化工原理習(xí)題

本文格式為Word版，下載可任意編輯——化工原理習(xí)題177、某液體組成為xA＝0.6、xB＝0.4，試在三角相圖中表示出該點(diǎn)的座標(biāo)位置。A

AF?

B

B

178、某液體組成為xA＝0.6、xB＝0.4，若在其中參與與原料液等量的萃取劑S，此時(shí)座標(biāo)點(diǎn)位置在何處(在座標(biāo)圖中標(biāo)明)。

A

A

F?

?M

BB

179、某液體組成為xA＝0.6、xB＝0.4，若在其中參與與原料液等量的萃取劑S，寫(xiě)出混合后的組成：xA=（0.3）、xB=（0.2）、xS=（0.5）。

AA

F??MB

B

180、現(xiàn)有含A組分30％（質(zhì)量％）的A＋B混合物，用溶劑S進(jìn)行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲線如圖示。采用單級(jí)萃取器時(shí)（理論級(jí)），萃取液中A組分最大濃度可達(dá)（55％）。E?max

181、現(xiàn)有含A組分30％（質(zhì)量％）的A＋B混合物，用溶劑S進(jìn)行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲線如圖示。采用單級(jí)萃取器（理論級(jí)），當(dāng)萃取液中A組分為最大濃度時(shí)，溶劑用量為（S＝（MF／MS）?F）。(用線段比及符號(hào)注明即可)E?max

EFMR

182、現(xiàn)有含A組分30％（質(zhì)量％）的A＋B混合物，用溶劑S進(jìn)行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲線如圖示。采用單級(jí)萃取器（理論級(jí)），當(dāng)萃取液中A組分為最大濃度時(shí)，在圖上標(biāo)出相應(yīng)萃取相E的座標(biāo)點(diǎn)位置。

E?max

E

1

183、現(xiàn)有含A組分30％（質(zhì)量％）的A＋B、混合物，用溶劑S進(jìn)行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲線如圖示。采用單級(jí)萃取器（理論級(jí)），當(dāng)萃取液中A組分為最大濃度時(shí)，在圖上標(biāo)出相應(yīng)萃余相R的座標(biāo)點(diǎn)位置。

E?max

E

R

184、現(xiàn)有含A組分30％（質(zhì)量％）的A＋B混合物，用溶劑S進(jìn)行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲線如圖示。采用單級(jí)萃取器（理論級(jí)），當(dāng)萃取液中A組分為最大濃度時(shí)，在圖上標(biāo)出相應(yīng)三元混合物M的座標(biāo)點(diǎn)位置。

E?max

E

FMR

2

6、某液體分別在此題附圖所示的三根管道中穩(wěn)定流過(guò)，各管絕對(duì)粗糙度、管徑均一致，上游截面1-1’的壓強(qiáng)、流速也相等。問(wèn)：在三種狀況中，下游截面2-2’的流速是否相等？

答：三種狀況中，下游截面2-2’的流速相等。

7、某液體分別在此題附圖所示的三根管道中穩(wěn)定流過(guò)，各管絕對(duì)粗糙度、管徑均一致，上游截面1-1’的壓強(qiáng)、流速也相等。問(wèn)：在三種狀況中，下游截面2-2’的壓強(qiáng)是否相等？假使不等，指出哪一種狀況的數(shù)值最大，哪一種狀況的數(shù)值最小？其理由何在？

答：三種狀況中，下游截面2-2’的壓強(qiáng)不相等，其中（a）的壓強(qiáng)最大，（c）的壓強(qiáng)最小。這是由于（c）管上不僅有一個(gè)閥門(mén)消耗能量，且管子末端垂直上升一段，又使得靜壓強(qiáng)降低。

2、在附圖所示的儲(chǔ)油罐中盛有密度為960取

3

kg／m的油品。油面高于罐底9.6m，油面上方為常壓。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760mm圓孔，其中心距罐底800mm，孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作應(yīng)力取為

6

39.23×10Pa，問(wèn)：至少需要幾個(gè)螺釘？解：設(shè)通過(guò)孔蓋中心的水平面上液體的靜壓強(qiáng)為p，則p就是管內(nèi)液體作用與孔蓋上的平均壓強(qiáng)。由流體靜力學(xué)基本方程式知p?pa??gh作用在孔蓋外側(cè)的是大氣壓強(qiáng)pa，故孔蓋內(nèi)外兩側(cè)所受壓強(qiáng)差為：

?p?p?pa?pa??gh?pa??gh?p?960?9.81?9.6?0.8??8.29?104N/m2

?d2?作用在孔蓋上的靜壓力為P??p??8.29?104??0.762?3.76?104N

44?每個(gè)螺釘能承受的力為400?9.81?104??0.0142?6.04?103N

443

螺釘?shù)膫€(gè)數(shù)＝3.76×10／6.04×10=6.23個(gè)

3

即至少需要7個(gè)螺釘。

3、根據(jù)此題附圖所示的微差壓差計(jì)的讀數(shù)，計(jì)算管路中氣體的表壓強(qiáng)p。壓差計(jì)中以油和

3

水為指示液，其密度分別為920kg/m及998

3

kg/m，U管中油、水交界面高度差R=300mm。兩擴(kuò)大室的內(nèi)徑D均為60mm，U管內(nèi)徑d為6mm。當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng)時(shí)，兩擴(kuò)大室液面平齊。

解：當(dāng)管路內(nèi)的氣體壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng)時(shí)，兩擴(kuò)大室的液面平齊，則兩擴(kuò)大室液面差

??Δh與微差壓差計(jì)讀數(shù)R的關(guān)系為D2?h?d2R

44?d??6?當(dāng)壓差計(jì)讀數(shù)R=300mm時(shí)，兩擴(kuò)大室液面差為?h?R???0.3???0.003m

?D??60?22則管路中氣體的表壓強(qiáng)為

2

p＝（998－920）×9.81×0.3＋920×9.81×0.003＝257N／m（表壓）

6、用泵將水從水池送至高位槽。高位槽液面高于水池液面50m，管路全部能量損失為20

3

J／kg，流量為36m／h，高位槽與水池均為敞口。若泵的效率為60%，求泵的軸功率。（水

3

的密度取為1000kg／m）

解：設(shè)水池液面為1-1’截面，高位槽液面為2-2’，以水池液面為基準(zhǔn)水平面，在

2u1p1u2p??we?gZ2?2?2??hf兩截面間列柏努利方程式。gZ1?2?2?Z1＝0，Z2＝50m，u1≈0，u2≈0，P1＝P2＝0（表壓），Σhf＝20J／kg

∴we＝9.81×50＋20＝510.5J／kg

水的質(zhì)量流率ws＝36×1000／3600＝10kg／s有效功率Ne＝we〃ws＝510.5×10＝5105W軸功率N＝5105／0.6＝8508.3W7、高位槽內(nèi)的水面高于地面8m，水從Φ108×4mm的管道中流出。管路出口高于地面2m。在此題特定條件下，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可

2

按Σhf＝6.5u計(jì)算(不包括出口的能量損失)，

A?

4

其中u為水在管內(nèi)的流速，m／s。計(jì)算：

3

（1）A?A?截面處水的流速；（2）水的流量，m／h。

解：（1）以高位槽液面為上游截面1-1',管路出口內(nèi)側(cè)為下游截面2-2',并以地面為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式

2u1p1u2p??gZ2?2?2??hfgZ1?2?2?Z1＝8m，Z2＝2m，u1≈0，P1＝P2＝0（表壓）

22Σhf＝6.5u＝6.5u2代入上式,得u2＝2.9m／s

由于輸水管的直徑一致,且水的密度可視為常數(shù),所以A-A'截面處水的流速為uA＝2.9m／s。

3

（2）水的流量Vh＝3600Au＝3600×π／4×0.12×2.9＝82m／h8、水以2.5m／s的流速流經(jīng)?38×2.5mm的水平管，此管以錐形管與另一?38×3mm的水平管相連。如附圖所示，在錐形管兩側(cè)A、B處各插入一垂直玻璃管以觀測(cè)兩截面的壓強(qiáng)。若水流經(jīng)A、B兩截面間的能量損失為1.5J／kg，求兩玻璃管的水面差（以mm記），并在此題附圖中畫(huà)出兩玻璃管中水面的相對(duì)位置。

3

（水的密度取為1000kg／m）

解：上游截面A-A’，下游截面B-B’，通過(guò)管子中心線作基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式。

u2pAu2pA??gZB?B?B??hfA,BgZA?2?2?式中ZA＝ZB＝0，uA＝2.5m／s，ΣhfA,B＝1.5J／kg

??2根據(jù)連續(xù)性方程式，對(duì)于不可壓縮流體uAd2dBA?uB44?dA有uB?uA??d?B??33???2.5???1.23m／s??47??2?u2?A?uB???hfA,B?兩截面的壓強(qiáng)差為pB?pA????

2???2.52?1.232???1000=868.55N／m2?1.5＝???2??22即pB?pA?868.55?0.102?88.6mmH2O

由于pB?88.6?pA∴pB＞pA

9、在此題附圖所示的試驗(yàn)裝置中，于異徑水平管段兩截面間連一倒置U管壓差計(jì)，以測(cè)量?jī)山孛嬷g的壓強(qiáng)差。當(dāng)水的流量為10800kg／h時(shí)，U管壓差計(jì)讀數(shù)R為100mm。粗、

5

細(xì)管的直徑分別為Φ60×3.5mm與Φ42×3mm。計(jì)算：（1）1kg水流經(jīng)兩截面間的能量損失；（2）與該能量損失相當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)降為多少

3

Pa？（水的密度取為1000kg／m）

解：（1）1kg水流經(jīng)兩截面間的能量損失設(shè)導(dǎo)管在上游的連接處為截面1-1’，下游的連接處為截面2-2’，并通過(guò)管軸作基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程

2u1p1u2p??gZ2?2?2??hfgZ1?2?2?式中Z1=Z2=0，u=ws／Aρu1??2.95m／s

?23600??0.036?1000410800?1.36m／su2??3600??0.0532?10004p?p2∵p1?p2??gR，∴1?9.81?0.1?0.981J／kg

?108002.952?1.362將以上各數(shù)值代入柏努利方程式，解得?hf?0.981??4.41J／kg

22

（2）與該能量損失相當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)降?pf???hf?1000?4.41?4410N／m

10、在圖示裝置中，水管直徑為Φ57×3.5mm。當(dāng)閥門(mén)全閉時(shí)，壓力表讀數(shù)為0.3大氣壓,而在閥門(mén)開(kāi)啟后，壓力表讀數(shù)降至0.2大氣壓。設(shè)管路入口至壓力表處的壓頭損失為0.5

3

mH2O，求水的流量為若干m／h？

5

解：閥門(mén)全閉時(shí)，由P2＝ρgH，H＝0.3×1.013×10／（1000×9.81）＝3.1m即水槽液面距閥門(mén)中心線的高度為3.1m。

閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，以水槽液面為上游截面1-1'，壓力表處為下游截面2-2'，管路中心線為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式

2u1p1u2p1Z1???Z2?2?2??hf

2g?g2g?ggZ1＝H＝3m，Z2＝0，P1＝0，P2＝0.2×1.013×10Pa，u1≈0，Σhf／g＝0.5mH2O

52代入上式3.1＝0.2×1.013×10／（1000×9.81）+u2／（2×9.81）+0.5解得u2＝3.24m／s

23

Vh＝（π／4）du×3600＝22.9m／h

3

11、如下圖，密度為850kg／m的料液從高位槽送入塔中，高位槽內(nèi)的液面維持恒定。

33

塔內(nèi)表壓強(qiáng)為9.81×10Pa，進(jìn)料量為5m／h。連接納直徑為?38×2.5mm，料液在連接納內(nèi)滾動(dòng)時(shí)的能量損失為30J／kg（不包

6

5

括出口的能量損失）。求：高位槽內(nèi)的液面應(yīng)比塔的進(jìn)料口高出多少？

解：以高位槽液面為上游截面1-1’，連接納出口內(nèi)側(cè)為下游截面2-2’，并以截面1-1’為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式。

2u1p1u2p??gZ2?2?2??hfgZ1?2?2?V5?1.62m／s式中Z1＝0，u1≈0，u2?s??A23600??0.0334p1＝0（表壓），p2＝9.81×10Pa（表壓），Σhf=30J／kg

?1.6229810??/9.81??4.37m將上述數(shù)值代入柏努利方程，解得Z2?????30?2?850??3

高位槽內(nèi)的液面應(yīng)比塔的進(jìn)料口高4.37m。

12、如下圖，用泵將儲(chǔ)槽中密度為1200

3

kg／m的溶液送到蒸發(fā)器內(nèi)。儲(chǔ)槽內(nèi)液面維持恒定，其上方與大氣一致。蒸發(fā)器內(nèi)的操作壓強(qiáng)為200mmHg（真空度），蒸發(fā)器進(jìn)料口高于儲(chǔ)槽內(nèi)的液面15m，輸送管道的直徑為?68×4

3

mm，送料量為20m／h，溶液流徑全部管道的能量損失為120J／kg，求泵的有效功率。

解：以儲(chǔ)槽的液面為上游截面1-1’，管路出口內(nèi)側(cè)為下游截面2-2’，并以截面1-1’為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式。

2u1p1u2p??we?gZ2?2?2??hfgZ1?2?2?式中Z1＝0，Z2＝15m，p1＝0（表壓），p2??u1≈0，u2?200?101300??26670Pa（表壓）

76020?1.97m／s，Σhf=120J／kg

?3600??0.0624將以上各項(xiàng)數(shù)值代入柏努利方程中

1.97226670we?15?9.81???120?246.9J／kg

2120230?1200ws?V????6.67kg／s

3600Ne＝we〃ws＝246.9×6.67＝1647W

13、此題附圖所示為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水

33

的密度為1100kg／m，循環(huán)量為36m／h。管路的直徑一致，鹽水由A流經(jīng)兩個(gè)換熱器而至B的能量損失為98.1J／kg，由B流至A的能量損失為49J／kg。求：若泵的效率是70％，其軸

7

功率為多少kW？

解：在循環(huán)管路中任選某截面為1-1’，并兼為截面2-2’（意即流體由截面1-1’出發(fā)，完成一個(gè)滾動(dòng)循環(huán)后達(dá)到截面2-2’）。在兩截面間列柏努利方程式。

2u1p1u2p??we?gZ2?2?2??hfgZ1?2?2?因截面為1-1’與截面2-2’重合，所以u(píng)1＝u2，p1＝p2，Z1＝Z2

上式可簡(jiǎn)化為we＝Σhf＝ΣhfAB＋ΣhfBA＝98.1＋49＝147.1J／kg流體的質(zhì)量流量ws＝Vs〃ρ=36×1100／3600=11kg／s泵的軸功率N＝we〃ws／η＝147.1×11／0.7＝2312W

14、附圖中所示的高位槽液面維持恒定，管路中ab和cd兩段的長(zhǎng)度、直徑及粗糙度均一致。某液體以一定流量流過(guò)管路，液體在滾動(dòng)中溫度可視為不變。問(wèn)：（1）液體通過(guò)ab和cd兩管段的能量損失是否相等？（2）此兩管段的壓強(qiáng)差是否相等？寫(xiě)出它們的表達(dá)式。

lu2解：（1）直管的能量損失?hf??

d2管段ab與cd中，長(zhǎng)度、直徑均一致；流量不變則流速一致；溫度不變，密度一致，粘度一致，則雷諾數(shù)一致；又由于粗糙度一致，則摩擦系數(shù)一致，所以兩管段的能量損失相等。

（2）兩管段的壓強(qiáng)差不相等。在兩管段上分別列柏努利方程式

2uapau2p??gZb?b?b??hfab式中ua＝ub，ab管段gZa?2?2?則pb?pa??gZa?gZb??hfab??

22ucpcudp??gZd??d??hfcd式中uc=ud，Zc=Zd，cd管段gZc?2?2?則pd?pc????hfcd

15、附圖所示的管路上裝有一個(gè)閥門(mén)，如減小閥門(mén)的開(kāi)度，問(wèn)：（1）液體在管內(nèi)的流速及流量的變化狀況；（2）液體流經(jīng)整個(gè)管路系統(tǒng)的能量損失狀況。解：（1）液體在管內(nèi)的流速及流量均減小。

（2）以水槽液面為上游截面1-1’，管路出口外側(cè)為下游截面2-2’，并以管路出口中心線為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式。

2u1p1u2p??gZ2?2?2??hfgZ1?2?2?式中Z1＝h，Z2＝0，u1≈0，u2＝0，p1＝p2＝0（表壓）

得Σhf＝gh即能量損失不變

8

21、兩平行的大平板，放置在空氣中相距為5mm。一平板的黑度為0.1，溫度為350K；另一平板的黑度為0.01，溫度為300K。若將第一板加涂層，使其黑度變?yōu)?.025，計(jì)算由此引起輻射傳熱變化的百分率。（角系數(shù)與總輻射系數(shù)的計(jì)算式見(jiàn)附表）

??T?4?T?4?Q12解：傳熱的熱通量q??C1?2????????????S100100????????C1?2?C0，?1?0.1，?2?0.01，??1

11??1?1?2??350?4?300?4?5.672

∴q?????????3.59W／m

11??100??100?????1?0.10.01第一板加涂層后，?1?0.025

??350?4?300?4?5.672q?????????2.82W／m

11??100??100?????1?0.0250.01輻射傳熱變化的百分率（3.59－2.82）／3.59＝21.45％

22、用熱電偶測(cè)量管道中熱空氣流的溫度。熱電偶的讀數(shù)為200℃,管道內(nèi)壁溫度為100℃,熱電偶熱端的黑度為0.8，由空氣流至熱端的對(duì)流傳熱系數(shù)為46.52W／2

（m〃℃）,求空氣的真實(shí)溫度和以熱電偶讀數(shù)作為空氣溫度的測(cè)量誤差。（角系數(shù)與總輻射系數(shù)的計(jì)算式見(jiàn)附表）

9

解：設(shè)空氣的真實(shí)溫度為t，熱電偶的表面積為S

空氣向熱電偶對(duì)流傳熱Q1＝αS（t－200）＝46.52S（t－200）

44

熱電偶向管壁輻射傳熱Q2＝εC、0S[（T1/100）－（T2／100）]

44

＝0.8×5.67S{[（200+273）／100]-[（100+273）/100]}＝1392.45S

達(dá)到熱平衡時(shí)Q1＝Q2，46.52S（t-200）＝1392.45S∴t＝229.93℃誤差δ＝│200-229.93│／229.93=13％23、某平壁厚度為0.37m,內(nèi)表面溫度t1為1650℃,外表面溫度t2為300℃,平壁材料導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.815＋0.00076t（式中ｔ的單位為℃,λ的單位為W／(ｍ〃℃）。若導(dǎo)熱系數(shù)可取平均值計(jì)算時(shí)，求平壁的導(dǎo)熱熱通量。

解：平壁的平均溫度為tm＝（t1＋t2）／2＝（1650＋300）／2＝975℃λ＝0.815＋0.00076t＝0.815＋0.00076×975＝1.556W／(ｍ〃℃)

Q?1.556導(dǎo)熱熱通量q???t1?t2???1650?300??5677W／m2

Sb0.3724、某平壁燃燒爐是由一層耐火磚與一層普通磚砌成，兩層的厚度均為100mm，其導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.9W／（ｍ〃℃）及0.7W／（ｍ〃℃）。待操作穩(wěn)定后，測(cè)得爐壁的內(nèi)表面溫度為700℃,外表面溫度為130℃。為減少燃燒爐的熱損失，在普通磚的外表面增加一層厚度為40mm,導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W／（ｍ〃℃）的保溫材料。操作穩(wěn)定后，又測(cè)得爐內(nèi)表面溫度為740℃,外表面溫度為90℃。設(shè)兩層材料的導(dǎo)熱系數(shù)不變。計(jì)算加保溫層后爐壁的熱損失比原來(lái)減少百分之幾？解：設(shè)單位面積爐壁的熱損失為q（q＝Q／S），加保溫層前，是雙層平壁的熱傳導(dǎo)

t?t700?1302

q1?13??2240W／m

b1b20.10.1??0.90.7?1?2t1?t4740?902

加保溫層后，是三層平壁的熱傳導(dǎo)q2???707W／m

0.10.10.04b1b2b3????0.90.70.06?1?2?3熱損失減少的百分?jǐn)?shù)（q1－q2）／q1＝（2240－707）／2240＝68.4％

25、外徑為426mm的蒸氣管道,其外包扎一層厚度為426mm的保溫層,保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)可取為0.615W／(ｍ〃℃)。若蒸汽管道的外表面溫度為177℃,保溫層的外表面溫度為38℃,求每米管長(zhǎng)的熱損失。

解：由已知r2＝0.426／2＝0.213m，r3＝0.213＋0.426＝0.639m

Q2???t2?t3?2???177?38?每米管長(zhǎng)的熱損失???489W／m

r30.639Llnln0.213r226、在列管換熱器中，水以1.2m／s的速度流過(guò)內(nèi)徑為25mm，長(zhǎng)為5m的管束。

若管內(nèi)壁平均溫度為50℃，水的進(jìn)口溫度為20℃,求水的出口溫度。管壁對(duì)水的平

23

均對(duì)流傳熱系數(shù)為4850W／(ｍ〃℃)，熱損失可忽略，水的密度取為1000kg／m，比熱為4.187kJ／(kg〃℃)。解：設(shè)水的出口溫度為t2

換熱器一根管子的傳熱面積S＝πDl＝3.14×0.025×5

10

流通截面積A＝πD／4＝3.14×0.025／4

由熱量衡算和對(duì)流傳熱速率方程得Q＝WCCpC（t2－t1）＝αS[tW－（t1＋t2）／2]即π／4×0.0252×1.2×1000×4.187×1000（t2－20）＝4850×3.14×0.025×5[50－（20＋t2）／2]解得t2=36.7℃27、某列管換熱器由Φ25×2.5mm的鋼管組成。熱空氣流經(jīng)管程，冷卻水在管間與

2

空氣呈逆流滾動(dòng)。已知管內(nèi)側(cè)空氣的αi為50W／(ｍ〃℃),管外側(cè)的α0為1000W

2

／(ｍ〃℃),鋼的λ為45W／(ｍ〃℃)。求Ｋ及按平壁計(jì)的總傳熱系數(shù)。解：基于管外表面積的總傳熱系數(shù)

dbdo110.0250.0025?0.0251?o??????0.026K?idi?dm?o50?0.0245?0.022510002

22

K＝38.37W／(ｍ〃℃)按平壁計(jì)算時(shí)

111112

?????0.021，K=47.62W／(ｍ〃℃)K?i?o50100028、一單程列管式換熱器,由直徑為Φ25×2.5mm的鋼管束組成。苯在換熱器的管內(nèi)滾動(dòng),流量為1.25kg／s，由80℃冷卻到30℃，冷卻水在管間和苯呈逆流滾動(dòng),進(jìn)口水溫為20℃,出口不超過(guò)50℃。已知水側(cè)和苯側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)分別為1.70和

2

0.85kW／(ｍ〃℃)，污垢熱阻和換熱器的熱損失可忽略，求換熱器的傳熱面積。苯的平均比熱為1.9kJ／(kg〃℃),管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為45W／(m〃℃)。解：由總傳熱速率方程式Q=KOSOΔtm

3

式中Q=WhC、ph（T1–T2）=1.25×1.9×10×（80-30）=118.8kW

112

Ko???0.472kW／(ｍ〃℃)

dobd0.0250.0025?0.02511???o?0.85?0.020.045?0.02251.7?idi?dm?o?t??t1?80?50???30?20??tm?2??18.2℃

?t280?50lnln30?20?t1∴So?Q118.82

??13.8m

Ko?tm0.472?18.22

29、在一傳熱外表面積S0為300m的單程列管換熱器中，300℃的某氣體流過(guò)殼方被加熱到420℃。另一種560℃的氣體作為加熱介質(zhì)。兩氣體逆流滾動(dòng)，流量均為10000kg／h，平均比熱為1.05kJ／（kg〃℃）。求總傳熱系數(shù)K0。解：換熱器的傳熱量Q＝WC、C、pC、（t2－t1）＝（10000／3600）×1050×（420－300）

5

＝3.5×10W

熱氣體出口溫度Q＝WhC、ph（T1–T2）

5即3.5×10＝（10000/3600）×1050×（560–T2）解得T2＝440℃流體的平均溫度差∵

?t2560?420??1＜2?t1440?300∴?tm??560?420???440?300??140℃

2Q3.5?1052

??8.33W／(ｍ〃℃)Ko?So?tm300?140

11

30、用平板法測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)，平板狀材料的一側(cè)用電熱器加熱，另一側(cè)用冷水

2

冷卻，同時(shí)在板之間兩側(cè)均用熱電偶測(cè)量其表面溫度。所測(cè)固體的表面積為0.02m，材料的厚度為20mm?，F(xiàn)測(cè)得電流表的讀數(shù)為2.8Ａ，伏特計(jì)的讀數(shù)為14Ｖ，兩側(cè)溫度分別為280℃和100℃，求該材料的導(dǎo)熱系數(shù)。解：平板的導(dǎo)熱速率方程式Q?t1?t2b?SQb39.2?0.02??0.218W／（ｍ〃℃）

S?t1?t2?0.02??280?100?其中Q＝IV＝2.8×14＝39.2W∴??

22

31、苯和甲苯在92℃時(shí)的飽和蒸氣壓分別為143.73kN／m和57.6kN／m。求：苯的摩爾分率為0.4,甲苯的摩爾分率為0.6的混合液在92℃時(shí)各組分的平衡分壓、系統(tǒng)壓力及平衡蒸氣組成。此溶液可視為理想溶液。

2

解：由拉烏爾定律PA＝143.73×0.4＝57.492kN／m，

2

PB＝57.6×0.6＝34.56kN／m

2

系統(tǒng)壓力P＝PA＋PB＝57.492＋34.56＝92.052kN／m平衡蒸氣組成YA＝PA／P＝57.492／92.052＝0.625，YB＝PB／P＝34.56／92.052＝0.375

32、將含24％（摩爾百分?jǐn)?shù)，下同）易揮發(fā)組分的某液體混合物送入一連續(xù)精餾塔中。要求餾出液含95％易揮發(fā)組分,釜液含3％易揮發(fā)組分。送至冷凝器的蒸氣量為850kmol／h，流入精餾塔的回流液為670kmol／h。求：（1）每小時(shí)能獲得多少kmol的餾出液？（2）回流比為多少？（3）塔底產(chǎn)品量？解：（1）V＝L＋D、，D＝V－L＝850－670＝180kmol／h（2）R＝L／D＝670／180＝3.72（3）F＝D＋W，F(xiàn)XF＝DXD＋WXW

即F＝180＋W，0.24F＝0.95×180＋（F－180）×0.03解得F＝788.6kmol／h，W＝788.6－180＝608.6kmol／h33、每小時(shí)將15000kg含苯40％（質(zhì)量％，下同）和甲苯60％的溶液在連續(xù)精餾塔中進(jìn)行分開(kāi)，要求釜?dú)堃褐泻讲桓哂?％，塔頂餾出液中苯的回收率為97.1％。求餾出液和釜?dú)堃旱牧髁亢徒M成，以摩爾流量和摩爾流率表示。（苯的分子量為78，甲苯的分子量為92）

40/78解：進(jìn)料組成xF??0.44

40/78?60/922/78釜?dú)堃航M成xw??0.0235

2/78?98/92原料液的平均分子量MF＝0.44×78＋0.56×92＝85.8kg／kmol進(jìn)料量F＝15000／85.8＝175kmol／h由題意DxD／FxF＝0.971

所以DxD＝0.971×175×0.44（a）全塔總物料衡算為D＋W＝175（b）全塔苯的衡算為DxD＋0.0235W＝175×0.44（c）聯(lián)立式a、b、c、，解得W＝95kmol／h，D＝80kmol／h，xD＝0.935

12

34、在連續(xù)精餾塔中分開(kāi)由二硫化碳和四氯化碳所組成的混合液。已知原料液流量F為4000kg／h，組成xF為0.3（二硫化碳的質(zhì)量分率，下同）。若要求釜液組成xw不大于0.05，餾出液中二硫化碳的回收率為88％，求餾出液的流量和組成，分別以摩爾流量和摩爾流率表示。（二硫化碳的分子量為76，四氯化碳的分子量為154）

30/76解：進(jìn)料組成xF??0.4648

30/76?70/1545/76釜?dú)堃航M成xw??0.0964

5/76?95/154原料液的平均分子量MF＝0.4648×76＋0.5352×154＝117.75kg／kmol進(jìn)料量F=4000／117.75=33.97kmol／h由題意DxD／FxF＝0.88

所以DxD＝0.88×33.97×0.4648（a）全塔總物料衡算為D＋W＝33.97（b）全塔苯的衡算為DxD＋0.0964W＝33.97×0.4648（c）聯(lián)立式a、b、c、，解得W＝19.65kmol／hD＝14.32kmol／h

xD＝0.97（摩爾分率）

35、氯仿（CHCl3）和四氯化碳（CCl4）的混合物在一連續(xù)精餾塔中分開(kāi)。餾出液中氯仿的濃度為0.95（摩爾分率），餾出液流量為50kmol／h，平均相對(duì)揮發(fā)度?＝1.6，回流比R＝2。求：（1）塔頂其次塊塔板上升的氣相組成；（2）精餾段各板上升蒸氣量V及下降液體量L（以kmol／h表示）。氯仿與四氯化碳混合液可認(rèn)為是理想溶液。解：（1）由題知，y1＝xD＝0.95，R＝2由相平衡方程yn?即x1??xnyn，得xn?

1????1?xn?????1?yny10.95??0.92

?????1?y11.6??1.6?1?0.95R1xn?xDR?1R?12121則y2?x1?xD??0.92??0.95?0.93

2?12?133（2）V＝L＋D，L／D＝R，V＝（R＋1）D

∴V=3×50＝150kmol／h，L＝2×50＝100kmol／h

36、一連續(xù)精餾塔，泡點(diǎn)進(jìn)料。已知操作線方程如下：精餾段y＝0.8x＋0.172提餾段y＝1.3x－0.018求原料液、餾出液、釜液組成及回流比。

R1解：由精餾段操作線方程yn?1?xn?xD

R?1R?1R1?0.8，得R＝4；xD?0.172，得xD＝0.86

R?1R?1?y?1.3x?0.018將提餾段操作線方程與對(duì)角線方程y＝x聯(lián)立?

?y?x由精餾段操作線方程yn?1?解得x＝0.06，即xw＝0.06

13

將兩操作線方程聯(lián)立??y?0.8x?0.172解得x＝0.38

y?1.3x?0.018?因是泡點(diǎn)進(jìn)料，q＝1，q線垂直，兩操作線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即是進(jìn)料濃度，

∴xF＝0.38

37、某連續(xù)精餾操作中，已知操作線方程為：精餾段：y＝0.723x＋0.263提餾段：y＝1.25x－0.0187若原料液于露點(diǎn)溫度下進(jìn)入精餾塔中，求原料液、餾出液和釜?dú)堃旱慕M成及回流比。

R1解：由精餾段操作線方程yn?1?xn?xD

R?1R?1R1?0.723，得R＝2.61；xD?0.263，得xD＝0.95

R?1R?1將提餾段操作線方程與對(duì)角線方程y＝x聯(lián)立?解得x＝0.07，即xw＝0.07將兩操作線方程聯(lián)立??y?0.723x?0.263解得x＝0.535，y＝0.65

?y?1.25x?0.0187?y?1.25x?0.0187

?y?x因是露點(diǎn)進(jìn)料，q＝0，q線水平，兩操作線交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即是進(jìn)料濃度，∴xF=0.65

38、用一連續(xù)精餾塔分開(kāi)由組分A、B所組成的理想混合液。原料液中含A0.44，餾出液中含A0.957（以上均為摩爾分率）。已知溶液的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.5，最小回流比為1.63，說(shuō)明原料液的熱狀況，并求出q值。解：采用最小回流比時(shí)，精餾段操作線方程為yn?1?即y?Rmin1xn?xD

Rmin?1Rmin?11.631x??0.957?0.62x?0.364

1.63?11.63?1?xn2.5x2.5x由相平衡方程yn?，得y??1????1?xn1??2.5?1?x1?1.5x?y?0.62x?0.364?聯(lián)立兩方程?，解得x=0.367，y=0.5922.5xy??1?1.5x?此點(diǎn)坐標(biāo)（0.367，0.592）即為（xq，yq）。

因xF＝0.44，即xq＜xF＜yq，說(shuō)明進(jìn)料的熱狀況為氣液混合進(jìn)料。

q1x?xF，由q線方程y?q?1q?1此線與平衡線的交點(diǎn)即是操作線與平衡線的交點(diǎn)有0.592?q1?0.367??0.44q?1q?1解出q＝0.676

39、今有含苯40％和甲苯60％（摩爾百分?jǐn)?shù)，下同）的混合液,欲用精餾塔分開(kāi)出含苯95％的塔頂產(chǎn)品。進(jìn)料為飽和液體,塔內(nèi)平均相對(duì)揮發(fā)度為2.5。若操作回流比

14

取為最小回流比的1.5倍,寫(xiě)出精餾段操作線方程。此溶液可視為理想溶液。解：因是泡點(diǎn)進(jìn)料，xq=xF由相平衡方程yq??xq1????1?xq?2.5?0.4?0.625

1??2.5?1??0.4最小回流比Rmin?xD?yqyq?xq?0.95?0.625?1.44

0.625?0.4回流比R＝1.5Rmin＝1.5×1.44＝2.16

2.161精餾段操作線方程y?x??0.95?0.684x?0.3

2.16?12.16?1

40、用連續(xù)精餾塔每小時(shí)處理100kmol含苯40%和甲苯60％的混合物，要求餾出液中含苯90％，殘液中含苯1％（組成均以mol％計(jì)），求：（1）餾出液和殘液的流率（以kmol／h計(jì)）；（2）飽和液體進(jìn)料時(shí)，若塔釜的氣化量為132kmol／h，寫(xiě)出精餾段操作線方程。解：（1）??100?D?W?F?D?W代入數(shù)據(jù)?

100?0.4?0.9D?0.01WFx?Dx?Wx?DW?F解此方程組，得D＝43.8kmol／h，W＝56.2kmol／h

（2）飽和液體進(jìn)料時(shí)，V＝V’，即V＝132kmol／h，則L＝V－D＝132－43.8＝88.2kmol／hR＝L／D＝88.2／43.8＝2

RR21精餾段操作線方程y?x?xD?x??0.9?0.667x?0.3

R?1R?12?12?141、一逆流操作的常壓填料吸收塔，用清水吸收混合氣中的溶質(zhì)A，入塔氣體中含Al％（摩爾比），經(jīng)