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1、1. 用25的水将物料2000kg/h在一换热器内由80冷却到40，水出换热器温度为35，问每小时需要多少吨水？物料比热容为0.4kcal/(kg)。解：物料放出热量Q物 2000 (80 - 40) 0.4 32000 kcal/hW水 32000/（35 - 25） 1 3200 kg/h答：每小时需要25的水3.2吨。2. 某换热器，用20水冷凝冷却100水蒸汽至50，如果每小时要处理100吨水蒸气时，问需要20水多少吨？(设出口冷流体温度为40；水的比热为4.2kJ/kg；水的潜热为2258.4kJ/kg)解：蒸汽冷凝降温至50水时放出的热量 汽化潜热 冷却放热Q汽 100 1000
2、(80 - 40) 2258.4 4.2 (10050) 2468400000 kJ/hW水 246840000032000 /（40 - 20） 4.2 29385714 kg/h答：每小时需要20的水约2939吨。3. 将0.5kg/s、80的硝基苯通过一换热器，用冷却水将其冷却到40。冷却水初温为30，终温不超过35。试求该换热器的热负荷及冷却水用量。硝基苯的比热为1.6kJ/kg，水的比热为4.19 kJ/kg。解：Q物 0.5kg/s 1.6kJ/kg (80 - 40) 32 KWW水 32 /（35 - 30） 4.19 1.53 kg/s答：换热器的热负荷是32kW，需要冷却水
3、量1.53kg/s。4. 某换热器中用120kPa的饱和水蒸汽加热苯。苯的流量为5m3/h，从20被加热到70。若设备的热损失集中于饱和蒸汽一侧，估计为Q冷的8，试求热负荷及蒸汽用量。(苯的比热为1.75kJ/(kg)，密度为855kg/m3。120kPa饱和水蒸汽潜热为2246.8kJ/kg) 解：由于热损失Q集中于热流体一方，所以热负荷为Q冷。Q冷 5m/3600s 855kg/m 1.75kJ/kg （70 - 20） 103.91 KWQ热 103.91 108% 112.22 KWW汽 112.22 KW / 2246.8 kJ/kg 0.05 kg/s答：热负荷为112.22 KW
4、，蒸汽用量为0.05kg/s。5. 有一蒸汽管道长100m，管道外径为170mm，外面包着一层保温灰，其厚度为60mm，导热系数为0.0697J/s.m.k，保温层内表面温度为563K，外表温度为323K，求单位时间蒸汽管道上的热损失解：内0.085m，外0.145m，L100m，t2563K，t1323K， 0.0697J/S.m.k因为内/外2 再确认计算过程中公式、单位再确认，A均可取算术平均值A均 （A内 A外）/2 （内 外） 3.14 （0.085 0.145） 100 72.22 mQ A均（t2 - t1）/(外 -内) 0.0697 72.22 (563 -323)/(0.1
5、45 0.085) 201 KJ/s答：管道上的热损失为201kJ/S。6. 为了减少热损失和保证安全工作条件，在外径为159mm的蒸汽管道上包裹保温层。蒸汽管道外壁的温度为300，保温材料为水泥珍珠岩制品，水泥珍珠岩制品的导热系数随温度的变化关系为0.0651 0.000105t。其中，的单位为W/m.K；t为。要求包裹保温层后外壁的温度不超过50，并要求将每米长度上的热损失控制在300W/m，则保温层的厚度为多少？解：保温层平均工作温度为t （300 50）/ 2 175 0.0651 0.000105 175 0.0835 W/m.K Q qA 2L（t1 - t2）/ ln(r2/r1
6、) ln(r2/0.0795) 2L（t1 - t2）/ Q 2 3.14 1 0.0835 (300-50) / 300r2 0.123 m保温层的厚度 0.123-0.0795 0.0435 m答：保温层的厚度为43.5毫米7. 如图中含有60%(重量)乙醇的溶液，以每小时1000千克的加料量进入精馏塔，要求塔顶产出90%乙醇，塔釜出来的残液中含乙醇小于10%，试计算每小时产量和残液量。解： F W D 1000总乙醇量 F 进料浓度 W 产品浓度 D 残液浓度1000 0.6 D 0.9 W 0.1 D 0.9 (1000 - D) 0.1D 625 kgW 375 kg答：每小时产量6
7、25吨，每小时残液量375吨。8. 每小时将15000kg含苯40%和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2%(以上均为质量百分率)，塔顶馏出液的回流率为97.1%。试求馏出液和釜残液的流量及组成，以千摩尔流量及摩尔分率表示。(苯的分子量为78；甲苯的分子量为92)解：1. 40/78进料组成Xf 0.4440/78 98/92 2/78釜液组成Xw 0.02352/78 98/922.原料液的平均分子量为：Mf 0.44 78 0.56 92 85.8 kg/kmol进料量F 15000 / 85.8 175 kmol/h3.DXD/ FXf 0.971DXD 0
8、.971 175 0.444.全塔总物料衡算为：D W 175全塔苯的衡算为：DXD 0.0235W 175 0.445.联立以上三式解得：W 95 kmol/h D 80 kmol/h XD 0.935答：馏出液的流量为80kmol/h，釜残液的流量为95kmol/h，馏出液易挥发组分的摩尔分率为0.935。9. 某塔进料量为4500kg/h，苯含量为20，要求塔顶含苯90，塔釜含苯0.5，则塔顶、塔釜采出应为多少？解：已知F 4500kg/h，XF 0.2，XD 0.9，XW 0.005由F D W得4500D W由FXF DXD WXW 即45000.20.9D 0.005W联立两式得W
9、 3520kg/h D 980kg/h答：塔顶采出量3520kg/h，塔釜采出量980kg/h。10.某厂有浓度为10%(重量)的盐水50吨。用蒸发的方法使盐水浓缩到浓度为50%，浓缩过程原料损失为1%。试作浓缩过程的物料平衡。答：浓缩前溶质的质量应该等于浓缩后溶质的质量与损失的质量之和设浓缩后盐水的重量为x吨50 0.1 50 0.1 0.01 0.5XX 9.9吨答：浓缩后的盐水重9.9吨。11.如图，左右两容器中都盛有氮气和氨的混合物，两容器间有长0.1m的连通管，在左容器中氨的分压为PA1 1.1013104Pa，在右容器中氨的分压为PA2 0.507104Pa，每个容器中的气体浓度都
10、是均匀的。连通管很小，扩散很慢，可以认为在一定的时间内PA1，PA2不变化。整个系统保持恒定的总压P 1.0132105Pa和温度T 298K，扩散系数D 0.2310-4Pa。整个系统可以看成等摩尔反向扩散。求NH3和N2的传质通量与扩散通量。解：等摩尔反向分子扩散模型的传质公式NA (D/RT)( PA1-PA2) (1.013 104 - 0.507 10-4) 0.23 10-4 / (8314 298 0.1) 4.70 10-7 kmol/sJA NA 4.70 10-7 kmol/m2sJB -JA -4.70 10-7 kmol/m2s答：NH和N2的传质通量为4.7010-7
11、kmol/m2s，NH的扩散通量都为4.7010-7kmol/m2s，N2的扩散通量为-4.7010-7kmol/m2s。12.如图所示，直立小管中盛有一些水，小管与空气导管相连，空气平稳地流过小管口。由于扩散很慢，可认为空气流经小管口前后，水蒸汽压不变，保持pA2 1000Pa，且导管中蒸汽分布均匀；小管与左端一较大容器相连通，在一定时间范围内，可认为小管中的液面保持恒定。该扩散可以看作是通过停滞的组分层的稳定分子扩散。如水及空气均25，这时水蒸汽在空气中的扩散系数为0.256cm2/s，系统总压为3104Pa，求水蒸汽的传质通量。(25时水蒸汽的饱和蒸汽压为3168Pa) 解：通过停滞的组
12、分层的稳定分子扩散模型传质公式NA (D/RT)( PA1-PA2)(P/PBm) PB1 P - PA1 3 104 3168 2.683 104 PaPB2 P - PA2 3 104 - 1000 2.9 104 PaPBm (PB1 PB2)/2 (2.683 2.9) 104/2 2.7916 104P/PBm 3 104 / 2.7916 104 1.0747扩散系数D 0.256 10-4 m2/s，R 8314 m3Pa/kmolKNA (3168 - 1000) 1.0747 0.256 10-4 / (8314 296 0.4) 2.4 10-7 kmol/s答：水蒸汽的传
13、质通量为2.410-7 kmol/m2s。13.如图所示，左右两个大容器内分别装有浓度不同的NH3和N2两种气体的混合物。联通管长0.61m，内径24.4mm，系统的温度为25，压强为101.3kPa。左侧容器内NH3的分压为20kPa，右侧容器内NH3的分压为6.67kPa。已知在25、101.3kPa的条件下NH3N2的扩散系数为2.3010-5m2/s。试求单位时间内自容器1向容器2传递的NH3的量，kmol/s。解：根据等摩尔反向分子扩散模型的传质公式NA (D / RT)( PA1 - PA2) (20 - 6.67) 2.30 10-5 / (8314 298 0.61) 2.03 10-7 kmol/s联通管截面积为A 1/4d 3.14 0.0244/4 4.68 10-4单位时间由截面传递的NH3量为NA 2.03 10-7 4.68 10-4 9.05 10-11 kmol/s答：单位时间内自容器1向容器2传递的NH3的量为9.5010-11 kmol/s。14.在20及101.33kN/m2下，CO2与空气的混合物缓慢地沿Na2CO3溶液液面流过，空气不溶于Na2CO3溶液。CO2透过厚1mm的静止空气层扩散到
