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化工原理复习题计算题

有一套管式换热器,用冷却水将0.125kg/s 的苯由350K 冷却到300K ,冷却水在φ25×2.5mm 的内管中流动,其进出口温度分别为290K 和320K 。已知水和苯的对流传热系数分别为850 w/m 2?℃和1700 w/m 2?℃,两流体呈逆流流动,忽略管壁热阻和污垢热阻。试求:(1)所需要的管长;(2)冷却水的消耗量。定性温度下苯的比热为C P =1830J/kg ·K ,水的比热为C P =4200J/kg ·K

(1)解法一:

Q=m s Cp Δt=0.125×1830×50=11437.5 w ---------1分

m

t A K Q ?=22=11437.5w --------1分 而2

1

21ln t t t t t m ???-?=? =18.2 ---------------------2分

221212111αλα++=m d d b d d K 代入数据得

K 2=485.7W/m 2·K 所以A 2=1.294m 2=3.14×0.025×L 解得L=16.48m 解法二:若计算基于内壳表面的K 1,则过程如下:

21211111d d d d b K m αλα++=令代入数据得

K 1=607.14W/m 2·K

所以A 1=1.035m 2=3.14×0.020×L

解得L=16.48m 结果完全一致。

(2)Q 1=Q 2=11437.5=4200×30×q L

q L =0.09Kg/s

3. (12分) 常压下用连续精馏塔分离含苯44%的苯一甲苯混合物。进料为泡点液体,进料流率取100 kmol/h 为计算基准。要求馏出液中含苯不小于 94 %,釜液中含苯不大于8 %(以上均为摩尔百分率) 。该物系为理想溶液,相对挥发度为2.47。 塔顶设全凝器,泡点回流,选用的回流比为3。 试计算精馏塔两端产品的流率及精馏段所需的理论塔板数。

解:由全塔物料衡算:F =D +W ;FxF =DxD +WxW

化工原理复习题计算题

将已知值代入, 可解得D =41.86kmol/h; W=58.14kmol/h

精馏段操作方程为: y n+1=0.75x n +0.235

泡点液体进料时q=1, y n+1=1.3472x n -0.0278

相平衡方程为 =y n /(2.47-1.47y n ) n n n x x y )1(1-+=ααn n n y y x )1(--=αα1

11+++=+R x x R R y D

n n

对于泡点进料, x F =xq =0.44

设由塔顶开始计算(从上往下),第1块板上升蒸气组成y1=xD=0.94. 第1块板下降液体组成x1由相平衡方程式计算:

x1=0.94/(2.47-1.47×0.94)=0.8638

第2板上升蒸汽组成由精馏段操作方程计算

y2=0.75×0.8638+0.235=0.8829

第2板下降液体组成由相平衡方程计算,可得

x2=0.7532

如此逐级往下计算,可得

Y3=0.8 x3=0.618

因为X5<x4=0.44

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