【文章內(nèi)容簡介】 ④求L。 46．某車間需要安裝一臺換熱器，將流量為30 m3/h，濃度為10℅的NaOH水溶液由20℃預(yù)熱至60℃。加熱劑為127℃的飽和蒸汽。該車間現(xiàn)庫存一臺兩管程列管式換熱器，其規(guī)格為：管徑Φ252mm，管長3m，總管數(shù)72根。問庫存的換熱器能否滿足傳熱任務(wù)？設(shè)污垢熱阻總和為∑R垢=（m2℃）/W；蒸汽走管外，其冷凝對流傳熱系數(shù)為α0=1104 W/（m2℃）。已知定性溫度下，NaOH水溶液的物性數(shù)據(jù)為：ρ=1100 Kg/m3，λ=（m℃），CP=（Kg℃），μ=103PaS；（m℃）。 解：完成該傳熱任務(wù)所需的傳熱面積，必須先求、1）求：℃ 2）求K0①先求管內(nèi)NaOH水溶液一側(cè)的 ，湍流。 ，120 ，且NaOH水溶液被加熱。 ②求K03）求Q。4）所需傳熱面積。 庫存換熱器所能提供的傳熱面積S0： 由于，故庫存的換熱器能夠滿足傳熱任務(wù)。說明：對庫存換熱器進行傳熱能力核算，必須算出傳熱面積后才能確定。47．有一碳鋼制造的套管換熱器，內(nèi)管直徑為φ89mm，流量為2000kg/h的苯在內(nèi)管中從80℃冷卻到50℃。冷卻水在環(huán)隙從15℃升到35℃。苯的對流傳熱系數(shù)αh=230W/（m2K），水的對流傳熱系數(shù)αc=290W/（m2K）。忽略污垢熱阻。試求：1）冷卻水消耗量；2）并流和逆流操作時所需傳熱面積；3）如果逆流操作時所采用的傳熱面積與并流時的相同，計算冷卻水出口溫度與消耗量，假設(shè)總傳熱系數(shù)隨溫度的變化忽略不計。解： 1）苯的平均溫度℃，比熱容cph=103J/（kgK）苯的流量Wh=2000kg/h，水的平均溫度℃，比熱容cpc=103J/（kgK）。熱量衡算式為 （忽略熱損失）熱負(fù)荷 W冷卻水消耗量 kg/h2）以內(nèi)表面積Si為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為Ki，碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)=45W/（mK） =10－3+10－5+10－3 =10－3m2K/W Ki=133W/（m2K），本題管壁熱阻與其它傳熱阻力相比很小，可忽略不計。 并流操作 80 50 ℃ 傳熱面積 m2 逆流操作 80 50 ℃ 傳熱面積 m2 因。 3）逆流操作 Si=，℃設(shè)冷卻水出口溫度為t39。2，則 80 50 ，℃， t39。2=80－=℃水的平均溫度t39。=（15+）/2=℃，c39。pc=103J（kg℃）冷卻水消耗量kg/h逆流操作比并流操作可節(jié)省冷卻水：說明：當(dāng)冷熱流體的進出口溫度相同條件下，逆流的傳熱溫度差大于并流的傳熱溫度差，即逆流傳熱推動力大于并流傳熱推動力。若使逆流與并流操作時的傳熱面積相同，則逆流時冷卻水出口溫度由原來的35℃℃，在熱負(fù)荷相同條件下，%。第五單元 精 餾51．若苯－甲苯混和液在45℃時沸騰。已知在45℃時，純苯的飽和蒸氣壓，純甲苯的飽和蒸氣壓。求其氣液相的平衡組成及相對揮發(fā)度。解：（1）平衡時苯的液相組成x苯、氣相組成y苯而因苯甲苯可當(dāng)作理想溶液，故相對揮發(fā)度為：本題要求掌握泡、露點方程及其應(yīng)用。52．在連續(xù)精餾塔中分離含苯50％（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同）的苯－甲苯混和液。要求餾出液組成為98％，釜殘液組成為1％（均為苯的組成）。求：甲苯的回收率。解： 1）把已知的質(zhì)量分?jǐn)?shù)換算成摩爾分?jǐn)?shù)M苯＝78，M甲苯＝92進料組成：餾出液組成：釜殘液組成：2）求D、W取F＝100kmol/h為計算基準(zhǔn)，由全塔物料衡算可得：F=D+W聯(lián)立兩式可得：kmol/hkmol/h3）求甲苯回收率：說明：求甲苯的回收率，即釜殘液中難揮發(fā)組分的回收率（釜殘液中甲苯量與其在原料液中的量之比）。本題要求掌握質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的換算、精餾塔的物料衡算及回收率的計算。53．在一兩組分連續(xù)精餾塔中，進入精餾段中某層理論板n的氣相組成yn＋，（均為摩爾分?jǐn)?shù)），塔內(nèi)氣液比V/L=2，求：1）回流比R；2）流入該板的液相組成xn－1；3）從該板上升的蒸氣組成yn解：1）求R由（1分）可解出：2R＝R＋1，R＝1（2）求xn－1①由精餾段操作線方程，得解出xD＝（2分）②因，代入已知量得，解出3）求yn 可用氣液平衡方程由、xn求出yn本題要求熟練運用操作線方程和平衡方程解決精餾過程有關(guān)計算問題。54．在泡點進料下，某兩組分連續(xù)精餾塔的操作線方程為：精餾段：提餾段：求：1）回流比；2）餾出液；3）釜殘液的組成；4）原料液的組成。解：1）求回流比R由精餾段操作線方程可知： 　　　 ∴R＝2）餾出液組成xD∵　　　 ∴ 3） 求因為提餾段操作線與對角線交點的橫坐標(biāo)，故聯(lián)立兩線方程： 得：＝4）求原料液組成xF當(dāng)泡點進料q＝1，此時兩操作線交點的橫坐標(biāo)即xF 得：55．在連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液。（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）。泡點進料。求：1）求每獲得1kmol/h餾出液時的原料液用量F；2），它相當(dāng)于最小回流比的多少倍？3）假設(shè)原料液加到加料板上后，則上升到加料板上的氣相組成。（已知物系的平均相對揮發(fā)度為3）解：1） 求當(dāng)D＝1kmol/h時F為多少由全塔物料衡算：代入已知量可解得：W＝，F(xiàn)＝。2）求R/Rmin，已知①泡點進料q＝1，則xq＝xF＝②由氣液平衡方程：③求Rmin，④求R/Rmin，（倍）3）求上升到加料板上的氣相組成因加料板是提餾段第一層板，故所求量為y2’①kmol/h泡點進料q＝1，已知F＝，W＝，xW＝，xF＝② 提餾段操作線方程為：，代入已知量：， ③56．在常壓連續(xù)提餾塔中，分離兩組分理想溶液。原料液流量為100kmol/h，餾出液流量為60kmol/h，（易揮發(fā)組分摩爾分率），試求；1）操作線方程；2）由塔內(nèi)最下一層理論板下流的液相組成xN。解：本題為提餾塔，即原料由塔頂加入，一般無回流，因此該塔僅有提餾段。再沸器相當(dāng)一層理論板。1）操作線方程此為提餾段操作線方程，即 其中 L′=L+qF=0+100=80kmol/h V=D=60kmol/h V′=V+（q－1）F=60+（－1）100=40kmol/h W=F－D=100－60=40kmol/h故 2）塔內(nèi)最下一層理論板下降的液相組成xN′因再沸器相當(dāng)一層理論板，故 因xN′和yW′呈提餾段操作線關(guān)系，即 解得 xN′=說明：提餾塔又稱回收塔。當(dāng)精餾目的是為了回收稀溶液中易揮發(fā)組分時，且對餾出液的濃度要求不高，不用精餾段已可達到要求，不需回流。從稀氨水中回收氨即是回收塔的一個例子。57．在常壓連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液。該物系的平均相對揮發(fā)度。（易揮發(fā)組分摩爾分率，下同），飽和蒸氣加料。塔頂采出率為40%，且已知精餾段操作線方程為y=+，試求： 1）提餾段操作線方程：2），求該板的氣相默夫里效率Emv1。解：先由精餾段操作線方程求得R和xD，再任意假設(shè)原料液流量F，通過全塔物料衡算求得D、W及xw，而后即可求出提餾段操作線方程。Emv1可由默夫里效率定義式求得。1）提餾段操作線方程由精餾段操作線方程知 解得 R= 解得 xD=設(shè)原料液流量F=100kmol/h則 D=100=40kmol/h W=60kmol/h 因q=0，故 L′=L=RD=340=120kmol/h V′=V－（1－q）F=（R+1）D－（1－q）F=440－100=60kmol/h提餾段操作線方程為 2）板效率Emv1由默夫里板效率定義知： 其中 y1=xD= y2=+= 故 說明：本題要求掌握操作線方程的含義以及默夫里效率的定義。58． 分離苯—甲苯的精餾塔有10塊塔板，總板效率為0．6，泡點液相進料，進料量為100kmol/h, 其濃度xF=，(均為苯的摩爾分率)。試討論下述幾種情況:1） 該塔的操作回流比R為多少? 有幾種解法? 試對這幾種解法進行比較。2） ? ，可采取何種措施? 對其中較好的一種方案進行定性和定量的分析。3），最小回流比為多少? 若塔頂冷凝水供應(yīng)不足，該塔還能操作嗎？4） 若因回流管堵塞或回流泵損壞，使回流比為0，此時塔頂、塔釜的組成及流量分別為多少?(設(shè)塔板效率不下降)。 解：1）求操作回流比方法一：用芬斯克方法和吉利蘭關(guān)聯(lián)圖求取由吉利蘭關(guān)聯(lián)圖查得： 對苯甲苯溶液，汽液平衡方程為。泡點進料。聯(lián)立求解與汽液平衡方程，可得線與平衡線的交點坐標(biāo)，于是最小回流比為：求得方法二：逐板試差法設(shè)，精餾段操作線 提餾段操作線 由于衡算得，所以操作線方程為： 逐板試差，計算結(jié)果如下塔板序號汽相組成液相組成10．8500．69720．7190．51030．5610．34240．4180．22650．3000．16060．2400．11070．1230．054所以第6塊板為加料板，理論板數(shù)為。假設(shè)成立。方法三：圖解試差法求回流比。（略）2）不能實現(xiàn)。從塔釜開始在對角線和平衡線之間作7個梯級（全回流），得到塔頂最大濃度，若此濃度，則可以實現(xiàn)。實際上。 使是可能的。因為此時所需要的最少理論板數(shù)即全回流量最少理論板數(shù)為5塊，而現(xiàn)有7塊板，所以達到是可能的。采取的措施可以是：①加大回流比；②改變時料熱狀況，使，使所需理論板數(shù)減少；③增加理論板數(shù)或加分離器。 3）泡點進料當(dāng)，能操作，但塔頂產(chǎn)品的濃度將降低，因為是針對一定的分離要求而言的，產(chǎn)品濃度要求降低，最小回流比的數(shù)值也變小。4）當(dāng)，該塔變?yōu)槲刑狃s段的精餾塔。此時提餾操作線將變化：斜率 所以操作線方程 代入數(shù)據(jù)得： (1)平衡線方程 (2)線方程 (3)方法一：根據(jù)沒?；亓髑疤狃s段理論板數(shù)為1塊，聯(lián)立求解式（1）、（2）和（3），用試差法求得。方法二：用圖解試差法①初設(shè)值，可確定c點；②，b點是操作線cb與垂線的交點；③在操作線cb與平衡線間梯級，若從c到b所得梯級數(shù)恰好等于原來的提餾段理論板數(shù)，則所設(shè)正確，即過b點作水平線作對角線交點d，即為回流比為零時塔頂產(chǎn)品的濃度。④若第③步中所作的梯級數(shù)不等于原來的數(shù)目，則需要重新假定由上述圖解試差法可求得，說明：本題是精餾過程的綜合應(yīng)用題，要求全面掌握精餾過程的相關(guān)知識點，對回流比、進料熱狀況、塔板數(shù)等因素對精餾分離的影響進行深入分析和討論，并能提出解決問題的方案。第六單元 吸 收61. 、溫度為20℃時，1000kg水中溶解15kg NH3。試求此時之溶解度系數(shù)H、亨利系數(shù)E