化工原理答案第四版王

第二章流体输送机械离心泵特性【2-1】某离心泵用15c的水进行性能实验， 水的体积流量为 540m3/h,泵出口压力表读数为 350kPa,泵入口真空表读数为 30kPa。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为 350mm,吸入管与压出管内径分别为350mm及310mm,试求泵的扬程。3 3解水在15c时p=995.7kg/m,流量qV=540m/h压力表Pm=350kPa,真空表pv=40kPa(表压)压力表与真空表测压点垂直距离 h0=0.35m管径d1=0.35m,d2=0.31m士、击 qV 540/3600流速 Ui= = =1.56m/sTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"2 2—d1 —(0.35)4 4U2ri'dij=1.56x10351=1.99m/s。31)2 2Pm-PV U2-Ui扬亚 H=%+- —+ pg 2g3 3 2 2350 10< 3010) 1(99 )150.)—035— ' / •、 ’ 、 /一. 995.7981 298.1=0.353.89.00m8m3N9±3【2-3】某台离心泵在转速为 1450r/min时，水的流量为 18m3/h,扬程为20m(H2。)。试求：(1)泵的有效功率，水的密度为 1000kg/m3;(2)若将泵的转速调节到 1250r/min时，泵的流量与扬程将变为多少？解(1)已知qV=18m3/h,H=20m水柱，P=1000kg/m18 有效功率 P=qVPgH= 10009.8120=981WTOC\o"1-5"\h\ze 3600(2)转速 n1=1450r/min流量qV!=18m37h,扬程H1=20mHO柱转速 n2=1250r/minn2 1250 3流重 qV2=qV1 18 15.5m/hn 1450221Ln221Ln1H-2H=14.9mHO柱第三章 沉降与过滤沉降【3-1】密度为1030kg/m3、直径为400Hm的球形颗粒在 150c的热空气中降落，求其沉降速度解 150c时，空气密度 p=0.835kg/m3,黏度N=2.41x10^Pas颗粒密度Pp=1030kg/m3，直径dp=4x10-m-4g2-4g2(*P)2I 225HP4(9.81)2(1030)2 3,,c4dp= ―L—— 410-=1.79m/sp |[2252.4110-0.835验算Re=d^410验算Re=d^410 .179835)2.4110-=24为过渡区【3-3】降尘室的长度为10m,宽为5m,其中用隔板分为 20【3-3】降尘室的长度为颗粒直径为10Nm,气体密度为 1.1kg/m3,黏度为21.佻106Pa§颗粒密度为 4000kg/m3。试求：(1)最小颗粒的沉降速度； (2)若需要最小颗粒沉降， 气体的最大流速不能超过多少 m/s?(3)此降尘室每小时能处理多少m3的气体？解已知dpc=10M10&m,Pp=4000kg/岳，P=1kg/吊N=21x810Pas(1)沉降速度计算(1)沉降速度计算假设为层流区gdpcgdpc(「p—P) 9.81(1010-)2(4000-1.1)18 1821.810-=0.01m/s验算dpM:1010-0.011.1验算dpM:1010-0.011.1」一21.810-=000505<2为层流(2)气体的最大流速 Umax沉降高度H=0.1m,降尘室长度L=10mL」UmaxUt100.1

100.1

三一001Umax=1旭s(3)气体的最大处理量TOC\o"1-5"\h\z3 4 3qVS=WHNUmax=50.1201=10m/s=3.610m/hvs max_dpc(Pp-HgWLNqVS— 18^_dpc(Pp-HgWLNqVS— 18^(1010-6)2400098151020 3 43=( ) =10m3/s=3.6104m3/h1821810上【3-5】温度为200C、压力为101.33kPa的含尘空气，用图3-9(a)所示的旋风分离器除尘。尘粒的密度为2000kg/m3。若旋风分离器的直径为 0.65m,进口气速为21m/s,试求：(1)气体处理量(标准状态)为多少m3/s；(2)气体通过旋风分离器的压力 损失；(3)尘粒的临界直径。解空气温度200C,压力101.33kPa,

从空气物理性质表中查得密度p=0.746kg/m3,黏度^=2.6x10-Pa.s从空气物理性质表中查得(1)气体处理量旋风分离器直径D=0.65m,进口气速ui=21m/s200C、101.33kPa的空气流量为D 3D 〜cc2cc cc2 」“ 3qv=bhu =—— 21=2.52D =2.52 0.65 =1.065m /s550C、101.33kPa时空气流量为30615m3/s273=1.065:30615m3/s200273(2)压力损失_ 301DI3D[JDTOC\o"1-5"\h\z阻力系数 =30bh^D=5 =&31dLHD D-^D22 2ui8.31(074)6(3,1c,压力损失 .p=——= ?137Rh=.1kPa2 2(3)尘粒的临界直径 dDcopc一…… 3D0.65已知尘粒密度 ：-p=2000kg/m3,b=—=——=0.13m5 5d=3/1=3.(2.6—10节0.13=6.79X10%=6.79Rmp-二n7Pui .二5200021过滤【3-6】悬浮液中固体颗粒浓度(质量分数)为0.025kg固体/kg悬浮液，滤液密度为 1120kg/m3,湿滤渣与其中固体的质量比为 2.5kg湿滤渣/kg干渣，试求与1m3滤液相对应的湿滤渣体积U,单位为m3湿滤渣/m3滤液。固体颗粒密度为2900kg/m3。解已知X=0.025kg固体/kg悬浮液3C=2.5kg湿?S/kg干渣，滤液密度P=1120kg/m0二 0二 1-CX0.02511201-2.50.025=29.9kg干渣/m3滤液2.51 .2.51 .2.5-1290011203=1480kg/m口=乎=299^=0.0505m3湿渣/m3滤液% 14800.85m2,试【3-7】0.85m2,试求1小时过滤所得滤液量为多少 m3

已知过滤常数 K=4.97105m2/s,qe=1.6410-m3/m2T=3600s2q 2qqe=K.q22q1.64102=4.9710-36002 一 42 4_ 4q 3.2810-q_0.179=032810，限：(3.2810-) 40.179 3 2q二 =0.407m/m习题3-8附图习题3-8附图A=20M0.85=17m2,V=qA=0.407x17=6.92m3滤液[3-8]将习题3-6的悬浮液用板框压滤机在过滤面积为2100cm2、过滤压力为53.3kPa条件下进行过滤，所测数据为TOC\o"1-5"\h\z过滤时间/s 8.4 38 84 145滤液量/mL 100 300 500 700试求过滤常数K与q及滤饼的比阻r。已知滤液的黏度为3.4mPas。解 已知过滤面积A=100cm2=0.01m23884300500700一--43X104一--45X104一--47X104一--23X102一--25X102一--27X102212.7M02一216.8M02220.7M02=4.96710#m2/s,截距生=6.6 120K2m./S 2m145V/mL 100V/m3 1X10-43.2 -2q/m/m 1X102 3 2一/(ms/m) 8.4X0q如习题3-8附图所示1qe6.61024.96710上 qe6.61024.96710上 =1.6410^m3/已知.p=5.334Pa滤液黏度 」=3.4mPas=3.410，Pas由习题3-6得u=0.0505m3湿渣/m3滤液故比阻为2.p25.33104r= = . —K匕，4.96710-3410- 2.p25.33104r= = . —K匕，4.96710-3410- =1.251013m工0.0505【3-9】对习题3-6及习题3-8中的悬浮液用板框压滤机在相同压力下进行过滤，共有20个滤框，滤框厚度为60mm,每个滤框的两侧有效过滤面积为085m2o试求滤框内全部充满滤渣所需要的时间。固体颗粒密度为2900kg/m3。在习题3-6中已给出湿滤渣质量与其中固体质量的比值为2.5kg湿渣/kg干渣，并计算出每立方米滤液相对应的湿渣体积，即 v=0.0505m3湿充S/m3滤液。在习题3-8中已求出恒压过滤的过滤常数K=4.967x10-m2/S,qe=1.64M10，m3/m2解 求恒压过滤的过滤时间T的计算式为2q2qqe=K.需要求出Vq=A过滤面积A=0.需要求出Vq=A过滤面积A=0.85 2=0m27滤液体积的计算:20个滤框中的湿滤渣体积为0.85 3Vc=200.06——=0.51m3湿渣c 2从滤渣体积Vc计算滤液体积VcVcV—c051u=10.1m3滤液0.0505V10.1 3_2 q=—= =0.594m滤液/m过滤面积A17过滤时间q22qq过滤时间q22qqe

K2(05942)20594164.104.96710-2—二7496s=2.08h第四章传热两流体间传热过程的计算【4-15］载热体的流量为1500kg/h,试计算下列各过程中载热体放出或吸收的热量。 (1)100c的饱36003600和水蒸气冷凝成100c的水；(2)苯胺由383K降温至从290K加热到370K;(4)常压下20c的空气加热到冷却成40c的水。小 1500 ,解 qm= kgs283K；(3)比热容为3.77kJ/(kgK)的NaOH水溶液150c;(5)绝对压力为250kPa的饱和水蒸气，冷凝放热量(2)苯胺比热容放热量(2)苯胺比热容cp=2.19kJ/(kgK)(1)水蒸气冷凝 比汽化热r=2258kJ/kgQ=qmr=15002258=941kW3600383283平均温度 Tm=-2一=333K放热量八 _ _ 1500放热量Q=qmCpT1_T2=^^2.19 383_283=91.3kW⑶NaOH水溶液比热容Cp=3.77kJ/(kgK)吸热量1500吸热量Q=qmCpT1-T2=36003.77370_290=126kW20150(4)空气加热平均温度 tm=-2—=85C比热容Cp=1.009kJ/(kg：C)吸热量- 1500Q=qmCpt2—t1= 1.009 150-203600)=54.7kW(5)饱和水蒸气比热容Cp=1.009kJ/(kg：C)吸热量- 1500Q=qmCpt2—t1= 1.009 150-203600)=54.7kW(5)饱和水蒸气p=250kPa,饱和温度ts=127.2C,比汽化热r=2185kJ/kg,冷凝水从ts=127.2C降至t2=40(T,平均温度 tm1272U40——. =83.6C2比热容Cp=4.196kJ/(kg■℃)放热量Q=qm[r-cp«-t2)]1500二场21854.196127A0『二1063kW【4-16】用冷却水使流量为 2000kg/h的硝基苯从355K冷却到300K,冷却水由15c升到35C,试求冷却水用量。若将冷却水的流量增加到33.5m/h,试求冷却水的出口温度。硝基苯流量qm1=2000kg/h,平均温度TmTiT2-2-355-300 =327.5K,比热容2ccp1=1.58kJ/kgK硝基苯的放热量Q=q硝基苯的放热量Q=qm1Cp1T「T2(1)冷却水用量计算20001.58355—300(1)冷却水用量计算20001.58355—300；=48.3kW3600t1t21535 …平均温度tm= = =25C比热容cp2=4.179kJ/(kg：C),密度P=997kg/m3qm2Q48.3x3600Cp2qm2Q48.3x3600Cp2（t2-ti）=4.179（35一15）二2080kg/hqv22=2.09m3/h⑵用水量qv2=3.5m3/h时，求t2=?从上面的计算式可知 qv2与t从上面的计算式可知 qv2与t2-t1成反比，故2.09t2-15 = ,t2=26.9C3.5 35-15,假设t2=26.9C水的平均温度 tm=巨一t1产915=21C2 2查得水的比热容cp=4.182kJ/（kg:C'密度P=998kg/m3计算t2t2-t1QCp2qm2QCp2qv2Pt2=1548.336004.1823.5998=26.9C【【4-17】在一换热器中，用水使苯从与假设相符80c冷却到50C,水从15c升到35C。试分别计 算并流操作及逆流操作时的平均温度差。解 （1）并流操作苯I=80C,T2=50C水t1=15C,t2=35C.4=65C .t2=15C（2）逆流操作苯T1=80C.T2=50Ct2=35C*t1=15C水4=菽 12二菽困并=ln.t".寸2=45/35：二265-15=34.1C4535 。 二40C20C,出口温【4-18]在1壳程20C,出口温度为50Co油进口温度为 120C,出口温度为60Co试计算两种流体的传热平均温度差。解属于折流."：t1=120-50=70C,.%=60-20=40C,.*/.力=70/40:二2生+及2 70+402 2c T1-Tc T1-T2R二 t2r资二60:60=250-203050-20120_2030=0.3100查得温差校正系数Atm=弧逆=0.91x55=50C【4-19】用绝对压力为300kPa的饱和水蒸气将体积流量为 80m3/h的苯胺从80c加热到100C。苯胺在平均温度下的密度为955kg/m3,比热容为2.31kJ/（kg：C）。试计算：（1）水蒸气用量（kg/h）;（2）当总传热系数为800W{m250-20120_2030=0.3100查得温差校正系数Atm=弧逆=0.91x55=50C【4-19】用绝对压力为300kPa的饱和水蒸气将体积流量为 80m3/h的苯胺从80c加热到100C。苯胺在平均温度下的密度为955kg/m3,比热容为2.31kJ/（kg：C）。试计算：（1）水蒸气用量（kg/h）;（2）当总传热系数为800W{m2:C）时所需传热面积。解（1）水的比汽化热r=2168kJ/kg,苯胺体积流量 qv2=80m3/h,苯胺吸收的热量为3Q=qv2：tpt2-t1=809552.3110 100-80一一一9

=3.5310J5=9.810W/h=353106kJh/水蒸气用量qm121681628kgh（2）计算传热面积已知K=800W/(m2 ),水蒸气的p=300kPa,t=133.3C。水蒸气133.3C133.3C苯胺80C100c.t1=53.3C .-：t2=33.3C发+代2=53.3+33.3=433cQK%259810 二283.800433【4-20】有一套管式换热器,内管为由80mmM10mm的钢管,内管中有质量流量为 3000kg/h的热水,K=2000W/（m2■℃）。K=2000W/（m2■℃）。试求：（1）冷却解 （1）冷却水用量qm2计算 T1T2 9060热水平均温度 Tm=—1=-2—=75C,cp1=4.191kJ/（kg-C）2050冷水平均温度 tm=^1-^2= =35C,"=4174kJ/kg）m2 2 p2热量衡算qm2 4.174 103 50 -20 尸30004.191 103 90-60 ）=3.77 108 J/hqm2=3012kg/h（2）并流

热水 T1=90c,T2=60c冷水(=20C 1=50C.：ti70 t210C；tm70,10ln70；tm70,10ln7010=30.8CAQ3.77108/3600 2传热面积A= = =1.7m传热面积K；：tm 200030.8⑶逆流热水 T1=90C.T2=60Ct2=50C t1=20C、… — 伶水.也=40C,t=40Ctm=40C»“.3 Q377108/3600 2传热面积 a=—Q—=一 =1.31mK.\tm 200040【4-21】有1壳程2管程列管式换热器，用293K的冷水30t/h使流量为20t/h的乙二醇从353K冷却到313K,设总传热系数为 1200W/(m2K),试计算所需传热面积。乙二醇的平均温度 Tm=353313=333K, 一炉Km2 ' 冷水 : 2一一 3 厂 乙二洛乙二醇放出热量 Q=qmQ1T—)2习题4-21附图2010336003 52.610 353-313)=5.7810W乙二洛乙二醇放出热量 Q=qmQ1T—)2习题4-21附图2010336003 52.610 353-313)=5.7810W从水的物理性质数据表上可知，水在30〜50c范围内，比热容cp=4174J/(kgK)。假设cp2=4174J/(kgK)，计算冷水出口温度 t2Q=qm2cp2It2-3t1qm2cp255.78103600 z 293:309.6K301034174冷水的平均温度 tm=攵—&=293・309.6=301弥m2 2=283tm接近30C,所假设的cp2可以。逆流平均温度差 &m逆计算4=14=353_309.6=43.4C-2=T2_ti=313-293=20C&m逆=434&m逆= =30.2C43.41n 20折流的平均温度差 折流的平均温度差 Atm计算T1-T2R= t2-t1T1-T2R= t2-t1_353-313=309.6_293四=2.4116.6Pt2-t11-t1309.6-293353-293 60166-=0.277甲=0.83,Atm=④Atm逆=0.83M30.2=25.1C传热面积QA传热面积QA二 KAtm5.78105 2 =19.2m1200x251【4-22】 有一外彳空为100mm的水蒸气管，水蒸气温度为160Co【4-22】 有一外彳空为100mm的水蒸气管，水蒸气温度为160Co为了减少热量损失，在管外包覆厚度各为25mm的A、B两层绝热材料保温层， A与B的热导率分别为0.15与0.05WZ(mK)o试计算哪一种材料放在内层好。周围空气温度为20C,保温层外表面对周围h-I601C空气的对流(包括热辐射)传热系数a空气的对流(包括热辐射)传热系数a=15W/(m2.℃)o保温层内表面温度在两种情况下都等于水蒸气温度。Jil2Jin数为(1)A在内层，B在外层。以保温层外表面积为基准的总传热系K ——面温度在两种情况下都等于水蒸气温度。Jil2Jin数为(1)A在内层，B在外层。以保温层外表面积为基准的总传热系K —————rb& ,b2d3 J,1dm1 1dm2 --习题4-22附图热量损失0.0250.2 0.0250.210.150.1250.050.17515=1.1W/(m2-C)Q=KAit—2)t=K3dL弋2) t单位长度的热损失为Qq=—=K.d1t—2t=1.1：=1.1：小02160-20=967W⑵B在内层，A在外层，总传热系数为K二 b1K二 b1d3.b2cb’1dm1,2dm20.0250.2 0.0250.210.050,1250.150.17515=0.946W/(m2：C)q=Q=K二d3(t1_t2)=0.946二0.2160-20=83.2W/m计算结果表明，热导率小的绝热材料放在内层，热损失小。5000kg/h,进【5000kg/h,进口温度为80C,出口温度为50Co口温度为80C,出口温度为50Co水在环隙流动，进口温度为15C,出口温度为30Co水与甲苯逆流流动，传热面积为 2.5m2。问所测得的总传热系数为多大?解甲苯qm1=5000kg/h,Ti=80C,T2=50C,Tm8050Tm8050=65C,%=1.86103J/(kgK)热负荷5000 热负荷5000 3Q=——1.86103360080_50=77.5103WT1=80T1=80C 耳=50Ct2=30Ct1=15C，t1=50C .：t2=35C2A=2.5m2QA；：tQA；：tm2W/m22W/m2 二7292.542.5气液相平衡【5-5】【5-5】空气中氧的体积分数为21%,试求总压为101.325kPa,温度为10c时，1m3水中最大可能溶解多少克氧？已知10c时氧在水中的溶解度表达式为 p*=3.313M106x,式中p*为氧在气相中的平衡分压，单位为克氧？已知kPa；x为溶液中氧的摩尔分数。解总压p=101.325kPa空气中。2的压力分数 pjp=体积分数=0.21空气中。2的分压 pA=0.21M101.325kPa亨利系数E=3.31360Pa(1)利用亨利定律p；=Ex计算与气相分压Pa=0.21M101.325kPa相平衡的液相组成为*Pa*Pax=E021101.325一3.313106=6.42父106kmolO/kmol溶液此为1kmol水溶液中最大可能溶解6.42M10立kmolO2因为溶液很稀，其中溶质很少1kmol水溶液Mkmol水=18kg水10C,水的密度 p=999.7kg/m3故 1kmol水溶液-18^999.7m3水

即 」8_m3水中最大可能溶解6.42x10£kmol氧999.7故1m3水中最大可能溶解的氧量为6.4210-999.7186.4210-999.7184 _=3.5710-kmoQ3.5710-32=1.1410工kgQ=11.4gO2CA.,,(2)利用亨利定律Pa=」计算H； 999.7 cc.c-7T6—~EM； 999.7 cc.c-7T6—~EMs3.3131018=1.67610-kmol/m3kPa1m3水中最大可能溶解的氧量为* 5 4 3 、、、、Ca=PaH=(0.21x101.325)(1.676m10-)=3.57m10-kmolO/m 溶披3.5710432=1.14102kg02V11.4gO2【5-6】含NH3体积分数1.5%的空气-NH3混合气，在20c下用水吸收其中的NH3总压为203kPa。NH3在水中的溶解度服从亨利定律。在操作温度下的亨利系数E=80kPa0试求氨水溶液的最大浓度， kmolNHXm3溶液的溶解度服从亨利定律。在操作温度下的亨利系数解气相中NH3的摩尔分数y=0.015总压p=203kPa,气相中NH3的分压pA=py=203M0.015kPa(1)利用亨利定律p*=Ex计算与气相分压p相平衡的液相中NH3的摩尔分数为*x二也*x二也E2030.01580=0.0381H9982 3NH3水溶液的总浓度 c之——= kmol/mMs 189982水溶披中NH3的最大浓度 Ca=cx=78-M0.0381=2.11kmolNH3/m3溶液(2)利用亨利定律P；=cA计算H匕 9982 3E=80kPa,H-^^= —=0693kmol/(m3kPa)EMs80183、、cA=pAH=(203X0.015)(0.693)=2.11kmolNH3/m溶液【5-7】温度为20C,总压为0.1MPa时，CO?水溶液的相平衡常数为m=1660。若总压为1MPa时，相平衡常数m为多少？温度为20c时的亨利系数E为多少MPa?解 相平衡常数m与总压p成反比，p=0.1MPa时m=1660,p'=1MPa时m'=m-p=1660—=166

p' 1亨利系数 e=mp=m'p'=l66MPa吸收过程的速率【5-10］如习题5-10附图所示，在一细金属管中的水保持25C,在管的上口有大量干空气（温度25C,总压101.325kPa）流过，管中的水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为100mm。试计算在稳定状态下的汽化速率， kmol/（m2.s）。解25c时水的饱和蒸气压为3.2895kPa从教材表5-2中查得，25C,101.325kPa条件下，H2O在空气中的分子扩散系数D=0.256cm2/s=0.256x10-m2/so扩散距离Z=100mm=0.1m，总压p=101.325kPa水表面处的水汽分压 pA1=3.289l5Pa空气分压 pB1=p-pA1=101.325-3.2895=98.04kPa管上口处有大量干空气流过，水汽分压 pA2=0空气分压Pb2=101.325kPa空气分压的对数平均值为Pb2-pB1pBm二 n-但Pbi3.2895=99.8kPa101.325aln 98.04水的汽化速率DpNa:——-p-RTZPBm1|Pai-Pa24025610— 101325 7 2. .-3.2895-0=3.4510-kmol/ms8.3142980.1 99.8【5-12】用清水在吸收塔中吸收混合气中的溶质 A,吸收塔某截面上，气相主体中溶质A的分压为5kPa,液相中溶质A的摩尔分数为0.015。气膜传质系数kY=2.5X10©kmol/（m2，s）,液膜传质系数3 2kX=3.5M104kmol/mis。）气液平衡关系可用亨利定律表不，相平衡常数m=0.7。总压为101.325kPa试求：（1）气相总传质系数KY,并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制;（2）试求吸收塔该截面上溶质 A的传质速率Na。解（1）气相总传质系数KY1Ky1m1 0.7 -i -I ,5 3kY kX 2.510 3.510=41042102=4.02104KY=2.488105kmol/m2s气膜阻力1/kY—4x104(m2s)/kmol,液膜阻为m/kx=2x102(m2s)/kmol气膜阻力与总阻力的比值为 1/kY=4父1°4=0995,为气膜控制。1/Ky 4.0210(2)传质速率NAY=pA= 5——=0.0519p-pA101.325-5x 0.015X=——= =0.0152,Y*=mX=0.700152=0.0106x-1 1-0.015Na=KyY-Y*=2.4881050.0519_0.0106=1.0310-kmol/m2.s吸收塔的计算【5-14】从矿石焙烧炉送出的气体含体积分数为 9%的SQ。其余视为惰性气体。冷却后送入吸收塔，用水吸V1=0.09, Y=ViV1=0.09, Y=Vi1-V11-0.09009-=0.0989收其中所含SQ的95%。吸收塔的操作温度为30C,压力为100kPa,每小时处理的炉气量为1000m3(30C、100kPa时的体积流量)，所用液-气比为最小值的1.2倍。求每小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为液相中SO溶解度/kg(SO),100kg(H2O)广7.5 5.0 2.5 1.5 1.0 0.50.20.1气相中SQ平衡分压/kPa91.760.328.816.710.54.81.570.63解①最小液一-比‘上\=上二且的计算GminX1-X2。=0.95,Y2=(1』)Y=(1-0.95)X0.0989=0.00495吸收剂为水，X2=0，总压p=100kPa原料气中SQ分压PSo2=py=100X0.09=9kPa从平衡数据内插,换算为摩尔比得液相平衡溶解度0.868kgSQ从平衡数据内插,换算为摩尔比100kgH2O*0.868/64 3X1= =2.4410100/18最小液-气比Y1 -Y最小液-气比Y1 -Y2GminX1-X2Q0989—。00495=38.50.00244②用水量计算LL/G=1.2— =1.238.5=46.2Gmin已知炉气流量1000已知炉气流量1000m3/h(30C,100kPa)标准状态下理想气体的摩尔体积为 22.4m3/kmol(273.15K,101.325kPa)46.2L/G【5-15】在一吸收塔中，用清水在总压0.1MPa46.2L/G【5-15】在一吸收塔中，用清水在总压0.1MPa、温度20c条件下吸收混合气体中的 CO?,将其组成从2%降至0.1%（摩尔分数）。20c时CO2水溶液的亨利系数E=144MPa。吸收剂用量为最小用量的 1.2倍。试求：（1）炉气的摩尔流量为273.15 100 11000 =39.7kmol/h303.15101.32522.4惰性气体流量 G=39.7(1_0.09=36.1kmol/h吸收用水量 L=46.2361166mol/h4=181668=310kg/h③出塔水溶液的组成Y1-Y20.0989-0.00495 3X1= = =2.0310-液-气比L/G及溶液出口组成X1。（2）试求总压改为1MPa时的L/G及X1。(1)总压p=0.1MPa时L/G及X1w002=——=0.02041,Y2：0.001,X2=01_y1 1-0.02LGm,LGm,_Y-Y2 _0.02041-0.001.1369inY/m-X2 0.02041/1440-0=1.2L=1.21369=1643GminTOC\o"1-5"\h\zG 0.02041-0.001 5X1=X2•—Y1-Y2；=0• =1.1810X1L 1643总压p=1MPa时的L/G及X1m=E/p=144d=144/G) 0.02041-0.001 69( )min 0.02041/144 .L/G=1.2(L/G)min=1.2136.9=164.30.02041-0.001“c,c4X1= =1.1810164.3从上述计算结果可知，总压从 0.1MPa增大到1MPa,溶液出口组成从1.18父10乂增加到1.18父10上。【6-9】在压力为101.325kPa的连续操作的精微塔中分离含甲醇 30%（摩尔分数）的甲醇水溶液。要求储出液组成为0.98,釜液组成为0.01,均为摩尔分数。试求：（1）甲醇的回收率。（2）进料的泡点解操作压力p=101.325kPa,xF=0.3摩尔分数（1）甲醇回收率E计算DXf-Xw0.3-0.01 0.29F-xD-Xw—0.98-0.01-0.97二DXd-二DXd-FXf_0.290.98-0.970.30=0.9766（2）进料的泡点计算在p=101.325kPa下甲醇的沸点为64.7C,水的沸息为100C,进料的泡点必在64.7C与100c之间。假设t=70C,计算pA=125.31kPa,pB=31.17kPap_p： 101,325-31.17放相组成 x 一结= =0745>0.3pA-pb 125.31,31.17计算的x值大于已知的x值，故所假设的温度t偏小，再假设大些的t,重新计算。将3次假设的t与计算的x值列于下表，并在习题6-9附图中绘成一条曲线，可知x=0.3时的泡点为t=84C。习题6-9习题6-9附图习题6-9附表计算次数第一次第二次第三次假设t/c708085x0.7450.4040.275【6-10】在一连续操作的精微塔中分离苯一甲苯混合液，原料液中苯的组成为 0.28（摩尔分数）。储出液组成为0.98（摩尔分数），釜液组成为0.03（摩尔分数）。精微段上升蒸气的流量V=1000kmol/h,从塔顶进入全凝器，冷凝为泡点液体，一部分以回流液L进入塔顶，剩余部分作为储出液D采出。若回流比R=：=1.5,试回答下列问题：（1）计算储出液流量D与精储段下降液体流量L;（2）计算进料量F及塔釜釜液采出量W;（3）若进料为饱和液体，计算提储段下降液体流量L′与上升蒸气流量V'；（4）若从塔顶进入全凝器的蒸气温度为82C,试求塔顶的操作压力。苯与甲苯的饱和蒸气压用Antoine方程计算，其计算式见例6-2。解(1)已知V=1000kmol/h,R=1.5储出液流量 d=-V—=1000=400kmoJ/hR11.51精微段下降液体流量 L=V-D=1000-400-600kmol/h?(2)已知xF=0.28,Xd=0.98,xW=0.03,D=400kmol/h,代入式D__.XF_xWF XD-xW求得进料流量F=1520kmol/h釜液采出量W=F—D4520—400= 11k2i0/olh

釜液采出量（3）提储段下降液体流量L'=FL=1520600=2120kmol/h提储段上升蒸气流量 V'=V=1000kmol/h或V=L'-W2120-11201收01^1h(4)塔顶操作压力计算t=82C苯pA=107.39kPa甲苯pB=41.58kPa用露点与汽相组成的关系式pAp-pBy=― 7pPa-Pb计算p,已知y=0.98107.39p-41.58——一p =0.98p107.39-41.58解得操作压力 p=1041Pa【6-13】在一常压下连续操作的精储塔中分离某双组分溶液。该物系的平均相对挥发度2=2.92。（1）离开塔顶第二理论板的液相组成 x=0.75（摩尔分数），试求离开该板的汽相组成 y2;（2）从塔顶第一理论板进入第二理论板的液相组成x1=0.088（摩尔分数），若精微段的液-汽比L/V为2/3,试用进、出第二理论板的汽液两相的物料衡算，计算从下面第三理论板进入第二理论板的汽相组成，如习题6-13附图所示；（3）若为泡点回流，试求塔顶回流比R;（4）试用精储段操作线方程，计算储出液组成 xDo解（1）因为是理论板，y2与x2为平衡关系。用相平衡方程从习题6-13附图x2习题6-13附图x2=0.75计算y2。二X2V2—1(：--1)X22.920.7592-1—=0898.75(2)已知％(2)已知％=0.88,X2=0.75,V2=0.898,。V=2/3,求丫3。第二板易挥发组分的物料衡算为Vy2-y3=LX1-X2y3”=0.y3”=0.898-23(.88—07产,801（3）计算回流比R-R-=-=2,R=2R1V3(4)精微段操作线方程Vn将X=0.88、V2=0.898及R=2代入，求得Xd=0.934【6-14】在一连续操作的精储塔中分离某双组分溶液。 其进料组成为0.3,储出液组成为0.95,釜液组成为0.04,均为易挥发组成的摩尔分数。进料热状态参数q=1.2,塔顶液相回流比R=2。试写出本题条件下的精储段及提储段操作线方程。解(1)精储段操作线方程 已知R=2、x