化工原理计算题

1、 如图所示，从高位槽向塔内进料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔内的压力均为大气压。

送液管为φ45×2.5mm 的钢管，要求送液量为4.2m 3/h 。设料液在管内的压头损失为1.4m

（不包括出口能量损失），试问高位槽的液位要高出进料口多少米？

其中：z1=h ，u1=0 p1=0(表压) He=o

Z2=0 p2=0(表压)

hf=1.4m

将以上各值代入上式中，可确定高位槽液位的高度：

计算结果表明，动能项数值很小，流体位能主要用于克服管路阻力。

2、 如附图所示。用泵将敞口水池中的水输送至吸收塔塔顶，并经喷嘴喷出，水流量为35 m3/h 。

泵的入口管为φ108×4mm 无缝钢管，出口管为φ76×3 mm 无缝钢管。池中水深为1.5m ，

池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为20m 。水流经所有管路的能量损失为42 J/kg （不包括喷嘴），

喷嘴入口处的表压为34 kPa 。设泵的效率为60%，试求泵所需的功率.（水密度以1000kg/m3计）

解: 取水池大液面为1-1’面，取喷嘴入口内侧为2-2’截面，取池底水平面为基准水平面，

在1面与2面之间列柏努利方程

由题 Z1=1.5 m; P1=0 (表压）； U1=0

z2=20; u2=qv/(0.785d22)=35/(3600*0.785*0.072)=2.53 m/s;

P2= 34 Kpa (表压）; Wf=42 J/kg

3、 例：在操作条件25oC 、101.3kPa 下，用CO2含量为0.0001（摩尔分数）的水溶液与含CO2 10%

（体积分数）的CO2 －空气混合气在一容器内充分接触。

（1）判断CO2的传质方向中，且用气相摩尔分数表示过程的推动力； （2）设压力增加到506.5kPa ，则CO2的传质方向如何？并用液相分数表示过程的推动力？

（3）若温度增加到60oC ，压力仍为506.5kPa ，则CO2的传质方向如何？

解：（1）查表5-2得：25oC 、101.3kPa 下CO2 －水系统的E ＝166MPa ，则

因y=0.10比较得y < y*所以CO2的传质方向是由液相向气相传递，为解吸过程。

解吸过程的推动力为：Δy=y*-y = 0.164-0.10 = 0.064

（2）压力增加到506.5kPa 时，因x=1×10-4比较得x*>x 所以CO2的传质方向是由气相向液相传递，为吸收过程。 吸收过程的推动力为Δx=x*-x = 3.05×10-4-----1×10-4=2.05×10-4

由此可见，提高操作压力，有利于吸收

0.164

0.0001163916390.1013166=⨯=====m x y*p E m

（3）温度增加到60oC ，压力仍为506.5kPa 时，查表5-2得：

60oC 、506.5kPa 下CO2 －水系统的E ＝346MPa ，则

因x=1×10-4比较得x*´>x

所以CO2的传质方向是仍由气相向液相传递，为吸收过程。

吸收过程的推动力为Δx ´=x*´-x = 1.46×10-4-1×10-4=4.6×10-5

由此可见，提高吸收温度，不利于吸收。

4、 例：在填料吸收塔内用水吸收混合于空气中的甲醇，已知某截面上的气液两相组成为pA=5kPa ，cA=2kmol/m3,设在一定的

操作温度、压力下，甲醇在水中的溶解度系数H ＝0.5kmol/(m3·kPa)，液相传质分系数为kL=2×10-5m/s ，气相传质分系数为kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa)。

（1）求以分压表示吸收总推动力、总阻力、总传质速率及液相阻力的分配。

（2）若吸收温度降低，甲醇在水中的溶解度系数H 变为5.8 kmol/(m3·kPa)，

设气液相传质分系数与两相浓度近似不变，求液相阻力分配为多少？试分析其结果。

解：（1）以分压表示吸收总推动力

总传质阻力

总传质速率

液相阻力的分配

（2）吸收温度降低时，总传质阻力：

液相阻力的分配

4

10461368410036845056

0346-...m y *x ..p E m ⨯==''='==''=

''1kPa 4-5-p p 4kPa 502A A ===∆===

*A A *A p .H c p kP a)/kmol s (m 101.645101.55110

20.511

11255-5-⋅⋅⨯=⨯+⨯⨯=+=G L G k Hk K s)kmol/(m 106.081101.6451)-(26-5⋅⨯=⨯⨯=

=*

A A G A p p K N 60.8%0.608101.6451020.51

115

5-==⨯⨯⨯=G

L K Hk kP a)/kmol

s (m 107.31101.5511025.81111245-5-⋅⋅⨯=⨯+⨯⨯=+=

G

L G k Hk K 11.8%0.118107.311025.81

114

5-==⨯⨯⨯=G L K Hk

5、将含0.24（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含0.95易挥发组分， 釜液含0.03易挥发组分。送入冷凝器的蒸汽量为850kmol/h ，流入精馏塔的回流液为670kmol/h ，试求：

1．每小时能获得多少kmol/h 的馏出液？多少kmol/h 的釜液？

2. 回流比R 为多少？

3.写出精馏段操作线方程。

解：V=L+D

D=V —L=850—670=180kmol/h

则： 所以：

（2）回流比R:

(3)精馏段操作线方程：

6、已知湿空气的总压为101.3kPa ，温度为30℃，湿度为0.016kg/kg 干气，试计算：

1）水汽的分压；

2）相对湿度；

3）露点温度。

解：（1）水气分压Pw

（2）相对湿度 查表得30℃水的饱和蒸气压为4.25kPa

（3）露点温度

露点温度是湿空气在湿度或水蒸气分压不变的情况下冷却到饱和时的湿度，

故由Ps=2.55kPa 反查饱和蒸汽表，得露点温度为td=21.4℃

7、在一连续干燥器中，每小时处理湿物料2000kg ，要求将含水量由10%减至2%(均为湿基)。以空气为干燥介质，进入预热器时新鲜湿空气的温度与湿度分别为15℃和0.01kg/kg 干气（压力101.3kPa ），离开干燥器时废气的湿度为0.08kg/kg 干气。假设干燥过程中无物料损失，试求：

（1）水分蒸发量；

（2）新鲜湿空气消耗量；（分别以质量及体积表示）

（3）干燥产品量。

解：（1）水分蒸发量

物料的干基含水量：

w w p p p X -=622

.0kPa p w 55.2=W

D F Wx Dx Fx W

W D F +=+=+=18003.0)180(95.018024.0⨯-+⨯=⨯F F

h kmol D F W h

kmol F /6.6081806.788/6.788=-=-==72.3180670===D L R 201.0788.01

72.395.0172.372.3111+=+++=+++=+n n D n n x x R x x R R y

%60%10025

.455.2%100=⨯=⨯=s w p p ϕ干料kg kg v v u /11.01

.011.01111

=-=-=干料kg kg v v u /0204.002.0102.012

2

2=-=-=