华南理工大学851化工原理计算题汇总

1、gH2gH22其中，四、计算题(共45分，每小题15分)1、如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为83X3.5mm,泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度H为5m。当输水量为236m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452X105Pa,泵的效率为70%,水的密度p为1000kg/m3,试求：两槽液面的高度差H为多少？泵所需的实际功率为多少kW?真空表的读数为多少kgf/cm2?1、解：(1)两槽液面的高度差H在压

2、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:+UL+生=gH+U3+邑+工hTOC o 1-5 h z2p2pf，2-3工h=4.9J/kg,u=0,p=0, HYPERLINK l bookmark2 o Current Document f,2-333=p2.452X105Pa,H=5m,u=Vs/A=2.205m/s222代入上式得：=29.74m=5+込+2452%105-竺代入上式得：=29.74m HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 2x9.811000 x9.819.81(2)泵所需的实际功率在贮槽

3、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:u2gH+亠+o2其中，工hf,0-3厶+W=gH+U2+电+丫hpe2pf,0-3=6.864.9J/kg,u=u=0,p=p=0,2323H=0，0H=29.4mNNn=70%，N=,代入方程求得：W=298.64J/kge故N=WxW=2986.4w，ese(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p+工pgH0u2pu2+亠+4+=gH+亠+2p12hf,0-1其中代工h=1.96J/kgf,0-1,入H=0，0上u=0,0p=0,H=4.8m,01u=2.205m/s1得p=1000(

4、9.81x4.8+2.2052+1.96)=-5.15x104Pa=-0.525kgf/cm212在由118根025x2.5，长为3m的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。已知加热蒸汽的温度为132.9C，空气的质量流量为7200kg/h，空气的进、出口温度分别20C和60C，操作条件下的空气比热为1.005kJ/(kgC),空气的对流给热系数为50W/(m2C),蒸汽冷凝给热系数为8000W/(m2C),假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求：加热空气需要的热量Q为多少？以管子外表面为基准的总传热系数K为多少？(3)此换热器能否完成生产任务？2、解：(1)Q二

5、wcC-1)=7200/3600 x1.005x(60-20)=80.4kJ/s2p221(2)11(2)K2=1d=10.02=39.8W/m2C)+2+hdh80000.02x50(3)211A2=118x3.14159x0.025x3=27.8m2(3)AtmTOC o 1-5 h zAt-At-40AtmC=ii=91.45CiAti72.9 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document ln4ln HYPERLINK l bookmark124 o Current Document At112.92Q=KAAt=39.8x27.8x91.45=1

6、01184J/s=101.184kJ/s，能够完成生产任22m务。3、以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻土的悬浮夜。过滤机的滤框尺寸为810X810X25(mm),共有37个框。已测出过滤常数K=10-4m2/s,qe=0.01m3/m2,9e=1so若已知单位面积上通过的滤液量为0.15m3/m2,所用洗水量为滤液量的1/5。求:过滤面积和滤框内的总容量；过滤所需的时间；洗涤时间；3、1)过滤面积A=2LBZ=2X0.81X0.81X37=48.6m2滤框总容积Vz=LB5Z=0.81X0.81X0.025X37=0.607m3过滤时间(q+qe)2=K(0+0e)(0.15+0.01)

7、2=10-4(8+1)0=255s洗涤时间0w=8(q+qe)qw/5K=8X(0.15+0.01)X0.15/(5X10-4)=348s四、计算题(共45分，每小题15分)1、用离心泵由真空度为48kPa的容器中输送液体，所选用泵的需要气蚀余量为49kPa。该液体在输送温度下的饱和蒸汽压为26.66kPa,密度为900kg/m3,吸入管道因阻力损失的压头为0.20米液柱,试决定泵的安装位置。若泵入口端容器改为敞口,该泵又应如何安装？2、在一内钢管为180 x10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态烃从100弋冷却到60oC,其平均比热为2380J/(kgK)。环隙逆流走冷却水

8、，其进出口温度分别为40oC和50弋，平均比热为4174J/(kgK)。内管内外侧对流传热系数分别为2000W/(m2K)和3000W/(m2K)，钢的导热系数可取为45W/(mK)。假定热损失和污垢热阻可以忽略。试求：冷却水用量；基于内管外侧面积的总传热系数；对数平均温差；内管外侧传热面积。3、某板框压滤机共有10个框,框空长、宽各为500mm,在一定压力下恒压过滤30min后，获得滤液5m3,假设滤布阻力可以忽略不计，试求：(1)过滤常数K;(2)如果再过滤30min,还能获得多少m3滤液？四、计算题(共45分)解：(1)由题意知P=900kg/m3,P=26.66kPa,丫H=0.2m,

9、vPgAh=49kPa,P=10130048000=53300Pa1叮90071叮90079.807心00-26660-49000)一2刀九由于求出的允许安装高度是负值,故要求泵的进口安装在水槽液面的下方2.72m,所以,实际安装高度可取,-2.73-1=-3.73m,(2)由于容器敞口,P=101300Pa,aH=H=-(101300-26660-49000)-0.2=2.705m,g900 x9.807为安全起见,实际安装高度可取,2.705-1=1.705m。答：(1)泵的进口安装在液面下3.73m。(2)泵的进口安装在液面上方1.705m解：(1)由Wc(T-T)=Wc(t-1)hph

10、12cpc21(T解：(1)由Wc(T-T)=Wc(t-1)hph12cpc21(T-T)3500 x2380 x(100-60)丄2=7982kg/h1丿4174x(50-40)1Wc=十(_pc2(2)d-doildlnodi180-160.180ln160169.80mm2000bd+o九dm1800.01+ao180+16045169.8+3000=1.1314X10_3所以(3)由得K=883.8571W/(m2K)oA1m逆A1A12丄lnA12A1150；2=32.75C150ln-20Q=KSA1=Wc(T-T)om逆hph12Wc(T-T)S=hph1=KA1om逆350 x

11、泅x(!0-6)=3.1975m33600 x883.857x32.75五、计算题（共45分，每小题15分）1、某车间需要安装一台换热器，将流量为30ms/h、浓度为10%的NaOH水溶液由20C预热到60C。加热剂为127C的饱和蒸汽（在饱和温度下排除冷凝水）。该车间现库存一台列管式换热器，其规格为25X2mm；长度为3m；总管数72根。试问库存的换热器能否满足传热任务？蒸汽冷凝走壳程，NaOH水溶液走管程。管内NaOH水溶液一侧的a=2560W/m2C。蒸汽冷凝一侧的a=10000W/m2C,12钢的导热系数九二46.5w/m-C,污垢热阻总和工R=0.0003m2-C/w,NaOH水溶液

12、的Cp=3.77kJ/kg.C。2、每小时将2X104kg、45C氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B（如下所示）,出口处距反应器液面的垂直高度为15m，反应器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为076mmX4mm、长26.6m的不锈钢管。管线上有两个全开的闸阀、5个90标准弯头。45C氯苯的密度为1075kg-m-3,粘度为6.5x10-4Pas。泵的效率为70%，求泵的轴功率。附：入=0.0293，各局部阻3、板框过滤机加压过滤某悬浮液.一个操作周期内过滤20分钟以后共得滤液4m3（滤饼不可压缩,介质阻力忽略不计）。在一个操作周期内共用去辅助时间为30分钟。求:（1

13、）该机的生产能力为多少？（2）若过滤压强差加倍,其他条件不变（物性、过滤面积、过滤与辅助时间不变）,该机的生产能力提高了多少?A、计算题（共45分）1、解：对库存换热器进行传热能力核算Q=KSAt其中oom其中S=加d(L-0.1)=72x3.14x0.025x(3-0.1)=16.4m2ooAtmT】TAtmT】TtIniTt2bd+丁+oaadkdo1ii0.0252tt21】TtIniTt260-20二854C112720In12760丄+00匚+.2X0.25+0.0003=丄100002560 x0.02146.5x0.0231097K二1097w/m2Co换热器的传热速率Q=KSA

14、t=1097x16.4x85.4=1536kwoom该换热器的热负荷Q=WC(tt)=30X1100X3.77X(6020)=1382kwLcpc213600因为qql所以库存的换热器能够完成传热任务。S=1382000/1097X85.4=14.8m2O2解：如图，取1-1、2-2界面,PPgp1=26.7kPa(绝压),p2=101.3kPaPg22gf,12Z=0,u10绝2解：如图，取1-1、2-2界面,PPgp1=26.7kPa(绝压),p2=101.3kPaPg22gf,12Z=0,u10绝压)Z2以1-1截面为基准面e(+也+丫h15m2X104qv1075x3600=5.168

15、x10-3m3-s-15.168x10-31“=1.42m-s1兀x0.06824=h+2h+5hf,进f,闸f,弯u2Pg+z+十+2gf,12h=h+hf,12f,直f,直hf,局=kLUL=0.0293X26.6d2g1.4220.068X2x9.81=1.178m=(0.5+2x0.17+5x0.75)x1.422=0.4717m2x9.81(101.326.7)x103_1075x9.81_+15+島+1J78+0.4717=2383mNe=HeqVPg=23.83x5.168x10-3x1075x9.81=1.30 x103WN=N=1.30%103二1.86x103W二1.86k

16、Wa耳0.73、(1)生产能力:Q=V/(e+eD)=4/(20+30X60)=4.8(m3/h)(2)V22=2kAPA2e知(V1/V2)2=(2kAPA29)/(2k2APA29).W2=V2V1=6.79(m3/hr)提高(6.7948)/4.8)X100%=41.4%五、计算题(共45分，每小题15分)1在由118根25x2.5，长为3m的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。已知加热蒸汽的温度为132.9C，空气的质量流量为7200kg/h，空气的进、出口温度分别20C和60C，操作条件下的空气比热为1.005kJ/(kgC),空气的对流给热系数为50W/(m

17、2C),蒸汽冷凝给热系数为8000W/(m2C),假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求：加热空气需要的热量Q为多少？以管子外表面为基准的总传热系数K为多少？此换热器能否完成生产任务？2、现用一虹吸管来输送相对密度为1.2的某酸液，如附图示。设酸液流经虹吸管的阻力忽略不计，问：图A处(管内)和B处(管内)的压强各为多少kN.m-2?若要增大输送量，你认为对此装置采用何种改进最为简单？为什么？B0.6mB0.6m0.2mFA0.In?3、某降尘室长4m、宽2m、高2m,内用隔板分成25层，用以除去炉气中的矿尘。已知矿尘的密度为3000kg.m，炉气送入降尘室的密度为1.29kg.m，粘度

18、为3.5X105Pa.s，温度为150C，尘粒直径在10口m以上，问该降尘室每小时可处理炉气多少标准m3./h?(炉气压力近似为101.3kN.m)四、计算题（共45分）1.、-1)四、计算题（共45分）1.、-1)=7200/3600 x1.005x(60-1亠1K2二1厂而h二39.8W/(m2-C)+2+hdh80000.02x50211A二118x3.14159x0.025x3二27.82At-At40二11二二91.45iAti72.9In4lnAt112.92Q二KAAt二39.8x27.8x91.45二101184J/s二101.18422m务。解：(1)Q=wct2p221d2

19、二80.4kJ/sm2AtmCkJ/s,能够完成生产任2、解：在储槽液面1-1及管内A处截面A-A列柏式:Z1g+P1/p+uJ/2=ZAg+PA/p+uA/2+hf1-A(1)在储槽液面1-1及虹吸管出口内侧2-2列柏式：Z1g+P1/P+uj2/2=Z2g+P2/P+u2/2+hf1-2.联解（1）（2）得：u2=2.8m.s-1,PA=-4.7kN.m-2（表压）同时，当液体从1-1连续流到管内B处B-B*时Z1g+P1/P+u21/2=ZBg+pB/p+uB2/2+h1-B0=0.2X9.807+PB/1200+2.82/2PB=-7.06kN.m-2（表压）（2）VV=nd2u/4当

20、h1-2=0时，u=（2gAZ）1/2欲使Vf,简单方法是：使df,即换一条直径较大的虹吸管使uf,则应使Zf,即可适当加长虹吸管，使其出口处降低。设为层流沉降：U=(10X10)(3000-1.29)X9.807/(18X0.035X10)=4.67X10m/.s验算：Rep=(10X10X4.67X10X1.29)/(0.035X10)=1.72X10aiKi=g=124.5W/(m2C)Q=WcCPc=X1.05X60=201kJ/S100-40。厂=100=655CIn40Q=KA.At即201X13=124.5A.X65.5iimiAi=24.6m2i又，A.=n兀d.L即24.6=

21、300兀X0.020LL=1.31mV3m满足要求五、计算题（总分45分，每题15分）1、用落球法测定某液体的粘度，将待测液体置于玻璃容器中测得直径为6.35mm的钢球在此液体中沉降200mm所需时间为7.32s,已知钢球的密度7900kg/m3，液体密度为1300kg/m3，计算液体的粘度。2、水从水池的喷嘴口1-1截面垂直向上喷射至大气，如下图，设在大气中流束截面保持圆形，已知喷嘴内直径d1=20mm，出喷嘴口水流速u1=15m/s。问：在高于喷嘴出口5m处水流的直径是多大？忽略摩擦阻力。3、在列管式换热器中，用热水加热冷水，热水流量为4.5x103kg/h，温度从95C冷却到55C，冷水

22、温度从20C升到50C，总传热系数为2.8x103Wm2C试求（1）冷水的流量；（2）两种流体作逆流流动时所需的传热面积；五、计算题(总分45分，每题15分)1、解：假设沉降发生在层流区_d2(p-p)gust18卩故u故uHt60.27320.02732将已知数值代入上式，得:(0.00635)2(7900-1300)x9.81U=5.309p.s18xo.o2732a核算流型dupRt0.04248eU小于1，假设成立。2、解：gz+u2/2+p/p=gz+u2/2+p/p111222z=0，z=5m，p=p1212u2/2=gz+u2/2122.152/2=9.81X5+U2/22.u=

23、11.26m/s2又，ud2=ud21122.d=(u/u)i/2d=壬15/1126x0.020=0.0231m21213、解1)a二ScC=4.181V/teC=%=6010咗皿由空斗侶翻=4.5x105x40 x4.181x105/(；3600 x2.3j105x39.S)=1.892五、计算题（总分45分，每题15分）1、某板框压滤机共有10个框，框空长、宽各为500mm,在一定压力下恒压过滤30min后，获得滤液5m3,假设滤布阻力可以忽略不计，试求：过滤常数K;（2）如果再过滤30min,还能获得多少m3滤液？2、100C的水蒸汽在管壳式换热器的管外冷凝，冷凝潜热为258.4kJ/

24、kg，总传热系数为2039w/（m2.K）,传热面积为12.75m2,15C的冷却水以2.25X105kg/h的流量在管内流过，设总传热温差可以用算术平均值计算，求水蒸汽冷凝量kg/h?3、用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为38.4T/h，高位槽中液面比油池中液面高20m，管路总长（包括阀门及管件的当量长度）430m，进出口阻力不计。管径为108X4mm,若油在输送温度下的密度为960kg/m3,粘度为3430cp,求泵所需的实际功率，设泵的效率n=50%。五、计算题（总分45分，每题15分）1、解：（1）过滤面积月=叮皿异1咔2=河2d1d130 x60=工曲10m2/s(2)J

25、划0=护上目汉10州衣$卫次卩0+30)乂目0=7.07m3过滤获得的滤液量A/=7.07-5=2.07m3即，再过滤30min,还能获得2.02m3滤液。2、Q=GcCpc(t2-11)=/tm,tm=(100-15)+(100-12)/2=(185-12)/2Q=2.25x105x4.18x103x(t2-15)/3600=2039x12.75x(185-t2)/212=23.1CQ=2039x12.75x(185-23)/2=2105kwD=2105X3600/2258.4=3355kg/h3、对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程：He二AZ+入(l+le)/d(w/2g)Z=20ml+

26、2e=430md=108-2x4=100mm=0.1mu二Vs/0.785d2=38400/3600X0.785X0.12X960=1.415m/sRe二dup/u=0.1X1.415X960/3430X10-3=39.6100003)L及n0.52x10-3cu1.76x103x0.52x10-3p_6.18r九148流体被加热，n_4.a_0.023-Re0.8Pr0.4_0.023x165000.8x6.180.4d=834.3w/m2C基于外表面积：0.1480.0211d+1aad022-+25=663+x-1000083420w/m2C(7分)由传热基本方程：Q二KAAtm，At_

27、(130-20)-(130-55)mA二旦KAtm130-20ln130-55=91.4C.a=9.24x105x10004.24663x91.4x3600q=d2nuv4m215x103x858=31兀兀d2ux0.022x0.5x360044(根)xx4.24A=d0LnL=1.82m兀x0.025x31（6分）五、计算题（共45分，每小题15分）1、设计精馏塔分离含苯0.639的苯与甲苯的混合液，混合液的处理量每小时24Kmol/h，要求分离成xD为0.974和x为0.047（均为摩尔分率，下同），混合Dw液在泡点下进料。试求：（1）所得馏出液和残液的量；Kmol/h（2）最小回流比；（

28、3）求当回流比为最小回流比的2倍时的理论塔板数和加料位置。2、在常压填料吸收塔中，以清水吸收焦炉气中的氨气。在操作条件下，焦炉气中氨的浓度Y为0.0134（摩尔比），惰性气体流量为220Kmol/h，要求回收率不低于99。若吸收剂用量为最小用量的1.5倍，操作条件下平衡关系为Y=1.2X，塔的横截面积为1.4m2，气相体积吸收总系数KYa=200kmol/（m3h）。求填料层高度。3、有一盘式干燥器，器内有50只盘，每盘深度为0.02m，面积为0.7m2，盘内装有湿的无机颜料，物料含水率由1kg（水）/kg（干物料）干燥至0.01kg（水）/kg（干物料）。物料的临界含水量为0.3kg（水）/

29、kg（干物料），假设平衡含水量为零。临界干燥速率为2.091kg/m2h，干燥后物料密度为600kg/m3。试确定所需干燥时间。五、计算题45五、计算题45分）1、解：对全塔进行物料衡算：Fx=Dx+1、解：对全塔进行物料衡算：FDF=D+W即：24=D+W24x0.639=0.974D+0.047W解得：D=15.35kmol/hW=8.65kmol/h即馏出液和残液的量分别为15.35kmol/h和由气液相平衡关系内插得：xf=0.639时，yF*=0.813二0.920.974-0.813所以R=二0.92min0.813-0.639R二2R二2x0.92二1.84min计算结果得：全塔

30、所需理论塔板数为Nt=10(扣除塔釜)。精馏段所需理论塔板数为5,即加料位置在第5、6理论塔板之间(从上而下)。2、解：(1)根据已知条件：X二0；2Y=Y(1E)=0.0134x(199%)=0.00013421ALVLV丿.minY-Y12-Jxm20.01340.000134=1.1881.2TOC o 1-5 h zL(L二1.5二1.5x1.188二1.782VV丿min于是X=V(YY)=x(0.01340.000134)=0.00741L121.782因为平衡线为直线，可用对数平均推动力法求传质单元数：AYmYAYmYY*(YY*)1122 HYPERLINK l bookmar

31、k465 o Current Document Y* HYPERLINK l bookmark157 o Current Document ln1-Y*220.01341.2x0.00740.00013410.01341.2x0.0074ln0.000134=0.00124YY0.01340.000134N=亠二二10.6ogAY0.00124m下面求填料层高度H：V220H二二二0.7857mOGKaA200 x1.4YTH=HN=0.7857x10.6二8.3mOGOG答：总传质单元数为10.7，填料层高度为8.3m。3、解恒速干燥阶段所需的时间干燥后产品量G2=50X0.02X0.7X6

32、00绝干物料g=g2/(1+x2)G(X-X)(XG(X-X)(X-X)pVt=c1c=1cx11SUc1SUc(1+X2)1-0.3(50 x0.7)x2.091600 x0.7x0.02x50 x=3.98h1+0.01速降干燥阶段所需的时间G,Xt=lXInG,Xt=lXIn-2SUcXc2600 x0.7x0.02x50/1.010.7x50 x2.091x0.3山空=5.80h0.01t=t+1=9.8h12五、计算题（共45分，每小题15分）1、在一连续精馏塔内分离某理想二元混合物。已知进料量为100kmol/h，进料组成为o.5（易挥发组分的摩尔分率，下同），泡点进料；釜残液组成

33、为0.05；塔顶采用全凝器；精馏段操作线方程为。试计算：（1）塔顶轻组分的收率；（2）所需的理论板层数。2、在常压逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体中溶质组分A。进塔气体组成为0.03（摩尔比，下同），吸收率为99%；出塔液相组成为0.013。操作压力为101.3kPa，温度为27C，操作条件下的平衡关系为（Y、X均为摩尔比）。已知单位塔截面上惰气流量为54kmol/（m2h），气相总体积吸收系数为1.12kmol/（m3hkPa），试求所需填料层高度。3、已知某物料在恒定干燥条件下从初始含水量0.4kg水/kg干料降至0.08kg水/kg干料，共需6小时，物料的临界含水量X=0.15kg水/k

34、g干料，平衡含水量X*=0.04kg水/kg干料，降速阶段的干燥速率曲线可作为直线处理。试求：恒速干燥阶段所需时间t及降速阶段所需时间t分别为多少？若在同样条件12下继续将物料干燥至0.05kg水/kg干料，还需多少时间？四、计算题（共45分）1、解：塔顶轻组分的收率氏其中可由精馏段操作线方程求出，即kmol/h2、解：气相进塔组成坯=03气相出塔组成咕朮V00(173)003液相出塔组成疋广皿液相进塔组成无=0二眄二20.013=0.026爲*=0蜩=?L-*=0.03-0.026=0.004_AI-Ar2_g.004-0.0003000143In00040.00030.03-0.0003=

35、20.0.03-0.0003=20.7?-0.00143込=貝心沁G=0-476%加.77=9.S6m3、解：X由0.4kg水3、解：X由0.4kg水/kg干料降至0.08kg水/kg干料经历两个阶段:又因ri+r2二湍继续干燥时间10.15-0.04蛊3墨”0.05-0.04设从临界含水量X0=O.15kg水/kg干料降至X3=O.O5kg10.15-0.04蛊3墨”0.05-0.04J1X.-X*10.15-0.04-231山兀昭0.0S-0.04继续干燥所需时间为口一心二1.37r2=1.37xl.E5=2.54继续干燥所需时间为五、计算题（共45分，每小题15分）1、用一连续精馏塔分离

36、甲醇和水的混合物。已知原料中甲醇的摩尔分率为0.35（以下均为摩尔分率），进料量为100kmol/h，泡点进料。塔顶馏出液中甲醇含量为0.95，塔底产品中甲醇浓度为0.04。操作回流比为1.5，泡点回流，间接蒸汽加热。用作图法求完成分离任务所需的理论塔板数，并计算甲醇的回收率和塔釜蒸发量。2、欲将某种非多孔性的固体物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥。空气平行吹过物料表面，空气速度为1m/s。每个周期生产能力为1000kg（干物料），干燥面积共55m2。如果开始时干燥速度为3.06X10一kg（水）/（m2s），试估计：将此物料从0.15kg（水）/kg（干物料）干燥到0.005kg（水）/kg（

37、干物料）时需要多少时间？（已知：临界水分为0.125kg（水）/kg（干物料），平衡水分近似等于零，并假设降速阶段的干燥速度曲线是直线。）3、某填料塔用水吸收混合气中丙酮蒸汽。混合气流速为V=16kol/（h-m2），操作压力P=101.3kPa。已知容积传质系数ka=64.6kmol/（h-m3），yka=16.6kmol/（h-m3），相平衡关系为p=4.62c（式中气相分压p的单位是LAAAkPa，平衡浓度单位是!i-.iI）。求：（1）容积总传质系数Ka及传质单元高度yH；（2）液相阻力占总传质阻力的百分数。OG五、计算题（共45分）1五、计算题（共45分）1、解：甲醇回收率n=-XX

38、w-XX戶5-0呷竺92.46%(0.95-0.04)x0.35在xy图上作出平衡曲线。X0.95精馏线截距为D=038R+11.5+1由（0.95，0.95）和（0，0.38）作出精馏线由q=1和（0.35,0.35）作出q线连接（xw，xw）和q线与精馏线的交点得提馏线，ww作图得理论板数Nt=7块，加料位置为第5块理论板。X-Xfw=X-Xfw=100 xX-XDw0.35-0.040.95-0.04=34.07kmol/h*.*q=1一0=，故Vv=V=(R+1D=1.5+1)x34.07=85.175kmol/h2、解：恒速阶段（X1TX）二（0.15T0.125）所需的时间为,55

39、x3.06x10-4降速阶段TX）所需的时间为,2GXt2X100055x3.06x10-4降速阶段TX）所需的时间为,2GXt2X1000 x0.1250.125cInlIn2.3907x104sSUX55x3.06x1040.0052总时间为t=t+1=2.54x104s=7.05h123、解：（1）由亨利定律PExHcHc-xymxM4.62:.mHc/Pc0.0456cM101.3MMkakac16.6ckmol/h-m3xLMMm0.0456cMka16.6cxM2.75x10-3h-m3/kmol1Ka1+kam=1ka64.6+2.75x10-30.0182h-m3/kmolG1

40、000(0.150.125)tL(XX)1.485x103s1SUc:.Ka54.9kmol/h-m3yV16H0.291（m）OGKa54.9y一、液相阻力占总阻力的百分数为m/ka2.75x10-30.15115.1%0.15115.1%1/Ka0.0182y五、计算题（共45分，每小题15分）二、一连续操作的常压精馏塔用来分离苯-甲苯混合液，原料液流量为500kmol/h，泡点进料，进料浓度为0.5,欲使塔顶含苯0.95，塔底含苯0.05（以上均为摩尔分率）。操作条件下相对挥发度为2.5，R=1.5Rmin,塔顶蒸汽先进入分凝器，所得冷凝液全作回流，未冷凝的蒸汽进入全凝器，得最后产品。试

41、求：（1）塔顶和塔底产品量；（2）塔顶第一层理论板上升的蒸汽组成。2、拟在直径为1m的填料吸收塔中，用清水逆流吸收空气混合物中的可溶组分，混合气的处理量为30kmol/h,气液相平衡关系为y=2x。已知该可溶组分的进口浓度为8%（摩尔分数，下同）。现要求其出口浓度不大于1%，取操作液气比为L/G=2，此时气相总体积传质系数Kya=0.0186kmol/m3.s。试求：（1）操作液气比为最小液气比的多少倍？（2）所需的填料层高度。3、在常压下用连续干燥器干燥含水1.5%（湿基）的物料。干燥器的处理能力为G1=2.56kg/s，物料进口温度为25C，产品出口温度为35C，其中含水0.2%（湿基），

42、绝干物料的比热为1.842kJ/kg.K，原湿空气的湿度为0.0165kg水/kg干空气，在预热器内加热至95C后再送入干燥器，干燥器中不再补充热量。已知空气离开干燥器时的干球温度为65C，干燥器中热损失为586kJ/kg汽化水，试求：（1）干燥产品流量；（2）空气消耗速率（kg干空气/s）。五、计算题（共45分）解：（1）塔顶和塔底产品量根据总的物料衡算和苯的物料衡算得知：F=D+WFXF=DXD+Wxw500=D+W500 x0.5=0.95D+0.05W解出D=250kmol/h,W=250kmol/h（2）求塔顶第一块理论板上升气相组成因分凝器也起到一块理论板的作用，所以从分凝器出来的

43、汽相组成y1与回流液组成x0成平D衡关系，即：D1+1-5xx01+1-5xx00D1+(a-1)x0解得：x0=0.884因系泡点进料,q=1,所以q线与平衡线的交点坐标x=0.5,y可用平衡关系式求得，即:QQyq=2.5x0.5/(l+1.5x0.5)=0.714xy0.950.714D=1.1030.7140.5RminyxRminyxqqmin因y1与x0成操作关系，故根据精馏段操作线方程式可得塔顶第一块塔板上升的蒸汽组成,即y=x+-=1.655x0.8840i9l=0.9091R+10R+11.655+12.655解:(1)操作液气比与最小液气比之比据已知y1=0.08,y2=0

44、.01,x2=0,y=2x0.080.01所以yi/m*(2)填料层高度y】y2Gmm所以yi/m*(2)填料层高度y】y2GmmX0.08/20y】-y2x*X传质单元高度HOGKaQy型込=0.57m冗0.0186xx124由物料衡算式有x=G(y1-y2)/L据传质单元数的定义OGdy=fyOGdy=fy1y2yydy=fy1dy=fy1Gy2ymxy2mGy(yy2)L2因mG/L=2/2=1所以NOG=f所以NOG=fy1y2ydyy,y20.080.01712=/0.01y2填料层咼度h=NOQxHOG=7x0.57=3.99m解:(1)干燥产品流率G2=G1(1-w1)/(1-w

45、2)=2.56x(1-0.015)/(1-0.002)=2.527kg/s(2)空气消耗速率蒸发水分量W=G1-G2=2.56-2.527=0.033kg/s对干燥器作热量衡算湿物料带入热G2Cmtm1+WCltm12mm1lm1空气带入热LI1湿物料带出热G2Cmtm22mm2空气带出热LI2热损失586W所以G2Cmtm1+WCltm1+LI1=LI2+G2Cmtm2+586W2mm1lm1122mm2又Cm=(1-w2)Cs+w2Cl=(1-0.002)x1.842+0.002x4.187=1.847kJ/kg.KI1=(1.01+1.88x0.0165)x95+2500 x0.0165

46、=140.1kJ/kgI2=(1.01+1.88H2)x65+2500H2=65.65+2622.2H22.527x1.847x25+0.033x4.187x25+140.1L=(65.65+2622.2H2)L+2.527x1.847x35+586x0.033L(74.45-2622.2H2)=62.56(1)又L=0.033/(H2-H1)=0.033/(H2-0.0165)(2)联立(1)(2)解得L=4.782kg干空气/sH2=0.234kg水/kg干空气五、计算题（每题15分，共45分）1、设计精馏塔分离含苯0.639的苯与甲苯的混合液，混合液的处理量每小时24Kmol/h，要求分

47、离成xD为0.974和x为0.047（均为摩尔分率，下同），混合Dw液在泡点下进料。试求：（1）所得馏出液和残液的量；Kmol/h（2）最小回流比；（3）求当回流比为最小回流比的2倍时的理论塔板数和加料位置。2、在常压填料吸收塔中，以清水吸收焦炉气中的氨气。在操作条件下，焦炉气中氨的浓度Y为0.0134（摩尔比），惰性气体流量为220Kmol/h，要求回收率不低于99%。若吸收剂用量为最小用量的1.5倍，操作条件下平衡关系为Y=1.2X,塔的横截面积为1.4m2，气相体积吸收总系数KYa=200kmol/（m3h），求填料层高度。3、有一盘式干燥器，器内有50只盘，每盘深度为0.02m，面积为

48、0.7m2，盘内装有湿的无机颜料，物料含水率由1kg（水）/kg（干物料）干燥至0.01kg（水）/kg（干物料）。物料的临界含水量为0.3kg（水）/kg（干物料），假设平衡含水量为零。临界干燥速率为2.091kg/m2h，干燥后物料密度为600kg/m3。试确定所需干燥时间。五、计算题（每题15分，共45分）1、解：对全塔进行物料衡算：1、解：对全塔进行物料衡算：Fx=Dx+WxFDwF=D+W即：24=D+W24x0.639=0.974D+0.047W解得：D=15.35kmol/hW=8.65kmol/h即馏出液和残液的量分别为15.35kmol/h和8.65kmol/h。泡点进料，所

49、以q=1所以q线垂直于x轴。苯甲苯的平衡关系如右图所示，平衡线上凸，无拐点。所以RminX-y*DRminy*-xFF由气液相平衡关系内插得：xf=0.639时，yF*=0.813所以r二0.974-0.813二0.92min0.8130.639R二2R二2x0.92二1.84min计算结果得：全塔所需理论塔板数为nt=10（扣除塔釜）。精馏段所需理论塔板数为5，即加料位置在第5、6理论塔板之间（从上而下）。2、解：(1)根据已知条件：X=0；2(LV丿.minY-Y12-Jxm20.0134-0.000134=1.1881.2L(L(LV丿.minY-Y12-Jxm20.0134-0.000

50、134=1.1881.2L(L二1.5二1.5x1.188二1.782VV丿min于是X=V(Y-Y)=x(0.0134-0.000134)=0.00741L121.782因为平衡线为直线，可用对数平均推动力法求传质单元数：AYmY-Y*-(Y-Y*)1122-Y*ln1-Y*220.0134-1.2x0.0074-0.00013410.01341.2x0.0074ln0.000134=0.00124Y-Y0.0134-0.000134N=亠二二10.6ogAY0.00124m面求填料层高度H：OGKaAYTH二HN二0.7857x10.6二8.3mOGOG答：总传质单元数为10.7，填料层高

51、度为8.3m。3、解：恒速干燥阶段所需的时间干燥后产品量G2=50X0.02X0.7X600绝干物料g=g2/(i+x2)G(X-X)(X-X)pVTOC o 1-5 h zt=c1c=1cx1SUSU(1+X)cc21-0.3600 x0.7x0.02x50=39&h(50 x0.7)x2.091x1+0.01*速降干燥阶段所需的时间Gt=cGt=c2SUcX600 x0.7x0.02x啤x0.3140.7x50 x2.0910.01=5.80ht=t+1=9.8h12五、计算题（总分45分，每题15分）1、在一填料层高度为5m的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气中溶质组分。当液气比为1.0时，溶

52、质回收率可达90%,在操作条件下气液平衡关系为Y=0.5X。试问此填料层的传质单元高度为多少？2、一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某塔板的气、液相组成分别为0.83和0.70，相邻上层塔板的液相组成为0.77，而相邻下层塔板的气相组成为0.78（以上均为轻组分A的摩尔分数，下同）,试求精馏段操作线方程。3、在一连续干燥器中盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg,经干燥后物料的含水量由40%减少至5%（均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度H1为0.009kg水/kg绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039kg水/kg绝干气，假定干燥过程中无物料损失，试求：（1）水分蒸发量W（kg水/

53、h）；（2）空气消耗量L（kg绝干气/h）,原湿空气消耗量L（kg原空气/h）;3）干燥产品量。五、计算题（总分45分，每题15分）1、解：-mX-mX2N=ln(1S)OG1S_其中S=mV=0.5L因X=0,则IX2-2N=ln(1S)OG1S_其中S=mV=0.5L因X=0,则IX2-2YmXY1=YOG10.5气相总传质单元高度为TOC o 1-5 h zZ5H=1.466m0gKaQN3.412、解：依精馏段操作线方程n+1x+DR+1R将该板和上层板的气液相组成代入0.83=2、解：依精馏段操作线方程n+1x+DR+1R将该板和上层板的气液相组成代入0.83=R再将该板和下层板的气

54、液相组成代入R0.78=R+1联立（a）、（b）解得R=2.0,x=0.95D则精馏段操作线方程为y=x+0952+12+1即3y二2x+0.953、解：1）W=？岛r忌gg绝干料Go=(1-1)=1000(1-0.40)=干料从=G0(-T2)=600 x(0.667-0.053)=36S.4g7K/才厂爲;爲厂啓咙干气皿Zr=+=122000+0.009)=12390.空气口(3)G2-J7=1000-368.4=631.6g/四、计算题（总分45分，每题15分）1、在填料塔内用清水吸收空气中的丙酮蒸气，丙酮初始含量为3%（体），若在该塔中将其吸收掉98%，混合气入塔流率V二0.02kmo

55、l/（m2-s），操作压力p二101.33kP，温度T二293K，此时平衡关系可用：盂=表示，总体积吸收a系数K=1.58x10-4kmol：（m3-s-kp），若出塔水溶液的丙酮浓度为0.012（摩Gaa尔比），求所需水量和填料层高度。2、有一二元理想溶液，在连续精馏塔中精馏。原料液组成50%（摩尔），饱和蒸汽进料。原料处理量为每小时100kmol，塔顶、塔底产品量各为50kmol/h，已知精馏段操作线方程为y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸汽加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求:（1）塔顶、塔底产品组成（用摩尔分率表示）；（2）全凝器中每小时冷凝蒸汽量；（3）蒸馏釜中每小时产生的蒸汽

56、量；3、已知某物料在恒定干燥条件下从初始含水量0.4kg水/kg干料降至0.08kg水/kg干料，共需6小时，物料的临界含水量X0=0.15kg水/kg干料，平衡含水量X*=0.04kg水/kg干料，降速阶段的干燥速率曲线可作为直线处理。试求：恒速干燥阶段所需时间t1及降速阶段所需时间t2分别为多少？若在同样条件下继续将物料干燥至0.05kg水/kg干料，还需多少时间？五、计算题（总分45分，每题15分）1、解：所需水量可由全塔物料衡算求出0.031-y0.031-y10.97=0.031Y=(1申)Y=0.02x0.031二6.2x10-42A1X2=0X=0.0121V(Y-Y)=L(X-

57、X)12120.02x(0.03-6.2x10-4)二L(0.012-0)L=0.049kmol/(m2-s)AYAY-AAYAY-AY(0.03-1.75x0.012tayln1AY210.031.75x0.012ln6.2x10-42X10-4-)=3.13x10-3K=p-K=p-K=0.016kmol/(m3-s)yaGarVyy0.020.030.0006244Z=+亠=x=11.7mKAy0.0163.13x10-3yam2、R/(R+1)=0.833R=5xd/(R+1)=0.15xd=0.90Fxf=Dxd+Wxwxw=(100X0.5-50X0.90)/50=0.1(mol分

58、率)V=(R+1)D=300mol/hq=0V=V-F=300-100=200kmol/h3、解：X由0.4kg水/kg干料降至0.08kg水/kg干料经历两个阶段:(0.15-0.4)1110.4-0.150.15-0.40.OS-0.4=2.247(0.15-0.4)1110.4-0.150.15-0.40.OS-0.4=2.247又因耳+D二弘解得：珂二4.皿，二1戲曲继续干燥时间设从临界含水量X0=O.15kg水/kg干料降至X3=0.05kg水/kg干料所需时间为t3,in吕严2=冬-X=QQ-Q.04=Q37,0.15-0.04贝U继续干燥所需时间为=I二k37xlS5二汀朋五、计

59、算题（总分45分，每题15分）1、有一填料吸收塔，填料层高5m,塔径lm,处理丙酮的空气混合气，其中空气的流量为92kmol/h，入塔气浓度Y1=0.05（摩尔比，下同），操作条件为101.33kPa,25C,用清水逆流吸收，出塔水浓度X1=0.0194，出塔气浓度丫2=0.0026，平衡关系Y二2X,试求：丨I。2、一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某塔板的气、液相组成分别为0.83和0.70，相邻上层塔板的液相组成为0.77，而相邻下层塔板的气相组成为0.78（以上均为轻组分A的摩尔分数，下同）,试求精馏段操作线方程。3、在常压下用连续干燥器干燥含水1.5%（湿基）的物料。干燥器的处理

60、能力为G1=2.56kg/s,物料进口温度为25C,产品出口温度为35C,其中含水0.2%（湿基），绝干物料的比热为1.842kJ/kg.K，原湿空气的湿度为0.0165kg水/kg干空气，在预热器内加热至95C后再送入干燥器，干燥器中不再补充热量。已知空气离开干燥器时的干球温度为65C，干燥器中热损失为586kJ/kg汽化水，试求：（1）干燥产品流量；（2）空气消耗速率（kg干空气/s）五、计算题（总分45分，每题15分）1、解：（l）Z二HN-NOGOGK0OGYaVK=-NYaZQOGrV(Y1-Y2)X1-X2V2x92s=m=L224-7892(0.05-0.0026)0.01949