化工原理計(jì)算題例題

1、三 計(jì)算題H=20mH1=2m1 （15分）在如圖所示的輸水系統(tǒng)中，已知 管路總長(zhǎng)度（包括所有當(dāng)量長(zhǎng)度，下同）為100m，其中壓力表之后的管路長(zhǎng)度為80m，管路摩擦系數(shù)為0.03，管路內(nèi)徑為0.05m，水的密度為1000Kg/m3，泵的效率為0.85，輸水量為15m3/h。求：（1）整個(gè)管路的阻力損失，J/Kg；（2）泵軸功率，Kw；（3）壓力表的讀數(shù)，Pa。解：（1）整個(gè)管路的阻力損失，J/kg；由題意知，則 （2）泵軸功率，kw；在貯槽液面0-0´與高位槽液面1-1´間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，有： 其中， , u0= u1=0， p1= p0=0（表壓）,

2、 H0=0， H=20m代入方程得： 又 故 ， =80%， 2 （15分）如圖所示，用泵將水從貯槽送至敞口高位槽，兩槽液面均恒定不變，輸送管路尺寸為f83×3.5mm，泵的進(jìn)出口管道上分別安裝有真空表和壓力表，真空表安裝位置離貯槽的水面高度H1為4.8m，壓力表安裝位置離貯槽的水面高度H2為5m。當(dāng)輸水量為36m3/h時(shí)，進(jìn)水管道全部阻力損失為1.96J/kg，出水管道全部阻力損失為4.9J/kg，壓力表讀數(shù)為2.452×105Pa，泵的效率為70%，水的密度r為1000kg/m3，試求：（1）兩槽液面的高度差H為多少？（2）泵所需的實(shí)際功率為多少kW？（3）真空表的讀數(shù)

3、為多少kgf/cm2？解：（1）兩槽液面的高度差H 在壓力表所在截面2-2´與高位槽液面3-3´間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，得： 其中， , u3=0, p3=0, p2=2.452×105Pa, H2=5m, u2=Vs/A=2.205m/s代入上式得： （2）泵所需的實(shí)際功率在貯槽液面0-0´與高位槽液面3-3´間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，有： 其中， , u2= u3=0, p2= p3=0, H0=0， H=29.4m代入方程求得： We=298.64J/kg， 故 ， =70%， （3）真空表的讀數(shù)在貯槽液面0

4、-0´與真空表截面1-1´間列柏努利方程，有： 其中， , H0=0， u0=0, p0=0, H1=4.8m, u1=2.205m/s代入上式得， 3 用離心泵把20的水從儲(chǔ)槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。各部分相對(duì)位置如本題附圖所示。管路的直徑均為76mm×2.5mm，在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.66×103Pa；水流經(jīng)吸入管與排出管（不包括噴頭）的能量損失可分別按與 計(jì)算，由于管徑不變，故式中u為吸入或排出管的流速m/s。排水管與噴頭連接處的壓強(qiáng)為98.07×103Pa（表壓）。試求：（1）水在管內(nèi)的流速u(mài)；（2）泵的有

5、效功率；（3）已知泵的效率為60%，求操作條件下泵的軸功率。4 （15分）如本題附圖所示，用泵2將儲(chǔ)槽1中密度為1200kg/m3的溶液送到蒸發(fā)器3內(nèi)，儲(chǔ)槽內(nèi)液面維持恒定，其上方壓強(qiáng)為101.33×103Pa。蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)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68mm×4mm，送料量為20m3/h，溶液流經(jīng)全部管道的能量損失為120J/kg，試求：（1）泵的出口管路中流體的流速；（2）泵的有效功率；（3）若泵的效率為65%，求泵的軸功率。5（15分）一臥式列管冷凝器，鋼質(zhì)換熱管長(zhǎng)為6m，直徑為25×2mm。

6、冷卻水在管內(nèi)流過(guò)，并從17ºC被加熱到37ºC。流量為1.25kg/s，溫度為72ºC的烴飽和蒸汽在管外冷凝成同溫度的液體，烴蒸汽的冷凝潛熱為315KJ/Kg。已測(cè)得：蒸汽冷凝傳熱系數(shù)0=800w/（m2·ºC），管內(nèi)側(cè)熱阻為外側(cè)熱阻的40%，污垢熱阻為管內(nèi)側(cè)熱阻的70%。計(jì)算時(shí)可忽略管壁熱阻及熱損失。水的比熱為4.18KJ/（Kg·ºC）。試計(jì)算：（1）冷卻水用量；（2）換熱管的總根數(shù)。（傳熱面積以外表面為基準(zhǔn)）。解： （1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準(zhǔn)），S1；由題意知，水以0.7m/s的流速在管內(nèi)流過(guò)，欲求S

7、1，需先知道每程的管子數(shù)，每程的管子數(shù)等于所需冷卻水的總流量與單管內(nèi)水的流量之比。 兩流體交換的熱量為： 又 ， ，則 單管內(nèi)水的流量為：每程所需管子數(shù)為：取每程管子數(shù)為20， 則每程所能提供的傳熱外表面積為： (2) 換熱管的總根數(shù)；由所需的總傳熱面積可求取換熱管的總根數(shù)。 由題給數(shù)據(jù)， 則任務(wù)所需的傳熱外表面積為： 換熱管總根數(shù)為： 取 6（15分）有一換熱器，管內(nèi)通90的熱流體，膜系數(shù)為1100，管外有某種液體沸騰，沸點(diǎn)為50，膜系數(shù)為5800。試求以下兩種情況下的壁溫：（1）管壁清潔無(wú)垢 ；（2）外側(cè)有污垢產(chǎn)生，污垢熱阻為0.005解：忽略管壁熱阻，并假設(shè)壁溫為（1） 當(dāng)壁很薄時(shí)，根據(jù)

8、壁兩側(cè)的對(duì)流傳熱方程式可得： 則 （2） 同理 則 由此可知，壁溫總是比較接近熱阻小的那一側(cè)流體的溫度。7（15分）在一單程逆流列管換熱器中用水冷卻空氣，兩流體的進(jìn)口溫度分別為20和110。在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為45和40，使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量和進(jìn)口溫度不變的情況下，冷卻水出口溫度降至38，試求：（1）空氣出口溫度為多少？（2）總傳熱系數(shù)為原來(lái)的多少倍？（3）若使冷卻水加大一倍，空氣流量及兩流體進(jìn)口溫度不變，冷熱流體的出口溫度各為多少？（a水>>a空氣）（4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌?？解?使用初期

9、使用一年后 110 40 110 45 20 38 20（1）空氣出口溫度題意可得：使用初期 （1） 使用一年后 （2）兩式相比（2）/（1），得 則：=59.6（2）總傳熱系數(shù) 方程(2)式/(1)式，得： 故 （3）冷熱流體的出口溫度一年后 （3） （4）方程（4）式/（3），得： 整理前半式的方程 （5）又因 ， 故 由等比定理 則 整理得， （6）聯(lián)立（5）和（6），可得： ， （4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌伲?則 8 在一單程列管式換熱器中，欲用水將15000kg/h的煤油從140冷卻到40，水的進(jìn)、出口溫度分別為30和40，兩流體逆流流動(dòng)。煤油的平均比熱

10、容為2.3kJ/(kg)，水的平均比熱容為4.187 kJ/(kg)。若換熱器的總傳熱系數(shù)為300W/(m2)，試求：（1）冷卻水的流量；（2）換熱器的對(duì)數(shù)平均溫度差tm；（3）換熱器的傳熱面積S。9 在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含氨5%（體積）的空氣氨混合氣中的氨，已知混合氣量為2826m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況），氣體空塔速度為1m/s，平衡關(guān)系為Y=1.2X，以摩爾比為推動(dòng)力的氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)KYa=180kmol/m3·h，吸收劑用量為最小用量的1.4倍，要求吸收率為98%，試求：（1）溶液的出口濃度X1（摩爾比）；（2）氣相總傳質(zhì)單元高度HOG；（3）氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG；1

11、0（15分）一填料塔用清水逆流吸收混合氣中的有害組分A.已知操作條件下氣相總傳質(zhì)單元高度為1.5m，進(jìn)塔混合氣組成為0.04（A的摩爾分率，下同），出塔尾氣組成為0.0066，出塔水溶液濃度為0.0134，操作條件下平衡關(guān)系為Y=2.5X。試求：（1）液氣比為最小液氣比的多少倍？（2）所需填料層高度？（3）若氣液流量和初始組成不變，要求尾氣濃度降至0.0033，求出此時(shí)填料層高度？解：（1）液氣比為最小液氣比的多少倍? 則 (2）所需填料層高度？ 故 (3) 此條件下的填料層高度。 11（15分）某填料吸收塔用含溶質(zhì)的溶劑逆流吸收混合氣中的可溶組分，采用液氣比L/V=3，氣體入口質(zhì)量分?jǐn)?shù)回收率

12、可達(dá)。已知物系的平衡關(guān)系為y=2x。今因解吸不良使吸收劑入口摩爾分?jǐn)?shù)升至，試求：可溶組分的回收率下降至多少？液相出塔摩爾分?jǐn)?shù)升高至多少？解： （1） = 當(dāng)上升時(shí)，由于不變，不變 也不變，即（1） 物料衡算 =12（20分）某填料吸收塔進(jìn)塔混合氣體中含苯5%（體積百分?jǐn)?shù)），其余為惰性氣體。吸收塔操作壓強(qiáng)為780mmHg，溫度為25，進(jìn)塔混合氣體流量為1000m3/h，苯回收率為95%。吸收劑為不含苯的煤油，煤油耗用量為最小用量的1.5倍。氣液逆流流動(dòng)，系統(tǒng)平衡關(guān)系為Y=0.14X（式中Y、X均為摩爾比），氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)為Kya=125kmol/m3·h，煤油的平均分子量為170k

13、g/kmol，塔徑為0.6m。試求：（1）煤油的耗用量為多少kg/h？（2）煤油出塔濃度X1為多少？（3）填料層高度為多少m？（4）吸收塔每小時(shí)回收多少kmol苯？（5）欲提高回收率可采用哪些措施？并說(shuō)明理由。13 （15分）有一填料吸收塔，在28及101.3kPa，用清水吸收200m3/h氨-空氣混合氣中的氨，使其含量由5%降低到0.04%（均為摩爾%）。填料塔直徑為0.8m，填料層體積為3 m3，平衡關(guān)系為Y=1.4X，已知Kya=38.5kmol/h。問(wèn)（1）出塔氨水濃度為出口最大濃度的80%時(shí)，該塔能否使用？（2）若在上述操作條件下，將吸收劑用量增大10%，該塔能否使用？（注：在此條件

14、下不會(huì)發(fā)生液泛）解：（1） 惰性氣體流量 該塔現(xiàn)有填料層高度 因?yàn)?所以該塔不適合。（2）吸收劑用量增大10%時(shí) 因?yàn)?所以該塔適合。14 (15分)在一常壓精餾塔內(nèi)分離苯和甲苯混合物，塔頂為全凝器，塔釜間接蒸汽加熱，平均相對(duì)揮發(fā)度為2.47，飽和蒸汽進(jìn)料。已知進(jìn)料量為200kmol/h，進(jìn)料組成為0.4（摩爾分率），回流比為6，塔頂餾出液中苯的回收率為0.97，塔釜采出液中甲苯的回收率為0.95。試求：（1）塔頂餾出液及塔釜采出液組成；（2）精餾段操作線(xiàn)方程；(3)回流比與最小回流的比值；（4）若全回流操作時(shí)，塔頂?shù)谝粔K塔板的氣相默弗里板效率為0.6，全凝器液相組成為0.98，求由塔頂?shù)诙K

15、板上升的氣相組成？解：（1）塔頂餾出液及塔釜采出液組成； 由 （a） （b） F=D+W+150 （c） （d）聯(lián)立（a）、（b）、（c）和（d）求解得： W=87.3kmol/h， D=62.7kmol/h xW=0.0206， xD=0.928（2）精餾段操作線(xiàn)方程； （3）提餾段操作線(xiàn)方程； 飽和蒸氣進(jìn)料，故 q=0 ， 則 （4）回流比與最小回流比的比值； q=0， 由 得 ， （5）求由塔頂?shù)诙K板上升的氣相組成。 ， 而 全回流時(shí)， ， 代入上式可得： 15 在一常壓精餾塔內(nèi)分離苯和甲苯混合物，塔頂為全凝器，塔釜間接蒸汽加熱。進(jìn)料量為1000kmol/h，含苯0.4，要求塔頂餾出液

16、中含苯0.9（以上均為摩爾分率），苯的回收率不低于90%，泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流。已知=2.5，取回流比為最小回流比的1.5倍。求：(1) 塔頂產(chǎn)品量D、塔底殘液量W及組成xw；(2) 最小回流比；(3) 精餾段操作線(xiàn)方程；（4）從與塔釜相鄰的塔板上下降的液相組成為多少？解：（1）塔頂產(chǎn)品量D、塔底殘液量W及組成xw； 由 ，得： W=F- D=1000-400=600kmol/h又由物料衡算 得 （2）最小回流比； 泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1, (3) 精餾段操作線(xiàn)方程； （5）從與塔釜相鄰的塔板上下降的液相組成 由操作線(xiàn)方程 得 16 (15分) 用一精餾塔分離二元液體混合物，進(jìn)料量100kmol/h，

17、易揮發(fā)組分xF=0.5，泡點(diǎn)進(jìn)料，得塔頂產(chǎn)品xD=0.9，塔底釜液xW=0.05（皆摩爾分率），操作回流比R=1.61，該物系平均相對(duì)揮發(fā)度=2.25，塔頂為全凝器，求：塔頂和塔底的產(chǎn)品量（kmol/h）；第一塊塔板下降的液體組成x1為多少；寫(xiě)出提餾段操作線(xiàn)數(shù)值方程；最小回流比。解：（1）塔頂和塔底的產(chǎn)品量（kmol/h）； F=D+W=100 （1） （2）上述兩式聯(lián)立求解得 W=47.06kmol/h D=52.94kmol/h（2）第一塊塔板下降的液體組成x1為多少； 因塔頂為全凝器， （3）寫(xiě)出提餾段操作線(xiàn)數(shù)值方程； 則 （4）最小回流比。泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1, 17 (15分) 一精餾塔

18、，原料液組成為0.5（摩爾分率），飽和蒸氣進(jìn)料，原料處理量為100kmol/h，塔頂、塔底產(chǎn)品量各為50kmol/h 。已知精餾段操作線(xiàn)程為y=0.833x+0.15，塔釜用間接蒸氣加熱，塔頂全凝器，泡點(diǎn)回流。試求： 塔頂、塔底產(chǎn)品組成；全凝器中每小時(shí)冷凝蒸氣量；蒸餾釜中每小時(shí)產(chǎn)生蒸氣量若全塔平均=3.0，塔頂?shù)谝粔K塔板默弗里效率Eml=0.6，求離開(kāi)塔頂?shù)诙K塔板的氣相組成。解：（1）塔頂、塔底產(chǎn)品組成； 因 ， R=5 又 ， 由物料衡算 得 （2）全凝器中每小時(shí)冷凝蒸氣量； V=（R+1）D=300kmol/h（3）蒸餾釜中每小時(shí)產(chǎn)生蒸氣量； q=0，V´=V - F=300 -100=200kmol/h（4）求離開(kāi)塔頂?shù)诙K塔板的氣相組成。 ， 故 18（20分）在一常壓精餾塔內(nèi)分離苯和甲苯混合物，塔頂為全凝器，塔釜間接蒸汽加熱。進(jìn)料量為1000kmol/h，含苯0.4，要求塔頂餾出液中含苯0.9（以上均為摩爾分率），苯的回收率不低于90%，泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流。已知a=2.5，取回流比為最小回流比的1.5倍。試求