。试求泵的有效功率。分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。解：总能量损失hf=hf+，1hf，2 u1=u2=u=2u2+10u=12u在截面与真空表处取截面作方程： z0g+u02/2+P0/=z1g+u2/2+P1/+hf，1（ P0-P1）/= z1g+u2/2 +hf，1 u=2m/s ws=uA=7.9kg/s 在真空表与排水管-喷头连接处取截面 z1g+u2/2+P1/+We=z2g+u2/2+P2/+hf，2 We= z2g+u2/2+P2/+hf，2（ z1g+u2/2+P1/） =12.59.81+（98.07+24.66）/998.210+102=285.97J/kg Ne= Wews=285.977.9=2.26kw13. 用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为603.5mm，其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为f，AB=f，CD=u2，f，BC=1.18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当R1=45mm，h=200mm时：（1）压缩空气的压强P1为若干？（2）U管差压计读数R2为多少？解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+P1/=Zg+0+P2/+fP1= Zg+0+P2 +f =109.811100+1100（2u2+1.18u2） =107.9110+3498u在压强管的B，C处去取截面，由流体静力学方程得 PB+g（x+R1）=Pc +g（hBC+x）+水银R1g PB+11009.81（0.045+x）=Pc +11009.81（5+x）+13.6109.810.045PB-PC=5.95104Pa在B，C处取截面列柏努力方程 0+uB/2+PB/=Zg+uc2/2+PC/+f，BC 管径不变，ub=u cPB-PC=（Zg+f，BC）=1100（1.18u2+59.81）=5.95104Pau=4.27m/s压缩槽内表压P1=1.23105Pa（2）在B，D处取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/= Zg+0+0+f，BC+f，CDPB=（79.81+1.18u2+u2-0.5u2）1100=8.35104PaPB-gh=水银R2g8.35104-11009.810.2=13.6109.81R2R2=609.7mm 20. 每小时将210kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持26.710Pa的真空读，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为50m，管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计（局部阻力系数为4），5个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m 。若泵效率为0.7，求泵的轴功率。解： 流体的质量流速 s = 2104/3600 = 5.56 kg/s 流速 u =s/(A)=1.43m/s 雷偌准数Re=du/= 165199 4000 查本书附图1-29得 5个标准弯头的当量长度: 52.1=10.5m 2个全开阀的当量长度: 20.45 = 0.9m 局部阻力当量长度 e=10.5 + 0.9 = 11.4m 假定 1/1/2=2 lg(d /) +1.14 = 2 lg(68/0.3) + 1.14 = 0.029 检验 d/(Re1/2) = 0.008 0.005 符合假定即 =0.029 全流程阻力损失 =(+ e)/d u2/2 + u2/2 = 0.029(50+11.4)/(68103) + 41.432/2 = 30.863 J/Kg 在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得 P1/+ We = Zg + P2/+ We = Zg + (P1- P2)/+ = 159.81 + 26.7103/1073 + 30.863 = 202.9 J/Kg有效功率 Ne = Wes = 202.95.56 = 1.128103 轴功率 N = Ne/=1.128103/0.7 = 1.61103W = 1.61KW 23. 10的水以500L/min 的流量流过一根长为300m 的水平管，管壁的绝对粗糙度为0.05。有6m 的压头可供克服流动阻力，试求管径的最小尺寸。解:查表得10时的水的密度= 999.7Kg/m3 = 130.7710-5 Pas u = Vs/A = 10.8510-3/d2 f = 69.81 = 58.86J/Kg f=(/d) u2/2 =150 u2/d 假设为滞流= 64/Re = 64/du Hfgf d1.510-3 检验得Re = 7051.22 2000 不符合假设 为湍流 假设Re = 9.7104 即 du/= 9.7104 d =8.3410-2m 则/d = 0.0006 查表得= 0.021 要使fHfg 成立则 150 u2/d58.86 d1.8210-2m 第二章 流体输送机械3常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760kg/m，粘度小于20cSt，在贮槽条件下饱和蒸汽压为80kPa，现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m流量送往表压强为177kPa的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m，吸入管路和排出管路的全部压头损失为1m 和4m 。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下1.2m处，问此泵能否正常操作？当地大气压按101.33kPa计.解: 查附录二十三 65Y-60B型泵的特性参数如下 流量 Q = 19.8m3/s, 气蚀余量h=2.6 m 扬程H = 38 m 允许吸上高度 Hg = (P0- PV)/g - h-f,0-1= -0.74 m -1.2扬升高度 Z = H -f,0-2 = 38 4 = 34m如图在1-1,2-2截面之间列方程 u12/2g + P1/g + = u22/2g + P2/g + f,1-2 + Z 其中u12/2g = u22/2g = 0 管路所需要的压头: e=(P2 P1)/g + Z + f,1-2 = 33.74m Z = 34 m游品流量Qm = 15 m3/s Q = 19.8m3/s离心泵的流量,扬升高度均大雨管路要求,且安装高度有也低于最大允许吸上高度 因此,能正常工作5. 水对某离心泵做实验，得到下列各实验数据： Q，L/min 0 100 200 300 400 500H，m 37.2 38 37 34.5 31.8 28.5 送液体的管路系统：管径为764mm，长为355m（包括局部阻力的当量长度），吸入和排出空间为密闭容器，其内压强为129.5kPa（表压），再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水相近。解: 根据管路所需要压头e与液体流量Qe的关系: e= K + BQe2而 K =Z + P/g 且 吸入排出空间为常压设备, P = 0 K =Z = 4.8 B = (+ e)/d 1/2g(60103A)2= (0.03355/0.068)/29.81(0.068260103/4)2=1.68310-4 管道特性方程为: e= 4.8 + 1.68310-4Qe2 由下列数据绘出管道特性曲线 e-QeQe ,L/min 0 100 200 300 400 500e ,m 4.8 6.48 11.53 19.95 31.73 46.88绘出离心泵的特性曲线H-Q于同一坐标系中,如图所示: 两曲线的交点即为该泵在运转时的流量 泵的流量为400L/min若排出空间为密闭容器,则K =Z + P/g =4.8 + 129.5103/998.29.81 = 1.802而B 的值保持不变 管路的特性方程为e= 18.02 + 1.68310-4Qe2 重新绘出管路的特性曲线和泵的特性曲线Qe ,L/min 0 100 200 300 400 500e ,m 18.02 19.70 24.75 33.17 44.95 60.10可以得到泵的流量为310L/min6.用离心泵从敞口贮槽向密闭高位槽输送清水，输水量40m3/h。两槽液面恒定。两槽液面间的垂直距离为12m，管径为，管长（包括所有局部阻力的当量长度）为100m，密闭高位槽内表压强为9.81104Pa，流动在阻力平方区，管路的摩檫系数为0.015。已知水的密度，试求：1、管路特性方程；2、泵的压头；3、若所用泵的效率0.7，则泵的轴功率为多少千瓦。解：1、管路特性曲线方程由题意：，即：（Qe的单位为m3/s）或：（Qe的单位为m3/h）（6分）2、泵的压头可由管路特性曲线方程求得：（2分）3、泵的轴功率泵的有效功率：泵的轴功率 (4分)7. 某型号的离心泵，其压头与流量的关系可表示为H=18 - 0.6106Q2（H单位为m，Q单位为m/s） 若用该泵从常压贮水池将水抽到渠道中，已知贮水池截面积为100m，池中水深7m。输水之初池内水面低于渠道水平面2m，假设输水渠道水面保持不变，且与大气相通。管路系统的压头损失为Hf=0.410 Q2（Hf单位为m，Q单位为m/s）。试求将贮水池内水全部抽出所需时间。解: 列出管路特性方程e= K + HfK= Z + P/g 贮水池和渠道均保持常压 P/g = 0K= Z e= Z + 0.4106Q2 在输水之初Z = 2me= 2 + 0.4106Q2联立H=18-0.6106Q2 ，解出此时的流量Q = 410-3m3/s将贮水槽的水全部抽出 Z = 9me= 9 + 0.4106Q2 再次联立H=18-0.6106Q2 ，解出此时的流量Q = 310-3m3/s 流量Q 随着水的不断抽出而不断变小 取Q 的平均值 Q平均= （Q + Q）/2 = 3.510-3m3/s把水抽完所需时间 = V/ Q平均 = 55.6 h 8. 用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为 H=251106Q 管路特性曲线方程可近似表示为 H=10+1106Q 两式中Q的单位为m/s，H的单位为m。 试问两泵如何组合才能使输液量最大？（输水过程为定态流动）分析：两台泵有串联和并联两种组合方法 串联时单台泵的送水量即为管路中的总量，泵的压头为单台泵的两倍；并联时泵的压头即为单台泵的压头，单台送水量为管路总送水量的一半解：串联 He = 2H 10 + 1105Qe2 = 2(25-1106Q2) Qe= 0.43610-2m2/s并联 Q = Qe/2 25-1106 Qe2 = 10 + 1105( Qe/2)2 Qe = 0.38310-2m2/s 总送水量 Qe= 2 Qe= 0.76510-2m2/s 并联组合输送量大第四章 传热1. 平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度导热系数列于本题附表中： 若耐火砖层内表面的温度t1为1150，钢板外表面温度t4为30，又测得通过炉臂的热损失为300W/m2，试计算导热的热通量。若计算结果与实测的热损失不符，试分析原因和计算附加热阻。 序 号 材料 厚度，mm 导热系数，w/（m） 1（内层） 耐火砖 200 1.07 2 绝缘砖 100 0.14 3 钢 6 45解：提取表中所给出的数据 耐火砖 ：b1 = 0.2 m ，1= 1.07w/（m） 绝缘层 ： b2 = 0.1 m ，2= 0.14 w/（m） 钢 ： b3 = 0.006 m ，3= 45 w/（m）根据多层平壁热传导速率公式Q = (t1-tn)/(bi/Si) 和 q = Q/S得 q = (t1-tn)/(bi/i) = 1242 w/m3这与实际册得的热损失q = 300w/m 有一定的差距，因此有可能存在一部分附加热阻，设此附加热阻为Rq = (t1-tn)/(bi/Si) + R = 300R = 2.83 m/W4.蒸汽管外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍，若将两层材料互换位置，假定其他条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？解：根据题意，若令内层导热系数为，则外层导热系数为2绝热层厚度相同 ，均为b，假设蒸汽管道半径为r，则两绝热层外半径分别为r1 = r + b ， r2 = r + 2b第一层保温层对数平均半径rm1 = (r1 - r)/ln(r1/r)第一层保温层对数平均半径rm2 = (r2r1)/ln(r2/r1)rm2 = 2 rm1 b/r = 1.618 ，rm1 = 1.0396两绝热层的对数平均面积（按1 m管长计） S m1 = 2r m1L=23.141.039b1=6.525b S m2 = 2r m2L=23.1421.039b1=13.05bQ = (t1-tn)/(bi/S mii)= (t1-t3)/b/（1S m1）+ b/（2S m2）=5.221（t1-t3）将两绝缘层互换后， Q， = (t1-tn)/(bi/S mii)= (t1-t3)/b/（2S m1）+ b/（1S m2）=4.351（t1-t3） Q/Q*=1.2 导热系数大的应该包扎在内层。6.在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为192mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490 W/（m2），管外油侧对流传热系数为258 W/（m2）。换热器用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m2/W，油侧污垢热阻0.000176m2/W。管壁导热系数为45 W/（m），试求：（1）基于管外表面的总传热系数；（2）产生污垢后热阻增加的百分比。解：（1）1/K0 =d0/idi+1/0+Rsid0/di+Rs0+bd0/dm =19/（349015）+0.0002619/15+0.000176+（0.00219）/（4516.9）+1/258 K0 =208 m2/W （2）产生污垢后增加的总热阻： d0/idi + Rs0=19/（349015）+0.000176=0.00050533 产生污垢前的总热阻： d0/idi+1/0+ bd0/dm=19/（349015）+（0.00219）/（4516.9）+1/258 =0.0043 增加的百分比为：0.00050533/0.00429=11.8%8.重油和原由在单程套换热器中呈并流流动，粮站油的初温分别为243和128；终温分别为167和157 。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及他们的终温。假设在两种流动情况下，流体的无性和总传热系数均不变，换热器的热损失可以忽略。解：由题意得：并流时：热流体（重油）：T1=243 T2=167冷流体（原油）：t1=128 t2=157 Q =WhCph（T1 - T2 ）=76 WhCph =WcCpc（t2-t1）=29WcCpc=K0S0tm tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=43 改为逆流后：热流体（重油）：T1=243 T2，=？冷流体（原油）：t2，=？ t1=128 同理：Q ，=WhCph（T1 - T2， ）=（243- T2，）WhCph =WcCpc（t2，-t1）=（t2，-128）WcCpc=K0S0，tm，29/（t2，-128）=76/（243- T2，） T2，=578.45-2.62 t2， -（1）tm，=（243- t2，）-（T2，-128）/ln（243- t2，）/（T2，-128） -（2）又 Q/Q*= tm / tm，=29/（t2，-128） -（3） 由（1）（2）（3）解得 t2，=161.41 T2，=155.443 tm，=49.510.在逆流换热器中，用初温为20的水将1.25kg/s的液体（比热容为1.9kJ/kg，密度为850kg/m），由80冷却到30。换热器的列管直径为252.5mm，水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85 W/（m2）和1.70 W/（m2）。污垢热阻忽略。若水的出口温度不能高于50，试求换热器的传热面积。 解：热流体：T1=80 T2=30冷流体：t2=50 t1=20t1=30 t2=10tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=18.205Q =WhCph（T1 - T2 ）=1.9101.2550=118.75W又Q= K0S0tm，其中 1/ K0 = d0/idi+1/0 解得K0=0.48610m2/W 0.4861018.205 S0=118.7510 S0=13.4m11. 在一管壳式换热器中，用冷水将常压下纯苯蒸气冷凝成饱和液体。苯蒸气的体积流量为1650 m3/h，常压下苯的沸点为80.1 ，汽化热为394 kJ/kg。冷却水的进口温度为20 ，流量为36000 kg/h，水的平均比热容为4.18 kJ/(kg)。若总传热系数K0为450 W/(m2)，试求换热器传热面积S0。假设换热器的热损失可忽略。解：换热器的传热面积其中： 冷水出口温度可由热量衡算求得。即：则：12.在一传热面积为50m2的单程列管式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33000kg/h，温度由20升至38。溶液的温度由110降至60。若换热器清洗后，在两流体的流量和进出口温度不变的情况下，冷水出口温度增至45。试估算换热器清洗前后传热面两侧的总污垢热阻。假设（1）两种情况下，流体物性可视为不变，水的比热容可取4.187kJ/（kg）；（2）可按平壁处理，两种工况下i和0分别相同；（3）忽略管壁热阻和热损失。解：换洗前：热流体：T1=110 T2=60冷流体：t2=38 t1=20t1=72 t2=40tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=54.4 Q= WhCph（T1 - T2 ）=50WhCph =WcCpc（t2-t1）=18WcCpc=K0S0tm =54.4K0S0 代入数据计算得K0=254 W/（m2）换洗后：热流体：T1=110 T2=60冷流体：t2=38 t1=20t1=72 t2=40tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=54.4 Q= WhCph（T1 - T2 ）=（100-T2）WhCph =WcCpc（t2-t1）=25WcCpc=K0，S0tm， 50/（100-T2）=18/25 T2=40.56tm， =（t1，- t2，）/ln（t1，/t2，）=35 Q= =WcCpc（t2-t1）= K0，S0tm， 代入数据计算得K0，=548.3 W/（m2）总污垢热阻为：1/ K0-1/ K0，=1/245-1/548.3 =2.110-3 m2/W18一定流量的空气在蒸汽加热器中从20 加热到80 。空气在换热器的管内呈湍流流动。绝压为180 kPa的饱和水蒸气在管外冷凝。现因生产要求空气流量增加20%，而空气的进、出口温度不变。试问应采取什么措施才能完成任务。作出定量计算。假设管壁和污垢热阻均可忽略。解：由题义知：设提高流量后的情况用“”表示，则由附录查得时，水蒸气的饱和温度为空气流量增加，若仍在原换热器中进行操作，则必须提高蒸汽温度(压力)才能完成任务.两种情况下，换热器的传热量分别为和.由传热速率方程：原流量时.流量增加后，.则：得：即：解得：.由附录查得，温度为的饱和蒸汽压力为.第五章 蒸馏8.某连续精馏操作中，已知精馏段 y = 0.723x + 0.263；提馏段y = 1.25x 0.0187 若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比。 解：露点进料 q = 0 即 精馏段 y = 0.723x + 0.263 过（xD ，xD）xD = 0.949提馏段 y = 1.25x 0.0187 过（xW ，xW）xW = 0.0748精馏段与y轴交于0 ，xD/（R+1） 即 xD/（R+1）= 0.263 R = 2.61连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为（0.5345 ，0.6490） xF = 0.64911.用一连续精馏塔分离由组分AB组成的理想混合液。原料液中含A 0.44，馏出液中含A 0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最回流比为1.63，试说明原料液的 热状况，并求出q值。解：在最回流比下，操作线与q线交点坐标（xq ，yq）位于平衡线上；且q线过（xF ，xF）可以计算出q线斜率即 q/(1-q)，这样就可以得到q的值 由式1-47 Rmin = (xD/xq)-(1-xD)/(1-xq)/（-1）代入数据得0.63 = (0.957/xq)-2.5(1-0.957)/(1-xq)/（2.5-1） xq = 0.366 或xq = 1.07（舍去）即 xq = 0.366 根据平衡关系式y = 2.5x/（1 + 1.5x）得到yq = 0.591 q线 y = qx/（q-1）- xF/（q-1）过（0.44，0.44），（0.366，0.591）q/（q-1）= （0.591-0.44）/（0.366-0.44）得 q = 0.67 0 q 1 原料液为气液混合物12.在连续精馏塔中分离某种组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同）的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率96。若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79，试求：（1）操作回流比和最小回流比；（2）若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少？解：（1）在塔顶满足气液平衡关系式 y = x/1 +(-1)x 代入已知数据 0.95 = 0.88/1 + 0.88(-1) = 2.591 第一块板的气相组成 y1 = 2.591x1/（1 + 1.591x1） = 2.5910.79/（1 + 1.5910.79）= 0.907在塔顶做物料衡算 V = L + D Vy1 = LxL + DxD 0.907（L + D）= 0.88L + 0.95D L/D = 1.593即回流比为 R = 1.593由式1-47 Rmin = (xD/xq)-(1-xD)/(1-xq)/（-1）泡点进料 xq = xF Rmin = 1.031（2）回收率DxD/FxF = 96得到F = 1000.95/（0.50.96）= 197.92 kmol/h第六章 吸收7.在101.33kPa，27下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气，液两相中的浓度都很低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数H = 1.995kmol/(m3kPa)，气膜吸收系数 kG = 1.5510-5 kmol/(m2skPa)，液膜吸收系数 kL = 2.0810-5 kmol/(m2skmol/m3)。试求总吸收系数KG，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。 解：由1/KG = 1/kG + 1/HkL 可得总吸收系数1/KG = 1/1.5510-5 + 1/（1.9952.0810-5）KG = 1.128 10-5 kmol/(m2skPa)气膜阻力所占百分数为 ：（1/ kG）/（1/kG + 1/HkL）= HkL/（HkL+ kG）= （1.9952.08）/（1.9952.08 + 1.55）= 0.928 = 92.88.在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇，操作温度为27，压强101.33kPa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5kPa，液相中甲醇浓度位2.11kmol/m3。试根据上题有关的数据算出该截面上的吸收速率。解：由已知可得 kG = 1.12810-5kmol/(m2skPa) 根据亨利定律 P = C/H 得液相平衡分压 P* = C/H = 2.11/1.995 = 1.058kPaNA = KG(P-P*)= 1.12810-5（5-1.058）= 4.44710-5kmol/(m2s) = 0.16 kmol/(m2h)9.在逆流操作的吸收塔中，于101.33kPa，25下用清水吸收 混合气中的CO2，将其浓度从2降至0.1（体积）。该系统符合亨利定律。亨利系数=5.52104kPa。若吸收剂为最小理论用量的1.2倍，试计算操作液气比L/V及出口组成X。解： Y1 = 2/98 =0.0204， Y2 = 0.1/99.9 = 0.001 m = E/P总 = 5.52104/101.33 = 0.0545104 由 （L/V）min= （Y1-Y2 ）/X1* = （Y1-Y2 ）/（Y1/m） = （0.0204-0.001）/（0.0204/545） = 518.28 L/V = 1.2（L/V）min = 622 由操作线方程 Y = （L/V）X + Y2-（L/V）X2 得 出口液相组成 X1 = （Y1-Y2 ）/（L/V）= （0.0204-0.001）/622 = 3.1210-5 改变压强后，亨利系数发生变化，及组分平衡发生变化，导致出口液相组成变化 m = E/P总 = 5.52104/10133 = 0.054510-5 （L/V） = 1.2（L/V）min = 62.2 X1 = （Y1-Y2 ）/（L/V）= （0.0204-0.001）/62.2 = 3.1210-415.（15分）有一填料层高度为3m的逆流操作的吸收塔，操作压强为 1 atm，温度为23，用清水吸收空气中的氨气，混合气体流率为 18kmol/m2.h ，其中含氨 6%（体积%），吸收率为99%, 清水的流率为43kmol/m2.h，平衡关系为y=0.9x，气相体积总传质系数KGa与气相质量流率的0.8次方成正比，而受液体质量流率的影响甚小。 试估算在塔径、回收率及其他操作条件不变，而气体流率增加一倍时，所需填料层高度有何变化？ 解：y1=15/17（1000/22.4）=0.01977 kmolNH3/kmol B+NH3 y2=3.95410-4kmolNH3/kmol B+NH3 Y1=y1/(1-y1)=0.01977/(1-0.01977)=0.02017kmol NH3/kmol B Y2=y2/(1-y2)=3.955510-4kmol NH3/kmol B V=2500/22.4(1-0.01977)=109.4kmol B/h L=3.61000/18=200kmol B/h 全塔物料衡算 L(X1-X2)=V(Y1-Y2) 200(X1-0)=109.4(0.02017-3.955510-4) 得 X1=0.01072 Y1=Y1-Y1*=0.02017-1.20.01072=0.0072 Y2=Y2-Y2*=0.0004 Ym=(0.0072-0.0004)/ln(0.0072/0.0004)=0.00235 OG=(Y1-Y2)/Ym=(0.02-0.0004)/0.00235=8.34 ZOGOG=8.340.7 =5.84m 第七章 干燥2.利用湿空气的H-I图查出本题附表中空格内的数值，并给出序号4中各数值的求解过程 序号 干球温度 湿球温度 湿 度 相对湿度 焓 水气分压 露点 kg/kg绝干 kg/kg绝干 kPa 1 60 35 0.03 22 140 5 302 40 27 0.02 40 90 3 253 20 18 0.013 75 50 2 154 30 28 0.025 85 95 4 25 5采用如图所示的废气循环系统干燥湿物料,已知数据标于本题附图中。假设系统热损失可忽略,干燥操作为等始干燥过程。试求:(1)新鲜空气的耗量;(2)进入干燥器的湿空气的温度及焓;(3)预热器的加热量。解：（1）新鲜空气消耗量 蒸发水量 绝干空气用量 新鲜空气用量 （1） 由于干燥过程为等焓过程，故进出干燥器的空气的焓相等 即：将代入上式，解出 （的值在第4题中已解出）所以，进入干燥器的湿蒸汽的温度为，焓为（2） 预热器的加热量 其中 所以 6.干球温度t0 = 26，湿球温度t0 = 23的新鲜空气，预热到t1= 95后送入连续逆流干