化学工艺学潘鸿章版课后习题答案 .pdf

资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档第一章流体流动过程与输送机械习题1.A 地某化工厂的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为610mmHg，设备移至异地 B 操作时，若要求塔内维持相同的操作压强，真空表读数有何变化？（A地平均大气压强为640mmHg，B 地平均大气压强为 760mmHg）解：A 地：B 地：2.在稳态流动系统中，水连续的由粗到细流经一个变径管路，粗管内径是细管的两倍，求细管内水的流速是粗管内的几倍。解：稳态流动4.如图所示，一高位水池内径D 为 1.5m（有效） ，池底连 144mm4mm 的排水管，管路长 330m 、 ，总损失压头为6m求管路出水口的体积流量。解： 取出口管中心线为基准面， 取高位水池 1-1 截面， 管路出口处 2-2 截面。smvghgpgvZhgpgvZvfe/98.160200002 .62222222221211hmsmAvqv/32.103/0287.010) 8144(498. 1332322mmHgPPPPPAA30610-640绝绝绝真mmHgPPPBB73003-760绝真41222212221221121vddvvAvvAqqv名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档5. 如图所示，有一连续稳态流动管路系统，粗管截面积为细管截面积的5 倍，在管路系统中去1、2、3、4、5 五个截面（如图所示），1 点截面处的平均流速为11ms，表压强为 120KPa，泵的压头为 8m，输送的液体密度为10003kgm，试计算：（1）若不考虑管路阻力损失， 求各点截面的位压头、 静压头、动压头和总压头。（2）若整个管路阻力所产生的压强降为2m液柱，求 5 点截面的位压头、静压头、动压头和总压头。解：以地面为基准面 (或以泵中心线为基准面都可以) （1）由 1-1 截面可知2-2 截面3-3 截面mgggpgvZ05.232205. 0110012021121211）（mhgpgvZHegpgvZf05.313005.01222222121123223335,1vvAvAvmZ2232325250.051.25,2231.05 ,31.51.25128.8vvmggmpmg总压头mgvgvmZ25. 122,623244名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档4-4 截面5-5 截面（2）7.常压下，用泵将敞口容器中的油品以3631mh的流量输送到敞口高位槽中，管出口在高位槽液面下，两槽的液面差为25m，输送管为 76mm 3mm ，直管长度为 100m，各种管件的当量长度为150m，摩擦粗力系数为 0.023，泵的效率为 60，求泵的实际功率。 （油品的密度为 9603kgm）解：基准面取低位槽页面10. 某离心泵以 20的水进行性能测试，测得体积流量为72031mh，泵出口压力表读数为 0.4MPa（表压） ，泵入口处真空表读数为210mmHg，压力表和真空表之间的垂直距离为410mm，吸入管和压出管内径分别为350mm 和 300mm。mhgHehgpgvZHegpgvZffv64.533.28344. 025225000222222221211smdqvv/6.207.043600364222mgvdllhef3.2881.926.207.0)150100(023.02)(22kwgHqPeve42. 86.01000360064.5381.996036)10003600/(pmgvgvmZ05. 022,622255mgm8.23625.15.31,05.314总压头mgpm25605.05.31,05.315总压头mgvgvmZ05. 022,622255mgpm23605.005.29,05.292-05.315总压头名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档试求此泵产生的压头。解：第二章传热习题1 用 100的水蒸气加热 38 mm 2.5 mm 钢管内的盐溶液， 盐溶液的流量为500 kg h-1,比定压热容为 2 093.5 J.kg-1.K-1， 由 20加热到 50， 盐=930 W m-2 K-1，蒸汽=5 815 w.m-2K-1，钢管的 =46. 52 w.m-1.K-1.求加热钢管多少米（以管外表面计算） 。设忽略热损失，可按平面壁考虑。解：盐溶液在热交换中无相态变化0.4400(210-21010027.6(760PMPaKPaPmmHgKPa出进表），表），227202.83/36000.347202.08/36000.354vm svm s出进，220322240027.6102.83 -2.080.4144.26998.2 9.812 9.81ppvvHehggm出进出进（）123-.65.768930152.46105 .2581811111kmwK盐蒸汽总83.635080ln50-100-20-100ln2121）（）（tttttmwttCqapam92.8722)2050(5 .2093360050012,mlllrtKAtKAmm49.183.6365.76892.87221023814.3223名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档2采用传热面积为 4.48 m2的换热器进行溶剂苯和某水溶液间的逆流换热，苯的流量为 3 600kg.h-1，比定压热容为 1.88 kJKg-1K-1，由 80冷却到 50，水溶液由 20加热到 30，忽略热损失，求总传热系数K。解：忽略热损失：3.有一厚度为 480 mm 的普通砖墙，高温侧为200，在此温度下的导热系数为0.614 W.m-1K-1；低温侧为 30，在此温度时的导热系数为0.52 Wm-1K-1。试求单位时间通过单位传热面积(l m2)的热量为多少。解：4为减少热损失，设备外壁包一层厚度为200 mm 均匀保温材料，导热系数为0.163W.m-1K-1，保温材料外缘温度为30，为测量设备壁面温度，将温度计从外面插入保温层50 mm，测得其温度为75，试计算设备外壁温度和单位时间每平方米保温层向外散失的热量。解：5.有=60 mm 3mm 的常压蒸气管（钢管），其导热系数为 50 W.m-1K-1，外包40 mm 厚的石绵泥，其导热系数为0.12W.m-1K-1。蒸气管内壁为 110，石棉泥外壁为 20。试求每秒钟每米管路散失的热量。解：1121567.0252.0614.02kmWWttA8.200)30200(148. 0567.0)(21kwTTcqapam4.56)5080(88.136003600)(21,1KmWtAKtKAmm23/55.321152.3948.4104.5621005.030-752.030-)()(1123213122321131ttttttAttAtt，211121179.02,5.28230272mlrAmmrrrmmm121212=80-30=50=50-20=3050-30=39.12550lnln30mttttttt逆流：，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档6.在100 mm 5 mm 的钢管中有 134的饱和水蒸气流动，若管外包有30 mm厚玻璃棉，其导热系数为0.05Wm-1K-1， ，当外界气温为15时，若空气对保温层的给热系数为8W.m-1K-1，忽略钢管内饱和水蒸气对钢管的给热系数和钢管壁很小的热阻，试求保温层外壁温度。解：稳态传热，保温层内的导热速率=保温层与空气的对流给热速率7.反应釜的釜壁为钢板， 厚 5 mm(=50W.m-1 K-1)， 黏附在内壁的污垢厚0.5 mm（=50W.m-1K-1） 。反应釜附有夹套， 用饱和水蒸气加热。 釜体钢板外表面 （与蒸汽接触）为 150， 内壁面 130。试求单位时间每平方米面积所传导的热量。并与没有污垢层和釜体为不锈钢（有污垢）、铜（有污垢）的情况进行比较（设壁面温度不变）。(其中不锈钢 =14W.m-1K-1；铜=400W.m-1K-1) 解：无污垢：2223232296.0,21.473070ln3070lnmAmmrrrrrmmkwAtiii89.79296.012.004.0179.050003.020110)(23.32)134(065.0203.005.0)15(08.0282,2),(2tttlrAlrAtTAttAmmm空,65280502,80,501221mmrrrmmrmmrmwAtiii43-3-108.15.0105.050105130150)(wAtiii53-100.250105130150)(wAtiii43-3-104.15 .0105.014105130150)(名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档不锈钢有污垢：铜有污垢：8.用 134.2的饱和水蒸气加热 48 mm3mm 钢管内的某溶剂，由20加热到75 ， 溶 剂 的 体 积 流 量 为 6m3.h-1,， 密 度 为 1080kg.m-3， 比 定 压 热 容 为2.9kJKg-1K-1，求单位时间（每秒钟）消耗的蒸汽的量。解：9在某一化工生产流程中，换热器采用一种高温流体来预热原料液，将原料由25预热到 180；而高温流体经过换热，由300降至 200。试计算采用逆流操作与并流操作时的平均温度差，并进行比较。解：逆流：并流：10.列管式换热器由若千根长3m、外径 25 mm 的钢管组成。要求将流量为1.25 kg s -1流体从 350冷却到 300。 290的 B 流体在管内与 A 流体作逆流流动。已知 B 侧和 A 侧的给热系数分别为0 .85 kW m-2K-1和 1. 70 kW M-2K-1，管壁和污垢热阻可忽略。若B 流体出口温度为 320，求所需管子的根数。已知A 的 Cp=l. 9 kJKg-1K-1，=880 kgm-3。解：1232k111110567/.110.851.7KWm K钢管壁和污垢热阻可忽略wAtiii43-3-10975.15.0105.0400105130150)(,21,()6 10802.9(7520)2165.2436000.133/a mp ab mb mb mqcttqqqkgs解得29.9720275ln20275ln2121tttttm8.145120175ln120175ln2121tttttm名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档301018.2ln121211222112m12根据题意： T =350，T =300 t=290，t =320逆流操作，则tTt，tTtttttt()0.23552mapaQqCKAAAnrL12mTTt代入，则则可求出： n=49根12.用 300kpa 的饱和蒸汽（ 134）通人夹套式换热器夹套，使甲苯沸腾蒸发。甲苯的沸点为 110.6，汽化热为 363.5kJKg-1,，换热器的传热面积为1m2，每小时汽化 200kg甲苯。求换热器的总传热系数K。如果换热器的热损失为换热量的 10%，求每小时消耗多少千克饱和水蒸气。解：13.某单程列管式换热器内置直径为25 mm2. 5 mm 的钢管柬。操作过程中，苯在换热器的管内流动，流量为1.25kg.s-1，温度由 80冷却到 30；冷却水在管间与苯呈逆流流动，进口温度为20，出口温度为50，已知水侧和苯侧的给热系数分别为l 400Wm -2K-1和 0.75 Wm -2K-1，污垢和换热器的热损失可以忽略，试求换热器的传热面积。 苯的平均比定压热容为l.9kJ Kg-1 K-1，管壁材料的导热系数为45Wm -2K-1。解：kwqm2 .205.3633600200甲苯kmkwtAKtKAmm./86. 0)6.110134(12.202设备设备hkgskgqqmm/89.36/01.01.2168%)101(2.201.2168%101）（甲苯水kmwK2321/74.075.0145105.2140011111KWttcqapma75.118)30-809.125.1)(12,（名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档第四章习题1采用精馏操作分离正庚烷正辛烷混合物，精馏塔的塔底压力为101. 7 kPa ，塔顶压力为100. 6 kPa 。已知正庚烷 (A) 和正辛烷 (B)的饱和蒸气压为温度 / 90 98.5 100 105 110 115 120 126 pA/kPa 78.5 101.3 106.0 121.6 139.3 158.9 182.2 pB/kPa 33.9 44.8 47.2 55.3 64.3 74.1 86.1 101.3 如果正庚烷正辛烷混合物服从拉乌尔定律和道尔顿分压定律，试求：(1) 塔底温度分别为 115和 120时，塔底液体组成；(2) 塔顶温度分别为 100和 105时，塔顶馏出物组成。解： （1）塔底： 115120（2）塔顶 1002 .181030ln)2030()5080(ln2121tttttm332118.75108.817100.74 18.2mmKA tAmKt设备设备AAAxPP675. 0,325. 0)1( 1.749.1587.101-1BAAAABAABAxxxxxPxPPPP解得）（836.0,164.0)1(861827.101BAAAxxxx解得09.0,91.0)1(2.471066.100-1BAAAABAABAxxxxxPxPPPP解得）（名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档1052 设正庚烷正辛烷混合物可视为理想混合液，根据上题所给数据，计算在 101. 3 kPa下气液平衡组成，并分别绘出t-x-y相图和 y-x相图。3求不同温度下正庚烷与正辛烷的相对挥发度，用平均挥发度求平衡时的气相组成 y 与液相组成 x 的关系，并与前题的计算绪果进行比较。4在连续精馏塔内每小时精馏含乙醇10% （质量分数，下同）的水溶液 2000 kg 。要求塔顶馏出液中乙醇含量为96% ，塔底斧液中含乙醇 2% ，保持回流比 R=4，试求回流量。解：5已知连续精馏塔操作线方程为精馏段 y=0.723x+0.263 提馏段 y=1.25x-0.0187 若泡点进料，试求原料液、馏出液及塔底釜液的组成及回流比。04. 0,96.0BAAAypxpy32.0,68.0)1(3.556.1216.100BAAAxxxx解得17.0,83. 0BAAAypxpyWDWDF2000hkgWhKgDWDWxDxFxWDF/8 .1829,/2.170%2%96%102000解得hkgDLDLR/8 .6802.17044名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档解：原料液是精馏段与提馏段交点，精馏段 y=0.723x+0.263 提馏段 y=1.25x-0.0187解得 xF=0.534 精馏段：解得 R=2.61， xD=0.95 6原料液于泡点下进料，组成xF=06，流量为 152 kmolh-1。相对挥发度 =3。要求 xD=0.9，xw=0.02，R=1 。试求： (l) 精馏塔顶、塔底产品的流量及塔顶轻组分的回收率； （2） 最小回流比Rmin； （3）离开第三块理论板的液相组成。解： （1）（2）泡点进料 q=1书 126 图，129 图（3）逐板计算方法解 x3=0.51 263.0723.01111xxRxRRyDnn263. 011723. 01DxRRRWDWDF152hkmolWhKmolDWDWxDxFxWDF/82.51,/8.10002.09.06. 0152解得%86.986.01529.018.100%100FDDFxDx375.06.0818.0818.09.0minFqqDqqqDxyyxxyyxR818.06.01-316. 03) 1(1）（FFqxxy11()11112nnDRyxxyfxRRyxy11()11223.,nnDRyxxyfxRRnnyxyxy名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档7常压下连续精馏塔中分离甲醇水溶液，已知 XF=0.4, 精馏段和提馏段的操作线方程分别为y=0.63x + 0.361 y=1.805x0.00966 试求 q 值和回流比。解: 精馏段操作线，提馏段操作线，q 线交于一点，y=0.63x + 0.361 y=1.805x0.00966 解得 xd=0.3146,yd=0.5582 带入答：略。8. 将含苯 0.5（摩尔分数，下同）的苯-甲苯混合液，在连续精馏塔中分离。要求塔顶回收99.5 的苯，釜液中含苯小于0.02。饱和液体进料，回流比R = 3.0 ，相对挥发度=2.45。试求理论塔板数。若全塔效率为 60，试求实际塔板数。解：7 .1361.063.01111RxxRxRRyDnn65.014.0-3146.015582.011qqqqqxxqqyF解得10145.2ln)995.0102.01(02.0995.0ln1-log11logminwwDDxxxxN名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档泡点进料 q=1, 书 131 页吉利兰图：查第五章化学反应器习题1 在间歇釜式反应器内进行AB 的液相一级不可逆反应，反应速率方程为rA=kcA，已知反应在 162的等温下进行， k= 0.8h-1，试求转化率达到97%时所需的反应时间。解：对一级反应：2 在间歇釜式反应器内进行某反应，其动力学方程为rA=0.35cA2kmol? m-3?s-1，当 A 的初始浓度分别为1kmol? m-3和 4kmol? m-3时，计算 A 的残余浓度降低到0.01kmol?m-3时所需反应时间。解：对二级反应：357. 15.071. 071.0995.0minqqqDxyyxR71.05 .0) 145.2(15 .045.2)1(1FFqxxy4107.013357.131minRRRX151103.01minNNNNNNY层25%6015TNhxkA38.497.011ln8.0111ln1hsCCkAA0786.0min7 .48.2821-01.0135.01)11(101）（hsCCkAA079.0min75.4285)4101.01(35.01)11(102名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档3 醋酐的水解反应为(CH3CO) 2O+H 2O=2CH3COOH 已知醋酐的浓度低时， 此反应可视为假一级反应。 在 l5时的反应速率 rA=0.080 6cAmol?L-1?min -l，式中 cA为醋酐的浓度。 若使用间歇釜式反应器，每天处理溶液量为 25m3，每批料用于装、卸料等的辅助时间为25min，装料系数为 0.7,要求醋酐的转化率为 99%，试求反应釜的容积。解：对间歇反应器中的一级反应：4 在间歇釜式反应器中分别进行一级反应和二级反应，试计算转化率从 0 提高到90%与从 90%提高到 99%所需反应时间之比。解：对一级反应：0-90% 0-99% 90%-99% 对二级反应：0-90% 0%-99% min1.5799.011ln0806.0111ln1Axk330425.13.1425)251.57(60241025)(mLqVvRAxk11ln1kk303.29 .011ln11kk605.499.011ln121302.231123k)1(0AAAxxkc0019)9.019.0(AAkckc00299)99.0199.0(AAkckc3036.27.0425.1mVVRT名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档90%-99% 5 用醋酸和丁醇合成醋酸丁酯的反应为CH3COOH+C4 H9OHCH3COOC4H9+ H2O 反应在间歇釜式反应器内进行，反应温度为373 K，配料比为醋酸：丁醇 =1:4.97（摩尔比），以少量 H2SO4为催化剂，反应速率方程为rA=kcA2，式中 cA为醋酸的浓度。已知在反应温度下的速率常数k=1.046m3?kmol-1?h-1，物料的密度在反应前后不变，均为750kg?m-3，要求每天生产2400kg 醋酸丁酯，醋酸的转化率为50%，每批料的辅助时间为0.5h，求反应釜的有效容积。解：醋酸 -60，丁醇-74，醋酸丁酯 -116 二级醋酸丁酯产量：A 的转化率 50%，10190-310123Akc30/75. 17497. 4601750mkmolMcAhkmolFFhkmolFABA/57.897.4,/72.1%50862. 0000hkmol/862. 0241162400min78.32546.05.0-175.1046.15 .0)1(0hxxkcAAA）（hmqqmv/98.07507457.86072.1330025.15 .0546.098.0)(mqVvR）（名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档8 某液相反应，在25时其反应速率方程为rA=0.992cAcBkmol?m3?s-1，原料的进料量为 0.28m3? h-1，反应物的初始浓度cA0=cB0=0.08 kmol? m-3，试求： (l)采用单级连续反应釜，转化率达87.5%时，反应釜的有效容积； (2) 采用二级串联反应釜，每个反应釜的有效容积为单级连续反应釜的一半时，反应的最终转化率。解：（1）对二级反应：（2）二级串联22000.875705.611.76 min(1)0.9920.08(10.875)RAvAAVxsqkcx3055. 05576.116028.0mlqVvR12202322220.0138705.6=0.005/20.992RAAvAAAAVccqkccckmol mc解得%75.9308. 0005.008. 0Afx01201311210.08705.6=0.0138/20.992AARvAAAAccVqkccckmol mc解得名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 17 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档9 过氧化异丙苯 (CHP)在硫酸的催化作用下分解成苯酚和丙酮的反应是一级不可逆反应。在给定反应温度下， k=0. 076 7s-1。CHP 的日处理量为 192 m3。 ，要求最终转化率为99%，试计算反应在下列反应器内进行时，各反应器的有效容积。 (l)间歇式反应釜（每批料辅助时间为l h） ； (2)理想管式反应器； (3)单级连续反应釜； (4)二级串联等体积反应釜。解：(l) 间歇式反应釜（每批料辅助时间为l h） ，一级；(2) 理想管式反应器；(3) 单级连续反应釜；(4) 二级串联等体积反应釜。sxkA6099.011ln0767.0111ln13013.8)3600601(24192)(mqVvRsxkA6099.011ln0767.0111ln130133.060360024192mqVvRmin5.21129099.0-10767.099.0)1(sxkxAA）（308 .21290360024192mqVvRskxA3.117)0767.011(-199.0)11(1222302126.03 .117360024192mqVVvRR3252.0226.02mVVRR名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 17 页 - - - - - - - - -