化学工艺学 潘鸿章版课后习题答案.docx

资料收集于网络 如有侵权请联系网站 删除 谢谢 第一章流体流动过程与输送机械习题1.A地某化工厂的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为610，设备移至异地B操作时，若要求塔内维持相同的操作压强，真空表读数有何变化？（A地平均大气压强为640，B地平均大气压强为760）解：A地：B地：2.在稳态流动系统中，水连续的由粗到细流经一个变径管路，粗管内径是细管的两倍，求细管内水的流速是粗管内的几倍。解：稳态流动4.如图所示，一高位水池内径D为1.5（有效），池底连144mm4mm的排水管，管路长330m、，总损失压头为6求管路出水口的体积流量。解：取出口管中心线为基准面，取高位水池1-1截面，管路出口处2-2截面。5.如图所示，有一连续稳态流动管路系统，粗管截面积为细管截面积的5倍，在管路系统中去1、2、3、4、5五个截面（如图所示），1点截面处的平均流速为1，表压强为120KPa，泵的压头为8，输送的液体密度为1000，试计算：（1）若不考虑管路阻力损失，求各点截面的位压头、静压头、动压头和总压头。（2）若整个管路阻力所产生的压强降为2液柱，求5点截面的位压头、静压头、动压头和总压头。解：以地面为基准面(或以泵中心线为基准面都可以)（1）由1-1截面可知2-2截面3-3截面4-4截面5-5截面（2）7.常压下，用泵将敞口容器中的油品以36的流量输送到敞口高位槽中，管出口在高位槽液面下，两槽的液面差为25，输送管为76mm3mm，直管长度为100，各种管件的当量长度为150，摩擦粗力系数为0.023，泵的效率为60，求泵的实际功率。（油品的密度为960）解：基准面取低位槽页面10.某离心泵以20的水进行性能测试，测得体积流量为720，泵出口压力表读数为0.4MPa（表压），泵入口处真空表读数为210mmHg，压力表和真空表之间的垂直距离为410mm，吸入管和压出管内径分别为350mm和300mm。试求此泵产生的压头。解：第二章 传热习题1用100的水蒸气加热38 mm2.5 mm钢管内的盐溶液，盐溶液的流量为500 kgh-1,比定压热容为2 093.5 J.kg-1.K-1，由20加热到50，盐=930 Wm-2K-1，蒸汽=5 815 w.m-2K-1，钢管的=46. 52 w.m-1.K-1.求加热钢管多少米（以管外表面计算）。设忽略热损失，可按平面壁考虑。解：盐溶液在热交换中无相态变化 2采用传热面积为4.48 m2的换热器进行溶剂苯和某水溶液间的逆流换热，苯的流量为3 600kg.h-1，比定压热容为1.88 kJKg-1K-1，由80冷却到50，水溶液由20加热到30，忽略热损失，求总传热系数K。解：忽略热损失：3.有一厚度为480 mm的普通砖墙，高温侧为200，在此温度下的导热系数为0.614 W.m-1K-1；低温侧为30，在此温度时的导热系数为0.52 Wm-1K-1。试求单位时间通过单位传热面积(l m2)的热量为多少。解：4为减少热损失，设备外壁包一层厚度为200 mm均匀保温材料，导热系数为0.163W.m-1K-1，保温材料外缘温度为30，为测量设备壁面温度，将温度计从外面插入保温层50 mm，测得其温度为75，试计算设备外壁温度和单位时间每平方米保温层向外散失的热量。解：5.有=60 mm3mm的常压蒸气管（钢管），其导热系数为50 W.m-1K-1，外包40 mm厚的石绵泥，其导热系数为0.12W.m-1K-1。蒸气管内壁为110，石棉泥外壁为20。试求每秒钟每米管路散失的热量。解：6.在100 mm5 mm的钢管中有134的饱和水蒸气流动，若管外包有30 mm厚玻璃棉，其导热系数为0.05Wm-1K-1，当外界气温为15时，若空气对保温层的给热系数为8W.m-1K-1，忽略钢管内饱和水蒸气对钢管的给热系数和钢管壁很小的热阻，试求保温层外壁温度。解：稳态传热，保温层内的导热速率=保温层与空气的对流给热速率7.反应釜的釜壁为钢板，厚5 mm(=50W.m-1K-1)，黏附在内壁的污垢厚0.5 mm（=50W.m-1K-1）。反应釜附有夹套，用饱和水蒸气加热。釜体钢板外表面（与蒸汽接触）为150，内壁面130。试求单位时间每平方米面积所传导的热量。并与没有污垢层和釜体为不锈钢（有污垢）、铜（有污垢）的情况进行比较（设壁面温度不变）。(其中不锈钢=14W.m-1K-1；铜=400W.m-1K-1)解：无污垢： 不锈钢有污垢：铜有污垢：8.用134.2的饱和水蒸气加热48 mm3mm钢管内的某溶剂，由20加热到75，溶剂的体积流量为6m3.h-1,，密度为1080kg.m-3，比定压热容为2.9kJKg-1K-1，求单位时间（每秒钟）消耗的蒸汽的量。解：9在某一化工生产流程中，换热器采用一种高温流体来预热原料液，将原料由25预热到180；而高温流体经过换热，由300降至200。试计算采用逆流操作与并流操作时的平均温度差，并进行比较。解：逆流：并流：10.列管式换热器由若千根长3m、外径25 mm的钢管组成。要求将流量为1.25 kgs -1流体从350冷却到300。290的B流体在管内与A流体作逆流流动。已知B侧和A侧的给热系数分别为0 .85 kWm-2K-1和1. 70 kWM-2K-1，管壁和污垢热阻可忽略。若B流体出口温度为320，求所需管子的根数。已知A的Cp=l. 9 kJKg-1K-1，=880 kgm-3。解：12.用300kpa的饱和蒸汽（134）通人夹套式换热器夹套，使甲苯沸腾蒸发。甲苯的沸点为110.6，汽化热为363.5kJKg-1,，换热器的传热面积为1m2，每小时汽化200kg甲苯。求换热器的总传热系数K。如果换热器的热损失为换热量的10%，求每小时消耗多少千克饱和水蒸气。解：13.某单程列管式换热器内置直径为25 mm2. 5 mm的钢管柬。操作过程中，苯在换热 器的管内流动，流量为1.25kg.s-1，温度由80冷却到30；冷却水在管间与苯呈逆流流动，进口温度为20，出口温度为50，已知水侧和苯侧的给热系数分别为l 400Wm -2K-1和0.75 Wm -2K-1，污垢和换热器的热损失可以忽略，试求换热器的传热面积。苯的平均比定压热容为l.9kJKg-1K-1 ，管壁材料的导热系数为45Wm -2K-1。解：第四章习题1采用精馏操作分离正庚烷正辛烷混合物，精馏塔的塔底压力为101. 7 kPa，塔顶压力为100. 6 kPa。已知正庚烷(A)和正辛烷(B)的饱和蒸气压为温度/9098.5100105110115120126pA/kPa78.5101.3106.0121.6139.3158.9182.2pB/kPa33.944.847.255.364.374.186.1101.3如果正庚烷正辛烷混合物服从拉乌尔定律和道尔顿分压定律，试求：(1)塔底温度分别为115和120时，塔底液体组成；(2)塔顶温度分别为100和105时，塔顶馏出物组成。解：（1） 塔底：115120（2）塔顶1001052设正庚烷正辛烷混合物可视为理想混合液，根据上题所给数据，计算在101. 3 kPa下气液平衡组成，并分别绘出t-x-y相图和y-x相图。3求不同温度下正庚烷与正辛烷的相对挥发度，用平均挥发度求平衡时的气相组成y与液相组成x的关系，并与前题的计算绪果进行比较。4在连续精馏塔内每小时精馏含乙醇10%（质量分数，下同）的水溶液2000 kg。要求塔顶馏出液中乙醇含量为96%，塔底斧液中含乙醇2%，保持回流比R=4，试求回流量。解：5已知连续精馏塔操作线方程为精馏段 y=0.723x+0.263提馏段 y=1.25x-0.0187若泡点进料，试求原料液、馏出液及塔底釜液的组成及回流比。解：原料液是精馏段与提馏段交点，精馏段 y=0.723x+0.263提馏段 y=1.25x-0.0187解得xF=0.534精馏段：解得R=2.61， xD=0.956原料液于泡点下进料，组成xF=06，流量为152 kmolh-1。相对挥发度=3。要求xD=0.9，xw=0.02，R=1。试求：(l)精馏塔顶、塔底产品的流量及塔顶轻组分的回收率；（2） 最小回流比Rmin；（3）离开第三块理论板的液相组成。解：（1） （2）泡点进料q=1书126图，129图（3）逐板计算方法解x3=0.517常压下连续精馏塔中分离甲醇水溶液，已知XF=0.4,精馏段和提馏段的操作线方程分别为y=0.63x + 0.361y=1.805x0.00966试求q值和回流比。解:精馏段操作线，提馏段操作线，q线交于一点，y=0.63x + 0.361y=1.805x0.00966解得xd=0.3146,yd=0.5582带入答：略。8. 将含苯0.5（摩尔分数，下同）的苯-甲苯混合液，在连续精馏塔中分离。要求塔顶回收99.5的苯，釜液中含苯小于0.02。饱和液体进料，回流比R = 3.0，相对挥发度=2.45。试求理论塔板数。若全塔效率为60，试求实际塔板数。解：泡点进料q=1,teamwork n. 协作；配合书131页吉利兰图：查第五章 化学反应器习题1在间歇釜式反应器内进行AB的液相一级不可逆反应，反应速率方程为rA=kcA，已知反应在162的等温下进行，k= 0.8h-1，试求转化率达到97%时所需的反应时间。解：对一级反应：2在间歇釜式反应器内进行某反应，其动力学方程为rA=0.35cA2 kmolm-3s-1，当A的初始浓度分别为1kmolm-3和4kmolm-3时，计算A的残余浓度降低到0.01kmolm-3时所需反应时间。解：对二级反应：3 醋酐的水解反应为 (CH3CO) 2O+H 2O=2CH3COOH已知醋酐的浓度低时，此反应可视为假一级反应。在l5时的反应速率rA=0.080 6cAmolL-1min -l，式中cA为醋酐的浓度。若使用间歇釜式反应器，每天处理溶液量为25m3，每批料用于装、卸料等的辅助时间为25min，装料系数为0.7,要求醋酐的转化率为99%，试求反应釜的容积。解：对间歇反应器中的一级反应：4在间歇釜式反应器中分别进行一级反应和二级反应，试计算转化率从0提高到90%与从90%提高到99%所需反应时间之比。解：对一级反应：0-90%0-99%90%-99% 对二级反应：0-90% 0%-99%90%-99%5 用醋酸和丁醇合成醋酸丁酯的反应为CH3COOH+C4 H9OHCH3COOC4H9+ H2O反应在间歇釜式反应器内进行，反应温度为373 K，配料比为醋酸：丁醇=1:4.97（摩尔比），以少量H2SO4为催化剂，反应速率方程为rA=kcA2，式中cA为醋酸的浓度。已知在反应温度下的速率常数k=1.046m3kmol-1h-1，物料的密度在反应前后不变，均为750kgm-3，要求每天生产2400kg醋酸丁酯，醋酸的转化率为50%，每批料的辅助时间为0.5h，求反应釜的有效容积。解：醋酸-60，丁醇-74，醋酸丁酯-116二级醋酸丁酯产量： A的转化率50%， 8某液相反应，在25时其反应速率方程为rA=0.992cAcBkmolm3s-1，原料的进料量为0.28m3h-1，反应物的初始浓度cA0=cB0=0.08 kmolm -3，试求：(l)采用单级连续反应釜，转化率达87.5%时，反应釜的有效容积；(2)采用二级串联反应釜，每个反应釜的有效容积为单级连续反应釜的一半时，反应的最终转化率。解：（1）对二级反应： （2）二级串联