发布时间 : 星期五 文章化工原理第二版夏清贾绍义版上册课后习题答案天津大学更新完毕开始阅读3cdf021b4431b90d6c85c7d5
n=s/πd0L =4.4522/（3.14×0.025×2）=28根
24．实验测定列管换热器的总传热系数时，水在换热器的列管内作湍流流动，管外为饱和水蒸气冷凝。列管直径为ф25×2.5mm的钢管组成。当水的流速为1m/s时，测得基于管外表面积的总传热系数K0为2115 W/（m2?℃）；若其他条件不变，而水的流速变为1.5m/s时，测得K0为2660 W/（m2?℃）。试求蒸汽冷凝传热系数。假设污垢热阻可忽略。
解：忽略污垢热阻，得
1/K0=d0/αidi+1/α0+bd0/λdm
内管水对钢管的热对流传热αi=（0.023λ/di）（diuρ/μ）0.8（cp
μ/λ）0.4
=u0.8×（0.023λ/di）（diρ/μ）0.8（cpμ/λ）0.4
0.80.8
∴两次对流传热系数之比为αi/αi，=（u/u，）=（1/1.5）=0.723
------（1）
查钢管在55℃的导热系数λ=50 W/（m?℃），管壁热阻为： bd0/λdm = 0.000055785
∴1/2115 = 5/4αi + 1/α0 + 0.000055785 ---------（2） 1/2660 = 5/4αi， + 1/α0 + 0.000055785 ---------（3） 由上解得 α=14965.7 W/（m2?℃）
第五章 蒸馏
1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。
t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据
查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压PB*，PA*，由于总压
P = 99kPa，则由x = (P-PB*)/(PA*-PB*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。
以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表
根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线
由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃
4.在常压下将某原料液组成为0.6（易挥发组分的摩尔）的两组溶液分别进行简单蒸馏和平衡蒸馏，若汽化率为1/3，试求两种情况下的斧液和馏出液组成。假设在操作范围内气液平衡关系可表示为y = 0.46x + 0.549
解：①简单蒸馏
由ln(W/F)=∫xxFdx/(y-x) 以及气液平衡关系y = 0.46x + 0.549 得
ln(W/F)=
∫
xxF
dx/(0.549-0.54x) =
0.54ln[(0.549-0.54xF)/(0.549-0.54x)]
∵汽化率1-q = 1/3则 q = 2/3 即 W/F = 2/3
∴ln(2/3) = 0.54ln[(0.549-0.54×0.6)/(0.549-0.54x)] 解得 x = 0.498 代入平衡关系式y = 0.46x + 0.549 得 y = 0.804 ②平衡蒸馏
由物料衡算 FxF = Wx + Dy D + W = F 将W/F = 2/3代入得到 xF = 2x/3 + y/3 代入平衡关系式得
x = 0.509 再次代入平衡关系式得 y = 0.783
5.在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。已知原料液流量F为4000kg/h，组成xF为0.3（二硫化碳的质量分率，下同）。若要求釜
液组成xW不大于0.05，馏出液回收率为88％。试求馏出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。
解：馏出回收率 = DxD/FxF = 88％ 得 馏出液的质量流量 DxD = FxF 88％ = 4000×0.3×0.88 = 1056kg/h 结合物料衡算 FxF = WxW + DxD D + W = F 得xD = 0.943
馏出液的摩尔流量 1056/(76×0.943) = 14.7kmol/h 以
摩
尔
分
率
表
示
馏
出
液
组
成
xD
=
(0.943/76)/[(0.943/76)+(0.057/154)]
= 0.97
8.某连续精馏操作中，已知精馏段 y = 0.723x + 0.263；提馏段y = 1.25x – 0.0187
若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比。
解：露点进料 q = 0 即 精馏段 y = 0.723x + 0.263 过（xD ，xD）∴xD = 0.949 提馏段 y = 1.25x – 0.0187 过（xW ，xW）∴xW = 0.0748 精馏段与y轴交于[0 ，xD/（R+1）] 即 xD/（R+1）= 0.263 ∴R = 2.61
连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为（0.5345 ，0.6490） ∴ xF = 0.649
9.在常压连续精馏塔中，分离苯和甲苯的混合溶液。若原料为饱和液体，其中含苯0.5（摩尔分率，下同）。塔顶馏出液组成为0.9，塔底釜残液组成为0.1，回流比为2.0，试求理论板层数和加料板位置。苯-甲苯平衡数据见例1-1。
解： 常压下苯-甲苯相对挥发度α= 2.46 精馏段操作线方程 y = Rx/（R+1）= 2x/3 + 0.9/3 = 2x/3 + 0.3
精馏段 y1 = xD = 0.9 由平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 得
x1 = 0.7853 再由精馏段操作线方程 y = 2x/3 + 0.3 得 y2 = 0.8236 依次得到x2 = 0.6549 y3 = 0.7366 x3 = 0.5320 y4 = 0.6547
x4 = 0.4353 ∵x4 ﹤ xF = 0.5 < x3 精馏段需要板层数为3块 提馏段 x1'= x4 = 0.4353
提馏段操作线方程 y = L'x/（L'-W）- WxW/（L'-W） 饱和液体进料 q = 1
L'/（L'-W）= （L+F）/V = 1 + W/（3D） 由物料平衡 FxF = WxW + DxD
D + W = F 代入数据可得 D = W
L'/（L'-W）= 4/3 W/（L'-W）= W/（L+D）= W/3D = 1/3 即提馏段操作线方程 y' = 4x'/3 – 0.1/3 ∴y'2= 0.5471
由平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 得 x'2 = 0.3293 依次可以得到y'3= 0.4058 x'3 = 0.2173 y'4= 0.2564 x'4 = 0.1229 y'5= 0.1306 x'5 = 0.0576 ∵ x'5 < xW = 0.1 < x4'
∴ 提馏段段需要板层数为4块
∴理论板层数为 n = 3 + 4 + 1 = 8 块（包括再沸器） 加料板应位于第三层板和第四层板之间
10.若原料液组成和热状况，分离要求，回流比及气液平衡关系都与习题9相同，但回流温度为20℃，试求所需理论板层数。已知回流液的泡殿温度为83℃，平均汽化热为3.2×104kJ/kmol，平均比热为140 kJ/(kmol·℃)
解：回流温度改为20℃，低于泡点温度，为冷液体进料。即改变了q的值 精馏段 不受q影响，板层数依然是3块
提馏段 由于q的影响，使得 L'/（L'-W）和 W/（L'-W）发生了变化