化工原理习题--复习用

【1-32】如习题1-32附图所示，有黏度为.17mPas、密度为/3765kgm的液体，从高位槽经直径为mmmm1144的钢管流入表压为0．16MPa的密闭低位槽中。液体在钢管中的流速为m/1s，钢管的相对粗糙度/0．002d，管路上的阀门当量长度50eld。两液槽的液面保持不变，试求两槽液面的垂直距离H。解在高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算H，以低位槽液面为基准面。,.ppPauu61212（0表压）01610，两槽流速0，,,/,.120管内流速1管径0106ZHZumsdm液体密度/.33765，黏度1710kgmPas雷诺数.Re..430106176547710湍流1710du/..0002，查得00267d管长30160190lm，阀门50eld，高位槽的管入口0．5，低位槽管出口=1，90°弯头.075222ellpuHgdg........62016101901002675005107523976598101062981m【1-33】如习题1-33附图所示，用离心泵从河边的吸水站将20℃的河水送至水塔。水塔进水口到河水水面的垂直高度为34.5m。管路为1144mmmm的钢管，管长1800m，包括全部管路长度及管件的当量长度。若泵的流量为/mh330，试求水从泵获得的外加机械能为多少？钢管的相对粗糙度.0002d。解水在20℃时./39982kgm，.3100410Pas.,01061800edmllm流量/330Vqmh流速/  ./(.)2230360009448010644Vqumsd...Re..43010609448998299610100410du湍流查得.00252摩擦阻力损失../.2218000944800252191201062eflluhJkgd以河水水面为基准面，从河水水面至水塔处的水管出口之间列伯努利方程。外加机械能.../2220944834598119153022fuWZghJkg习题1-33附图【4-24】在一套管换热器中，内管中流体的对流传热系数()21200／WmK，内管外侧流体的对流传热系数()22350／WmK。已知两种流体均在湍流条件下进行换热。试回答下列两个问题：(1)假设内管中流体流速增加一倍；(2)假设内管外侧流体流速增加两倍。其他条件不变，试问总传热系数增加多少？以百分数表示。管壁热阻及污垢热阻可不计。解已知(),()2212200／350／WmKWmK(1)内管中流体流速增加一倍，'112uu..''/uWmKu0808211112002348/()21212200350=127200350KWmK''/'KWmK21212348350174348350 '.174127037127KKK增加37%(2)..'','uuuWmKu0808222222233503843／''/()'KWmK21212200843162200843' .1621270276127KKK增加27.6%增大小者，对增大K有利。【4-25】有一套管式换热器，内管为573mmmm，外管为1144mmmm。内管中有流量为/4000kgh的苯被加热，进口温度为50℃，出口温度为80℃。套管的环隙中有绝对压力为200kPa的饱和水蒸气冷凝放热，冷凝的对流传热系数为/()WmK4210。已知内管的内表面污垢热阻为./200004mKW，管壁热阻及管外侧污垢热阻均不计。试计算：(1)加热水蒸气用量；(2)管壁对苯的对流传热系数；(3)完成上述处理量所需套管的有效长度；(4)由于某种原因，加热水蒸气的绝对压力降至140kPa。这时，苯出口温度有何变化？应为多少度（设苯的对流传热系数值不变，平均温度差可用算术平均值计算）。解苯,,1250℃80℃tt平均温度,/()250806518402mptcJkgK℃，/24000mqkgh热负荷 ()222140001840（8050）613303600mpQqcttW(1)水蒸气用量1mq,./2001202℃,2205pkPaTrkJkg.//136133000278100220510mQqkgskghr(2)苯的对流传热系数/,.,.3832038013／kgmmPasWmK./.ums240000654360083200514..Re..4300510654832731003810du湍流Pr..318400．3810538013pc苯被加热.04n..RePr08040．023d....(.)./.WmK044082013002373105388930051(3)管长l/,,./422221110893／00004WmKWmKRmKW以管内表面积A1为基准/()...21114122116211100511100004893005710dKWmKdRd....1122120250702℃,120280402℃tTttTt...702402552℃2mΔt..26133018621552mQAmKΔt...Almd181120051(4)水蒸气绝对压力140pkPa时，苯的出口温度2t。140pkPa时，.1092℃T...2210925010924000184050=6211836002tt .752℃t【5-16】用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收99%。入塔的混合气中含苯2%（摩尔分数）；入塔的煤油中含苯0.02%（摩尔分数）。溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50℃，压力为100kPa，相平衡关系为*.036YX，气相总传质系数.()30015／YKakmolms。入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为.()20015kmolms／。试求填料塔的填料层高度，气相总传质单元数用对数平均推动力法及吸收因数法的计算式计算。解(1)气相总传质单元高度OGH计算入塔混合气的流量G'.kmol(ms)20015Ω=／.,.310020015／YyKakmolms惰性气体流量GG' y.kmol(ms)2110015100200147ΩΩ．．／..001470980015OGYGHmKaΩ．(2)气相总传质单元数OGH计算..111002002041098yYy．，回收率099．...4211=002041099=20410YY.,.2220000200002xXx①吸收因数法计算OGN*...110020403600567XYm／／*min........121200204000020415151505360056700002YYLLGGXX...03606720536mGLln1222111OGYmXmGmGNmGLYmXLL...ln......100204036000021067206721067200002040360000212②对数平均推动力法计算OGN1212YYLGXX/1212YYXXLG.....00204000020400002003790536*...110360037900136YmX*...22036000020000072YmX*...311100204001366810YYY*...333222020410007210013210YYY....lnln.3331212681001321016910680132mYYYYY...1230020400002041216910OGmYYNY(3)填料层高度Z计算..09812118OGOGZHNm【5-17】混合气含CO2体积分数为10%，其余为空气。在30℃、2MPa下用水吸收，使CO2的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成41610X（摩尔比）。混合气体处理量为/32240mh（按标准状态，.,27315101325KPa），塔径为1.5m。亨利系数188EMPa，液相体积总传质系数(/)3350LKakmolmhkmolm，。试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。解(1)用水量计算....,...31122010005010111000550310090995yYYY，，．，41610X，20X混合气流量2240 '10022.4Gkmolh／惰性气体流量GG'y.kmolh1110010190／用水量G(YY)(..)L.kmol/hXX41241290011100050315910610../45159101828610kgh(2)填料层高度Z计算水溶液的总浓度 /././3995718553sscMkmolm体积传质系数./()3553502765XLKacKakmolmh液相总传质单元高度.(.)42159102765154OLXLHKaΩ.326m①对数平均推动力法计算OLN气液相平衡常数 188942Emp*..31101119411810XYm／／*/./.5220005039453510XYm*..34411111810610=5810XXX*..5522253510053510XXX ..lnln.554125151581053510=220910581053510mXXXXX液相总传质单元数 ..41246100272220910OLmXXNX②吸收因数法计算OLN..41591018799490LmG**ln2111111OLXXLLNLmGmGXXmG.ln.....34310118101187918792731187961011810填料层高度...32627389OLOLZHNm【6-10】在一连续操作的精馏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）。馏出液组成为0.98（摩尔分数），釜液组成为0.03（摩尔分数）。精馏段上升蒸气的流量/1000Vkmolh，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，剩余部分作为馏出液D采出。若回流比.=15LRD，试回答下列问题：(1)计算馏出液流量D与精馏段下降液体流量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，计算提馏段下降液体流量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82℃，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。习题6-9附图解(1)已知/,.100015VkmolhR馏出液流量 .1000400／1151VDkmolhR