化工原理精馏计算题及答案

第二部分 计算题示例与分析 4-93 已知某精馏塔塔顶蒸汽的温度为80oC，经全凝器冷凝后馏出液中苯的组成 为0.90，甲苯的组成为0.10（以上均为轻组分A的摩尔分数），试求该塔的操作压强。 溶液中纯组分的饱和蒸汽压可用安托尼公式计算，即 lgpo?A?B t?C 式中苯和甲苯的常数为

组 分 A B C 苯 6.898 1206.35 220.24 甲苯 6.953 1343.94 219.58

分析： 求塔内操作压强即是求塔内蒸汽总压p,因此体系为理想体系，可通过道尔顿分压定律

pA?pyA 及拉乌尔定律求得。

解：利用安托尼公式分别计算80℃时苯与甲苯两种纯组分饱和蒸气压，即

1206.35?2.88

80.0?220.240 pA?758.58mmHg?101.14KPa

1343.940 lgpB?6

计算题

1.一输水系统，将敞口容器中的水送到吸收塔顶作吸收剂，贮槽水面至塔顶喷嘴的垂直距离为38m，塔内的表压强为4 m H2O柱，采用Φ100*5的钢管输送，连接在管路中孔板流量计两侧的U形管压差计读数为R=158mmHg, 已知：孔径d0=0.045m，孔流系数C0=0.7，SH2O=1，Hf =3mH2O柱，泵效率η= 0.75，求泵所需轴功率Pa。

2. 用离心泵将水池中的水送到高位槽,高位槽和水池均为敞口容器,高位槽水面高出池面50m,采用Φ100*5的管道输送,泵的送水量为34m3/h，输送过程中管路磨擦阻力损失为2.4m, 若泵的效率为60%, 计算泵所需的实际功率Pa。 3.一输水系统，用泵从水池送水到高位槽，水池和高位槽均为敞口容器，水池到泵入口处的垂直距离为4.8m，水池到泵出口处的垂直距离为5m，要求qv=36m3/h，管道为Φ80*2的钢管，已知泵前的进水管道的阻力压头损失为Hf1=0.2m水柱，出水管道的阻力压头损失为Hf2 =0.5m水柱，泵出口处压强计的读数为2.5at，SH2O=1。试求：①水池到高位槽的垂直距离H。②泵所需的实际功率Pa (η=0.7)。

4. 两液体在套管换热器中逆流换热，冷热流体

水平串联的两直管1、2，管径d=d/2，管道1长为100m， 已知流体在管道1中的雷诺数(Re)=1800，今测得某流体流经管道１的压强降为0.64(m液柱)，流经管道２的压强降为64(m液柱)，试计算管道２的长度(设局部阻力可略去)。(各5分) 如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔,泵吸入管路为φ108×4mm，长2m的钢管。泵压出管路为 φ76×3mm,长30m的钢管, 压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只，90℃弯 头4 只。在压出管路上还装有孔板流量计，孔板孔径为40mm，孔流系数C=0.62，水银差压计读数R=456mm。吸收塔喷咀处压力为0.5kgf/cm(表压)，碱液密度 ρ=1100kg/m，泵的效率η=0.6，直管阻力系数λ=0.02(吸入、压出管道取近似相同值)，ξ弯头=0.75， ξ标准阀=6，ξ闸阀=0.17，ξ孔板=8，试求泵所需功率。 以复式水银压差计测量某密闭容器内的压力P。已知各液面标高分别为△1 =2.6m，△2=0.3m，△3=1.5m，△4=0.5米,△5=3.0米。求此密闭容器水

计算题

1.一输水系统，将敞口容器中的水送到吸收塔顶作吸收剂，贮槽水面至塔顶喷嘴的垂直距离为38m，塔内的表压强为4 m H2O柱，采用Φ100*5的钢管输送，连接在管路中孔板流量计两侧的U形管压差计读数为R=158mmHg, 已知：孔径d0=0.045m，孔流系数C0=0.7，SH2O=1，Hf =3mH2O柱，泵效率η= 0.75，求泵所需轴功率Pa。

2. 用离心泵将水池中的水送到高位槽,高位槽和水池均为敞口容器,高位槽水面高出池面50m,采用Φ100*5的管道输送,泵的送水量为34m3/h，输送过程中管路磨擦阻力损失为2.4m, 若泵的效率为60%, 计算泵所需的实际功率Pa。 3.一输水系统，用泵从水池送水到高位槽，水池和高位槽均为敞口容器，水池到泵入口处的垂直距离为4.8m，水池到泵出口处的垂直距离为5m，要求qv=36m3/h，管道为Φ80*2的钢管，已知泵前的进水管道的阻力压头损失为Hf1=0.2m水柱，出水管道的阻力压头损失为Hf2 =0.5m水柱，泵出口处压强计的读数为2.5at，SH2O=1。试求：①水池到高位槽的垂直距离H。②泵所需的实际功率Pa (η=0.7)。

4. 两液体在套管换热器中逆流换热，冷热流体

1、每小时分离乙醇-水混合液2360kg的常压连续精馏塔，塔顶采用全凝器，进料组成xF=0.2。现测得馏出液组成xD=0.8，釜液组成xW=0.05，精馏段某一块板上的汽相组成为0.6，由其上一板流下的液相组成为0.5（以上均为摩尔分率）。 试求： 1.塔顶馏出液量及釜液排出量；

2.回流比。

解：（1）设料液的平均分子量为MF，则MF?46?0.2?18?0.8?23.6 料液的摩尔流率 F?23602360??100kmol/h 23.6MF?F?D?W ?

Fx?Dx?WxDW?F?100?D?W即 ?

100?0.2?D?0.8?W?0.05?解之得 D?20kmol/h; W?80kmol/h （2） 由 y?xRx?D R?1R?10.6?R0.8?0.5? R?1R?1

?R?2

2、用板式塔在常压下分离苯???甲苯溶液，塔顶采用全凝器，塔釜用间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，进料量为150kmol/h，组成为0.4(mol%)的饱和蒸汽，回流比为4，塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔釜中甲苯的回收率为0.95，求：

（1）

补充1 在一两组分连续精馏塔中，进入精馏段中某层理论板n的气相组成yn＋1为0.75，从该板流出的液相组成xn为0.65（均为摩尔分数），塔内气液比V/L=2，物系的相对挥发度?为2.5，求：（1）从该板上升的蒸气组成yn；（2）流入该板的液相组成xn－1；（3）回流比R。 答案与评分标准 解：（1）求yn 可用气液平衡方程由?、xn求出yn yn???xn2.5?0.65??0.823（2分） 1????1?xn1?1.5?0.65（3）求R LR1?（1分）可解出：2R＝R＋1，R＝1（1分） 由?VR?12（2）求xn－1 ①由精馏段操作线方程yn?1?解出xD＝0.85（2分） ②因yn?0.823?

xx1R＝?0.65＋D xn?D，得0.7522R?1R?1xRxn?1?D，代入已知量得 R?1R?110.85xn?1?，解出xn?1?0.796（2分） 22 1

补充2 在连续精馏塔中分离某两组分混合物。已知原料液流量为100kmol/h，组成为0.5（易挥发组分摩尔分数，下同），饱和蒸气进料；馏出液组成为0.98，回流比R为2.6，若要求易挥发组分回收率为96％，求：（1）馏出液的摩尔流量D

1. （20分）如图所示，油在光滑管中以u=2m/s的速度流动，油的密度ρ=920kg/m3，管

长L=3m，直径d=50mm，水银压差计测得R=15.0mm。试求： （1）油在管中的流动形态； （2）油的粘度；

（3）若保持相同的平均流速反向流动，压差计读数有何变化？层流：λ=64/Re；湍流：

0.25

λ=0.3164/Re。 解：

1

2 A B R C D （1）列1截面和2截面间柏努利方程，取2截面为基准面

2u12p2u2gZ1???gZ2????hf

?2?2p1

?hf?pD = pD

p1?p2???Z1?Z2?g

pC = p2 +（Z2 – ZA）ρg + Rρ0g

pD = p1 + （Z1 – Z2）ρg +（Z2 – ZB）ρg + Rρg p

目 录

第一章 流体流动与输送设备·····················································（2） 第二章 非均相物系分离·························································（26） 第三章 传热···································································（32） 第四章 蒸发···································································（44） 第五章 气体吸收·······························································（48） 第六章 蒸馏···································································（68） 第七章 干燥·························································

第二部分 计算题示例与分析

3-77 某流体通过内径为100mm圆管时的流传热系数为120W/(m2?0C),流体流动的雷诺数

5Re?1.2?10,此时的对流传热系数关联式为Nu?0.023Re0.8Pr0.4。

今拟改用周长与圆管相同、高与宽之比为1：3的矩形扁管，而保持流速不变，试问对流传热系数有何变化？

解：由对流传热系数?的计算公式： ??0.023?d（

d???）0.8Pr0.4

当物性不变时 ??u0.8d?0.2求扁管的当量直径de：

?u不变， ???d?0.2

设a、b，分别为矩形截面的宽与长 由题意

ab?d8?13 2(a+b)=?d3?d8

解之 a= b=

?

de=

4ab2(a?b)32???d3?d82?8?d?316?d

=

16 设?、??分别为圆管与扁管的对流传热系数，则

?3.14?0.05?0.0295m

aa'?(dde)0.2?(0.050.0295)0.2?1.11

∴?'=1.11 ?=1.11?100=111W/(m?℃)

对流传热系数由原来的１００Ｗ／（m?℃）增至现在的１１１Ｗ／（m2?℃）

分析：

二：计算题（50分） 1、有某平均相对挥发度为3的理想溶液，其中易挥发组份的组成为60%（縻尔分率，以下相同）的料液于泡点下送入精馏塔。要求馏出液中易挥发组份的组成不小于90%，残液中易挥发组份的组成不大于2%。 求：每获1kmol 馏出液时原料液用量？ 若回流比为1.5 ，它相当于Rmin的多少倍？ 假设料液加到板上后，加料板上的浓度仍为60%，求提馏段第二块理论板上的液相组成？已知：?x3x??3，xF?0.6，xD?0.9，xw?0.02，q?1。相平衡关系：y??， 1????1?x1?2xF=W+D F=W+1， F?06?w?0.02?1?0.9。联立求解得：F?1.52Kmol。 3x3.06??0.818。 最小回流比：q?1，xF?0.6?xq，yq?1?2x1?2.0.6xD?yq0.9?0.818??0.376。 其倍数为：n?1.5?4。 Rmin?0.376yq?xq0.818?0.6提馏段操作线方程：y?L'L?W'x?W.xwL?W' ， W?0.52，L'?L?F?R.D?F?1.5?1.52?3.02 y?1.208x