化工原理复习题

解：精馏段操作线的斜率为：
由精馏段操作线的截距：
塔顶馏出液组成
提馏段操作线在对角线上的坐标为（xw, xw），则
由于泡点进料，q线为垂直线。精馏段与提馏段操作线交点的横坐标为xF：
14．用一连续操作的精馏塔分离丙烯-丙烷混合液，进料含丙烯（摩尔分数，下同），常压操作，泡点进料，要使塔顶产品含丙烯，塔釜产品含丙烷，物系的相对挥发度为，试计算：（1）最小回流比；（2）所需的最少理论塔板数。
第一章流体流动与输送机械
1. 燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含％，％，N276％，H2O8％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力时的密度。
解：混合气体平均摩尔质量
∴ 混合密度
2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m3和789kg/m3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度。又知其实测值为935 kg/m3，计算相对误差。
解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～ 2-2’间列柏努力方程:
简化:
14．附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为（表压），精馏塔内操作压力为（表压）。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m，管内径为140mm，丙烯密度为600kg/m3。现要求输送量为40×103kg/h，管路的全部能量损失为150J/kg（不包括出口能量损失），试核算该过程是否需要泵。
已知耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖界面处的温度为940℃，要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138℃，试求：
（1）绝热层需几块绝热砖；
（2）普通砖外侧温度为多少？
解：（1）b2=?
230mm<b2=442mm<230×2mm
则：绝热层需两块绝热砖。
校核t2=?
（2）t4=?
3、Φ50×5㎜的不锈钢管，导热系数λ1＝16Ｗ／（ｍ·Ｋ），外面包裹厚度为30mm导热系数λ２＝（ｍ·Ｋ）的石棉保温层。若钢管的内表面温度为623Ｋ，保温层外表面温度为373Ｋ，试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。
温度/℃
pAo/kPa
pBo/kPa
70
80
90
100
解：
温度/℃
70
80
90
100
（1）
（2）
6．在一连续操作的精馏塔中，某混合液流量为5000kg/h，其中轻组分含量为（摩尔分数，下同），要求馏出液轻组分回收率为，釜液中轻组分含量不高于，试求塔顶馏出液的摩尔流量和摩尔分数。已知MA=114kg/kmol,MB=128kg/kmol。
解：
查得30℃，水的
稀溶液：
3．在压力为，温度30℃下，含CO220％（体积分率）空气－CO2混合气与水充分接触，试求液相中CO2的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比。
解：
查得30℃下CO2在水中的亨利系数E为×105kPa
CO2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液
5．用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨6％（体积），氨的吸收率为％，溶液出口浓度为（摩尔比），操作条件下相平衡关系为 。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。
解：（1）逆流时平均温度差为
并流：
19、在一单壳程、四管程的列管式换热器中，用水冷却油。冷却水在壳程流动，进出口温度分别为15℃和32℃。油的进、出口温度分别为100℃和40℃。试求两流体间的温度差。
解：先按逆流时计算，逆流时平均温度差为
折流时的对数平均温度差为 其中
由图3-27（a）查得 ，故
20、在一内管为18010mm的套管式换热器中，管程中热水流量为3000kg/h，进、出口温度分别为为90℃和60℃。壳程中冷却水的进、出口温度分别为20℃和50℃，总传热系数为2000W/(m2℃)。试求：（1）冷却水用量；（2）逆流流动时的平均温度差及管子的长度；（3）并流流动时的平均温度差及管子的长度；
解：
塔顶：
塔底：
吸收过程设计型计算
10．用20℃的清水逆流吸收氨－空气混合气中的氨，已知混合气体总压为 kPa，其中氨的分压为 kPa，要求混合气体处理量为773m3/h，水吸收混合气中氨的吸收率为99％。在操作条件下物系的平衡关系为 ，若吸收剂用量为最小用的2倍，试求（1）塔内每小时所需清水的量为多少kg？（1）塔底液相浓度（用摩尔分率表示）。
解：进料混合物的平均摩尔质量：
进料混合液的摩尔流量：
物料衡算：
则：
联立求解得：W=kmol/h
D= kmol/h
塔顶馏出液摩尔分数：
7．在一连续精馏塔中分离苯－氯仿混合液，要求馏出液中轻组分含量为（摩尔分数，下同）的苯。进料量为75kmol/h，进料中苯含量为，残液中苯含量为，回流比为，泡点进料。试求：（1）从冷凝器回流至塔顶的回流液量和自塔釜上升的蒸气摩尔流量；（2）写出精馏段、提馏段操作线方程。
第五章气体吸收
气液平衡
1．在常压、室温条件下，含溶质的混合气的中，溶质的体积分率为10％，求混合气体中溶质的摩尔分率和摩尔比各为多少？
解：
当压力不太高，温度不太低时，体积分率等于分摩尔分率，即
y=
根据 ，所以
2．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO2气体，经充分接触后，测得水中的CO2平衡浓度为×10－2kmol/m3，鼓泡器内总压为，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m3。试求亨利系数E、溶解度系数H及相平衡常数m。
解: 在贮槽液面1-1’与回流管出口外侧2-2’间列柏努力方程:
简化:
20．如附图所示，用泵将20℃水从水池送至高位槽，槽内水面高出池内液面30m。输送量为30 m3/h，此时管路的全部能量损失为40J/kg。设泵的效率为70％，试求泵所需的功率。
解: 在水池1面与高位槽2面间列柏努力方程:
简化:
第三章
解：液面下测压口处压力
5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm和600mm。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800 kg/m3和1000 kg/m3。
（1）计算玻璃管内水柱的高度；
（2）判断A与B、C与D点的压力是否相等。
解：（1）容器底部压力
解：物料衡算：
则：
联立求解得：
W=F-D== kmol/h
（1）从冷凝器回流至塔顶的回流液量：
自塔釜上生蒸汽的摩尔流量：
（2）精馏段操作线方程：
（3）提馏段操作线方程：
提馏段下降液体组成：
8．某连续精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下：
精馏段：y=+
提馏段：y=试求：原料液、馏出液、釜液组成及回流比。
解：
查得碳钢的导热系数
取管内CO2侧污垢热阻Rs2=10-3(m2K/W)
管外水侧热阻Rs1=10-3(m2K/W)
(1)总传热系数（以外表面积计）
（2）管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，即2=80W/(m2K)
总传热系数增加%
（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，1=6000W/(m2K)
总传热系数增加%
（2）全回流时的最小理论板数
由吉利兰图查得：
所需的理论塔板数NT=（不包括塔釜）
第一章习题
1.液体的粘度随温度升高而，气体的粘度随温度的升高而。
2．有外加能量时以单位重量流体为基准的实际流体柏努利方程为，各项单位为。
3.水以2m·s-1的流速在Φ35mm×钢管中流动，水的粘度为1×10-3Pa·s，密度为1000kg·m-3，其流动类型为。
1、某加热器外面包了一层厚为300mm的绝缘材料，该材料的导热系数为（m℃），已测得该绝缘层外缘温度为30℃，距加热器外壁250mm处为75℃，试求加热器外壁面温度为多少？
解：
2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成；
耐火砖b1=230mm，1= W/(m·℃)
绝热砖b2=230mm，2=(m·℃)
建筑砖b3=240mm，3=(m·℃)
（2）
10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm和φ57×3.5mm。已知硫酸的密度为1831 kg/m3，体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。
解: (1) 大管:
(2) 小管:
质量流量不变
或:
11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。
解
已知
因此时为低浓度吸收，故 kmol/m2·s
=
=
也可由 和 =，查图5-25得到 =
=
所以 =×合液在96℃时的气液平衡组成。已知96℃时，pAo=，pBo=。
解：液相苯的分率：
气相苯的分率：
5．根据某理想物系的平衡数据，试计算出相对挥发度并写出相平衡方程式。
解：
（1）
实际吸收剂用量L=2Lmin=2×=h
＝ kg/h
（2）X1=X2+V（Y1-Y2）/L=0+
11．在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收混合气体中的有害组分A，已知进塔混合气体中组分A的浓度为（摩尔分率，下同），出塔尾气中A的浓度为，出塔水溶液中组分A的浓度为，操作条件下气液平衡关系为 。试求操作液气比是最小液气比的倍数？
解：
12．用SO2含量为×10-3(摩尔分率)的水溶液吸收含SO2为（摩尔分率）的混合气中的SO2。已知进塔吸收剂流量为37800kg/h，混合气流量为100kmol/h，要求SO2的吸收率为80%。在吸收操作条件下，系统的平衡关系为 ，求气相总传质单元数。
解： 吸收剂流量