化工原理作业答案

第一章 流体流动与输送机械

3．某地区大气压力为101.3kPa，一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa。若在大气压力为75 kPa的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？

解：

p绝?pa?p表?pa＋p表

''''（101.3＋130)?75?156.3kPa ?p表?(pa＋p真)－pa?7．如附图所示，水在管道中流动。为测得A-A′、B-B′截面的压力差，在管路上方安装一U形压差计，指示液为水银。已知压差计的读数R＝180mm，试计算A-A′、B-B′截面的压力差。已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和13600 kg/m3。

解：图中，1-1′面与2-2′面间为静止、连续的同种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即

p1?p1'， p2?p2'

又 p1'?pA??gm

p1?p2??0gR?p2'??0gR?pB??g(m?R)??0gR

所以 pA??gm?pB??g(m?R)??0gR

整理得 pA?pB?(?0??)gR

题7 附图

由此可见， U形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数R有关，而与U形压差计放置的位置无关。

代入数据 pA?pB?(13600?1000)?9.81?0.18?22249Pa

9．图示为汽液直接混合式冷凝器，水蒸气与冷水相遇被冷凝为水，并沿气压管流至地沟排出。现已知真空表的读数为78kPa，求气压管中水上升的高度h。

解: p??gh?pa

pa?p78?103?3?7.95m 水柱高度 h??g10?9.81题9 附

11．如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。

解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～ 2-2’间列柏努力方程:

- 1 -

z1g?p1p112?u12?z2g?2?u2??Wf ?2?2122 简化: H?(u2??Wf)/g 1 ?(?1?20)?9.81?2.09m

219．附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m3，循环量为45 m3/h。管路的内径相同，盐水从A流经两个换热器至B的压头损失为9m，由B流至A的压头损失为12m，问：

（1）若泵的效率为70％，则泵的轴功率为多少？

（2）若A处压力表的读数为153kPa，则B处压力表的读数为多少？

解: (1) 对于循环系统: He??hf?9?12?21m

Ne?He?Vs?g?21?45 ?轴功率:N??1100?9.81?2.83kW 3600题19 附图

Ne2.83??4.04kW η0.7 (2) A?B列柏努力方程:

pAp1212?uA?zA?B?uB?zB??hfAB ?g2g?g2gpApB??zB??hfAB ?g?g3 简化:

153?10?pB?1100?9.81?(7?9) ?pB??19656pa(表)

? B处真空度为19656 Pa。

28．如附图所示，密度为800 kg/m3、黏度为1.5 mPa·s 的液体，由敞口高位槽经φ114×4mm的钢管流入一密闭容器中，其压力为0.16MPa（表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度?d＝0.002，试计算两槽液面的垂直距离?z。 解: 在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程:

z1g?p1p112?u12?z2g?2?u2??Wf?2?2

- 2 -

题28 附图

简化: ?zg?p2???Wf

Re?由 ?du??d?0.106?800?1.5?8.48?104 ?31.5?10?0.002 ,查得??0.026

管路中: 进口 ??0.5

90℃弯头 ??0.75 2个 半开闸阀 ??4.5 出口 ??1

31．黏度为30cP、密度为900kg/m3的某油品自容器A流过内径40mm的管路进入容器B 。两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门，阀前管长50m，阀后管长20m（均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为88.3kPa和44.2kPa。现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m。试求： （1）管路中油品的流量；

（2）定性分析阀前、阀后压力表读数的变化。

解：（1）阀关闭时流体静止，由静力学基本方程可得：

p1?pa88.3?103zA???10m

?g900?9.81p2?pa44.2?103zB???5m

?g900?9.81题31 附图

当阀打开14开度时，在A与B截面间列柏努利方程： zAg?12pA12puA??zBg?uB?B??Wf 2?2?其中： pA?pB?0(表压)，uA?uB?0

l??leu2则有 (zA?zB)g??Wf?? （a）

d2由于该油品的黏度较大，可设其流动为层流，则 ??6464?? Red?u- 3 -

64?l??leu232?(l??le)u代入式（a），有 (zA?zB)g? ?2d?ud2d?d2?(zA?zB)g0.042?900?(10?5)?9.81?u???0.736m/s

32?(l??le)32?30?10?3?(50?30?20)校核： Re?假设成立。

油品的流量：

d?u??0.04?900?0.736?883.2?2000 ?330?10VS??4d2u?0.785?0.042?0.736?9.244?10?4m3/s?3.328m3/h

（2）阀打开后：

在A与1截面间列柏努利方程：

12p12pzAg?uA?A?z1g?u1?1??WfA?1

2?2?简化得 zAg?12p1u1???WfA?1 2?l1u12或 zAg? ?(??1)?d2p1l1u12 ?zAg?(??1)

?d2p1显然，阀打开后u1 ↑，p1↓，即阀前压力表读数减小。 在2与B截面间列柏努利方程：

12p12pz2g?u2?2?zBg?uB?B??Wf2?B

2?2?2l2u2简化得 ?zBg?(??1)

?d2p2因为阀后的当量长度l2中已包括突然扩大损失，也即?故阀打开后u2 ↑，p2↑，即阀后压力表读数增加。

l2?1?0， dm，d1?0.6m；l2?800m，d1?0.8m。33．某输水并联管路，由两个支路组成，其管长与内径分别为：l1?1200已知总管中水的流量为2.2m3/s，水温为20℃，试求各支路中水的流量。（设管子的粗糙度为0.3mm）

- 4 -

解：设两支路中的流动均进入阻力平方区，由?/d1?0.3/600?0.0005及?/d2?0.3/800?0.000375，查得

?1?0.017，?2?0.0156

VS1:VS2?5d15d2:?1(l??le)1?2(l??le)2

VS2又

0.650.85?:?0.0617:0.1620.017?12000.0156?8000.162?VS1?2.6256VS1 0.0617VS?VS1?VS2?3.6256VS1

?VS1?VS2.2??0.61m3/s 3.62563.6256VS2?2.6256VS1?2.6256?0.61?1.60m3/s

校核Re： 支管1： Re1?d1?u10.6?1000?2.166 ??1.296?10?3?1?10 流动接近阻力平方区，?1?0.017。 支管2： u2?VS220.785d2?1.600.785?0.82?3.18m/s

Re2?d2?u2??0.8?1000?3.186 ?2.54?10?31?10 流动接近阻力平方区，?1?0.0156。

故以上计算有效。两支管的流量分别为0.61m3/s、1.60m3/s

37．水在某管路中流动。管线上装有一只孔板流量计，其流量系数为0.61，U形压差计读数为200mm。若用一只喉径相同的文丘里流量计替代孔板流量计，其流量系数为0.98，且U形压差计中的指示液相同。问此时文丘里流量计的U形压差计读数为若干？

解：由流量公式：

VS?C0A02R1g(?0??)? VS?CVA02R2g(?0??)?

流量相同时，

- 5 -

CR20.612?(0)2?()?0.387 R1CV0.98故文丘里流量计的读数

R2?0.387R1?0.387?200?77.4mm

42．用离心泵将水从敞口贮槽送至密闭高位槽。高位槽中的气相表压为98.1kPa，两槽液位相差10m，且维持恒定。已知该泵的特性方程为H?40?7.2?104Q2（单位：H—m，Q—m3/s），当管路中阀门全开时，输水量为0.01 m3/s，且流动已进入阻力平方区。试求：

（1）管路特性方程；

（2）若阀门开度及管路其他条件等均不变，而改为输送密度为1200 kg/m3的碱液，求碱液的输送量。 解：（1）设输送水时管路特性方程为 He?A?BQ2

?p98.1?103其中，A??z??10??20

?g1000?9.81当输水量为0.01 m3/s时，由泵特性方程与管路特性方程联立： 40?7.2?10?0.01?20?B?0.01 得 B?1.28?10

即此时管路特性方程为 He?20?1.28?105Q2

（2）当改送密度为1200 kg/m3的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程

5422?p98.1?103 A??z?'?10??18.3

1200?9.81?g'流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则B不变。因此管路特性方程变为

He?18.3?1.28?105Q2

将该方程与泵特性方程联立，

40?7.2?104Q2?18.3?1.28?105Q2

可得碱液输送量 Q'?0.0104m3/s

46．如附图所示，用离心泵将某减压精馏塔塔底的釜液送至贮槽，泵位于贮槽液面以下2m处。已知塔内液面上方的真空度为500mmHg，且液体处于沸腾状态。吸入管路全部压头损失为0.8m，釜液的密度为890kg/m3，所用泵的

- 6 -

必需汽蚀余量为2.0m，问此泵能否正常操作？

解：因塔内液体处于沸腾状态，则液面上方的压力即为溶液的饱和蒸汽压，即

p0?pV

该泵的允许安装高度：

Hg允?p0?pV?(NPSH)r??hf吸入 ?g题46 附

??2.0?0.8??2.8m

而实际安装高度Hg实＝?2.0m?Hg允，说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生气蚀现象。

第二章 非均相物系分离

5、已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/ m3。气体流量为1000 m3/h、黏度为3.6×105Pa.s、密度为0.674kg/ m3，

－

若用如图2-6所示的标准旋风分离器进行除尘，分离器圆筒直径为400mm，试估算其临界粒径及气体压强降。 解：已知ρs=2300kg/m3 、Vh=1000m3/h 、μ=3.6×10-5Pa.s 、 ρ=0.674 kg/m3、 D=400mm=0.4m，

根据标准旋风分离器 h=D/2 、B=D/4 故该分离器进口截面积 A=hB=D2/8 所以 ui?Vs1000?8??13.89m/s A3600?0.42根据式（2-26） 取标准旋风分离器N=5 则

dc?9?B?πN?sui9?3.6?10?5?0.4/4?0.8?10?5m?8μm

3.14?5?2300?13.89根据式（2-30） 取ξ=8.0

0.674?13.892?pf???8.0??520Pa

22?ui

8、BMS50/810-25型板框压滤机，滤框尺寸为810×810×25mm，共36个框，现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数为K=2.72×10-5 m2/s；qe=3.45×10-3m3/m2。每滤出1 m3滤液的同时，生成0.148 m3的滤渣。求滤框充满滤渣所需时间。若洗涤时间为过滤时间的2倍，辅助时间15min，其生产能力为多少？

解：滤框总容积V0=0.812×0.025×36=0.590 m3 过滤面积 A=0.812×2×36=47.2 m2

- 7 -

VV00.590???0.0845m3/m2AvA0.148?47.2 22?3q?2qeq0.0845?2?3.45?10?0.0845t???283sK2.72?10?5q?生产总周期为T=283+2×283+15×60=1749s 由

VVV00.590??3.99m3 得一个周期滤液量为 V?0?AvAv0.1483600V3600?3.99??8.21m3滤液/h T1749所以生产能力为Q?

第三章 传热

2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成；

耐火砖 b1=230mm， ?1=1.05 W/(m·℃) 绝热砖 b2=230mm， ?2=0.151W/(m·℃) 建筑砖 b3=240mm， ?3=0.93W/(m·℃)

已知耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖界面处的温度为940℃，要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138℃，试求：

（1） 绝热层需几块绝热砖； （2） 普通砖外侧温度为多少？ 解：（1）b2=?

t?t3t?t2Q?1?2b1b2A?1?21000?940940?138??273.9

0.23b21.050.151?b2?0.442m230mm

940?t2?273.90.46

0.151?t2?105.6oC?138oC（2）t4=?

- 8 -

t3?t4105.6?t4Q??273.9?b30.24A0.93?3?t4?34.9oC

4、Φ60×3㎜的铝合金管（导热系数近似按钢管选取），外面依次包有一层30mm的石棉和30mm的软木。石棉和软木的导热系数分别为0.16Ｗ／（ｍ·Ｋ）和0.04Ｗ／（ｍ·Ｋ）（管外涂防水胶，以免水汽渗入后发生冷凝及冻结）。

（1）已知管内壁温度为-110℃，软木外侧温度为10℃，求每米管长上损失的冷量； （2）计算出钢、石棉及软木层各层热阻在总热阻中所占的百分数；

（3）若将两层保温材料互换（各层厚度仍为30mm），钢管内壁面温度仍为 -110℃，作为近似计算，假设最外层的石棉层表面温度仍为10℃。求此时每米管长损失的冷量。

提示：保温层互换后，保温层外壁面与空气间的对流传热膜系数与互换前相同。 解：(1) t1??110℃

r1?0.027m

t4?10℃ r2?0.030m

r3?0.060m

r4?0.090m

.W/(m?K) ?3?0.04W/(m?K) ?1?45W/(m?K) ?2?016每米管长损失的冷量：

q?2??t1?t4?2???110?10????52.1W/m 1301601901r21r31r4ln?ln?lnln?ln?ln?1r1?2r2?3r345270.16300.0460 (2)

?R?RR1?R2?R3?1?R2?R3

130ln?0.00234(m2?K)/W 4527160ln?4.332(m2?K)/W 016.30190ln?10137.(m2?K)/W 0.04602.?14.471(m?R?0.00234?4.332?10137?K)/W

各层热阻在总热阻中所占的分数：

R1?R钢?0.00234?0.016%

14.4714.332?29.94% 14.47110137.?70.05% 14.471- 9 -

R2?R石棉?R3?R软木?

由以上计算可知钢管热阻很小，且R软木?R石棉。 (3) 若将?1和?2互换，厚度不变，且认为t1和t4不变。

q?2???110?10???37.94W/m

130160190ln?ln?ln45270.0430016.60以上计算可以看出，将保温性能好的材料放在里层，保温或保冷效果好。但此计算不严格，因为保冷好，则t4应增大，即t4??10℃

12、在接触氧化法生产硫酸的过程中，用反应后高温的SO3混合气预热反应前气体。常压SO3混合气在一由Φ38×3 ㎜钢管组成、壳程装有圆缺型挡板的列管换热器壳程流过。已知管子成三角形排列，中心距为51mm，挡板间距为1.45m，换热器壳径为Φ2800；又SO3混合气的流量为4×104m3/h，其平均温度为145℃.若混合气的物性可近似按同温度下的空气查取，试求混合气的对流传热系数（考虑部分流体在挡板与壳体之间短路，取系数为0.8） 解：本题为列管式换热器管外强制对流传热，对流传热系数按式3-25计算

Nu?0.36Re0.55Pr3(4(1?0.14) ?w管子正三角形排列时，de?32?232?2t?d0)4(51?38)2424??37.5mm ?d0??38管外流体流过的最大截面积Smax计算： Smax?hD(1?d038)?1.45?2.8?(1?)?1.035m2 t51V4?104?10.7m/s 管外流体的流速u??S3600?1.035定性温度 t定?145oC下查得空气的物性参数：

cp?1.014kJ/(kg?oC),??2.39?10?5Pa?s,??3.527?10?2W/(m?oC),??0.845kg/m3Re?Pr?deu?0.0375?10.7?0.845??1.415?104 ?5?2.39?10??cp??2.39?10?5?1.014?1033.527?10?2?0.687

因气体黏度变化较小，故

??1，由因部分流体在单板与壳体之间隙短路，取实际对流传热系数为计算值的0.8倍 ?w??0.8?0.3611?0.03527Re0.55Pr3?0.8?0.36?(14150)0.55?(0.687)3?46W/(m2?K) de0.0375

22、在一内管为?25?2.5mm的套管式换热器中，用水冷却苯，冷却水在管程流动，入口温度为290K，对流传热系数为850W/(m2?℃)。壳程中流量为1.25kg/s的苯与冷却水逆流换热，苯的进、出口温度为350K、300K，苯的对流传热系数

- 10 -

为1700W/(m2?℃)。已知管壁的导热系数为45W/(m?℃)，苯的比热为cp=1.9kJ/(kg?℃)，密度为ρ=880kg/m3。忽略污垢热阻。

试求：在水温不超过320K的最少冷却水用量下，所需总管长为多少？（以外表面积计） 解：冷却水的平均温度tm?290?320?305K， 2查得305K时水的比热容为cp?4.174kJ/(kg?oC)

热负荷 Q?ms1?cp1?(T1?T2)?1.25?1.9?103?(350?300)?118.8kW 冷却水用量：ms2平均温度差为

?tm逆??t1??t230?10??18.2oC ?t30ln()ln(1)10?t2Q118.8?103???0.949kg/s cp2(t2?t1)4.174?103?(320?290)350 320 30 300 290 10

基于外表面积的总传热系数K1

11bd11d110.00250.02510.025?????????2.12?10?3(m2?K)/WK1?1?dm?2d21700450.02258500.02K1?471.6W/(m2?K)Q118.8?103总传热面积：A???13.84m2K?tm471.6?18.2总管长：l?A13.84??176.3m?d3.14?0.025

第五章吸收

3．在压力为101.3kPa，温度30℃下，含CO2 20％（体积分率）空气－CO2混合气与水充分接触，试求液相中CO2的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比。 解：

查得30℃下CO2在水中的亨利系数E为1.88×10kPa CO2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液 H?5

?SEMS?1000?43?2.96?10kmol/(m?kPa) 51.88?10?18 pA?yp?0.20?101.33?20.3kPa

?43 c* ?20.3?6.01?10?3kmol/mA?HpA?2.96?10*- 11 -

E1.88?105??1852 m?p101.3 x?y0.20??1.08?10-4 m1852x 1.08?10-4??1.08?10-4 X＝-41-x1－1.08?105．用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨6％（体积），氨的吸收率为93.3％，溶液出口浓度为0.012（摩尔比），操作条件下相平衡关系为Y?2.52X。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。 解：

*Y1?y10.06??0.064 Y1*?2.52X1?2.52?0.012?0.03024 1?y11?0.06Y2?Y（－?）＝0.064(1-0.933)?0.00429 Y2*?2.52X2?2.52?0?0 11*塔顶： ?Y2?Y2?Y2?0.00429?0.00429

塔底： ?Y1?Y1?Y1?0.064?0.03024?0.034

7．在温度为20℃、总压为101.3kPa的条件下，SO2与空气混合气缓慢地沿着某碱溶液的液面流过，空气不溶于该溶液。SO2透过1mm厚的静止空气层扩散到溶液中，混合气体中SO2的摩尔分率为0.2，SO2到达溶液液面上立即被吸收，故相界面上SO2的浓度可忽略不计。已知温度20℃时，SO2在空气中的扩散系数为0.18cm2/s。试求SO2的传质速率为多少？

解 : SO2通过静止空气层扩散到溶液液面属单向扩散，已知：SO2在空气中的扩散系数D=0.18cm2/s=1.8×10-5m2/s

扩散距离z=1mm=0.001m，气相总压p=101.3kPa

气相主体中溶质SO2的分压pA1=p·yA1=101.3×0.2=20.26kPa 气液界面上SO2的分压pA2=0

所以，气相主体中空气（惰性组分）的分压pB1=p－pA1=101.3－20.26=81.04kPa 气液界面上的空气（惰性组分）的分压pB2=p－pA2=101.3－0=101.3kPa 空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为：

*pBm?pB2?pB1101.3?81.04?90.8kPa =

101.3pB2lnln81.04pB1Dp(pA1?pA2)

RTzpBm- 12 -

NA?

1.8?10?5101.3??(20.26?0) =

8.314?293?0.00190.8=1.67×10-4kmol/(m2·s)

10．用20℃的清水逆流吸收氨－空气混合气中的氨，已知混合气体总压为101.3 kPa，其中氨的分压为1.0133 kPa，

*要求混合气体处理量为773m/h，水吸收混合气中氨的吸收率为99％。在操作条件下物系的平衡关系为Y?0.757X，

3

若吸收剂用量为最小用的2倍，试求（1）塔内每小时所需清水的量为多少kg？（1）塔底液相浓度（用摩尔分率表示）。 解：

（1） Y1?pA1.0133??0.01 pB101.3?1.0133Y2?Y1(1??)?0.01(1?0.99)?1?10?4

V?773?273(1?0.01)?31.8kmol/h

293?22.4Lmin?VY1?Y231.8(0.01?0.0001)??23.8kmol/h *0.01X1?X2?00.757实际吸收剂用量L=2Lmin=2×23.8=47.6kmol/h ＝856.8 kg/h （2） X1 = X2+V（Y1-Y2）/L=0+

31.8(0.01?0.0001)?0.0066

47.619.在一逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收混合气体中溶质组分，当液气比为1.5时，溶质的吸收率为90％，在操作条件下气液平衡关系为Y?0.75X。如果改换新的填料时，在相同的条件下，溶质的吸收率提高到98％，求新填料的气相总体积吸收系数为原填料的多少倍？ 解：原工况： S? NOG?*mV0.75??0.5 L1.5????Y1?mX2111ln?(1?S)?S? ln?(1?S)?S??1??1?S?Y2?mX2??1?S?11??ln?(1?0.5)?0.5??3.41

1?0.5?1?0.90?NOG?新工况： S?S N''OG?11??ln?(1?0.5)?0.5??6.477

1?0.5?1?0.98?HOG?VZVZ' HOG? ??'KYa?NOGKYa?N'OG- 13 -

'KY'aNOG6.477???1.900 KYaNOG3.41第六章蒸馏

2．正庚烷和正辛烷在110℃时的饱和蒸气压分别为140kPa和64.5kPa。试计算混合液由正庚烷0.4和正辛烷0.6（均为摩尔分数）组成时，在110℃下各组分的平衡分压、系统总压及平衡蒸气组成。（此溶液为理想溶液） 解：

PA?PAO?xA?140?0.4?56kPaPB?PBO?xB?64.5?0.6?38.7kPaP?PA?PB?56?38.7?94.7kPa PA56??0.591P94.7yB?1?yA?1?0.591?0.409yA?8．某连续精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下： 精馏段：y=0.8x+0.172 提馏段：y=1.3x-0.018

试求：原料液、馏出液、釜液组成及回流比。 解：精馏段操作线的斜率为：

R?0.8?R?4 R?1由精馏段操作线的截距：

xD?0.172?塔顶馏出液组成xD?0.86 R?1提馏段操作线在对角线上的坐标为（xw, xw），则

yW?x?xW?xW?1.3xW?0.018 ?xW?0.06由于泡点进料，q线为垂直线。精馏段与提馏段操作线交点的横坐标为xF：

y?0.8xF?0.172 y?1.3xF?0.018

?xF?0.3819．用连续精馏塔分离含甲醇0.20（摩尔分数，下同）的水溶液，希望得到含甲醇0.96和0.5的溶液各半，釜液浓度不高于0.02。回流比2.2，泡点进料。

试求：（1）所需理论板数及加料口、侧线采出口的位置；

（2）若只从塔顶取出0.96的甲醇溶液，问所需理论板数比（1）多还是少？

- 14 -

解 （1）第一段操作线方程yn?1?xRxn?D1 R?1R?1因R?2.2，xD1?0.96，则精馏操作线方程为：yn?1?0.6875xn?0.3 第二段操作线方程

V'?L'?D1?D2，V'ys?1?L'xs?D1xD1?D2xD2

ys?1?所以 ys?1Dx?D2xD2L'，L?L'?D2 xs?1D1V'V'L?D2Dx?D2xD2?xs?1D1 L?D1L?D1R?D2/D1x??D2/D1?xD2 xs?D1R?1R?1整理得 ys?1?因D2/D1?1，可得第二段操作线方程为：ys?1?0.375xs?0.456

第一段与第二段操作线方程相交于点d1?0.5,0.6435?，第二段操作线与q线x?xF?0.2相交于点d2?0.2,0.531? 则第三段操作线方程可以通过如下方法得到： 连结点d2?0.2,0.531?和点e?0.02,0.02?，得

ym?1?0.02xm?0.02， ?0.531?0.020.2?0.02可得第三操作线方程：ym?1?2.84xm?0.037

（2）图解法得所需理论板数9，第4块为侧线采出，第6块为进料板。 （3）精馏段操作线方程同上 yn?1?0.6875xn?0.3

??0.2,0.438? ，连结点d2??0.2,0.438?和点e?0.02,0.02?，得提提馏段操作线方程：精馏段操作线与q线x=xF=0.2交于d2馏段操作线方程ym?1?2.42xm?0.026

图解法得所需理论板数8，比不侧线采出所需理论板数少。

27、试计算下列生产条件下筛板塔的空塔气速和塔径。

Vh?1400m3/h,Lh?4m3/h,?V?2.6kg/m3,?L?800kg/m3,??12mN/m,HT?400mm,hL?0.06m

解：允许气速是最大气速的0.7倍。

分离空间的高度为 HT-hL=0.4－0.06＝0.34m

气液动能参数为：

LsVs?L4/3600800???0.0501 ?V1400/36002.6由图6-57查得气体负荷因子C20＝0.072，修正表面张力后的C值为：

C?C20(?0.20.0120.2)?0.072?()?0.065m/s 200.02c．计算塔径

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最大允许空塔气速为：umax?C?L??V800?2.6?0.065?1.14m/s ?V2.6选取空塔气速为：u?0.7?umax?0.7?1.14?0.798m/s 塔径： D?Vs1400/3600??0.621m ?0.785?0.798u4塔径的计算值不是整数时，应予以圆整。故直径应取为0.7m。

第七章干燥

3．已知空气的干球温度为60℃，湿球温度为30℃，总压为101.3 kPa，试计算空气的性质： （1）湿度；（2）相对湿度；（3）焓；（4）露点温度。

.7kJkg 解：（1）tW?30?C，可查得 pS?4.247kPa，rW?2423 HW?0.622pS4.247?0.622??0.0272kg/kg干气 p?pS101.3?4.247 由 tw?t?得 H?Hw?kHrw?(Hw?H)

?1.09(t?tw)?0.0272??(60?30)?0.0137kg/kg干气 kHrw2423.7（2）由 H?0.622pv

p?pvpv?Hp0.0137?101.3??2.183kPa

0.622?H0.622?0.013760℃下水的饱和蒸汽压为19.92kPa，则相对湿度 ??pv2.183?100%??100%?10.96% ps19.92（3）焓

IH?(1.01?1.88H)t?2492H＝(1.01?1.88?0.0137)?60＋2492?0.0137＝96.29kJ/kg干气

(4)露点温度：

由pd?pv?2.183kPa,查饱和蒸汽压表，得td?18.8?C。

9． 在常压干燥器中将某物料从湿基含水量10％干燥至2％，湿物料处理量为300kg/h。干燥介质为温度80℃、相对湿度10％的空气，其用量为900kg/h。试计算水分汽化量及空气离开干燥器时的湿度。

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解：t?80?C,??10%，在H-I图中查得H1＝0.031kg/kg干气

L'900??872.94kg干气/h 绝干空气质量L?1?H11?0.031 物料干基含水量 X1?X2?w10.1??0.1111kg/kg干料 1?w11?0.1w20.02??0.0204kg/kg干料 1?w21?0.02绝干物料量 GC?G1(1?w1)?300?(1?10%)?270kg/h

汽化水分量 W?GC（X1?X2）?270?(0.111?0.0204)?24.49kg/h 又 W?L(H2?H1) 则干燥器空气出口湿度 H2?H1?

11．在常压干燥器中，将某物料从湿基含水量5％干燥到0.5％。干燥器的生产能力为7200kg干料/h。已知物料进、出口温度分别为25℃、65℃，平均比热为1.8kJ/(kg·℃)。干燥介质为温度20℃、湿度0.007 kg／kg干气的空气，经预热器加热至120℃后送入干燥器，出干燥器的温度为80℃。干燥器中不补充热量，且忽略热损失，试计算绝干空气的消耗量及空气离开干燥器时的湿度。

解：物料干基含水量 X1?0.050.005 ?0.05263 X2??0.0050251?0.051?0.005W24.49?0.031??0.059kg/kg干气 L872.94)?342.76kg/h ?W?GC(X1?X2)?7200?(0.05263?0.005025又 W?L(H2?H1)

即 342.76?L(H2?0.007) （1） 干燥器中不补充热量，且忽略热损失，则 QD?L(I1?I2)?GC(I2?I1)?0

即 L(I1?I2)?GC(I2?I1) （2）

GC(I2?I1)?GCcM2(?2??1)?7200?1.8?(65?25)?518400而 I1?(1.01?1.88?0.007)?120?2492?0.007?140.22

I2?(1.01?1.88H2)?80?2492H2?80.8?2642.4H2

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''''''

将上式代入（2）中，

L(140.22?80.8?2642 （3） .4H2)?518400kg/kg干气，L?34798kg/h 联立（1）、（3）得：H2?0.01685

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