化工原理课堂练习题
概念题：
1. 在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 .材料包在内层确保
保温效果好。
2. 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1>b2> b3；导热系数λ1<λ2<λ3。
在稳定传热过程中，各层的热阻R1 R2 R3；
各层导热速率Q1 Q2 Q3。
3. 间壁换热器管壁温度t w接近α一侧的流体温度；总传热系数Ｋ的数值接
近一侧的α值。（忽略间壁热阻和污垢热阻）
4. 判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的。
A：通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值。
B：系统中任一点的温度维持恒定。
C：总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各传热面的传热速率之和。
D：系统中任一传热面上的热通量在过程中不变。
5. 如图所示为间壁式换热器中冷热流体稳态传热过程的温度分布曲线，该传热过程是
由、 .和三个串联的热传递环节组成，由图分析可知：α1 α2，控制热阻应在侧，因此若强化该传热过程，应从侧着手。
1、答案：①导热系数小的减少热损失降低壁面温度
2、答案：①R1>R2>R3 Q1=Q2=Q3
3、答案：①大热阻大
4. 答案：①C
5、答案：①对流热传导对流α1<α2 α1 α1
? 1. 水在管内作湍流流动，若使流速提高至原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的倍。管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来
的倍。(设条件改变后，物性常数不变)
? 2. 有一套管换热器，长10m，管间用饱和蒸汽作加热剂，一定流量下且作湍流流动的空气由内管流过，温度可升至指定温度。现将空气流量增加一倍，并近似认为加
热面壁温不变，要使空气出口温度仍保持原指定温度，则套管换热器的长度应为原
来的。
–A：2倍 B：1.74倍 C：1.15倍 D：1.14倍
? 1.74(或2 0.8)，3.48(或40.8?20.2)
?C：1.15倍
物体黑度是指在温度下，物体的与之比，在数值上它与同一温度下物体的相等。
2. 已知在温度Ｔ时耐火砖的发射能力 (辐射能力) 大于铜的发射能力，则铜的黑度为，耐火砖的黑度为。
– A：0.6 B：0.9 C：1
3. 判断下面的说法中哪一种是错误的：
–A：在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；
–B：在同一温度下，物体的吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此A和ε的物理意义相同；
–C：黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；
–D：黑度反映了实际物体接近黑体的程度。
– 1. 某精馏塔在操作时，加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料，且保持F，x f，回流比R 和提馏段上升蒸汽量V'不变，则此时D，x D，W。
(增加，不变，减少，无法确定)
– 2. 某精馏塔在操作时，加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料，且保持F，x f，V，D不变，则此时x D，x w，R，L/V。 (增加，不变，减少)
–减少，增加，增加，无法确定
–增加，减少，不变，不变
–1、①溶液的相对挥发度(α)等于两组份，α>1则表示组分A和
B ，α=1则表示组分A和B 。
–②当塔板中时，该塔板称理论塔板。
–2、①精馏过程是利用和的原理而进行的。
–②精馏过程的回流比是指，最小回流比是指。
–3、精馏操作的依据是。实现精馏操作的必要条件包括和。
–1、① y A x B/y B x A ，能分离，不能用普通精馏的方法分离
–②离开的气相与液相达到相平衡
–2、①多次部分汽化和多次部分冷凝
–②回流和塔顶产品量之比，塔板数为无数多时的回流比的极限值
– 4. 精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是______________。
– A：液相中易挥发组分进入汽相；
–B：汽相中难挥发组分进入液相；
–C：液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多；
–D：液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时发生。
–5、精馏塔塔顶某理论板上汽相露点温度为t1，液相泡
–点温度为t2。塔底某理论板上汽相露点温度为t3，液相泡点温度为t4。试按温度大小顺序用>、=、<符号排列如下：。
–5、t4=t3>t1=t2
–6、吉利兰(Gilliland)关联图如图示(纵轴上N及N min均
–包括塔釜)。试说明：
– (1)当(R－R min)/(R＋1)=1.0时，R= ，N= ；
– (2)当(N－N min)/(N＋1)=1.0时，R= ，N= 。
–R=无穷，N=Nmin
– R=Rmin, N=无穷
–
–7、连续精馏塔设计时，当采用塔顶全凝器，泡点回流方
–案时，为完成分离任务所需理论板数为N T1。若采用
–塔顶分凝器，而回流比和前方案相同时，则完成同样
–分离任务所需理论板数为N T2。比较：
– A：N T2> N T1 B：N T2= N T1
– C：N T2< N T1 D：判断依据不足。
–8、某二元混合物要求用精馏方法分离，规定产品浓度为
–x D，x w。如进料为x f1时，则相应的最小回流比为R m1，–若进料为x f2相应为R m2，现x f1 – A：R m1< R m2 B：R m1= R m2 – C：R m1> R m2 D：无法确定R m大小。 –7、c –8、c –、精馏的操作线是直线，主要基于如下原因： – A：理论板假定 B：理想物系 – C：塔顶泡点回流 D：恒摩尔流假定。 –10、某二元混合物，进料量为100kmol/h，x f=0.6，要 –求得到塔顶x D不小于 0.9，则塔顶最大产量为。– A：60kmol/h B：66.7kmol/h – C：90kmol/h D：不能定 –11、精馏分离 =2.5的二元理想混合液，已知回流比 –R=3，塔顶X D= 0.96，测得第三层塔板(精馏段)的 –下降液体浓度为0.4，第二层板下降液体浓度为 – 0.45，则第三层塔板的汽相单板效率E mv为。– A：22.2% B：32.68% – C：44.1% D：107.5% –9、d –10、b –11、c – –物理吸收操作和蒸馏均属于过程，物理吸收是一组分通过另一静止组分的扩散，蒸馏是两组份的扩散。 –2、含SO2为10%(体积)的气体混合物与浓度C为0.020kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。操作条件下两相的平衡关系为p*=1.62C(大气压)，则SO2将从 相向相转移，以气相组成表示的传质总推动力为大气压，以液相组成表 示的传质总推动力为 .kmol/m3。 –1、传质单向双向 –2、P＝0.1atm –P*＝1.62?0.02＝0.0324atm –从气相向液相转移 –?P＝0.0676atm –c*＝0.1/1.62＝0.0617 c＝0.02 –∴?c＝0.0417 kmol/m3 –3、A、总传质系数与分传质系数之间的关系可以表示为1/K L=1/k L+H/k G其中1/k L表示，当 .项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 –4、是非题：亨利定律的表达式之一为p=Ex，若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为易溶气体。 –5、低浓气体吸收中，已知平衡关系y=2x，k x=0.2kmol/(m3?s)，k y=2?10-4kmol/(m3?s)，则此体系属 (A气膜；B液膜；C气、液双膜)控制总传质系数近似为K y= kmol/(m3?s)。 –A： 2 B 0.1 C： 0.2 D： 2?10-4 –3、①液膜阻力气膜阻力H/k G – 4. × –③ A、D –6、图所示为同一温度下A、B、C三种气体在水中的溶解度曲线。由图可知，它们溶解度大小的次序是； 、①一般而言，两组分A、B的等摩尔相互扩散体现在 单元操作中，而A在B中单向扩散体现在单元操作中。（精馏、吸收） ②在传质理论中有代表性的三个模型分别为、 和。在吸收中的理论分析，当前仍采用模型作为基础。 6、C＞B＞A；减小增大 7、①精馏吸收 ②双膜溶质渗透表面更新双膜 8、①在气体吸收时，若可溶气体的浓度较大，则总体流动对传质的影响。 ②对极易溶的气体，气相一侧的介面浓度y1接近于，而液相一侧的液面浓度x1接近于。 8、①也较大 ②y* x ③溶解度大，选择性高，腐蚀性小，挥发度小 1、通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，。 –A：回收率趋向最高 B：吸收推动力趋向最大 –C：操作最为经济填料层高度趋向无穷大。 2. 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增加时，亨利系数，相平衡常数m，溶解度系数H。 1 D ⒉不变；减少；不变 3.①在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将，操作线将 .平衡线，设备费用。 ②对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔料层增高一些，则塔的H OG将，N OG将(增加，减少，不变)。 4.选择题：(按 a 增加、b减少、C不变填入括号内) 含低浓度溶质的气体在逆流吸收塔中进行吸收操作，若其他操作条件不变，而入口气体量增加，则对于气膜控制系统： 其出口气体组成y2将( )； 出口液体组成x1将( )； 溶质回收率将( )。 5. 计算吸收塔的填料层高度需要应用、、 三个方面的关系联合求解。 . ① 减少；靠近；增加 ②不变；增加 4.对气膜控制系统，因为G↑，所以H OG↑，故N OG↓； 故y a(增加)，由于操作线斜率减少，故x b将(增加)，回收率(减少)。 5.物料衡算气液平衡传质速率 计算题： 1、在常压填料吸收塔中，用清水吸收废气中的氨气。废气流量为2500m3/h（标准状态），废气中氨的浓度为15g/m3，要求回收率不低于98%。若吸收剂用量为3.6m3/h，操作条件下的平衡关系为Y=1.2X，气相总传质单元高度为0.7m。试求： A：塔底、塔顶及全塔的吸收推动力（气相）； B：气相总传质单元数； C：总填料层高。 解：y1=15/17/(1000/22.4)=0.01977[kmolNH3/kmolB+NH3] y2=3.954×10- 4 [kmolNH3/kmolB+NH3] Y1=y1/(1-y1)=0.01977/(1-0.01977)=0.02017[kmol NH3/kmolB] Y2=y2/(1-y2)=3.9555×10-4[kmolNH3/kmolB] V=2500/22.4 (1-0.01977)=109.4[kmolB/h] L=3.6×1000/18=200[kmolB/h] 全塔物料衡算L(X1-X2)=V(Y1-Y2) 200(X1-0)=109.4(0.02017-3.9555×10-4) 得X1=0.01072 ΔY1=Y1-Y1*=0.02017-1.2×0.01072=0.0072 ΔY2=Y2-Y1*=0.0004 ΔY m =(0.0072-0.0004)/ln(0.0072/0.0004)=0.00235 N OG=(Y1-Y2)/ΔY m =(0.02-0.0004)/0.00235=8.34 H＝N OG H OG=8.34?0.7 =5.84m 2、气体混合物中含丙酮3%（体积百分率）。要在逆流填料吸收塔内用水吸收丙酮的98%，若平衡关系为y*=1.05x，试求： ⑴用含0.01%（摩尔百分率）丙酮的水作吸收剂，且液气比为2，则所需的传质单元数应为多少？ ⑵若气液两相进料组成不变，液气比变为 1.04，当填料层无限高时，丙酮的极限回收率为多少？ 注：计算中可用摩尔分率代替摩尔比。 解：(1) y2=y1(1-h)=0.03(1-0.98)=0.0006 S=mV/L=1.05/2=0.525 ∴N OG=1/(1-S)ln[(1-S)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S] =1/(1-0.525)ln[(1-0.525)(0.03-1.05?0.0001)/(0.0006-1.05?0.0001+0.525] =7.104 (2) 填料塔无限高时：x1与y1平衡 (∵此时液气比变为1.04，m>L/V) x*1=y1/m=0.03/1.05=0.02857 作物料衡算求出y2' ：L2x1+ V1y1=L1x1+ V2y2 ∵是低浓气体吸收，可认为L、V不发生变化。 ∴(L/V)x2+y1=(L/V)x1+y2 ∴y2' =y1+(L/V)(x2-x1)=0.03 +1.04(1?10-4-0.02857)=3.9×10-4 ∴此时极限回收率为 回收率 =(y1-y2' )/y1=(0.03-3.9×10-4)/0.03=98.7% 1.萃取过程的原理是。 2.某液体组成为X A=0.6、X B=0.4试在三角相图中表示出该点的坐标位置。若在其中加入等量的S，此时座标点位置在何处(在座标图中标明)，并请写出其组成：X A= 、X B= 、X S = 。 参见附图： 1.溶解度差异。 2.X A ＝0.3，X B ＝0.2，X S ＝0.５。 3、分配系数k A<1表示: _________________。选择性系数β与精馏操作中__________________相当。在B-S部分互溶系统中，若萃取相中含溶质A=85kg，稀释剂B=15kg， 溶剂S=100kg，则萃取相中y A/y B=______________。(y A、y B均表示质量分率) 4、判断A、B、C答案，正确者在（）中打∨，错误者在（）中打×。 从A和B组分完全互溶的溶液中，用溶剂S萃取其中A组分，如果出现以下情况将不能进行萃取分离: A：S和B完全不互溶，S和A完全互溶。（） B：S和B部分互溶，A组分的分配系数k A=1。（） C：选择性系数β=1。（） 3、①萃取相中A组分浓度y A<萃余相中A组分浓度x A ②相对挥发度 ③ 5.67 ③∵y A=85/(15+85+100)=0.425 y B=15/(15+85+100)=0.075 ∴y A/y B=0.425/0.075=5.67 4、A) ( × ) B) ( × ) C) ( ∨ ) 、请将你认为最恰切答案填在内: (1) 进行萃取操作时应使: A：分配系数大于 1 B：分配系数小于 1 C：选择性系数大于 1 D：选择性系数等于 1 (2) 一般情况下，稀释剂 B组分的分配系数 k B值: A：大于 1 B：小于 1 C：等于 1 D：难以判断，都有可能 6、请将你认为最恰切答案填在内: 采用多级逆流萃取与单级萃取相比较，如果溶剂比，萃取相浓度一样，则多级逆流萃取可使萃余分率: A：增大 B：减少 C：基本不变 D：增大、减少都有可能 5、(1) C (2) B 6、b 7、请将你认为最恰切答案填在 C 内: 若 B-S部分互溶物系中，临界互溶点 P不在平衡曲线(溶解度曲线)的最高点，且分配系数k A<1，则 A组分的分配曲线图形应为 8、 （1）萃取剂加入量应使原料和萃取剂的和点M位于 A：溶解度曲线之上方区 B：溶解度曲线上 C：溶解度曲线之下方区 D：座标线上 （2）萃取是利用各组分间的差异来分离液体混合液的。 A：挥发度 B：离散度 C：溶解度 D：密度。 （3）用纯溶剂S对AB混合液进行单级萃取，当S用量增加时，所获得的萃取液组成将。 A：增加 B：减少 C：不变 D：不一定 （4）用纯溶剂S对AB混合液进行单级萃取，当S变为再生萃取剂S’时，所获得的萃余液组成将。 A：增加 B：减少 C：不变 D：不一定 8、C C D A ?1、对不饱和湿空气，干球温度湿球温度，露点温度湿球温度。(>,=,<)干燥操作中，干燥介质(不饱和湿空气)经预热器后湿度，温度。 ?对于为水蒸汽所饱和的空气，则其干球温度t，湿球温度t w，绝热饱和温度t as露点温度t d的关系是t t w t as t d。 ?2、对不饱和空气进行加热，使温度由t1升至t2，此时其湿球温度，相对湿度，露点，湿度。 ?在湿度一定时，不饱和空气的温度越低，其相对湿度越； ?不饱和空气中水蒸汽分压越高，其湿度越。 ? 3. 干燥器内部无补充加热的情况下，进干燥器的气体状态一定，干燥任务一定，则气体离开干燥器的湿度H2 越大，干燥器的热效率越。 ?1、大于，小于不变，升高 ?＝，＝，＝。 ?2、上升，下降，不变，不变大高 ? 1.当物料在恒定干燥条件下用空气进行恒速对流干燥时，物料的表面温度等于温度。 ? 2. 一吸湿性物料和一非吸湿性物料，具有相同的干燥面积，在相同的干燥条件下进行干燥,前者的干燥速率为ＵA,后者的干燥速率为ＵB，则在恒速干燥段ＵA Ｕ B.(>,=,<) ? 3.间歇恒定干燥时，如进入干燥器的空气中水汽分压增大，温度不变，则恒速阶段物料温度，恒速阶段干燥速率。 ?湿球 ?= ?增大减小 ?1、对不饱和湿空气，干球温度湿球温度，露点温度湿球温度。(>,=,<)干燥操作中，干燥介质(不饱和湿空气)经预热器后湿度，温度。 ?当物料在恒定干燥条件下用空气进行恒速对流干燥时，物料的表面温度等于温度。 ?2、对不饱和空气进行加热，使温度由t1升至t2，此时其湿球温度，相对湿度，露点，湿度。 ?在湿度一定时，不饱和空气的温度越低，其相对湿度越； ?不饱和空气中水蒸汽分压越高，其湿度越。 ?1、大于，小于不变，升高该空气的湿球温度?2、上升，下降，不变，不变大高 ?3、 ?①恒定的干燥条件是指空气的、、以及都不变。 ?②在实际的干燥操作中，常常用来测量空气的湿度。 ?③测定空气中的水汽分压的实验方法是测量。 ?3、①湿度、温度、速度与物料接触的状况 ?②干、湿球温度计 ?③露点。 ?4、 ?一吸湿性物料和一非吸湿性物料，具有相同的干燥面积，在相同的干燥条件下进行干燥,前者的干燥速率为ＵA,后者的干燥速率为ＵB,则在恒速干燥段ＵA ＵB.(>,=,<) ?干燥器内部无补充加热的情况下，进干燥器的气体状态一定，干燥任务一定，则气体离开干燥器的湿度H2越，干燥器的热效率越。 ?对于为水蒸汽所饱和的空气，则其干球温度t，湿球温度t w，绝热饱和温度t as露点温度t d的关系是t t w t as t d。 ?一定湿度H的气体，总压P加大时，露点温度t d。而当气体温度t升高时，则t d。 ?4、＝大高 ?＝，＝，＝。升高，不变。 ?5、 ?湿空气经预热，相对湿度φ，对易龟裂物料，常采用方法来控制进干燥器的φ值。 ?干燥操作的必要条件是干燥过程是相结合的过程。 ?温度30℃，水汽分压为2KPa的湿空气与水温为40℃的水接触，则传热方向：水空气，传质方向：水空气。(用箭头符号表示) ?已知30℃、40℃下水的饱和蒸汽压分别为4.2472和7.3766K Pa 。 ?5、下降，废气部分循环。 ?湿物料表面的水分压强大于干燥介质中的水蒸汽分压 ?传质过程与传热过程 ?→；→； ?6、 ?干燥传质速率是；干燥传热速率是。 ?已知在t=50℃、P=1a t m时空气中水蒸汽分压P w =55.3mmHg，则该空气的湿含量H= ；相对湿度φ= ；(50℃时水的饱和蒸汽压为92.51mmHg)非结合水份是。 ?U＝-GC d x/(A dθ) q＝Q/(A dθ) ?0.0488，0.598 ?主要以机械方式与物料相结合的水份。 ?7、在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg，经干燥后物料的含水量由40%减至5%（均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度Ｈ1为0.009kg 水/kg绝干气，离开干燥器时湿度Ｈ2为0.039kg水/kg绝干气，假定干燥过程中无物料损失，试求： ?⑴水分蒸发量Ｗ（kg水/h）； ?⑵空气消耗量L（kg绝干气/h）； ?原湿空气消耗量L'（kg原空气/h）； ?⑶干燥产品量Ｇ2（kg/h）。 ?解： ?(1)水分蒸发量W ? x1＝W1/(1-W1)＝0.40/(1-0.40)＝0.667kg水/kg绝干料 ?x2＝W2/(1-W2)＝0.05/(1-0.05)＝0.053kg水/kg绝干料 ?G C＝G1(1-W1)＝1000(1-0.40)＝600kg绝干料/h ?∴W＝G c(x1-x2)＝600×(0.667-0.053)＝368.4kg水/h ?(2)L＝W/(H2-H1)＝368.4/(0.039-0.009)＝12280kg绝干气/h ?L'＝L(1+H1)＝12280(1+0.009)＝12390.5kg原空气/h ?(3)G2＝G1-W＝1000-368.4＝631.6kg/h ?8、在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下：空气进入预热器的温度为15℃，湿含量为0.0073kg水/kg绝干气，焓为35kJ/kg绝干空气；空气进干燥器温度为90℃，焓为109kJ/kg绝干气；空气出干燥器温度为50℃；湿含量为0.023kg 水/kg绝干气；进干燥器物料含水量为0.15kg水/kg绝干料；出干燥器物料含水量为0.01kg水/kg绝干料；干燥器生产能力为237kg/h（按干燥产品计）。试求：? 1.绝干空气的消耗量（kg绝干气/h）； ? 2.进预热器前风机的流量（m3/s）； ? 3.预热器加入热量（kW）（预热器热损失可忽略）。附湿空气比容计算公式：V=(0.772+1.244H(t+273)/273×(1.0133×105)/P。 ?解：1.求绝干空气量L ?G C＝G2(1-W2)=G2/(1+X2)=237/(1+0.01)=234.7kg绝干料/h ? W＝G C(X1-X2)＝234.7(0.15-0.01)=32.9kg/h ? L=W/(H2-H1)=32.9/(0.023-0.0073)=2096kg绝干气/h ? 2.求风机流量V ?v H=(0.772+1.244H0)(t0+273)/273=(0.772+1.244×0.0073)?288/273=0.824m3湿空气/kg绝干气 ?V＝L×v H=0.824×2096=1727m3/h ? 3.求预热器加入热量Q P ?Q P=L(I1-I0)＝2096(109-35) =155104kJ/s=43.08kW CHAPTER1流体流动 一、概念题 1．某封闭容器内盛有水，水面上方压强为p 0，如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为R 1、R 2和R 3，试判断： 1）R 1 R 2（＞，＜，＝）； 2）R 3 0（＞，＜，＝）； 3）若水面压强p 0增大，则R 1 R 2 R 3 有何变化（变大、变小，不变） 答：1）小于，根据静力学方程可知。 2）等于 · 3）变大，变大，不变 2．如图所示，水从内径为d 1的管段流向内径为d 2管段，已知122d d =，d 1管段流体流动的速度头为0.8m ，m h 7.01=，忽略流经AB 段的能量损失，则=2h _____m ，=3h m 。 答案：m h 3.12=，m h 5.13= g u h g u h 222 2 2211+ =+ 122d d =， 2)2 1 ()( 12122112u u d d u u === 421 22u u =∴，m g u g u 2.024122122== m h 3.12=∴ 、 m g u h h 5.122 2 23=+= 3．如图所示，管中水的流向为A →B ，流经AB 段的能量损失可忽略，则p 1与p 2的关系为 。 21)p p A > m p p B 5.0)21+> m p p C 5.0)21-> 21)p p D < 答：C 据伯努利方程 2 212 2 2 p u gz p u gz B B A A ++ =++ ρρρρ ) (2 )(2221A B A B u u z z g p p -+ -+=ρ ρ , ) (2 5.02 221A B u u g p p -+ -=ρ ρ ,A B u u <,g p p ρ5.021-<∴ 4．圆形直管内，Vs 一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的 倍，高度湍流时，h f 是原值的 倍（忽略管壁相对粗糙度的影响）。 《化工原理》课程设计报告精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 指导教师 目录 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 (3) 一．设计题目 (3) 二．操作条件 (3) 三．塔设备型式 (3) 四．工作日 (3) 五．厂址 (3) 六．设计内容 (3) 设计方案 (4) 一．工艺流程 (4) 二．操作压力 (4) 三．进料热状态 (4) 四．加热方式 (4) 精馏塔工艺计算书 (5) 一．全塔的物料衡算 (5) 二．理论塔板数的确定 (5) 三．实际塔板数的确定 (7) 四．精馏塔工艺条件及相关物性数据的计算 (8) 五．塔体工艺尺寸设计 (10) 六．塔板工艺尺寸设计 (12) 七．塔板流体力学检验 (14) 八．塔板负荷性能图 (17) 九．接管尺寸计算 (19) 十．附属设备计算 (21) 设计结果一览表 (24) 设计总结 (26) 参考文献 (26) 苯-氯苯精馏塔的工艺设计 苯-氯苯分离过程精馏塔设计任务 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.6%的氯苯140000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于0.1%。原料液中含氯苯为22%（以上均为质量%）。 二．操作条件 1.塔顶压强自选； 2.进料热状况自选； 3.回流比自选； 4.塔底加热蒸汽压强自选； 5.单板压降不大于0.9kPa； 三．塔板类型 板式塔或填料塔。 四．工作日 每年300天，每天24小时连续运行。 五．厂址 厂址为天津地区。 六．设计内容 1.设计方案的确定及流程说明 2. 精馏塔的物料衡算； 3.塔板数的确定； 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 5.精馏塔主要工艺尺寸； 下册第一章蒸馏 解： 总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0 A p x A ＋0 B p x B =P 所以 x A = 000B A B p p p p --；y A =p p A 00 00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下： t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0. 2. 承接第一题，利用各组数据计算 （1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。 （2）以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组y i 值的最大相对误差。 解： （1）对理想物系，有 α＝00B A p p 。所以可得出 t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326 算术平均值α= 9 ∑i α=1.318。α对i α的最大相对误差＝ %6.0%100)(max =?-α ααi 。 （2）由x x x x y 318.01318.1)1(1+=-+= αα得出如下数据： t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差= =?i y y m ax )(0.3%。 3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: 95.5947 .32790195.16ln 0 -- =T p A 72 .6357.33280195.16ln 0 --=T p B 式中 0 p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。 问:总压为60mmHg(绝压)时，A 与B 的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？ 解： 由题意知 T A ==-- 0195.1660ln 47 .327995.59334.95K ＝61.8℃ T B ==--0195 .1660ln 57 .332872.63342.84K=69.69℃ 65℃时，算得0 A p ＝68.81mmHg ；0 B p =48.93 mmHg 。由0 A p x A ＋0 B p （1－x A ）=60得 x A ＝0.56， x B =0.44; y A =0 A p x A /60=0.64; y B =1-0.64=0.36。 4 无 1 化工原理期末考试试题 一．填空题 1．精馏操作的目的是 使混合物得到近乎完全的分离 ，某液体混合物可用精馏方法分离的必要条件是 混合液中各组分间挥发度的差异 。 2．进料热状态参数q 的物理意义是 代表精馏操作线和提馏段操作线交点的轨迹方程 ，对于饱和液体其值等于 0 ，饱和蒸汽q 等于 1 。 3．简单蒸馏与平衡蒸馏的主要区别是 简单蒸馏是非定态过程 。 4．吸收操作的目的是 分离气体混合物 ，依据是 组分在溶剂中溶解度之差异 。 5．连续精馏正常操作时，增大再沸器热负荷，回流液流量和进料量和进料状态不变，则塔顶馏出液中易挥发组成的摩尔组成X D 将 增大 ，塔底采出液中易挥发组成的摩尔组成X W 将 减小 。（减小，增大，不变，变化不确定） 6．平衡蒸馏（闪蒸）的操作温度是在操作压力下混合物的泡点和露点温度之间。 （泡点温度，露点温度，泡点和露点温度之间） 7．液－液萃取操作中，操作温度 ，有利于分离。（降低，升高，保持恒定）。 8．多级逆流萃取操作，减少溶剂用量，完成规定的分离任务所需的理论级数 。（增 大、减小、不变） 9．实际生产中进行间歇精馏操作，一般将 和 两种操作方式结合起来。（恒定回流比，恒定产品组成） 10．请写出两种常用的解吸操作方法： 和 。升温，气提，降压(三写二) 11．在吸收塔的设计中，气体流量，气体进出口组成和液相进口组成不变，若减少吸收剂用量，则传质推动力 减小 ，设备费用 增多 。（减小，增多） 12．当温度升高时，溶质在气相中的分子扩散系数 升高 ，在液相中的分子扩散系数 升高 。（升高，升高） 13．吸收操作的基本依据是 组分在溶剂中溶解度之差异 ，精馏操作的基本依据是 各组分间挥发度的差异 。 14．蒸馏是分离 均相液体混合物 的一种方法，蒸馏分离的依据是 挥发度差异 。 15．恒沸精馏与萃取精馏都需加入第三组分，目的分别是 使组分间相对挥发度增大 、 改变原组分间的相对挥发度 。 16．如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生 严重漏液 、 严重泡沫夹带及 液泛 等不正常现象，使塔无法工作。 17．板式塔的类型有 泡罩塔 、 浮阀塔 、 筛板塔 （说出三种）；板式塔从总体上看汽液两相呈 逆流 接触，在板上汽液两相呈 错流 接触。 18．易溶气体溶液上方的分压 小 ，难溶气体溶液上方的分压 大 ，只要组份在气相 第一章 1. 密闭容器内盛有密度p为800kg/m3的油与密度p?。为1000kg/m3的水。 已知油层高度h=0.3m,容器下面装有开口水银压差计，用以测量油面上方压强，压差计上的度数R=0.4m，与大气相通的指示剂液面上灌有R' =0.02m 的水层。水银指示剂高侧液面与容器内液面间的垂直距离 H=0.4m。试求容器内油面上压强P A。（4.63 104Pa （表压）） 2. 如图所示，在两个压强不同的密闭容器内，充满了密度为p的液体，两容器的顶部及底部分别与两支规格不同的水银压差计相连，试推导两压差计上的度数R与H的关系。 R B A A I T H 3. 合成氨工业的碳化工段，在如附图所示的喷射泵中用稀氨水连续吸收氨气 以制备浓氨水。稀氨水进口管直径为 1.5 105Pa 。喷嘴内径为13mm ,每小时处理的稀氨水为10000kg ，其密度 与清水接近，可取为1000kg/m 3。稀氨水进口至喷嘴内侧的流动阻力可以 忽略不计，试求稀氨水在喷嘴内侧的压强 P 2。（6.81 104Pa 真空度） 4. 水在定态条件下以4m/s 的速度进入直径由100mm 逐渐扩大至200mm 的 渐扩管，于管道的1-1'与2-2'截面上各连一段开口玻璃管，水在玻璃 管内分别升高h 1及h 2,若h 1=100mm ，试求h 2为多少，设两测压口间的 流动阻力可以忽略不计。（0.864m ） 5. 用离心泵将密度为1170kg/m 3的水溶液从开口储槽送至密闭高位槽中高位 （|57 3mm ,其上压强表度数为 槽顶部的压强表度数为1.1 105Pa o两槽液面恒定，其间垂直距离为20m 已知流动系统中总摩擦阻力为180J/kg。试求泵应对每kg液体提供的轴功，泵的效率为0.65。（723.4J/kg） 6. 某离心泵安装在高于井内水面5.5m的地面上，吸水量为40 m3/h。吸水管 的尺寸为?114 4mm，包括管路入口阻力的吸水管路上总能量损失为 4.5J/kg。试求泵吸入口处的真空度。当地大气压为 1.0133 105Pa。 (5.92 1 04Pa) 7. 直径D为2.8m的开口储水设备底部与直径d o为栢7 3mm的垂直管相连， 设备内水面高于管子出口10m，若将管路上阀门打开，试求1小时内能放若干m3的水。水在流动过程中不包括管子出口阻力的全部摩擦阻力可用经验公式刀h f = 2 10-5G2计算，G为质量流量，(kg/m2.s)取水的密度为 1000kg/m3。(15.03m3) 8. 每小时有2400m3的空气流入尼73 6.5mm无缝钢管内，气体进入管子的状 态为：温度50 cC、绝对压强1.2 105Pa。空气的平均分子量为29kg/kmol, 试求空气在关内流动时的Re数值及流型。(Re =2.16 105，湍流) 第八章 化学反应工程基本原理 1、已知某气相反应在450K 温度下进行时，其反应速率方程为： 126A h p ,p 1058.2)p (???×=?d a A d t k P 的单位 为 试求：①反应速率常数132A R A h m kmol ,kc t d n d V 1)r (????=?? =? ②假如反应速率方程可表示，那么k c 为多少？ 解：（1）因（t P d d A ?）的单位为Pa ? h ?1， k p =2.P 58×10?6Pa ?1 ? h ?1 （2）因A 所以：58×10?6 ? Pa ? h ?1/(a)2=2.P =RT c RT n A = V A 所以：（?r A ）=t P d d A ?= ?2A A )(d )(d RT c t RT c p k = 即：?t c RT d d A = k p (RT )2 ? c A 2 故 k c = k = 2.58 8. 4 × 450 2、乙烷脱氢裂解反应方程式为： 4+H 2 物料中A 的浓度为y A =0.0900，求A 的转化率。 pRT ×10?6×31= 9.65 × 10?3m 3 ? mol ?1 ? h ?1 C 2H 6→C 2H A R S 已知反应物A 的初始浓度y A,o =1.0000，出口解：1111=?+=δ 1A )y 1(A A 0,A A 0,A A δy y y x +?==835.0) 0900.01(0000.10900.00000.1=+? = 83.5% 3、氨接触氧化的主、副反应为： （主反应） 入口处（mol%）出口处（mol%） 4NH 3+5O 2 4NO+6H 2O+Q 4NH 3+5O 2 2N 2+6H 2O+Q （副反应） 已知反应器进出口处物料组成为： 组 成 NH 311.52 0.22 O 223.04 8.7 N 2 62.67 H 2O 2.76 NO O 求氨的转化率和一氧化氮的收率和选择性。 表示NO 和N 2的生成量（mol ），根据进料组成和化学计量式，解：以100mol 进料为计算基准，并设x 和y 分别可列下表： 1 目录 目录 (1) 第一章绪论 (3) 1.1 精馏操作 (3) 1.2 精馏塔操作原理 (3) 1.3 精馏设备 (3) 第二章设计方案的确定 (5) 2.1精馏塔塔形介绍 (5) 2.1.1 筛板塔 (5) 2.1.2 浮阀塔 (5) 2.1.3 填料塔 (5) 2.2 精馏塔的选择 (5) 2.3 操作压力的确定 (6) 2.4 进料热状况的确定 (6) 2.5 精馏塔加热和冷却介质的确定 (6) 2.6 自动控制方案的确定 (7) 2.7 工艺流程说明 (8) 2.8 设计任务 (8) 第三章精馏塔工艺设计 (9) 3.1 全塔物料衡算 (9) 3.1.1 料液及塔顶、底产品中环己烷的摩尔分率 (9) 3.1.2 平均摩尔质量 (9) 3.1.2 料液及塔顶底产品的摩尔流率 (9) 3.2 绘制t-x-y图 (9) 3.3 理论塔板数和实际塔板数的确定 (10) 3.3.1理论塔板数的确定 (10) 3.3.2 实际塔板数的确定 (11) 3.4 浮阀塔物性数据计算 (12) 3.4.1 操作压力 (12) 3.4.2 操作温度 (12) 3.4.3 平均摩尔质量 (13) 3.4.4 平均密度 (13) 3.4.5 平均粘度 (14) 3.4.6 平均表面张力 (14) 3.5 浮阀塔的汽液负荷计算 (15) 3.5.1 精馏段的汽液负荷计算 (15) 3.5.2提馏段的汽液负荷计算 (15) 第四章塔的设计计算 (16) 4.1 塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (16) 4.1.1塔径的设计计算 (16) 4.1.2塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (16) 1．（20分）有立式列管式换热器，其规格如下：管数30根、管长 3 m、管径由25×2.5 mm，为单管程。今拟采用此换热器冷凝冷却CS2 饱和蒸汽，从饱和温度46℃冷却到10℃，CS2 走管外，其流量为250 kg／h，其冷凝潜热为356 kJ/kg，液体CS2的比热为 1.05 kJ ／（kg·℃ ）；水走管内与CS2成总体逆流流动，冷却水进出口温度分别为5℃和30℃。已知CS2 冷凝和冷却时传热系数（以外表面积为基准）分别为K1= 232.6和K2= l16.8 W/（m2·℃），问此换热器是否适用? 1.解：CS2冷凝的热负荷：Q冷凝＝250×356＝89000kJ/h＝24.72 KW CS2冷却的热负荷：Q 冷凝＝250×1.05×（46－10）＝9450kJ/h ＝2.6 KW 总热负荷Q 为：Q＝24.7＋2.63＝27.3 KW 冷却水用量q m2 为：q m2＝27.3 ＝0.261kg/s＝940kg/h 4.187×（30-5） 设冷却水进入冷却段的温度为t k，则有：0.261×4.187×（t k－ 5）＝2.6KW 解之得：t k＝7.38℃，则：（5 分） 冷凝段对数平均温差：Δ t m＝（46－30）－（46－7.38） ＝25.67℃ ln46 －30 46－7.38 所需传热面积： A 冷凝＝24.7/232.6×10－3×25.67＝ 4.14m2，（5 分） 冷却段对数平均温差：Δ tm＝（46－7.38）－（10－5）＝ 16.45℃ ln 46－7.38 （5 分）10－5 所需传热面积： A 冷却＝ 2.6/116.8×10－3×16.45＝ 1.35m2， 冷凝、冷却共需传热面积：Σ A i＝4.14＋ 1.35＝5.49m2， 换热器实际传热面积为：A0＝30×3.14×0.025×3＝7.065＞ΣA i ，所以适宜使用。（5分） ２．（20 分）某列管换热器由多根Φ 25×2.5mm的钢管组成，将流量为15×103kg/h 由20℃加热到55℃, 苯在管中的流速为0.5m/s ，加热剂为130℃的饱和水蒸汽在管外冷凝，其汽化潜热为2178kJ/kg ，苯的比热容cp为1.76 kJ/kg ·K,密度ρ 为858kg/m3，粘度μ为0.52 ×10-3Pa·s，导热系数λ为0.148 W/m·K，热损失、管壁热阻及污垢热阻均忽略不计，蒸汽冷凝时的对流传热系数α 为10×104 W/m2·K。试求： （1）水蒸汽用量（kg/h ）；（4分） （2）总传热系数K（以管外表面积为准）；（7 分） （3）换热器所需管子根数n及单根管子长度L。（9 分） 7、传质分离过程 一、填空题 1.依据分离原理的不同,传质分离过程可分为和两大类。 2.分子传质是指 ,描述分子传质的基本方程为 . 3.对流传质是指 ,描述对流传质的基本方程为 . 4.双膜模型的模型参数为和 . 5.在板式塔中,气液两相接触,两相组成沿塔高呈变化,在正常操作下, 为连续相, 为分散相. 6.在填料塔中,气液两相接触,两相组成沿塔高呈变化,在正常操作下, 为连续相, 为分散相. 二、选择题 1.气体的吸收属于( );液体的精馏属于( );液体的萃取属于( );固体的干燥属于( ). A.汽液传质, B.气液传质, C.液液传质, D.气固传质过程. 2.某含乙醇12.5%(质量分数)的乙醇水溶液,其所含乙醇的摩尔比( ) A.0.143; B.0.0559; C.0.0502; D.0.0529. 3.在平衡分离过程中，i和j两组分的分离因子αij越大，则表明该两组分( )分离. A.越容易; B.越不容易; C.不能够. 4.在分子传质过程中，若漂流因素p总/p BM>1，则组分A的传质通量N A与组分A的扩散通量J A的关系为（） A. N A=J A; B. N A 化工原理课程设计 ──板式塔的工艺设计 学院 专业班级 姓名 学号 指导老师 成绩 学年第二学期 目录 1.任务书 ····························································· - 3 - 2.任务要求 ····································错误！未定义书签。 3.设计过程 ·························································· - 3 - 3.1塔板工艺尺寸计算········································ - 4 - 3.2塔板流体力学验算········································ - 8 - 3.3塔板负荷性能图··········································- 10 - 3.4数据汇总···················································- 14 - 3.5心得体会与总结··········································- 15 - 1.任务书 拟建一浮阀塔用以分离甲醇——水混合物，决定采用F1型浮阀（重阀），试根据以下条件做出浮阀塔的设计计算。 已知条件： 2.任务要求： 1．进行塔的工艺计算和验算 2．绘制负荷性能图 3．绘制塔板的结构图 4．将结果列成汇总表 5．分析并讨论 3.设计过程 3.1塔板工艺尺寸计算 （1）塔径：欲求塔径，先求出空塔气速u,而 u =安全系数?m ax u ； 最大允许速度m ax u 计算公式为：m ax u =V V L C ρρρ- 式中C 可由史密斯关联图查出，横坐标的数值为： h h V L 5.0??? ? ??V L ρρ=0.09681.018191.8820.00640.5 =???? ??; 取板间距;45.0m H T =取板上液层高度m h L 06.0=； 那么，图中的参数值为：m h H L T 39.006.045.0=-=-； 根据以上的数值，查史密斯关联图可得0.078m/s C 20=; 因为物系的表面张力为m mN /38因此需要按照下式进行校正： 2 .02020??? ??=σC C 所以校正后得到C 为： 0.0887m/s 20380.0780.2 =? ?? ? ???=? ?? ? ??=2 .02020σC C ； 取安全系数为0.6，则空塔气速为： m ax u = 2.524m/s 1.01 1.01 8190.0887=-?=-V V L C ρρρ； 1.51m/s 2.5240.6u 0.6u max =?=?=； 塔径D 为： 1.26m 1.51 3.141.881 4πu 4V D S =??== ； 按照标准塔径圆整为m D 4.1=；则 塔截面积为： 第一章 流体力学基础 课后练习题 一、填空与选择 1）、在流体流动阻力测定实验中用水求得λ～Ｒe 曲线，对其它流体是否适用？ 2）、同样流量，如果把管径放大一倍（物性不变），则雷诺数变为原来的＿＿倍。 3）、用Ｕ型管压力计测反应器内压力。如图，由Ｕ型管液柱高度差直接可测得反应器内压力为＿＿【毫米汞柱】。若当地大气压为1atm ，则反应器内绝对压为＿＿【毫米汞柱】。 4）、设流体在一定水平直管内呈层流状态连续流动。问： Ａ 管径不变，流量增加一倍时，如何变化 Ｂ 流量不变，管径增大一倍时，如何变化 5）、流体流动时，产生阻力的根本原因是＿＿＿＿＿＿＿，而摩擦系数与＿＿＿＿＿＿＿＿＿等因素有关，在层流时则只与＿＿＿＿＿有关。 6)、局部阻力是由于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿等原因造成的，计算时应用当量长度法就是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 7)、应用孔板流量计时，对每一个Ａ0／Ａ1 相对应的Re c ，必须使＿＿＿＿＿＿＿＿，因为这时Ｃ0是＿＿＿＿＿＿＿，它只与 ＿＿＿＿＿＿＿有关，而与＿＿＿＿＿＿无关。 二、计算题 1、已知， ，H=15m 的水，判断阀门打开时液体流向。 2、如图，当阀门A 关闭时，水银压力计读数为370mm ，求，当阀A 打开后，压力计读数为多少（忽略管内阻力） 2221/2,/1cm kgf p cm kgf p == 已知：R=370mm, h=0.5m, d1=50mm, d2=20mm 求：打开A后的R’ 3、黏度为10CP的油，ρ= 800kg /m3，在内径为20mm的管道中以1 m/s 的速度流过，如流量不变，而管径和管长均增大一倍，则阻力损失为原来的多少倍? 4、同一平面两并联管路，l1=l2，d2=2d1两管绝对粗糙度ε相同，且流动均处于阻力平方区，判断两管的流速哪个大？ 徐州工程学院试卷 — 学年第 学期 课程名称 化工原理 试卷类型 考试形式 闭卷 考试时间 100 分钟 命 题 人 年 月 日 教研室主任(签字) 年 月 日 使用班级 教学院长(签字) 年 月 日 班 级 学 号 姓 名 一、单选题（共15题，每题2分，共计30分） 1. 滞流内层越薄，则下列结论正确的是 D A 近壁面处速度梯度越小 B 流体湍动程度越低 C 流动阻力越小 D 流动阻力越大 2. 判断流体流动类型的准数为___ A ____。 A . Re 数 B. Nu 数 C . Pr 数 D . Gr 数 3. 在一水平变径管路中，在小管截面A 和大管截面B 连接一U 形压差计，当流体流过该管 段时，压差计读数R 值反映的是 A A A 、 B 两截面间的压强差 B A 、B 两截面间的流动阻力 C A 、B 两截面间动压头变化 D 突然扩大或缩小的局部阻力 4. 离心泵铭牌上标出的流量和压头数值是 A 。 A. 最大流量下对应值 B. 操作点对应值 C. 计算值 D. 最高效率点对应值 5. 离心泵在一定管路系统下工作时，压头与被输送液体的密度无关的条件是 D A Z 2-Z 1=0 B Σh f = 0 C 22 21022 u u -= D p 2-p 1 = 0 6. 含尘气体，初始温度为30℃，须在进入反应器前除去尘粒并升温到120℃，在流程布置 上宜 A A. 先除尘后升温 B. 先升温后除尘 C. 谁先谁后无所谓 7. 穿过2层平壁的稳态热传导过程，已知各层温差为△t 1=100℃, △t 2=25℃，则第一、二层 的热阻R 1、R 2的关系为_____D______。 A. 无法确定 B. R 1 = 0.25R 2 C. R 1 = R 2 D. R 1 = 4R 2 8. 在蒸汽-空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中那种在工程上最有效 B A 提高蒸汽流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸汽以提高蒸汽流速 D 在蒸汽一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝热。 9. 在吸收操作中，吸收塔某一截面上的总推动力（以气相组成表示）为 A A. Y -Y* B. Y*- Y C. Y -Yi D. Yi - Y 10. 含低浓度溶质的气体在逆流吸收塔中进行吸收操作，若进塔气体流量增大，其他操作条 件不变，则对于气膜控制系统，其出塔气相组成将 A A. 增大 B. 变小 C. 不变 D. 不确定 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 总分 总分 30 15 15 40 100 得分 化工原理课后习题答案 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】 第七章 吸收 1,解：（1）008.0=* y 1047.018 100017101710=+=x （2）KPa P 9.301= H,E 不变，则2563.010 9.3011074.73 4 ??==P E m (3)0195.010 9.301109.53 3=??=* y 01047.0=x 2，解：09.0=y 05.0=x x y 97.0=* 同理也可用液相浓度进行判断 3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。现atm P 1=，,293k T = 故()( ) s m D G 2 52 17571071.11 .205.2112915.361293102 1212 1 --?=+?+?= HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M 粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积mol cm V A 33.286.247.3=+= 4，解:吸收速率方程()()()12A A BM A P P P P RTx D N --= 1和2表示气膜的水侧和气侧，A 和B 表示氨和空气 ()24.986.1002.962 1 m kN P BM =+=代入式 x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm. 5，解：查s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数 下C 80，s cm s cm T T D D 2 5275 .175 .112121044.3344.029*******.0-?==??? ???=??? ? ??= C 80水的蒸汽压为kPa P 38.471=，02=P 时间s NA M t 21693 .041025.718224=???==-π 6,解：画图 7,解：塔低：6110315-?=y s m kg G 234.0=' 塔顶：621031-?=y 02=x 的NaOH 液含3100405.2m kgNaOH l g =? 的NaOH 液的比重＝液体的平均分子量： 通过塔的物料衡算，得到()()ZA L y y P K A y y G m G m -=-21 如果NaOH 溶液相当浓，可设溶液面上2CO 蒸汽压可以忽略，即气相阻力控制传递过 程。 ∴在塔顶的推动力6210310-?=-=y 在塔底的推动力61103150-?=-=y 对数平均推动力()()66 105.12231 3151031315--?=?-= -In L y y m 由上式得：()2351093.8m kN s m kmol a K G -?= 模拟试题一 1当地大气压为 745mmHg 测得一容器内的绝对压强为 350mmHg 则真空度为395 mmH?测得另一容器内的表压 强为1360 mmHg 则其绝对压强为 2105mmHg _____ 。 2、 流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为 _0 _______，临近管壁处存在层流底层，若 Re 值越大，则该层厚度 越薄 3、 离心泵开始工作之前要先灌满输送液体，目的是为了防止 气缚 现象发生；而且离心泵的安装高度也不能 够太高，目的是避免 汽蚀 现象发生。 4 、离心泵的气蚀余量越小，则其抗气蚀性能 越强 。 5、 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数 K 接近于 空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。 6、 热传导的基本定律是 傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数K 的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的：?值。 间壁换热器管壁温度t w 接近于：.值 大 （大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的 导热系数愈小，则该壁面的热阻愈 大 （大、小），其两侧的温差愈 大 （大、小）。 7、 Z= （V/K v a. Q ） .（y 1 -丫2 ）/ △ Y m 式中：△ Y m 称 气相传质平均推动力 ，单位是kmol 吸 收质/kmol 惰气;（Y i — Y 2） / △ Y m 称 气相总传质单元数。 8、 吸收总推动力用气相浓度差表示时，应等于 气相主体摩尔浓度 和同液相主体浓度相平衡的气相浓度之 差。 9、 按照溶液在加热室中运动的情况，可将蒸发器分为循环型和非循环型两大类。 10、 蒸发过程中引起温度差损失的原因有：溶液蒸汽压下降、加热管内液柱静压强、管路阻力。 11、工业上精馏装置，由精馏^_塔、冷凝器、再沸器等构成。 12、分配系数k A 是指y A /X A ，其值愈大，萃取效果 量传递相结合的过程。 1、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，则各截面上的（ 6、某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动） 13、萃取过程是利用溶液中各组分在某种溶剂中 溶解度的差异 而达到混合液中组分分离的操作。 14、在实际的干燥操作中，常用 干湿球温度计来测量空气的湿度。 15、对流干燥操作的必要条件是 湿物料表面的水汽分压大于干燥介质中的水分分压 ;干燥过程是热量传递和质 越好。 A. 速度不等 B.体积流量相等 C. 速度逐渐减小 D.质量流速相等 2、装在某设备进口处的真空表读数为 -50kPa ，出口压力表的读数为 100kPa , 此设备进出口之间的绝对压强差为 A. 50 B . 150 C . 75 D .无法确定 3、离心泵的阀门开大时，则（ B ）。A ?吸入管路的阻力损失减小 .泵出口的压力减小 C .泵入口处真空度减小 .泵工作点的扬程升高 4、下列（A ）不能实现对往复泵流量的调节。 A .调节泵出口阀的开度 ?旁路调节装置 C .改变活塞冲程 ?改变活塞往复频率 5、已知当温度为 T 时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度（ ）耐火砖的黑度。 A.大于 .等于 C .不能确定 D .小于 ，使空气温度由20 C 升至80 C, 《化工原理课程设计》指导书 一、课程设计的目的与性质 化工原理课程设计是化工原理课程的一个实践性、总结性和综合性的教学环节,是学生进一步学习、掌握化工原理课程的重要组成部分，也是培养学生综和运用课堂所学知识分析、解决实际问题所必不可少的教学过程。 现代工业要求相关工程技术人员不仅应是一名工艺师,还应当具备按工艺要求进行生产设备和生产线的选型配套及工程设计能力。化工原理课程设计对学生进行初步的工程设计能力的培养和训练,为后续专业课程的学习及进一步培养学生的工程意识、实践意识和创新意识打下基础。 二、课程设计的基本要求 (1)在设计过程中进一步掌握和正确运用所学基本理论和基本知识，了解工程设计的基本内容，掌握设计的程序和方法,培养发现问题、分析问题和解决问题的独立工作能力。 （2）在设计中要体现兼顾技术上的先进性、可行性和经济上的合理性,注意劳动条件和环境保护,树立正确的设计思想，培养严谨、求实和科学的工作作风。 (３）正确查阅文献资料和选用计算公式,准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工艺设计计算。 (4）用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想和计算结果。 三、设计题目 题目Ⅰ：在生产过程中需将3000kg/h的某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22ｋJ/ｋg·℃；导热系数为0．1４0W/ｍ·℃；粘度为0．０0０７15Pa·ｓ；污垢热阻为0.0００172m2·℃/W)从140℃冷却至40℃,压力为0.３ＭＰa,冷却介质采用循环水,循环冷却水的压力为0.4MPａ，循环水的入口温度为3５℃，出口温度为45℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。 题目Ⅱ：在生产过程中需将500０kg/h的某种油(在９0℃时,密度为825ｋg／m3；定压比容为2.２2ｋJ ／kg·℃；导热系数为０．１4０W／m·℃；粘度为0.0０0715Pa·s;污垢热阻为0．00017２m2·℃/W）从140℃冷却至4０℃,压力为0.３MＰa，冷却介质采用循环水,循环冷却水的压力为0.４MPａ,循环水的入口温度为３5℃，出口温度为４5℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。 题目Ⅲ：在生产过程中需将７００0kg/h的某种油（在9０℃时，密度为825ｋｇ/ｍ3；定压比容为２．２2kＪ/kg·℃；导热系数为0.１４0W／ｍ·℃;粘度为0．００07１5Pa·s；污垢热阻为0．0001７2m２·℃/W)从140℃冷却至4０℃,压力为0.3MPａ,冷却介质采用循环水,循环冷却水的压力为０.4MPa,循环水的入口温度为35℃,出口温度为45℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。 1、 某湿物料原含水量为10%，在干燥器内干燥至含水量为%（以上均为质量%）。试求每吨 湿物料除去的水量。 解： 方法一：设G 1 =1t=1000Kg 。已知w 1=10%、w 2=% 物料衡算：%1.1)1(11?-+=W G W G ω 解：W=90Kg 方法二：)1)(()1(211 1ωω--=-W G G 解：W=90Kg 2、采用两个连续操作的串联蒸发器以浓缩NaOH 水溶液，每小时有10吨12%的NaOH 水溶液送入第一个蒸发器，经浓缩后的NaOH 水溶液再送入第二个蒸发器进一步浓缩至50%的碱液（以上均为质量%）排出。若每个蒸发器蒸发水量相等，试求送入第二个蒸发器的溶液量及其组成（用NaOH 的质量%表示）。 解：不变组份衡算式 h kg W W F F /38005 .0)210(12.010442200=??-=??=ωω h kg W F F /620038001000001=-=-=∴ 以第一蒸发器为衡算范围： % 4.19620012.01011 41100=?=??=ωωωωF F 3、一间壁式换热器用冷却水将间壁另一侧1500kg/h 、800C 的某有机液体冷却到400C ，冷却水的初温为300C ，出口温度为350C ，已知该有机液体的平均定压比热容为（kg ·0C ）。试求冷却水用量。 解：)(86.140 C kg kJ C ?=ρ水 )11()(1500t t C W t t C p o o -'?=-'?ρ水液 h Kg W /3956=? 第一章 1、试求氨在（表压）和160C 下的密度。已知当地大气压强为100kPa 。 解： kPa P 2650100105.523 =+?=绝 模拟试题一 1当地大气压为745mmHg测得一容器内的绝对压强为350mmHg，则真空度为395 mmHg。测得另一容器内的 表压强为1360 mmHg，则其绝对压强为2105mmHg ____ 。 2、流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为0 ，临近管壁处存在层流底层，若Re值越大，则该层厚 度越薄 3、离心泵开始工作之前要先灌满输送液体，目的是为了防止气缚现象发生：而且离心泵的安装高度也不能 够太高，目的是避免汽蚀现象发生。4、离心泵的气蚀余量越小，则其抗气蚀性能越强。 5、在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽侧流体的温度值。 6、热传导的基本定律是傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻_大（大、小）一侧的：?值。间壁换热器管壁温度t w接近于：?值大（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈大（大、小），其两侧的温差愈大（大、小）。 7、Z=（V/K Y a. Q.（y i —Y2）/ △ Y m,式中：△ Y m称气相传质平均推动力,单位是kmol吸收质/kmol惰气;（Y i—丫2） /△ Y m称气相总传质单元数。 8、吸收总推动力用气相浓度差表示时，应等于气相主体摩尔浓度和同液相主体浓度相平衡的气相浓度之 差。 9、按照溶液在加热室中运动的情况，可将蒸发器分为循环型和非循环型两大类。 10、______________________________________________________________________________________ 蒸发过程中引起温度差损失的原因有：溶液蒸汽压下降、加热管内液柱静压强、管路阻力。____________________________ 11、工业上精馏装置，由精馏塔塔、冷凝器、再沸器等构成。 12、分配系数k A是指』A/X A—，其值愈大，萃取效果越好。 13、萃取过程是利用溶液中各组分在某种溶剂中溶解度的差异而达到混合液中组分分离的操作。 14、在实际的干燥操作中，常用干湿球温度计来测量空气的湿度。 15、对流干燥操作的必要条件是湿物料表面的水汽分压大于干燥介质中的水分分压;干燥过程是热量传递和质 量传递相结合的过程。 1、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，则各截面上的（ D ） A.速度不等 B.体积流量相等 C.速度逐渐减小 D.质量流速相等 2、装在某设备进口处的真空表读数为-50kPa，出口压力表的读数为100kPa，此设备进出口之间的绝对压强差为 （A A. 50 B. 150 C. 75 D .无法确定 3、离心泵的阀门开大时，则（ B ）。A ?吸入管路的阻力损失减小 C .泵入口处真空度减小 D .泵工作点的扬程升高 4、下列（A ）不能实现对往复泵流量的调节。 A .调节泵出口阀的开度 C .改变活塞冲程D.改变活塞往复频率 5、已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度（ B .泵出口的压力减小 B ?旁路调节装置 D ）耐火砖的黑度。 ，使空气温度由20 C升至80 C, 化工原理课后习题(第四章) 第4章 传热 4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为,K m W 05.111 --??=λ 厚度 mm 230=b ；绝热砖的热导率为1 1 K m W 151.0--??=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0--??=λ。若耐火砖内侧温度为C 10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。试求：（1）绝热砖的厚度。绝热砖的尺寸为：mm 230mm 113mm 65??; (2) 普通砖外测的温度。普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5??。(答： ⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344 ?=t ) 解：⑴第一层：1 1 2 1λb t t A Q -= 第二层：2 2 32 λb t t A Q -= ? ()()322 22111 t t b t t b -=-λλ ?()()130940151.0940100023.005 .12 -=-b ?m 446.02 =b 因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2 b 取m 460.0， 校核： ()()3 940460 .0151.0940100023.005 .1t -=- ?C 3.1053 ?=t ； ⑵()()4 33 3 2111t t b t t b -=-λλ ?C 6.344?=t 。 4-2、某工厂用mm 5mm 170?φ的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚mm 30的矿渣棉，其热导率为 11 K m 0.065W --?? ;第二层为厚mm 30的石棉灰， 其热导率为1 1 K m 0.21W --??。管内壁温度为C 3000 ，保温层外表面温度为C 400 。管道长m 50。试求该管道的散热量。无缝钢管热导率为1 1K m 45W --?? （答：kW 2.14=Q ） 解：已知：11棉K m 0.065W --??=λ，1 1灰 K m 0.21W --??=λ 查表得：1 1K m W 54--??=钢 λ ()3 4 323 2 1 2 1 4 1ln 1ln 1ln 12d d d d d d t t l Q λλλπ++ -= 其中：0606.016.017.0ln ln 12==d d ， 302.017.023.0ln ln 23==d d ， 231.023 .029.0ln ln 34==d d ()1 m W 28421 .0231.0065.0302.0450606.0403002-?=++-=πl Q ， kW 2.14W 1042.1502844 =?=?=Q 。 4-3、冷却水在mm 1mm 19?φ，长为m 0.2的钢管中以1 s 1m -?的流速通过。水温由88K 2升至K 298。求管壁对水的对流传热系数。 (答：1 2 K m 4260W --??) 解：设为湍流 水的定性温度K 2932 298 288=+=t ， 查表得：1 1 C kg kJ 183.4--???=p c ， 1 1 K m W 5985.0--??=λ， s Pa 10004.13 ??=-μ，化工原理练习习题及答案
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