化工基础学习知识原理计算题例题

1、三计算题1（15分）在如图所示的输水系统中，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m,其中压力表之后的管路长度为 80m, 管路摩擦系数为0.03,管路内径为0.05m, 水的密度为1000Kg/m3,泵的效率为0.85, 输水量为15m3/h。求：（1）整个管路的阻力损失，J/Kg；（2）泵轴功率，Kw ；（3）压力表的读数，Pa。解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ；则 hfd 22.12m/s0.052 -)1000.030.052.1222135.1J /kgWsVs色 100036004.17kg /sNe Ws We 1381.5W, n =80%N1727w 1.

2、727kw（2）泵轴功率，kw;在贮槽液面0-0 '与高位槽液面1-1 '间列柏努利方程，以贮槽液面为基 准水平面，有：2 2U0p0 U1p1gHg -WegH -hf,0 12 2其中，hf 135.1J /kg, uq= 5=0, p1=p°=0（表压），H o=0, H=20m代入方程得：We gHhf9.81 20 135.1 331.3J/kg105Pa,泵的效率为70%，水的密度 为1000kg/m3，试求:(1) 两槽液面的高度差H为多少？(2) 泵所需的实际功率为多少kW ？(3) 真空表的读数为多少kgf/cm2 ？解：(1)两槽液面的高度差H在压

3、力表所在截面2-2 '与高位槽液面3-3 '间列柏努利方程，以贮槽液 面为基准水平面，得：gH22U22P2gH2U32P3hf,2 3其中，hf,2 3 4.9J/kg,U3=0, p 3=0,5p2=2.452x 10 Pa, H 2=5m, u 2=Vs/A=2.205m/s代入上式得:2.20522 9.812.452 1054.91000 9.819.8129.74m(2)泵所需的实际功率在贮槽液面0-0 '与高位槽液面3-3 '间列柏努利方程，以贮槽液面为基 准水平面，有：gH。2Uq2匹WegH2U32P3hf,0 3其中,hf ,0 36.864

4、.9J / kg ,u 2= u 3=0, p 2= p 3=0, H q=0,H=29.4m代入方程求得：W=298.64J/kg， Ws Vs故 忠 Ws We 2986.4W， n =70%363600100010kg/sN4.27kw(3) 真空表的读数在贮槽液面0-0 '与真空表截面1-1 '间列柏努利方程，有:gH。2Uq2PqgH1P1h f ,0 1其中，hf ,q 11.96J / kgH=0，Uq=0,Pq=0,Hi=4.8m,Ui=2.205m/s代入上式得,Pi1000(9.81 4.820.525kgf / cm2.205221.96)5.15 104

5、 Pa3用离心泵把20E的水从储槽送至水洗塔顶部，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76mrK 2.5mm,在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 24.66为03Pa；水流经吸入管与排出管（不2 2包括喷头）的能量损失可分别按hf2u与 hf,2 10u计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速 m/s。排水管与喷头连接处的压 强为98.07 X03Pa（表压）。试求：（1）水在管内的流速u; （2）泵的有效功 率; （3）已知泵的效率为60%，求操作条件下泵的轴功率。325 （15分）一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为6m,直径为© 25X 2mm

6、。冷却水在管内流过，并从17oC被加热到37oC。流量为1.25kg/s,温度为 72oC的烃饱和蒸汽在管外冷凝成同温度的液体，烃蒸汽的冷凝潜热为 315KJ/Kg。已测得：蒸汽冷凝传热系数a o=8OOw/ （ m2 oC）,管内侧热阻 为外侧热阻的40%，污垢热阻为管内侧热阻的 70%。计算时可忽略管壁热 阻及热损失。水的比热为 4.18KJ/ （Kg oC）。试计算：（1）冷却水用量；（2）换热管的总根数。（传热面积以外表面为基准）。解： （1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），S ；由题意知，水以0.7m/s的流速在管内流过，欲求 S，需先知道每程的管子数，每 程的管子数等于所

7、需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。两流体交换的热量为：Q Whrh 1.25 315394kw又Q WcCpc(t2 tj， Cpc 4.18kJ/kg C，则WcQ3944.713kg / sC pc (t 2t 1 )4.18 (3717 )单官内水的流量为：Wc1-d2u0.7850.02120.710000.2423kg /s4每程所需管子数为：n1 Wc4713 19.5Wc10.2423取每程管子数为20，则每程所能提供的传热外表面积为：S dol n10.025 20 34.71m2（2）换热管的总根数；由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。QKoS。tm由题给数据,0.7

8、 0.4 丄)o10.7 0.4)800tmt1 t2(72 17) (72 37)InInt272 1772 3744.25 C则任务所需的传热外表面积为：SoQKo tm3940.4762 44.2518.7m2Sodo ln换热管总根数为:取So n doln 8018.70.025 379.426（ 15分）有一换热器，管内通90 r的热流体，膜系数1为1100w/m C,2管外有某种液体沸腾，沸点为 50C，膜系数2为5800w/m C。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢；（2）外侧有污垢产生，污垢热2阻为 0.005m C/w解：忽略管壁热阻，并假设壁温为Tw（1）当壁很

9、薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得：TTwTwt90 TwTw 5011111211005800Tw 56.4 C（2）同理T TwriTwt1Ro290 T w11100Tw 505800 0-005贝UTw 84 C由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。7 （15分）在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20C和110C。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别 为45C和40C，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和 进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38C，试求：（1）空气出口温度为多少？ （ 2）总传热系数为原来的多少倍？

10、（ 3）若使冷却水加大一 倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（水>> 空气）（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？两式相比（2) / (1)，得(110T2)(11040)(38 20)/(45 20)解:使用初期使用一年后110C40C110C T245 C 20C38C 20C(1）空气出口温度t2题意可得：使用初期 QWcCpc(t21)WhCph(T1T2)KS tm(1)使用一年后Q2WcC pc(t2tj WhCph(T1T2)KS tm(2)贝T2 =59.6 C（2）总传热系数K /Ktm(T1 t2)(T2 tjt

11、2tmlnT2 t1(110 38) (59.2,110 38In59.6 2065 20.65In -2034.2 C20)72l 夢 54.2 C39.6方程式/（1）式，得：(38 20)(45 20)K 54.2K 38.2故KK 0.50%（3）冷热流体的出口温度t2 及 T2一年后QWcCpc(t2匕）WhC,ph (T1T2)KStm（3）Q2WcCpc(t2匕）WhCph (T1T2)KStm（4）方程（4）式/（ 3），得:110 T22(t220)K1(110t2)(T220)110 59.63820K54.2ln110t2T220整理前半式的方程t239.60.179T2

12、又因空气，K空气，由等比定理20)110 59.6 9(110 T2) (t2154.2(11020) ,110 t2 InT220整理得,ln3T22041.454.2t2153 T2(6)联立（5）和（6），可得:t2 29.4 C，T257.5 C（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少?t(110 29.4) (57.5 20)m110 29.4In57.5 2080.6 37.5,80.6In37.556.3 C56.354.21.048在一单程列管式换热器中，欲用水将15000kg/h的煤油从140C冷却到40C,水的进、出口温度分别为30C和40C，两流体逆流流

13、动。煤油的平 均比热容为2.3kJ/（kg?C），水的平均比热容为4.187 kJ/（kg?C）。若换热器 的总传热系数为300W/（m2?C），试求：（1）冷却水的流量；（2）换热器的 对数平均温度差 厶巾；（3）换热器的传热面积So9在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含氨 5% （体积）的空气一氨混合气中 的氨，已知混合气量为2826m3/h （标准状况），气体空塔速度为1m/s，平衡 关系为丫=1.2X，以摩尔比为推动力的气相体积总传质系数 KYa=180kmol/m3 - h，吸收剂用量为最小用量的1.4倍，要求吸收率为98%， 试求：（1）溶液的出口浓度X1 （摩尔比）；（2）气相总传质

14、单元高度 Hog；（3）气相总传质单元数Nog;10 （15分）一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A.已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m，进塔混合气组成为0.04 （A的摩尔分率， 下同），出塔尾气组成为0.0066,出塔水溶液浓度为0.0134,操作条件下平 衡关系为丫=2.5X o试求：（1）液气比为最小液气比的多少倍？ （ 2）所需 填料层高度？ （ 3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度降至0.0033, 求出此时填料层高度？解：（1）液气比为最小液气比的多少倍X10.0410.040.0417丫20.00531 0.00530.00533L/V0.001280.01

15、2971 0.00128丫1 丫2X1 X20.04170.005330.012970(L/V)min丫1 丫2丫1 丫2X1 X2丫1出0.04170.005330.0417/2.52.18(L/V)/(L/V)min2.8042.18 匚286（2 ）所需填料层咼度？Z H OG N OGS mV/L 2.5/2.804 0.8921Nog仁啲s)Y% mX2S1 ln(1 1 0.8925.110.892) 0.0417 00.8920.00533 0故 Z HogNog1.5 5.117.67m(3)此条件下的填料层高度。0.0033丫20.003311 0.0033N OGln(11

16、 SS) 丫 mX2)Y2 mX2S1 0.892l 门心7.520.892) 0.0417 0o.8920.00331 0Z H OG N OG1.5 7.5211.28m11 (15分)某填料吸收塔用含溶质x20.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比 L/V=3，气体入口质量分数 y1 °.01回收率可达°.90。已知物系的平衡关系为y=2x。今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至x2 O.。0035，试求：可溶组分的回收率下降至多少？液相出塔摩尔分数X1升高至多少？解:(1) y2y1(1)0.01 (1 0.9)0.0011 2A L/V 30.667

17、Nog1-ln(1 1 -A1) y1 mx1 丄A y2 mx2 A0.01 0.0002 2E 冋(1 0.667)0.001 0.0002 2 0-667 5.38当X2上升时，由于 H不变，Hog不变5.380.667) 001y20.00035 20.00035 20.667NOgH / H og也不变，即y20.0013y1 y2y10.010.00130.010.87（1）物料衡算V(y1 y2) L(X1 X2)VX1 (y1 y2) X20.000350.003251=(0.010.0013)312 （20分）某填料吸收塔进塔混合气体中含苯 5% （体积百分数），其余为 惰性

18、气体。吸收塔操作压强为780mmHg,温度为25C,进塔混合气体流量 为1000m3/h,苯回收率为95%。吸收剂为不含苯的煤油，煤油耗用量为最 小用量的1.5倍。气液逆流流动，系统平衡关系为 丫=0.14X （式中丫、X均 为摩尔比），气相体积总传质系数为 Kya=125kmol/m3 h,煤油的平均分子 量为170kg/kmol，塔径为0.6m。试求：（1）煤油的耗用量为多少kg/h? （2） 煤油出塔浓度X1为多少？（ 3）填料层高度为多少m?（4）吸收塔每小时 回收多少kmol苯？ （5）欲提高回收率可采用哪些措施？并说明理由。 （15分）有一填料吸收塔，在 28 T及101.3kPa

19、,用清水吸收200m3/h 氨-空气混合气中的氨，使其含量由 5%降低到0.04% （均为摩尔% ）。填料 塔直径为0.8m ,填料层体积为3 m3,平衡关系为Y=1.4X ,已知 Kya=38.5kmol/h。问（1）出塔氨水浓度为出口最大浓度的 80%时，该塔能 否使用？（ 2）若在上述操作条件下，将吸收剂用量增大 10%，该塔能否使 用？（注：在此条件下不会发生液泛）0.050.0004解：(1)Yi0.05263Y20.00041 0.0510.0004惰性气体流里v 200273 (1 0.05)7.69kmol /h22.4301Yi0.052630.0376XiX10.80X10

20、.03011.4Yi丫2V(Yi Y2)XiX27.69 (O.。5263°.0004) i3mo|/h0.03010Yi丫2mX10.00040.05263 1.4 0.03010.01046Ym¥ xTY2In0.00308V(Yi Y2)7.69 (0.05263 0.0004)KYa38.5 0.785 0.820.003086.74 m该塔现有填料层高度Z 0.785 0.826m(2 )吸收剂用量增大10%时L 1.113.3414.67kmol/hL V(丫Xi丫2)7.69 (0.052630.0004)X2X10所以该塔不适合。i4.67kmol / h0

21、.0274Xi因为 Z ZY1 Y mX10.05263 1.4 0.02740.01424Y2 Y20.0004Ym0.01424 0.00040.003870.01424 In 0.0004ZV"Y2)KYaYm7.69 (0.05263 0.0004)“25.36m38.5 0.785 0.80.00387因为 Z Z所以该塔适合。14 （15分）在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间 接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，饱和蒸汽进料。已知进料量为200kmol/h，进料组成为0.4 （摩尔分率），回流比为6,塔顶馏出液中苯的 回收率为0.97,塔釜采出液中

22、甲苯的回收率为 0.95。试求：（1）塔顶馏出 液及塔釜采出液组成；（2）精馏段操作线方程；（3）回流比与最小回流的比 值；（4）若全回流操作时，塔顶第一块塔板的气相默弗里板效率为0.6,全凝器液相组成为0.98,求由塔顶第二块板上升的气相组成？(a)解：（1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成；由0.97Fxf Dxd0.95F(1 Xf)W(1 Xw)(b)F=D+W+150(c)Dxd Wxw FxF 150 0.460(d)联立（a）、（b）、（c）和（d）求解得:D=62.7kmol/hxd=0.928W=87.3kmol/h， xw=0.0206，（2）精馏段操作线方程；yn 1 Xn0.

23、8xn 0.1856R 1 R 1(3) 提馏段操作线方程；LWXw7Xm V饱和蒸气进料，故 q=0 V （R 1） F，L L DR(4)(5)y1RDxm(R 1) F(R回流比与最小回流比的比值;XdyqyqXqXqyq nix；Rmin0.9280.4q=0,0.4 0.2125求由塔顶第二块板上升的气相组成。EmVt0.6，2.816y1y1y2X11 (1)X1Wxw1)DyqXq匸 gXm 0.011xF 0.40.2125in 1.42全回流时，X11)X12.47y211.47y2y1 0.98，代入上式可得：y2 0.969315在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为

24、全凝器，塔釜间接蒸汽 加热。进料量为1000kmol/h，含苯0.4,要求塔顶馏出液中含苯 0.9 （以上 均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%,泡点进料，泡点回流。已知a =2.5, 取回流比为最小回流比的1.5倍。求：（1）塔顶产品量D、塔底残液量 W及 组成Xw； 最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）从与塔釜相邻的塔 板上下降的液相组成为多少？解：（1）塔顶产品量 D塔底残液量 W及组成Xw；詈，得:1000 0.4 0.90.9400kmol / hW=F- D=1000-400=600kmol/h又由物料衡算Fxf Dxd WxwxW(1000 0.4 400 0.9)/60

25、0 0.0667（2）最小回流比；泡点进料，q=1, xq Xf 0.4yqXq1(1)Xq2.5 0.41 1.5 0.40.625RminXd yq0.9 0.625yq xq0.625 0.4（3）精馏段操作线方程；R 1.5Rmin1.83yn 1 xn -X 0.646xn 0.318R 1 R 1（5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成xw25 °.°6670 1521(1)xw 11.5 0.0667.由操作线方程ym 11.53xm 0.0353得yw 1.53x10.0353x10.0763yw16 （15分）用一精馏塔分离二元液体混合物，进料量 100k

26、mol/h，易挥发组 分xf=0.5,泡点进料，得塔顶产品xd=0.9,塔底釜液xw=0.05（皆摩尔分率）, 操作回流比R=1.61,该物系平均相对挥发度a =2.25，塔顶为全凝器，求： 塔顶和塔底的产品量（kmol/h）；第一块塔板下降的液体组成X1为多少；写 出提馏段操作线数值方程；最小回流比。解：（1）塔顶和塔底的产品量（kmol/h ）；F=D+W=100（1）D 0.9 W 0.05 FxF 100 0.5 50(2)上述两式联立求解得（2）因塔顶为全凝器,XdX11)X10.9Xi0.802.25 1.25 0.9(3)写出提馏段操作线数值方程;(R 1)D2.61 52.94

27、138.17qF RDF 1.6152.94100185.23(4)LXmV1.34xmym 1WxwV0.017185.23Xm138.1747.06 0.05138.17最小回流比。泡点进料，q=1, Xqxf 0.5yqXq(1X；0B92RminXdyqyqXq理卫型1.0830.692 0.5D=52.94kmol/hW=47.06kmol/h第一块塔板下降的液体组成X1为多少;17 （15分）一精馏塔，原料液组成为0.5（摩尔分率），饱和蒸气进料，原料 处理量为100kmol/h，塔顶、塔底产品量各为 50kmol/h。已知精馏段操作 线程为y=0.833x+0.15,塔釜用间接蒸

28、气加热，塔顶全凝器，泡点回流。试 求：塔顶、塔底产品组成；全凝器中每小时冷凝蒸气量；蒸馏釜中每小时产生蒸气量若全塔平均a =3.0，塔顶第一块塔板默弗里效率 Eml=0.6，求离开塔顶第二 块塔板的气相组成。解：（1）塔顶、塔底产品组成;R(R1)0.833 ,R=5 又 Xd(r i)0.15 ,xD0.90由物料衡算FXfDx d Wxw得xW （100 0.5 50 0.9）/50 0.1（2 ）全凝器中每小时冷凝蒸气量；V=（ R+1）D=300kmol/h（3 ）蒸馏釜中每小时产生蒸气量；q=0，V' =V - F=300 -100=200kmol/h（4 ）求离开塔顶第二块

29、塔板的气相组成。XdX10.6 ,XdXdX11(1)X 1X1y1(1)y10.93 2 0.90.75空仝0.60.9 0.75X10.81y 0.833 0.810.150.82518 （20分）在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜 间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h,含苯0.4,要求塔顶馏出液中含苯0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流。已 知=2.5，取回流比为最小回流比的1.5倍。试求：（1）塔顶产品量D、塔 底残液量W及组成Xw； （2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）提 馏段操作线方程；（5）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所 需理论板数为多少？解：（1）塔顶产品量 D塔底残液量 W及组