化工原理第三版譚天恩課后答案

A"/r

弟一早

1-10.898kg

.m

.3

1~2633mmHg

1-3△z

1.78m

1-4II=8.53m

1-5ApAB

1720mmIlg

1-6318.2Pa;誤差

11.2%

1-7在大管中:

m

4.575kg

s.1u

0.689..1G

1261kg

.m.2..1

ms

s

1,1,1

在小管中：

1

224.575,.

.m

kg

s

u

1

21.274,.=

.m

s

G

2331=

kg

21.

,m

s

1~86.68m

解取高位槽液面為

1-h噴頭入口處截面為

2-2面。根據(jù)機(jī)械能橫算方程，有

gzl+U12/2+pl/P=gz2+u22/2+p2/P+wf

式中，ul=0,p2=0,u2=2.2m.s-l,p2=40*103Pa,wf=25J.kgT,

代入上式得

△z=u22/2g+p2-pl/Pg+wf/g

=2.22/2*9.81+40*103-0/1050*9.81+25/9.81

=6.68m

1-943.2kW

解對(duì)容器

A液面

IT至塔內(nèi)管出口截面

2-2處列機(jī)械能衡算式

22

upup

1122

gz+++w=gz+++w

1e2f

2P

2P

已知

zl=2.Im,z2=36m,ul=0,u2的速度頭已計(jì)入損失中，pl=0,p2=2.16*106

Pa,

wf=122J.kg-l,將這些數(shù)據(jù)代入上式得

we=(z2-zl)g+p2/P+wf

=(36-2.1)*9.81+2.16*106/890+122

=333+2417+122=2882J.kg-1

泵的有效功率

Ne=wm

=2882*15/1000=43.2kw

es

1-10(1)4.36Kw；(2)0.227MPa

1-11B處測(cè)壓管水位高，水位相差

172mm

1-12H=5.4m,pa=36.2kPa

解在截面

1-1和

2-2間列伯努利方程，得

u2pu2p

1122

gzl++=gz+2+

2P

2P

22

即

pl.

p

p2+

g(zl.

z2)二

u2.

2

ul(a)

zl、z2可從任一個(gè)基準(zhǔn)面算起(下面將抵消)，取等壓面

a-a,由靜力學(xué)方程

得

pl+Pg(zl-z2)+PgR=p2+p

Hg

gR

p

pp

即

Pl

p

P2

+

g

(zl

z2)

Hg

PXgR

(b)

由式(a)和式(b)可得

u

1

PHg

P.

.3

.1

22

u2

X

gR

13600

1000

X9.81

80

10

XX

=9.89

J

kg

(c)

2

p

1000

又由連續(xù)性方程知

u2=ul(dl/d2)2=

ulX(125/100)2=1.252

ul

代入式(c)得(1.252

ul)2-ul

X

2=2

9.89ul=3.70m.s-l

于是

u2=l.252X

3.70=5.78

ms..1

噴嘴處

u3=

(dl/d3)2=3.70

125/75)2=10.28

ms..1

ulX

在截面

0-0與

3-3間列機(jī)械能衡算式

H=

u32/2g=10.282/2

9.81=5.39m

X

在截面

0-0與

a-a間列伯努利方程

H=u22/2g+

pA/Pg

故有

pA=PgH-u22

Xp=1000*9.81*5.39-5.782/2

*1000

2

=36.2

X

103Pa

1-13

dW39mm

1-14水

0.0326m-s-1,空氣

2.21m,s-l

1-15

(1)

38.3kPa；

(2)

42.3%

1-16不矛盾

1T7答案略

1-18

(1)第一種方案的設(shè)備費(fèi)用是第二種的

1.24倍；

(2)層流時(shí)，第一種方案所需功率是第二種的

2倍；湍流時(shí)，第一種方案所需功

率是第二種的

1.54倍

1-19

0.37kW

1-20

2.08kW

1-21

0.197m；不能使用

解(

1)求鑄鐵管直徑

取湖面為

IT面，池面為

2-2面,在面

1-1與面

2-2間列機(jī)械能衡算方程

取

10℃次的密度

P=1000

kg

m.1,查附錄五知

u

=1.305

X

10.3Pa.s

u

22

u

12

P

1

P

2

g

z

++

二wf

2

P

因

ul、u2、pl、p2皆為零,故

gAz

=wf(a)

lu

8入X1000

3002

X

式中，

△z

45m

,wf

-X

d

22

JI

2d2

(

3600)

5.629

d

5

代入式（a）得

X

X1

X

45=5.629

5

d

d

5

=0.01275X(b)

X

的范圍約為

002-0.03,現(xiàn)知

VS很大，Re也大，故人

的初值可取小些。設(shè)

X=0.02,

代入式(b)解得

d

=(0.01275

0.02)0.2=0.191m

X

檢驗(yàn)

入值：

新鑄鐵管的絕對(duì)粗懂度

€

=0.03mm,則

€

/d=0.3/191=0.00157

Pud

Vs

1000

300/3600

X

pX

Re=

=4.26

105

u

(

/4)n

dU

(

/4)

0.191

1.305

10X

X

X.3

68

0.23

.￡.

68

X

=0.100

+

=0.100

0.00157+

=0.02316

0.235..

d

Re.

X.

4.26

10

可見(jiàn)初設(shè)的人

偏小，故需進(jìn)行迭代計(jì)算。再設(shè)

X

=0.02316,代入(b)得

d=0.1968m

于是

e=

0.3

=0.00152

d

196.8

1000

300/3600

Re=

X.5

=X

5

4.13

10

(

/4)

0.1968

1.305

10

JiX

XX

.￡

68

.0.23

68

0.23

0.100

+=

0.100

(0.00152

+

)

=0.02302

XX

5

d

Re.4.13

10X

X，

與入'

''數(shù)據(jù)相近，故迭代一次即可結(jié)束。對(duì)

d取整為

0.2m即

200mm

(2)

E

=lmm時(shí)-，核算是否能滿(mǎn)足引水量為

300m3

.h.1的要求

￡

=1/200=0.005

d

1000

300/3600

X

Re=

4.067

105

/4)

0.2

1.305

10.3

X

JIXX

X

68

0.23

X=

0.100

(0.005+

)

x=

0.0298

4.067

105

X

代入式(b)得

d=0.207m

可見(jiàn)，d=0.2m的管子不能滿(mǎn)足在

￡=lmm時(shí)引水量不變的要求，為此應(yīng)將管徑取

為

210mm才行。

1-22

66.5L,min-1

1-23

(1)

0.54m-s-1；(2)

Rl=10.65cm,R2=17.65cm

1-24輸送能力變小，閥門(mén)前壓力變大

1-25

ul=7.25

m,s-1,u2=10.52

m,s-1；風(fēng)機(jī)出口壓力

p=65.2mmH20

解（1）求

ul,u2

根據(jù)并聯(lián)管路的特點(diǎn)，知

wfl

=wf

2

即即1

dl(l)1

u

212

=Xdl(2)2

u

222

2

現(xiàn)1

2,

d

=d

,故上式化簡(jiǎn)為

1

1

212

2人

u2

=入u2

(a)

11

22

又根據(jù)質(zhì)量衡算可得

22

2

(

/4)

du

+

/4)

du

=JI

du

JIJI

(

/4)

11

22

2

22

ud

ud

ud

11

22

22

2

0.15

ul

+

0.15

u2

二X

10

0.2

ul

+

u

2

=17.78

（b）

由（a）（

b）求

ul,u2需試差。

初設(shè)入1

=入2

,則由（a）得

u2

=2ul

代入（b）得

ul=7.36

..1

ms

于是

u2=17.78-ul=17.78-7.36=10.42

ms.1

檢驗(yàn)以上數(shù)值的準(zhǔn)確性:

查附錄六知

30℃空氣

P

=1.165kg..m-3,

u=

X.

1.86

10

5Pa.s,貝（J

Pud

1.165

7.36

0.15

XX

4

Re

11

=.5

6.915

10

1

u

1.86

10

XX

Pud

1.165

10.42

0.15

X

X

22

4

Re

.5

9.790

10

2

u

1.86

10

XX

€E

0.05

0.000333

dl

d2

150

E

68

0.23

68

0.23

X1

0.100(

+

)

=X

4)

0.100

(0.000333

0.0217

dl

Rei

6.915

10

X

68

0.23

68

0.23

入2

0.100(

+

)

二x

+

4)

0.100

(0.000333

0.0205

d2

Re2

9.790

10

X

與初設(shè)值稍有偏差，再將

入1=0.0217,

入2=0.0205迭代入(a)(

b)得

.1

.1

1

ms

2

10.54ms

u

7.24

,u

檢驗(yàn):

1.165

7.24

0.15

4

Rei

XX.5

6.802

10

X

1.86

10

X

68

0.23

入1

0.100(0.000333

+

4)

0.0218

6.802

10

X

1.165

10.54

0.15

4

XX

Re

9.903

10

X

2

.5

1.86

10

X

68

0.23

入2

0.100(0.000333

+

)

0.0205

9.903

104

X

與第一次迭代值很接近，故所得結(jié)果為

ul

7.24

..I,u2

10.54ms.1

ms

(2)求風(fēng)機(jī)出口處壓力

設(shè)風(fēng)機(jī)出口處壓力為

Po根據(jù)風(fēng)機(jī)出口與管出口間的機(jī)械能衡算，有

P

pf

支管1

pf

總管

=xidid)1

u

212

p+X

dl

u

22

P

80

7.242

+

2

20

3010

0.0218XX

XI.165+X

XXI.165

0.152

0.2

2

355.0

14563

+X

總管

e=

0.05

0.00025

d

200

1.165

10

0.2

5

Re

XX

3

=1.253

10

X

1.86

10.

X

68

0.23

68

0.23

A二

0.100(

)

0.100(0.00025

5)

0.0194

d

Re

1.253

10

X

于是

P

355.0

14563

0.0194

X=

638Pa

1-26

11.3m

1-27

(1)

10.19m3

h.1；

(2)方案二可行

1-28當(dāng)閥門(mén)

kl關(guān)小時(shí),VI,V減小,V2增加,pA

增加

1-29表壓為

492.3

kPa

..1

1-30

7.08

kg

..1

1-31

634

kg

h

1-32

9.8倍

第二章

2-1

0.7

2-2

(1)管路特性方程

(2)繪制管路特性曲線(xiàn)圖，可得

型號(hào)

Q/m3.h-1

H/m

N/kW

IS250-200-315

678

31.1

67.3

85%

IS250-200-315A

627

27.8

57.0

83%

2-3

(1)對(duì)泵進(jìn)、出口列機(jī)械能衡算方程，有

(a)

把

H=he=15.04m代入式(a)可得

Q=34.76m3.h-1

(2)

Q)=90%Q=31.28m3.h-1

代入式(a),可得

he)=12.18m

有效功率

Ne=he'Q'Pg=l.04kW

百分率

Q/Q=D'/D=0.90

2-4

(1)圖(c)的安裝方式無(wú)法將誰(shuí)送上高位槽，而

(a)、(b)可以，且流量相同；

(2)

泵所需的功率相同

2-5

(1)由公及查表及公式可得：he=77m

查附錄十七，可選

IS100-65-250型泵，n=2900r.min-1

⑵合適

(3)不能，不合理

2-6

IH40-20-160,2.07kW

2-7解：

(1)齒輪泵或螺桿泵

(2)離心泵(帶開(kāi)式或半開(kāi)式葉輪)或齒輪泵；

(3)若壓力不大，選離心泵

(帶開(kāi)式葉輪)，若壓力大，選隔膜泵

(4)雙吸離心泵；

(5)往復(fù)泵或螺桿泵；(6)計(jì)量泵

2-8

222mmH202-9不能，將轉(zhuǎn)速提高至1500r.min-1即可

2-10解：在汽缸中壓縮、排除時(shí)：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得壓縮前體積壓

縮功

在密閉筒中壓縮時(shí)：

第三章

3-1水中

uo=0.00314

m,sT,空氣中

uo=0.282

m,sT,

解答：根據(jù)題意給定及查取附錄，可得如下數(shù)據(jù)。

石英顆粒：d=60X10-6m；Ps=2600kg?m-320℃水：

P=1000kg,m-3；u=1X10-3Pa?s

20℃空氣：

P=l.205kg-m-3；u=0.0181X10-3Pa?s

(a)在20℃水中沉降，設(shè)斯托克斯定律適用，==

0.00314

m?s-1驗(yàn)算==0.188

V2故可用斯托克斯公式，

uo結(jié)果正確。(b)在20℃空氣中沉降

=0.282

m,s-1驗(yàn)算：

=1.13<2

3-2

4.74Pa,s

3-3

(1)64.7um；(2)59.7%

(1)先設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則能被完全去除的最小顆粒直徑

查附錄知常壓、100C空氣

kg?m-3

又已知

kg?m-3,Vs=2700/3600=0.75m3?s-1,AO=2X1.5==3m2代入上式得

=64.7nm檢驗(yàn)：

=0.25m/s=0.7<2故以上計(jì)算有效

(2)直徑小于

dmin的顆粒被除去的百分率等于其沉降距離

h與降塵室高度

H之比，

而在降塵時(shí)間一定下

h又與

uO成正比

,于是直徑

50um的顆粒被除去的百分率

=0.597

3-4

ur=3.94

m,s-L52.5

3-5

dc=9.5um,n理=100%,n實(shí)=77%；Apf=1.975kPa

3-6

058倍,076倍

3-7

(1)

K=4.27X10-7m2?s-1,qe=O.004m3-m-2；⑵約900s；(3)

6.IX1013m.kg-1

3-8

2.2h

3-9

0.117m3-h-1

3-10

3.lr,min-1

3-11

(1)8.73m3-h-1；(1)2.2cm

解答：(l)Ve=2mm厚濾渣曾相應(yīng)的濾液量

=3

又

n=0.5r,min-1或1/120

r-s-1由恒壓過(guò)濾方程得知

V2

+2VVe=KA26/nV2

+2VX0.261=3.1X10-4X32X0.3X120

解得

V=0.291m3Q=V?n=0.291X0.5=0.1455m3?min-1或8.73m3-h-l

⑵濾餅層厚度==

==0.022或2.2cm

第五章

5-1

(1)

q=194W?m-2；(2)

tA=81℃

5-2

⑴

8.73

W-m-1?K-l；(2)

2.2cm,X0=0,676,k=2.25X10-3℃-l

5-3⑴2塊；⑵

37.5℃

解答

(1)達(dá)穩(wěn)定時(shí)通過(guò)各層磚的導(dǎo)熱通量相等。通過(guò)耐火磚層

q=(X1/bl)(tl-t2)=(1.05/0.23)(1000-940)=274W?m-2

通過(guò)絕熱磚層：q=(入2/0.23n)(t2-t3)

(a)

故

n=(入2/0.23q)(t2-t3)=

0.151X(940-138)/(0.23X274)=1.92

表明兩層絕熱轉(zhuǎn)可達(dá)要求，厚度

2X0.23=0.46m代入

(a)得

t3=940274X0.46/

0.151=105.3℃(2)對(duì)普通磚,有

q二(

入3/b3)

(t3-t4)

t4=105.3274X0.23/

0.93=37.5℃

5-4

q=57W?m-2,界面

t=65℃

5~5

(1)

q=-52.1W?m-1；(2)q=-38.0W?m-1；(3)

q'=-38.7W?m-1,t4=12.6℃

解答：

(1)本題為三層圓筒壁的導(dǎo)熱問(wèn)題，對(duì)

1m長(zhǎng)的管,便有以下式子鋁合金

管的熱導(dǎo)率從附錄可以查到港

入1=45.31W?m-1?k-1,其外徑

r2=60/2=30mm,內(nèi)徑

rl=30-3=27mm,由此可分別求得三層壁的相對(duì)熱阻分別為

=0.0023

=4.332

=10

.137故

==-52.1W?m-1

⑵按題意,R2及

R3中的熱導(dǎo)率互換=

=17.329=

=2.534=

=-38.0W?m-1

(3)考慮管外壁與空氣的給熱，有

q=a(2nr4)(t4-t5)=

2JiaXO.09X

(10-20)

=1.8naW

?m-2故

=9.21

W?m-2?K-1兩保溫材料互換后，計(jì)入給熱熱阻，有

==38.8W

?m-1又從最外壁的給熱方程

Q=a?2nr4

(t4-t5)知=

=12.6℃

5-9

K=310W?m-2?K-l,管外給熱熱阻占3.1%;管內(nèi)給熱熱阻38.8%;管內(nèi)污垢

熱阻占

58.1%

5T0逆流△tm=49.2℃；并流

△t'm=42.5℃

5-11應(yīng)選用換熱器2

5-12管總長(zhǎng)

L=26.3m,冷卻水消耗量

ms2=0.331kg,s-l

換熱器的熱負(fù)荷：

=41.4kW

水的用量可由熱量衡算得出：

=0.33kg,s-l

逆流平均溫差苯

350K——300K

水

水

差

30K

10K

=18.2℃

以管外面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)按公式求解

.其中

，管內(nèi)

a1=4.85kW?m-2?KT;管外

a2=1.7kW-m-2?K-l,管壁熱導(dǎo)率取為入=45W?m-l?K-l,即

0.045kW-m-1?K-l；dl=20mm,

d2=25mm,

dm=22,5mm；b=0.0025m。故

=0.908K2二

=2.06m2所需總管長(zhǎng)

=26.3m

5-13

a=

4600W?m-2?K-l

5-14

a=

321W?m-2?K-l

5T5增加

15%5-16

(1)K=837W?m-2?K-l；(2)K"=646W?m-2?K-l；污垢熱阻系數(shù)

R'=8.82X104m2

?K?W-l,

解答(1)求傳熱系數(shù)

k主要是求水的給熱系數(shù)a1。水的定性溫度

tm=(20+80)

/2=50℃,其物性數(shù)據(jù)為：

P=988.Ikg/m3,u=0.549mPa?s,入=0.648W./(m.k),

cp=4.174kJ.kg-1.K-l

則(

>104)

以管外表面為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)

K2,根據(jù)題意可計(jì)算如下:

=1.195X10-3

K2=837

W./(m2,k)

(2)操作一年后的傳熱方程用

K2'AAtm'表示，與操作初期的

Q=

K2AAtm比較，

兩傳熱系數(shù)有以下關(guān)系

［式5-llc］：

以下分別求

△tm'和

△tm。查196kPa(表壓)飽和水蒸汽的溫度

133度,有

133℃->133℃

133℃->133℃

20℃-80℃

20℃TOC

113℃

53℃

113℃

63℃

Atm=(113-53)/In(113/53)=79.25℃

△tm'=(113-63)/In(113/63)=85.58℃故其中的污垢熱阻

Rsl'比

Rs1=6*10-4

W

1.m2,k增加了約47%o

5-17能滿(mǎn)足要求

5-18

a=

140W-m-2?K-l

5-19

a=458W-m-2?K-1

5-20

1410W?m-2?K-l

5-21

K=758W?m-2?K-l

5-22

a-

53W?m-2?K-l

5-23a=

533W?m-2?K-l

5-24a=

533W-m-2-K-l；a=

533W?m-2?K-l

5-25

K=2040W?m-2?K-l；T=124℃

解答使用初期的傳熱系數(shù)

K用熱衡算式計(jì)算

求△tm

水蒸氣

110℃-110℃溶液

20℃一

80℃

90℃

30℃

=54.6℃

則

K=

m2cp2(t2-tl)/(AAtm)=[(2.5*10000/3600)*4000*(80-20)]/(15*54.6)

=2035

W./

(m2,k)

使用一年后的平均溫差變?yōu)椤鱰m'

水蒸氣

110℃-110℃

溶液

20℃一

72℃

90℃

38℃

=60.3℃

則

=1597W?m-2?K-l

為使溶液出口溫度保持

80度，必須是平均溫差滿(mǎn)足

即使得

=69.6℃

此時(shí)的加熱水蒸氣的溫度

T'應(yīng)該滿(mǎn)足下式

=69.6或

得

T'=123.9℃比原來(lái)的

T=110℃升高

13.9℃o

5-26

a-

2630W?m-2?K-l

5-27

e=0.818

5-28

￡=0.75；t2=103℃

解油

mslcpl=0.9X2.1=1.89kJ.s-1.K-l

水

ms2cp2=0.6X4.187=2.51kJ.s-1.KT

可知

mslcpl<

ms2cp2,油為熱容流量較小流體。

=0.753

=2.25

查圖5-21得傳熱效率

&=0.75

若水量增加

20%,NTU=KA/(mslcpl)不變，而

=0.627

插圖5-21得,&'=0.78

T2'=65.8℃

由

得

得

t2'=103.6℃

5-29

ql-2=29.8kW

5-30

(1)

ql-2=1630kW；(2)

ql-2=1610kW

5-31誤差約60℃

5-32減少約93.2%

5-33熱損失

QL—737W-m-1；保溫后熱損失

QL'=130

W-m-1,既減為原熱損失的

17.6%

⑴裸管的熱損失即

令

tW

-10=9,代入上式可得

解此方程，其中正根為

0=133.0℃計(jì)算

QL時(shí)。因（

140-9）甚小，易產(chǎn)生誤差，

以按外壁散熱校準(zhǔn):

=736

W?m-l

⑵⑵

為

twi.tW2,按三個(gè)串聯(lián)熱阻的各相等，有即

令

tW2-10=代入上式，得

解此二次方程，得

=26.1℃,故

Tw2=36.1℃

=130

W?m-l

熱損失為裸管的130/736=0.177或17.7%

第八章

8-1

Y=0.00796,

X=0.01059；

GG=0.00558kg?m-3,GL=9.90kg?冊(cè)-3。

8-2壓縮前

kmol?m-3；

壓縮后冷凝前

kmol?m~3；

冷凝后

kmol?m-3；冷凝百分率42.1%。

8-3損失6.65g,d-lo

8-4需時(shí)6.97h

解：已給出靜止膜的厚度，可應(yīng)用式(8-20)計(jì)算：

(a)

式中，為

298K下水的蒸汽壓，查附錄七得=3.168kPa；又=0；

P=101.3kPao水蒸氣在空氣中得擴(kuò)散系數(shù)由表

8-2查得,在

101.3

kPa、298K下

D=0.256cm2-s-1即2.56X10-5m2?sT。

將已知值代入式(a):或

而厚5mm得水層，每平方米得質(zhì)量為5kg,故蒸發(fā)時(shí)間為

8-5o

8-6若氣體質(zhì)量流速不變,、、亦不變。

8-7

=0.443mm。

解:本題需用柯?tīng)柋绢?lèi)比式（8-45）:,以給熱數(shù)據(jù)得到給質(zhì)系數(shù)

k和。

從給熱熱流量

及熱衡算

可得的表示式故式中，為

=320-300=20℃與

=313-320=13℃的平均

值。而在中的平均流速是空氣在平均溫度下的流速，與初速的關(guān)系是（暫

不考慮壓力變化的影響，由以下求得的壓降甚小驗(yàn)證）于是從熱量傳遞與

動(dòng)量

傳遞間的類(lèi)比，得式中，為空氣在平均溫度

316.5K下得密度:

壓降與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相比甚小，對(duì)空氣密度（及流速）的影響可以忽略。

第九章

9-19-lo

9-2水，。

9-3為脫吸。

解：空氣中

C02的分壓，水溶液的

C02摩爾分?jǐn)?shù)，式中，

C為溶液的總

濃度，C處1000/18.02=55.5kmol?m3

溶液的

C02平衡分壓按式(

9-5)即

P

*=Ex計(jì)算，而20℃下的

E從本

章附錄一查得為144MPao故

p*=Ex=Ec/C=(144X103)X(3X10-3/55.5)=7.78kPa

可知

p*>p,過(guò)程為脫吸。

9-4吸收率0.95,吸收量285kg?h-1。

9-5

10℃下

7.89L?m-3,11.27mg?LT,x*=6.34X10-6,

H=l.676X10-5kmol?m-3?kPa-lo

9-6解：根據(jù)例9-5中所得的算式及

計(jì)算，取三位有效數(shù)字，可得下表（作圖從略）:

104x

2.81

5.26

8.43

14.0

19.7

28.1

42.0

103y

6.26

15.7

26.3

48.0

69.3

105

167

9-7

lOOkPaT：x=6.56X10-5,P=90.9kPao

9-8

lOOkPa下：

9-9解：從兩相給質(zhì)系數(shù)、按以下公式求總傳質(zhì)系數(shù)式中溶度系數(shù)根據(jù)傳

質(zhì)系數(shù)間得換算式，有氣相阻力在總阻力中所占得比例為

9-11

9-12加倍，h0不改變；加倍，

h0增加23%。

9-13回收122.8kg?h-1；減少4.2kg?h-1

9-14

L=0.0429kmol?m-2?sT,h0=15.7m。

解：出塔水中丙酮得組成為對(duì)塔頂、塔底得物料衡算式（

9-39）為故為原用水

量的

0.875倍。以下用平均推動(dòng)力法求填料層高

h與例

9-6相同故

所求

h0為原高度11.8m的1.33倍

9-15o

9-16(1)或，；

(2)110約4.401。

9-17

ya=2.55X10-4

9-18(1)N0G=7.84；(

2)N0G=15.2；(

3)N0G=18.5；o

9-20

ya=7.86X10-4o

解：應(yīng)用式(9-76),其中故

據(jù)習(xí)題9-17(1)的用水量及平衡關(guān)系已得

A=1.18,代入上式，得

9-21

[式(9-92)算得為0.175m],[式(9-93)算得為0.45m]

第十章

10-1解法一

10-1解法一

成

x=0.256,y=0.455,

設(shè)液相所占的摩爾分?jǐn)?shù)為

q,可列出方程

0.256q+0.455(l-q)=0.4

解得

q=0.276

故液氣比為

q/(l-q)=0.276/0.724=0.381

解法二做較準(zhǔn)確的計(jì)算。

苯(A)和甲苯(B)的蒸汽壓、按下述安托萬(wàn)方程計(jì)算:

則當(dāng)

t=100℃時(shí)，求

=180.OkPa,

=74.17kPao

根據(jù)拉烏爾定律和道爾頓定律，得以下方程組:

代入數(shù)據(jù)、、

P(101.3kPa),解得

xA=0.2563,xB=O.4555

根據(jù)苯的物料衡算

0.4F=0.2563L+0.4555(F-L)

可解得

F/L=3.589,而

q=L/F=l/3.589=0.2786

故液氣比為

q/l-q=O.2786/(1-0.2786)=0.3862

10-2

pA=25.2kPa,pB=l.5kPa；x=0.844,y=0.942；a=3.02。

10-3

解

⑴應(yīng)用式(10-3)由題意有

P=80kPa,xA=0.4,yA=l-0.4=0.6則顯然，當(dāng)蒸汽壓、滿(mǎn)足上式的溫度

t,即為

泡點(diǎn)。

聯(lián)立下述安托萬(wàn)方程，可通過(guò)計(jì)算機(jī)求解得

t：

故認(rèn)為所求的泡點(diǎn)

t=87.25℃o此狀況下的平衡氣相組成為

⑵在

P

=101.3kPa下,x=O4時(shí)平衡氣相組成可按例10-2計(jì)算。由表10-3可得

a=2.36+0.25x

代入

x=0.4,則有a=2.46。于是偏差

以本題(1)中同樣的求解方法求

P=26.7kPa、x=0.4時(shí)的泡點(diǎn)。

求得

t=55.14℃,

=43.81kPa,

=15.23kPa

此時(shí)平衡氣相組成為偏差由以上計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)總壓變化不大時(shí)

(80/101.3=0.79),按本題定義的偏差不大(0.032)；但總壓變化甚大時(shí)

(26.7/101.3=0.264),相應(yīng)的偏差也較大(0.158),不能忽略。

10-4在

x較小處，按組成得到的相對(duì)揮發(fā)度

a較按理想溶液計(jì)算值為大，而

x較

大處a偏?。豢芍状?水與理想溶液的偏差頗大，不能作為理想溶液。

10-5釜液組成

x2=0.498,儲(chǔ)出液組成

xD=0.804o

10-6

x=0.508,y=0.784；若冷凝量增大，組成將變大；若使

x0=0.6的液體汽化1/3,

結(jié)果與上述相同。

10-7

x=0.508,y=0.784,與習(xí)題10-6的結(jié)果相同。

10-8

y2=0,898,x2=757。

10-9精儲(chǔ)段約需7.7層，提儲(chǔ)段約需6.3層。

10-10

解由題意有

xD=0.97,

xW=O.04,xF=0.5；a=2.5相平衡關(guān)系

由于

q=L則將

xF=0.5代入平衡關(guān)系，求得

y=0.714,即定出點(diǎn)

e(O5,0.714)o

由最小回流比的定義可知，該線(xiàn)經(jīng)過(guò)

e(0.5,0.714)和

a(0.97,0.97)。應(yīng)用

式(10-40),得

所以，實(shí)際回流比

R=1.5Rmin=1.79,可求得精飾段操作線(xiàn)為即

提鐳段操作線(xiàn)可由

b(xW,xW)及精播段操作線(xiàn)和

q線(xiàn)的交點(diǎn)

d決定。將

x=0.5

代入精儲(chǔ)段操作線(xiàn)，求得

y=0.6685,即有

d(0.5,0.6685)。

由此可求得提播段操作線(xiàn)為下面進(jìn)行逐板計(jì)算：精儲(chǔ)段

x2=0.869（用平衡關(guān)系）

y3=0.905（用物料衡算，即操作線(xiàn)）

x3=0.793（用平衡關(guān)系）

y4=0.856（用操作線(xiàn)）；

x4=0.705（用平衡關(guān)系）

y5=0.800

（用操作線(xiàn)）；

x5=0.615（用平衡關(guān)系）

y6=0.742

（用操作線(xiàn)）；

x6=0.535（用平衡關(guān)系）

y7=0.691（用操作線(xiàn)）;

x7=0.472（用平衡關(guān)系）

提儲(chǔ)段

y9=0.540；x9=0.319

yl0=0.422；xl0=0.226

yll=0.294；xll=0.143

yl2=0.181；xl2=0.081

yl3=0.096；xl3=0.0408

yl4=0.041；xl4=0.0169

因此，理論板數(shù)為(14-1)=13層，進(jìn)料位置為第7層板。

10-11

(DR=1.7；

(2)

D=40.3kmol.h-l；(3)

q=0.654o

10-12

解根據(jù)單板效率定義，對(duì)

n板有

同時(shí)，對(duì)全回流的物料衡算為

yn+l=xn

從所測(cè)得的數(shù)據(jù)可得到第

n+1、n+2板的效率如下：

其中

故

Emv,n+l=O.700

同理

Emv,n+2=0.691

10-13精微段14層，提儲(chǔ)段7.5層。

10-14

解由習(xí)題

10-13中的數(shù)據(jù)

xD=0.95>xF=0.6、xW=0.25、R=4、a=1.45進(jìn)行計(jì)算。

(1)最少理論板數(shù)

Nmin按式(10-44)計(jì)算

(2)最小回流比

Rmin應(yīng)用式(10-45)計(jì)算：

(3)應(yīng)用吉利蘭關(guān)聯(lián)理論板數(shù)

No現(xiàn)

按式(10-48)計(jì)算

Y：

(4)精播段理論板數(shù)

Nlo先求精儲(chǔ)段的最少理論板數(shù)

Nmin,L也由式

(10-44)計(jì)算。

其中，

按式(10-49)計(jì)算：

提播段理論板數(shù)

N2=N-N1

-1=6.95

10-15

Dmax=6.91kmol.h-1

10-16梯級(jí)的兩個(gè)線(xiàn)段各代表經(jīng)過(guò)這層理論版的組成變化。

10-17可采取以下措施：

加大回流比

R;降低進(jìn)料管位置；減少料液的焰

10-18解：由題意有

根據(jù)物料衡算，有

F=D+W

代入已知值，兩式聯(lián)立求解，得

由于分凝器相當(dāng)于一塊精播板，而釜相當(dāng)于一塊提儲(chǔ)板,

而，則由相平衡方程可得

而點(diǎn)滿(mǎn)足如附圖所示虛線(xiàn)框內(nèi)得物料衡算：

代入，可求得

R=3.871。由于是飽和液體進(jìn)料，因此，塔釜產(chǎn)生蒸氣

10-19由題意有

根據(jù)物料衡算，有

F=D+W

由此解得

精播段操作線(xiàn)方程為

即有

即有

(

3),從而求得

(2)蒸播過(guò)程相當(dāng)于通過(guò)兩側(cè)精馀板和一層提鐳板。

類(lèi)似地使用操作線(xiàn)方程和相平衡方程，可求得

yl=xD=O.8

=0.6154,=0.7385,x2=0.5304,y

3=0.7101

將

xw代入式(3),從而求得：

D=67.2kmol

(3)蒸儲(chǔ)過(guò)程相當(dāng)于通過(guò)兩層精儲(chǔ)板和一層提播板。

類(lèi)似地交替使用操作線(xiàn)方程和相平衡方程，可求得

yl=xD=0.8

=0.6154,=0.7385,x

2=0.5304

將

xF=O.7代入精鐳段操作線(xiàn)方程，可求得

從而可據(jù)

d（0.7,0.7666）和

b（,

）確定提飾段操作線(xiàn)方程為

顯然（x2,y3）在上述提播段操作線(xiàn)上，則有

又據(jù)相平衡方程，有

聯(lián)立式（6）,式（

7）解得

（另一根0.7407V0.5304,不合題意，舍去）

將代入式（

3）,從而求得

D=78.2kmol

由上述求解過(guò)程可知，欲獲得最大得苯回收率，宜采用流程（III）。

10-20

A+B+C+D

A+B+C

D

A+B

A

B

A+B+C+D

10-21

解對(duì)物系進(jìn)行物料衡算，如下列式子可得:

總衡算

F=D+W

對(duì)組分

A

0.04F=xA,DD

對(duì)組分

B

0.06F=xB,DD

對(duì)組分

c

0.4F=0.05D+0.75W

由上面式子可得

D=W=0.5F

xA,D=0.08

xB,D=0.12

則

xC,D=0.75

再用捷算法估計(jì)分離輕重關(guān)鍵組分所需的理論板數(shù)。得：Nmin=10.25

計(jì)算最小回流比

Rmin=2.637

然后應(yīng)用吉利蘭關(guān)聯(lián)，可得：X=0.2727；Y=0.3910?

則可計(jì)算所需的理論板數(shù)共為

N=17.5

精播段的最少理論板數(shù)為

Nmin,1=6.69

故其理論板數(shù)為

Nl=11.4

提播段理論板數(shù)

N2=N-N1-1=5.1

與例10-13比較,在

C+E二元溶液中加入較易揮發(fā)的組分

A+B后精播段、提

播段的理論板數(shù)都有所減少(N1從14減少到11.4,N2從7.5減少到5.1)。

第H—章

11-1(1)0.81；(

2)0.081；(

3)0.078m清液柱。

11-2泡沫液面高0.29m,需加大板間距；停留時(shí)間4.6s,合用。

11-3

D=0.9m

11-4

(1)總板效率

E446%；(

2)未計(jì)入底段、頂段的高度近20m。

11-5

D=l.4m,液泛分率為0.61.

11-6

mG

=10000kg-h-l；勉強(qiáng)可用，但偏高。

11-7

D=0.7m,h0^20m；壓降約為篩板塔的0.2倍。

第十二章

12-2

x*=18%,y*=62%；E'=0.27F,R'=0.73F0

12-3

81=429,B4=87.5,87=7.03

12-4

x'=9.5%,y*=51.5%,E'=0.486F',R'=0.514F。

12-5

x'=5.2%,y=54%,E'=0.51F,R'=0.49F.

12-6

S=501kg?h-1

12-7

N=7o

12-8

N=4,CR1=O.69g-L-l,CR2=0.42

g?L-l,CR3=0.28

g?L-l,GR4=0.19g-L-lo

第十三章

13-1(1)

=0.256,H=0.0862kg?kg-1；(

2)

=0.0675,H=0.534

13-2

H=0.0186

kg.kg-1,

4)=0.238,1=98.6kJ?kg-1,VH=0.942,td=23.7℃

13-3(1)HM=0.0481

kg,kg-1,IM=166

kg?kg-1；(

2)H=0.0481

kg.kg-1,

=0.01,1=219

kJ?kg-1

解由

t=20℃,

=0.05,查附錄七得

ps=2.338kPa,則

Hl=0.622X

=0.622X

=0.00072

kg?kg-1

11=(1.01+1.88H1)tl+2492Hl=(1.01+1.88X0.00072)X20

+2492X0.00072=22.0

kJ?kg-1,

類(lèi)似地，由

t=50℃、

=0.8,查附錄七得