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化工原理 计算题

三计算题

化工原理  计算题

管路总长度(包括所有当量长度,下同)为

100m,其中压力表之后的管路长度为80m,

管路摩擦系数为0.03,管路内径为0.05m,

水的密度为1000Kg/m3,泵的效率为0.85,

输水量为15m3/h。求:

(1)整个管路的阻力损失,J/Kg;

(2)泵轴功率,Kw;

(3)压力表的读数,Pa。

2 (15分)如图所示,用泵将水从贮槽送至敞口高位槽,两槽液面均恒定不变,输送管路尺寸为φ83×3.5mm,泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表,真空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m,压力表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时,进水管道全部阻力损失为 1.96J/kg,出水管道全部阻力损失为 4.9J/kg,压力表读数为 2.452×105Pa,泵的效率为70%,水的密度ρ为1000kg/m3,试求:

(1)两槽液面的高度差H为多少?

(2)泵所需的实际功率为多少kW?

(3)真空表的读数为多少kgf/cm2?

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3 用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部,槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为Φ76mm×2.5mm,在操作条件下,泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa;水流经吸入管与排出管(不

包括喷头)的能量损失可分别按∑=2

1,

2u

h

f与

∑=2

2,

10u

h

f计算,由于

管径不变,故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa(表压)。试求:(1)水在管内的流速u;(2)泵的有效功率;(3)已知泵的效率为60%,求操作条件下泵的轴功率。

化工原理  计算题

4 (15分)如本题附图所示,用泵2将储槽1中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器3内,储槽内液面维持恒定,其上方压强为101.33×103Pa。蒸发器上部的蒸发室内操作压强为200mmHg(真空度)。蒸发器进料口高于储槽内的液面15m,输送管道的直径为Φ68mm×4mm,送料量为20m3/h,溶液流经全部管道的能量损失为120J/kg,试求:(1)泵的出口管路中流体的流速;(2)泵的有效功率;(3)若泵的效率为65%,求泵的轴功率。

化工原理  计算题

5(15分)一卧式列管冷凝器,钢质换热管长为6m ,直径为φ25×2mm 。冷却水在管内流过,并从17oC 被加热到37oC 。流量为1.25kg/s ,温度为72oC 的烃饱和蒸汽在管外冷凝成同温度的液体,烃蒸汽的冷凝潜热为315KJ/Kg 。已测得:蒸汽冷凝传热系数α0=800w/(m 2·oC ),管内侧热阻为外侧热阻的40%,污垢热阻为管内侧热阻的70%。计算时可忽略管壁热阻及热损失。水的比热为 4.18KJ/(Kg ·oC )。试计算:(1)冷却水用量;

(2)换热管的总根数。(传热面积以外表面为基准)。

6(15分)有一换热器,管内通90℃的热流体,膜系数1α为1100C m w ??2/,

管外有某种液体沸腾,沸点为50℃,膜系数2α为5800

C m w ??2/。试求以下两种情况下的壁温:(1)管壁清洁无垢 ;(2)外侧有污垢产生,污垢热

阻为0.005w C m /2??

7(15分)在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气,两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期,冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃,使用一年后,由于污垢热阻的影响,在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下,冷却水出口温度降至38℃,试求:(1)空气出口温度为多少?(2)总传热系数为原来的多少倍?(3)若使冷却水加大一倍,空气流量及两流体进口温度不变,冷热流体的出口温度各为多少?(α

水>>α空气)

(4)冷却水流量加大后,换热器的传热速率有何变化?变为多少?

8 在一单程列管式换热器中,欲用水将15000kg/h 的煤油从140℃冷却到40℃,水的进、出口温度分别为30℃和40℃,两流体逆流流动。煤油的平均比热容为2.3kJ/(kg ?℃),水的平均比热容为4.187 kJ/(kg ?℃)。若换热器的总传热系数为300W/(m 2?℃),试求:(1)冷却水的流量;(2)换热器的对数平均温度差Δt m ;(3)换热器的传热面积S 。

9 在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含氨5%(体积)的空气—氨混合气中的氨,已知混合气量为2826m 3/h (标准状况),气体空塔速度为1m/s ,平衡关系为Y=1.2X ,以摩尔比为推动力的气相体积总传质系数K Y a=180kmol/m 3·h ,吸收剂用量为最小用量的1.4倍,要求吸收率为98%,试求:(1)溶液的出口浓度X 1(摩尔比);(2)气相总传质单元高度H OG ;

(3)气相总传质单元数N OG ;

10(15分)一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A.已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m ,进塔混合气组成为0.04(A 的摩尔分率,下同),出塔尾气组成为0.0066,出塔水溶液浓度为0.0134,操作条件下平衡关系为Y=2.5X 。试求:(1)液气比为最小液气比的多少倍?(2)所需填料层高度?(3)若气液流量和初始组成不变,要求尾气浓度降至0.0033,求出此时填料层高度?

11(15分)某填料吸收塔用含溶质0002.02=x 的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分,采用液气比L/V=3,气体入口质量分数01.01=y 回收率可达90.0=η。已知物系的平衡关系为y=2x 。今因解吸不良使吸收剂入口摩尔

分数升至00035.02

='x ,试求:可溶组分的回收率η'下降至多少?液相出塔摩尔分数1

x '升高至多少?

12(20分)某填料吸收塔进塔混合气体中含苯5%(体积百分数),其余为惰性气体。吸收塔操作压强为780mmHg ,温度为25℃,进塔混合气体流量为1000m 3/h ,苯回收率为95%。吸收剂为不含苯的煤油,煤油耗用量为最小用量的1.5倍。气液逆流流动,系统平衡关系为Y=0.14X (式中Y 、X 均为摩尔比),气相体积总传质系数为K y a=125kmol/m 3·h ,煤油的平均分子量为170kg/kmol ,塔径为0.6m 。试求:(1)煤油的耗用量为多少kg/h ?(2)煤油出塔浓度X 1为多少?(3)填料层高度为多少m ?(4)吸收塔每小时回收多少kmol 苯?(5)欲提高回收率可采用哪些措施?并说明理由。

13 (15分)有一填料吸收塔,在28℃及101.3kPa ,用清水吸收200m 3/h 氨-空气混合气中的氨,使其含量由5%降低到0.04%(均为摩尔%)。填料

塔直径为0.8m ,填料层体积为 3 m 3,平衡关系为Y=1.4X ,已知

K y a=38.5kmol/h 。问(1)出塔氨水浓度为出口最大浓度的80%时,该塔能否使用?(2)若在上述操作条件下,将吸收剂用量增大10%,该塔能否使用?(注:在此条件下不会发生液泛)

14 (15分)在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物,塔顶为全凝器,塔釜间接蒸汽加热,平均相对挥发度为 2.47,饱和蒸汽进料。已知进料量为200kmol/h ,进料组成为0.4(摩尔分率),回流比为6,塔顶馏出液中苯的

回收率为0.97,塔釜采出液中甲苯的回收率为0.95。试求:(1)塔顶馏出液及塔釜采出液组成;(2)精馏段操作线方程;(3)回流比与最小回流的比值;(4)若全回流操作时,塔顶第一块塔板的气相默弗里板效率为0.6,全凝器液相组成为0.98,求由塔顶第二块板上升的气相组成?

15 在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物,塔顶为全凝器,塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h,含苯0.4,要求塔顶馏出液中含苯0.9(以上均为摩尔分率),苯的回收率不低于90%,泡点进料,泡点回流。已知α=2.5,取回流比为最小回流比的1.5倍。求:(1) 塔顶产品量D、塔底残液量W及组成x w;(2) 最小回流比;(3) 精馏段操作线方程;(4)从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成为多少?

16 (15分) 用一精馏塔分离二元液体混合物,进料量100kmol/h,易挥发组分x F=0.5,泡点进料,得塔顶产品x D=0.9,塔底釜液x W=0.05(皆摩尔分率),操作回流比R=1.61,该物系平均相对挥发度α=2.25,塔顶为全凝器,求:塔顶和塔底的产品量(kmol/h);第一块塔板下降的液体组成x1为多少;写出提馏段操作线数值方程;最小回流比。

17 (15分) 一精馏塔,原料液组成为0.5(摩尔分率),饱和蒸气进料,原料处理量为100kmol/h,塔顶、塔底产品量各为50kmol/h 。已知精馏段操作线程为y=0.833x+0.15,塔釜用间接蒸气加热,塔顶全凝器,泡点回流。试求:

塔顶、塔底产品组成;

全凝器中每小时冷凝蒸气量;

蒸馏釜中每小时产生蒸气量

若全塔平均α=3.0,塔顶第一块塔板默弗里效率E ml=0.6,求离开塔顶第二块塔板的气相组成。

18(20分)在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物,塔顶为全凝器,塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h,含苯0.4,要求塔顶馏出液中含苯0.9(以上均为摩尔分率),苯的回收率不低于90%,泡点进料,泡点回流。已知 =2.5,取回流比为最小回流比的1.5倍。试求:(1)塔顶产品量D、塔底残液量W及组成x w;(2)最小回流比;(3)精馏段操作线方程;(4)提馏段操作线方程;(5)若改用饱和蒸汽进料,仍用(4)中所用回流比,所需理论板数为多少?

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