化工原理辅导1.docx

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化工原理辅导1

1、某转子流量计出厂时用在常压下用20C的空气进行标定，其刻度范围为10—50m7h。

试计算用该流量计测

定50C空气的流量，其体积流量范围为多少？

2、一敞口水槽向表压为49.1kPa高位密闭容器送水，泵吸入管及排除管均为081X3mm管路总长（包括所

有局部阻力的当量长从度）为为1000kg/m3.已泵的特性方程为

率；2.若此系统输送的是密度为

85m流体在管内流动的摩擦系数为.0.02,容器液面高出水槽液面20m.水的密度

H=50-5.56X10-3qv2,（H单位为m,qv单位为ni/h）.求；1.泵的流量及有效功

1500kg/m某种液体，泵的流量及有效功率又为若干？

3、用离心泵将贮槽中的液体

输送到敞口高位槽，两槽液面保持恒定，高差12m,管路内径为38mm管路总

长为50m（包括管件、阀门、弯头等局部阻力的当量长度）。

管路上安装一孔板流量计，孔板的孔径为20mm流量系数Co为为0.63,U型管压差计读数为R为540mm指示液为汞（密度取13600kg/m3）.操作条件下液体密度1260kg/m3。

黏度为1X10-3Pa.s。

求；单位质量流体经泵获得的能量

0.3164

C0.25

摩擦系数可按下式计算：

湍流

，层流时

（kJ/kg）。

4、用离心泵将输水，泵的特性曲线方程为

H300.01qv2（式中H的单位为mqv的单位为h，下

同），输水管路特性曲线方程为He100.05q

3_■

水的密度取1000kg/m•求：

（1）管路中流体流量及泵的有效

功率；（12分）

（2）若需要流量为16myh，应采取什么措施？

采取措施后，两条特性曲线方程有什么变化

（定量表示）？

5、用离心泵向设备送水。

已知泵特性方程为H400.01Q，管路特性方程为He250.03Q，两式

中Q的单位均为m3/h,H的单位为m。

试求:

（1）泵的输送量；

（2）若有两台相同的泵串联操作，则泵的输送量为多少？

若并联操作，输送量又为多少?

4、某生产过程每年须生产滤液3800m3,年工作时间5000h，采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为

2.5h，其中过滤时间为1.5h,将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为

K=4X10'6m2/s；qe=2.5X10'2m3/m2o

滤饼不洗涤，试求:

（1）所需过滤面积,

（2）今有过滤面积8m2的过滤机，需要几台?

5、BMS50/810-25型板框压滤机，滤框尺寸为810X810X25mm，共

36个框，现用来恒压过滤某悬浮液。

操作条件下的过滤常数为K=2.72X10-5m2/s；qe=3.45X10-3m3/m2。

每滤出

1m3滤液的同时，生成0.148m3的滤

渣。

求滤框充满滤渣所需时间。

若洗涤时间为过滤时间的2倍，辅助时间15min，其生产能力为多少?

2-3、采用过滤面积为0.2m2的过滤机，对某悬浮液进行过滤常数的测定。

操作压强差为0.15MPa，温度为20C,

过滤进行到5分钟时，共得滤液0.034m3;进行到10分钟时，共得滤液0.050m3。

试估算

（1）过滤常数K和qe；

0.0342m3滤饼。

现使用的一台板框压滤机，滤框尺寸为450X450X25mm，滤布同例2—3,试求：

（1）完成操

作所需滤框数；

（2）若洗涤时压强差与过滤时相同，滤液性质与水相近，洗涤水量为滤液体积的

1/6时的洗涤时

间（s）；（3）若每次辅助时间为15min，该压滤机生产能力（m3滤液/h）。

8、拟在9.81X103Pa的恒定压强差下过滤某悬浮液。

已知该悬浮液由直径为0.1mm的球形颗粒状物质悬浮于水

中组成，过滤时形成不可压缩滤饼，其空隙率为60%，水的粘度为1.0X10—3Pg.s,过滤介质阻力可以忽略，若

0.333m3。

每获得1m3滤液所形成的滤饼体积为

试求：

1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间;

2）若将此过滤时间（或过滤面积、压差）

延长一倍，可再得滤液多少?

9、在一单壳程双管程列管式换热器中，用130C的饱和水蒸汽将

36000kg/h的乙醇水溶液从25C加热到

80Co列管换热器由90根252.5mm，长3m的钢管管束组成。

乙醇水溶液走管程，饱和水蒸汽走壳程。

已知钢的导热系数为45W/nrK,乙醇水溶液在定性温度下的密度为

880kg/m3,粘度为1.2X10-3Pa•s，比热为

4.02KJ/kg•K,导热系数为0.42W/m•K水蒸汽的冷凝对流传热系数为

10W/m•K,忽略垢层热阻及热损失。

试问：

（1）此换热器能否完成任务？

（2）若乙醇水溶液流量增加20%若溶液进口温度、饱和水蒸汽压力不变

的条件下，仍用原换热器，乙醇水溶液的出口温度变为多少？

（乙醇水溶液的物性可视为不变）

（3）若由双管程

改为四管程，其它条件不变，乙醇水溶液的出口温度为多少？

（没细讲）

10、有一套管换热器，某流体走壳程，水走管程，逆流换热。

工艺上要求将流量为

870kg/h的此流体从

120C

已知内

冷却到70C,其比热容为3.36kJ/（kgK），它对管壁的对流传热系数为2326W/（m2K），并可视为不变。

测得水出口温度为50C,管壁对水的对流传热系数为873W/（m2K）。

试问:

45C,求内壁的污垢系数。

99.5%。

已知空气和氨的混合

（1）由于冷却水的水质问题，管内壁结垢，使用一年后致使水的出口温度降为

（管壁热阻及外壁垢阻可忽略不计，管内外对流传热系数可视为不变）12在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为

气质量流量为1400kg/h，气体总压为101.3kPa,其中氨的分压为1.333kPa。

若实际吸收剂用量为最小用量的1.4

倍，操作温度（293K）下的气液相平衡关系为Y*=0.75X，气相总体积吸收系数为0.088kmol/m3•s,试求

（1）每小时用水量;

（2）用平均推动力法求出所需填料层高度。

（10.0132）47.7kmol/h

丫2

实际吸收剂用量L=1.4Lmin=1.4X35.6=49.8kmol/h

49.8

X1=X2+V（Y1-丫2）/L=0+47.7（0.0134O.0000669）0.0128

ZNogHOG=14.36X0.30=4.32m

【例5-10】用清水逆流吸收混合气体中的CO,已知混合气体的流量为300标准m/h，进塔气体中CO?

含量为0.06

（摩尔分率），操作液气比为最小液气比的

1.6倍，传质单元高度为0.8m。

操作条件下物系的平衡关系为丫*=

1200X。

要求CO2吸收率为95%，试求:

（1）吸收液组成及吸收剂流量;

（2）写出操作线方程;

（3）填料层高度。

解:

（1）由已知可知惰性气体流量V

-300^（1-0.06）12.59kmol/h

22.4

X2=0,

Y1-Y2

最小液气比

操作液气比

吸收剂流量

1y1

吸收液组成

min

Y丫2

Y2/m

1.6

1.6m

min

1.60.9512001824

0.06

V=1824X12.59

=22964kmol/h

0.064

操作线方程

-（Y1丫2）

（Y1VX1）

-Y0.0640.95/18243.33105

1824X（0.06418243.33105）

整理得

Y=1824X

+3.26X10-3

脱吸因数

SmV

12000.658

1824

Nog

ln（1

Y2mX2

Nog

10.658

（10.658）一1一

10.95

0.6585.89

ZNogHog5.890.84.71m

807、常压连续精馏塔分离二元理想溶液，塔

组成y10.96（易挥发组分的摩尔分数,

凝器内冷凝蒸汽总量的1/2（摩尔量），作下的蒸汽在全凝器内全部冷凝作为塔顶条件下，系统的相对挥发度2.4。

若

为最小回流比的1.2倍，当饱和蒸汽进料

（1）塔顶产品及回流液的组成；

（2）由塔顶板上升的蒸汽组成；

（3）进料饱和蒸汽组

***，答案***

解：

（1）求塔顶产品组成

Xd和回流液组成Xo

对全凝器有，Vo

D，yo

Xd。

由出分

流量比求R，即

0.5V1

0.5V

V,yi

全凝器

D,Xd

顶上升蒸汽

下同），在分

为回流，余产品。

操作已知回流比时，试求：

第二层理论成。

凝器的汽液

离开分凝器的汽液组成

y。

与Xo应满足相

平衡关系,

y0.96与Xo应满足精馏段操作线关系

，所以：

y。

2.4xo

（1）Xo11.4Xo

（1）

y0.96

联立求解

（1）和

（2）得方程:

Xd1

R12

x00.509x0

解得:

X00.944

代入相平衡方程解得:

0.976

（2）求塔顶第二层理论板上升的汽相组成

（1）y12.41.4

0.96

0.909

1.371

y2。

离开第一层理论板的液相组成为

由精馏段操作线方程可得：

to.5o.9090.976/2o.943

依题意Rmin

R/1.2

0.833

Rmin

Xdye

yeXe

O.976ye0.833

yeXe

2.4Xe

1.4Xe

联立（3）和

（4）可得:

1.611ye0.380

解得:

0.587，则

0.287

0.95,试求:

精馏段及提馏段操作线方程；（3）回流比与最小

808、用板式精馏塔在常压下分离苯---甲苯溶液，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47。

已知为饱和蒸汽进料，进料流量为150kmol/h，进料组成为0.4（摩尔分数），操作回流比为4,塔顶馏出液中苯的回收率为0.97,塔釜采出液中甲苯的回收率为

（2）

（1）塔顶馏出液及塔釜采出液的组成；

回流比的比值；

***^答***

将

（2）和（3）代入

（1）可得:

DXF

W（1XF）

0.40.97

0.4

解得:

（2）

0.0206

XfXw

XdXw

0.929

DXF

，即

0.40.0206

Xd0.0206

0.970.4

求精馏段及提馏段操作线方程

R1R1

精馏段操作线方程:

0929

0.8x0.1858

•••q0,

Xf0.4

由精馏段操作线方程可得:

0.40.8人0.1858

xd0.2678

由yXwyXw

XXwXd

得y0.0206

得X0.0206

0.40.0206

0.26780.0206

化简得：

y1.535X

0.011

则Xe

求R/Rmin

Xf0.4

2.47

0.4

o.2125

0.929

0.4

2.82

0.40.2125

代入

XdXw

yeXe

FXdXw0.950.05c

一2

DXfXw0.50.05

809某精馏塔流程如图所示。

塔顶设置分凝器和

全凝器。

已知F500kmol/h，q1，Xf0.5（摩尔分

率，下同），Xd0.95，Xw0.05，V0.8L，yw0.08

设全塔挥发度恒定，物系符合恒摩尔流假定。

试求：

（1）回流比R；

（2）离开塔顶第一块理论板的液体组

X,。

（1）

（1）因为q

（1）式解得:

0.8L

1，所以LLF

0.8（LF）

（R1）D

（2）由于是理论板，则离开塔顶第一块理论板的汽、液组成应满足相平衡方程，即

（__17

已知离开再沸器的汽、液组成yW,XW，由于再沸器相当于一块理论板，故yW,XW也满足相平衡

关系，可求得。

yw（1Xw）0.08（10.05）…

1.65

Xw（1yw）0.05（10.08）

解：

（1）水分汽化量

Gc（X1X2）60（3占）36.84kg/h

（2）干燥产品量

G2G1W10036.8463.16kg/h

预热后

=（1.011.880.01）

（1.011.88H1）t12492H1

80+24920.01=107.22kJ/kg干气

湿空气用量

（4）预热器中的加热量:

已知物料进、出口温度分别为25C、65C，平均比热为1.8kJ/（kg-C）。

干燥介质为温度20C、湿度0.007

kg/kg干气的空气，经预热器加热至120C后送入干燥器，出干燥器的温度为80C。

干燥器中不补充热量,

且忽略热损失，试计算绝干空气的消耗量及空气离开干燥器时的湿度。

WL（H2H1）

干燥器中不补充热量，且忽略热损失，则

I2（1.011.88H2）802492H280.82642.4H2

将上式代入

（2）中,

L（14O.2280.82642.4H2）518400

联立

（1）、（3）得：

H20.01685kg/kg干气，L34798kg/h

〔例1%2]Mffltt料的处理ft为1000切h.ai度为20X菇含水g为4低・在常压下用热空吒进疔干燥,要求干燦后产跖的湿滙合水《不超过0,5策，物料离开干燥器时a度升至60覽.》物料的平均比热容为3.28w/（k^绝于#blCh空气的初I始温度为arc,相对ffi度为50保*若将空气预热至130宅時进人干燥器，出干燥器的ia«%50TC,ffl度为0.02k（/垢绝干料。

干》过程的热损^^约为《热器供热*的10%.试求.

（1）新鲜空气ffi耗*厶；

3）干燥糸统消耗的总热S仍

（3）干燥器补充的热试Qm

（4）T«统的热效率和若干燥系SE保温ft好’热损失可忽路时，热效率为多少？

»:

本搁所有项a的计鼻町a过干》过程的物料《算fi悽《«算K决.

（"新鲜空气消耗量爲

先求第干空气消耗量L

葷=虧¥|-為）

心=■}■%=芒體^=0,0417kg/kg绝干料

绝干料

C=C,（1-=1000（\-CIJ04）=%0k（t绝干料4

水分蒸发&为

）=960（0,0417-0,005）=35,23焰Zh

題中已给岀H,=0血上"丘只绝干气，又知预热过程空气邊度不变于即爪二f小

由已知的縮=20兀理厂50%,査//-/图可得

^0=0.00725kg/kg绝干％

或由仏=0.622•/爲公式计算。

査饱和?

{{?

汽压表u^=20T时，P.M2.3S4kP餌所以

H。

4622皿；•?

器黃334"WZ5畑址绝干气

绝于空气消崔a为

'=石-圧=^?

TO725=2763绝干气/h

新鲜空气消ftS为

Lo=L（1+Wo）=2763（1+0.00725）=2783kg新鲜空气/h

（2）干燥系统消耗的总嚴0

Q=L0】L{G-4）+叭249041.88：

）亠G.（-仇）亠Ql

因干燥系统的热损失Q严o.iQi而

Qe=H11—i^y

皿1、町由已知条件查图或用熔公式计算求得。

査H.F图；由5=20兀，护=50%,在出/o=38.5UAgi由儿=120弋，乩=尽=0.00725kg/kg绝干气，査出人=141U/kgc

用烷公式计算{=（1.01+1.88/Z）f+2490"

/fl=（1.01+1.88x0.00725）x2042490x0.00725=3fi.5kj/kg

/,={1.0l+1.88X0.00725）x120+2490乂0.00725=140.9kj/kg

预热器供給热a为

^„=£（/i-A）=2763（140.9-38.5）=282900kJ/h

热损失为

（21=0.10^=0.1x2«2900=28290kj/h

+燥系统消耗的总热*为

Q=1.01x2763（50-20）+35.23（2490+1.85tx50）4^960x3.28（60^X）+28290

=329000kj/h=91.4kW

（3）干燥舉补充的热aQo

^0=9-9p=329000-282900=46100U/h

（4）干燥系统的热效率7

忽略®物料中水分帯人系统中的焰，则

=吩4駕I现）=注（2芻=02767即27.67烯

忽略然损失时,Q=329000-28290=300710U/h■则

¥=30.27%

讨论;由上面计算看出，减少干燥糸统的热损失,町提高干燥系统的热效率.

［例10-3］某®物料在常压气流T燥肆中进行干燥。

®狗料流量为2400kg/ti,初始湿基含水«为3,5%.干燥产品的湿《含水量为0.5強。

ai度为20r.fg度为0.005嫁"绝干气的空气经预热后温度升至120咒进人干燥器。

假设干燥器为理想干燥器《试求：

（1）当空气出口温度为60弋时，绝干空花的及预热器所需捉供的热a；

（2）当空气出口温度为如七时，绝干空气的消耗®及预热器所需提供的热fib

（3｝若空气离开干燥器以后，因先管道及旋风分离器中散热•温度下降了lot•试分别判断以匕《种情况是否会发生饬料返潮的现象.

解:

因是理想干燥器，空气柱干燥器内经历等焙干燥过程•即/.=又预热过程中潺度不变，即弘=“2根据这两个关系•可求出不同空气岀口温度（2下的湿度H汕进而通过物料衡算式算出A及热址衡其式求出

⑴当<3=6OT：

时』及①

因等恰干燥人=/”即

（1.01+1.88//,）!

4-2490//,=（1.01++2490Wj

式中<,=120%,/f|=血=:

0.005切kg絶F气

„（1.01■»•1.88x0.005）X120-^2490x0.005-1.01X60„"十“

1.88x60+2490

绝干掬料aC=C,（1-IU,）=240）（1-0.035>=2316kg绝干料几

血3切kg绝干料

仏=E亠・\心=0・0285kgZlcg绝干气

耳"芒=二豔"g^°3k"kg绝干料绝干空气消耗g为

心不・屁）2316<0.0363-0.00503）,心「n

2-H匚H厂=―6.0285-0.003—~曲？

kg铠干气/h

预热誥所需提供的热最为’

Qy=Lcn（h-Io）=1（1.01+1-to）

=1■黠（1.01+1.88x0.005）（120-20）=87.3kW

（2）当岭=40贮时也及Op

O（k01+1.88x0.005）X120+2490x0.005・l.oix40

尽'r：

88x404249b为&kg/kg绝干气

jRjOjST

G必、Xi及厲均与h=60T时相同•故

G（X1-儿）_23]6（0.0363.0.005（B）绝下气几

弘-禺■0.0368-0.005怡把厂7»

Op=|^（丨.021.88x0.005）仃20-20）=64.5W

（3）分析物料的返潮悟况

101.30.0285

当/2=6OT时,干燥养出口空气中的水龍气分压为

lOlQ辻SStj_444kPa

0.622+//j■0.622+0.0285'®

因在干燥器后续设备中空气的温度降为50尤•査出该温度下水的饱和粮汽压R=14.99kPji,p,、p2,即此时空气S度尚未达到％体的囊点,物料不会返潮。

2当=40弋时,干燥器岀口空气中的水蒸气分压为

PHi101.3x0.0368

在干燥器后续设备中空气的温度降为30工，査岀汝温度下水的饱和蒸汽压P.X4.25kPxP.＜乃,故空气已达到«点,有液态水析出，物料会返《3。

讨论,由以上计算结果知，当空吒出口温度下隆时，所需空吒*及供热a均可减少，而使热效率槌高。

但是勺的降低应有所限制，即应该保证空气温度在干燥过程中不降到露点，以«免物料返潮。

这是选择空气出口温度的限制条件。

［例10-5］在一常ffi逆流干燥器中湿物料《已知进于燥器的湿物料星为0・8b/s,经干燥器后，物料的含水《由30%减至4%（均为湿a）,ifl度由25工升至6（rc•湿物料的平均比热容为3.4kJ/（kg-X）;干燥介质为20咒的常压湿空气.经预热器后加热到90汇，其中所含水汽分压为O.QSkPn•离开干燥器的废气温度为45弋，其中所含水汽分压为6.53kPa;干燥系统的热效率为70%O试求：

（1）新鲜空花消耗fi；

（2）干《器的热损失。

解；

（1）新鲜空气消耗fl

h=i（l+Ho）

式中各型计算如下：

兀・?

^=?

^=04286

同理

A1=0.04-167

區=0.622£^=0.622丽牛鸟両=0.0061kg/炖绝干气

同理

並=0.M296kg/lcg绝干气

C=C,（l-w,）=0,8（1-03）=0.56Ic区绝干料/$

"釁矜瞬腊謐严=5.Z绝干“人三厶（1+//o）=5.894（1+0.0061）=5.93kg®［jW气人

（2）于燥系统的热损失

q/g二島）（；90…呱.畑“吆

心＜0・42«6・0.04167）（2490X3x45.射kW

［例10-6］在逆流绝热干燥装R中用热空气将湿物料中所含水分由=0.18降低至W,=0.85。

湿空吒进入預热器前的度为25七，星度为0.00755kg绝干气，进人干煥蛊的焙为125U/kg绝干气，离开干燥器的S度为50乜。

试求：

（1）空气经预热后的温度«1：

（2）单位空气消耗af;

（3）若加到干燥装置的总热ft为900IcW,则干燥

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