注册化工师辅导习题课件2.ppt

1、传热复习要点 传热速率传热速率q：单位时间通过整个换热面积单位时间通过整个换热面积传过的热量。传过的热量。J/s（稳态过程为定值）稳态过程为定值）传热速率传热速率q：单位时间通过单位换热面积单位时间通过单位换热面积传递的热量，传递的热量，W/m2（即使是稳态过程，即使是稳态过程，也会随传热面积的变化而变化）也会随传热面积的变化而变化）1 niinniiiinniiiinRttAbttrrttLq1111m111111ln1)(2 平壁传热平壁传热 圆筒壁传热圆筒壁传热 niinniiinRttAbttq111111 2n.PrRe.Nu800230 np.cdud.800230圆形直管内的强制

2、湍流：圆形直管内的强制湍流：3热辐射 42410211221100100TTACQ 4总传热速率方程总传热速率方程mtKAQK的单位：的单位：W/m2 K=J/m2 K s21111 bK当传热面为平面时当传热面为平面时当传热面为圆筒时当传热面为圆筒时2122121111111ddddRddbRKm 52121lntttttm对数平均温差对数平均温差联立一任务当前换热器能否完成这传热速率方程生产任务热量衡算方程mTKATTCpWQttCpWTTCpW211112222111678 传热习题1 某炉壁由下列三种材料组成：耐火砖1=1.4W/(m),1=230mm，保温砖2=0.15W/(m),2

3、=115mm，建筑砖3=0.8W/(m),3=230mm，若其内部温度t1=900，外壁温度t4=80，则单位面积的热损失为（）W/m2。673 1020 365 793910 传热习题2 某蒸汽在套管换热器中冷凝，内管为25mm2.5mm钢管，管长2m。蒸汽在管外冷凝，冷却水走管内，管内流速为1m/s，冷却水的进口温度为20，出口温度为50，则管壁对水的膜系数为（）W/(m2)。4806 2374 1486 73211112 传热习题3 将上题中的管径缩小一半，流速及其它条件都不变，则膜系数将变为原来的多少倍？1 0.5 1.149 1.741314 传热习题4 将上题中的流速增加一倍，其它

4、条件都不变，则膜系数将变为原来的多少倍？1 0.5 4.149 1.741516 传热习题5 在套管换热器中，用冷水将流量为2000kg/h的硝基苯从80冷却到40。冷却水的进出口温度分别为15和35。试求冷却水用量。假设换热器热量损失可忽略。1718 传热习题6 蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍，其导热系数也为内层的两倍。若将两层材料位置互换，而假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？1920 传热习题7 车间内有一高和宽各为3m的炉门（黑度=0.75），其表面温度为600，室内温度为27。试求：（1）由于炉门辐射而引起的散热速率；（

5、2）若在炉门前25mm出放置一块和炉门尺寸相同而黑度为0.1的铝板作为热屏，则散热速率可降低多少？21222324 传热习题8 在套管换热器中用水冷却油，油和水呈并流流动。已知油的进出口温度分别为140和90，冷却水的进出口温度分别为20和32。现因工艺条件变动，要求油的出口温度降至70，而油和水的流量、进口温度均不变。若原换热器的管长为1m，试求将此换热器管长增至若干米后才能满足要求。设换热器的热损失可忽略，在本体所涉及的温度范围内油和水的比热容为常数。252627 传热习题9 一套管换热器，用196kPa水蒸汽加热某料液，料液在54mm2mm的管道中流动，蒸汽在管外冷凝，已知料液进口温度为

6、30，出口温度为60，流量为4000kg/h，已知料液对管壁的传热系数为500 W/(m2)，蒸汽对管壁的传热系数为10000 W/(m2)，管内壁的污垢热阻为0.0004m2K/W，忽略管壁及管外污垢的热阻，则：（1）以上换热器的管壁平均温度为（）（2）若蒸汽改为150kPa，料液出口温度为（）已知：196kPa时水蒸汽饱和温度为120，150 kPa时水蒸汽饱和温度为109，料液的定压比热容Cp=1.9kJ/(kgK)，水蒸汽汽化潜热2200kJ/kg，改变条件后认为液体物性不变，传热系数不变。2829 传热习题10 某生产过程中需用冷却水将油从105冷却至70，已知油的流量为6000kg

7、/h，水的初温为22，流量为2000kg/h。现有一传热面积为10m2的套管换热器，问在下列两种流动形式下，换热器能否满足要求。（1）两流体呈逆流流动；（2）两流体呈并流流动。设换热器的总传热系数在两种情况相同，均为300W/(m2K)；油和水的平均比热容分别为1.9kJ/(kgK)和4.17kJ/(kgK)，热损失可以忽略。303132 不满足要求满足要求要求换热器热负荷另解水并水逆并并并逆逆逆水油水水油油水QQQQhrkJTKMQThrkJTKMQTCThrkJQTTCGQhrkJTCGQmmmmoutoutPP1431001000/360025.131030025.1384.697022

8、105ln84.6970221054455001000/360025.411030025.41227084.69105ln227084.6910584.693990002217.42000399000701059.16000:33传质复习要点（吸收）亨利定律亨利定律Exp eep溶质在气相中的平衡分压，溶质在气相中的平衡分压，kPa；x溶质在液相中的摩尔分率；溶质在液相中的摩尔分率；E亨利常数，单位同压强单位。亨利常数，单位同压强单位。34填料层高度填料层高度VY+LXa=VYa+LX逆流吸收操作线方程逆流吸收操作线方程OLOLOGOGHNHNZ 传质单元高传质单元高 aKVHyOG35aea

9、abebbabababOGYYYYYYYYYYYYYYNlnmmNOG的两种计算方法：的两种计算方法：1，传质单元数法，传质单元数法2,2,吸收因数法吸收因数法LmVS S解吸因数（脱吸因数）解吸因数（脱吸因数）SmXYmXYSSNaaab1ln11OG36传质复习要点（精馏）0000babaabiiiiiiiiiPPKKPPxyKPPyxPP相对挥发度平衡常数完全理想体系37双组分精馏体系的简捷计算位置吉利兰图用法，进料板饱和蒸汽进料饱和液体进料器塔顶分凝器，塔釜再沸器塔顶全凝器，塔釜再沸11111111121lg)1)(1(lgFDFDmFDFDmmmmavWWDDmyxyaxaRxxax

10、xaRSSNaxxxxS38逐板计算相平衡关系提馏段方程精馏段方程线方程物料衡算mnmmmWmmDFyayyxxWqFRDWxWqFRDqFRDyRxxRRyqqxxqqyWDF11111139传质复习要点（萃取）三角相图的用法 杠杆规则4041424344 传质习题1 在逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收混合气中溶质组分A。进塔气体组成为0.03（摩尔比），吸收率为99%，出塔液相组成为0.013（摩尔比）。操作压强为101.33kPa、温度为27，操作条件下相平衡关系为Y=2X（XY为摩尔比）。已知 单 位 塔 截 面 上 惰 性 气 体 流 量 为54kmol/(m2h)，气相体积吸收总

11、系数为0.95kmol/(m3.h.kPa)，试求所需的填料高度。4546 传质习题2 在常压逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收空气-氨混合气中的氨。混合气的质量流速为580kg/(m2.h)，组成为6%（体积），吸收率为99%，水的质量流速为770 kg/(m2.h)操作条件下的相平衡关系为Y*=0.9X（XY为摩尔比）。若填料层高度为4米，试求气相总传质单元高度。474849 传质习题3 在常压连续精馏塔中分离含苯45%（摩尔分数，下同）的苯-甲苯混合液。要求馏出液组成为0.97，残液组成为0.03。操作条件下的物系平均相对挥发度为2.48。试分别计算以下两种进料热状况下的最小回流比。1.

12、饱和液体进料 2.饱和蒸汽进料5051575.2145.0197.0145.097.048.2148.210365.145.0197.0148.245.097.0148.21148.203.097.045.0111111111mmWDFFDFDmFDFDmRqRqxxxyxyaxaRxxaxxaRColburn饱和气进料：饱和液进料：代入数据计算：饱和蒸汽进料法饱和液体进料52 传质习题4 某制皂厂有一精馏塔使用全凝器进行冷凝。已知xD=0.97（摩尔分数），回流比R=2，常压操作时，其气液平衡关系式为y=2.4x/(1+1.4x)，则y2和x1的值为（）和（）。1.0.987,0.97 2.

13、0.944,0.931 3.0.97,0.931 4.0.944,0.875 53F,xFD,xDW,xWyWm-112nx1x2xnxm-1y2y1ym-154 传质习题5 有一精馏塔用以分离=2的A、B两组分混合物，测得自下至上到某一板的蒸汽流量为110kmol/h，其组成为yA=0.3，从上一块板落到此板的液体流量为100kmol/h，其组成为xA=0.4。设A、B的摩尔汽化潜热近似相等，热损失为零。当该板的液相默弗里板效率Eml=0.8，则离开该板的汽液相组成y=()，x=()。5556 传质习题6 精馏设计中，进料为气液混合物，且气液摩尔比为2：3，则进料热状态q值等于（）。576.

14、03560%32qq需要热量转化为蒸汽千摩尔千摩尔中有，即每千摩尔进料有：进料气液摩尔比为进料的千摩尔汽化潜热量转化为饱和蒸汽所需热况每千摩尔进料从进料状化部分的汽化潜热相同设已经汽化部分与未汽解：58 传质习题7 在常压下将组成为0.52(易挥发组分的摩尔分数)的甲醇水混合物进行简单蒸馏，规定气化率为0.4，进料量为20kmol/h。试计算：1.馏出液的流量 2.釜残液的组成 3.馏出物的平均组成 设操作范围内的汽液平衡关系为：y=0.46x+0.5855960FxxLLFyxydxLdLxxFLdLxyLdxydLdxxdLLLxydLdxxdLLdttLxtFxxLFFF料衡算得到平均浓

15、度可以由总体物，初始时忽略高阶无穷小挥发到气相中的轻组分液相中剩余的轻组分时刻，时刻，液相中的轻组分物料衡算：简单蒸馏6162 传质习题8 A、B、S三元物系的相平衡关系如图所示，现将50kg的S与50kg的B相混，试求 1.该混合物是否分成两相？若能分成两相，其组成和数量各为多少？2.在混合物中至少加多少A才能使混合物变成均相？3.从此均相混合物中除去30kg的S，剩余液体的数量和组成各为多少？6364 传质习题9 用真空冷却法进行醋酸钠溶液的结晶，获得水合盐NaC2H3O2.2H2O。料液是80的40%醋酸钠水溶液，进料量是1000kg/h。结晶器内绝对压力是2064Pa。溶液的沸点升高可

16、取为11.5。计算每小时结晶产量。已知数据：结晶热rcr=144kJ/kg水合物，溶液比热容cp=3.50kJ/(kg)，2064Pa下水的汽化热rs=2451.8kJ/kg，水的沸点为17.5。65原公式为：66 传质习题10 在常压干燥器中干燥某种湿物料。已知物料的临界含水量为0.01kg/kg绝干料。物料初始和最终干基含水量分别为0.25及0.0204。恒速阶段干燥时间为1小时，降速干燥阶段的干燥曲线为直线。试求物料在干燥器中至少要停留多长时间。物料干燥所需时间由下式计算：*2*1121lnxxxxxxxxSUGccc6768传质习题116970传质习题12 设计精馏塔常以D表示塔顶流量

17、，F表示进料量，q表示进料热状态参数。对于塔顶塔底温度都低于室温的低温精馏，下列那个说法是正确的：A D/F较大时，应采用较低的q，D/F较小时，应采用较高的q。B D/F较大时，应采用较高的q。D/F较小时，应采用较低的q。C 不论D/F多大多小，均应采用较高的q。D 不论D/F多大多小，均应采用较低的q。71q值小q值大VVFqVVFLLqqFLLFVVRDLLLqRDV110172D/F较大D/F较小q=1q=0进料组成进料组成73WDFWxDxFxRDVyxyaxaRqxxaxxaRqFDxFDxxxhrkmolFWDFFDFDmFDFDmFFWD111111011111/2.0/8.

18、005.095.02/1上升气量：最小回流比：为例小和大以试算一下：74。低温精馏量品位较低而再沸器温度较高，能，量更多地由再沸器提供大，上升气所携带的热同时，大总是有利的。大小，因此，无论大越大，冷凝器的负荷越能耗，上升气量代表了系统的小大小大小大qqFDVqqFDFDVqqFDFDRWDFDFDm/3594.28063.104063.14344.11/438.8125.10625.4688.01/75.015.025.085.0/75反应复习要点nAAnAAAAkCdtdnVkCrAdtdnVr11二者结合：与浓度关系简单级数反应反应速率为反应物化学反应速率表达767778恒温变容反应 二

19、者意义相同或者膨胀率组份的膨胀因子对反应0010AAAxxxAAAAAVVVyabaspAsSpPbBaA79间歇反应器装料系数反应器体积反应体积总时间每以上产周期所需要的对一级不可逆反应，适用任意反应级数以转化率表示设计方程非生产时间:/ln.00000VVtvVtttktCCrdxCtrdCtRttAAxAAACCAAAAA80平推流反应器 空间时间 平均停留时间 而出进AAxxAAAAAxrdxCt1000vVrdxCAAxxAAA出进nAAAAnAAxxCkkCr11081全混流反应器 AAAACCCAAAxxkkCCrCCvVrCCvV1100000对于一级不可逆反应，对产物对反应物

20、82 反应习题1 在100下,纯A在恒容间歇反应器中发生下列气相反应:AR+S A组分分压与时间关系见下表:试求在100，1atm下，进口物流中包含20%惰性物，A组份流量为100molA/h，达到95%转化率所需的平推流反应器的体积。t,sec020406080100120140160Pa atm1.000.960.800.560.320.180.080.040.0283 lVlvvV2.106100062.1sec062.18.0360015.373082.0100解：解：由数据表可知由数据表可知,PA0=0.8atm,转化率为转化率为 95%（PA=0.04）时时,反应时间为：反应时间为

21、：140-40=100sec=84 反应习题2 液相反应：主反应 付反应 从有利于产品分布的观点出发，希望得到主反应产物最多，副反应产物最少，以下四种组合中，哪一个最好？3.011BATRkCCkdtdCdtdCTRBA8.15.022BAUSkCCkdtdCdtdCUSBA85A AB浓度均高C A浓度高，B浓度低D A浓度低，B浓度高B AB浓度均低86好。比最差无疑，最好，大更重要。小比大，的方次比而且，由于尽可能小，尽可能大，越大越好，即希望解ABDCCCCCCCrrCCkkrrABABBASRBASR5.15.02187 反应习题3 对一气固相催化反应，特别是催化剂容易失活的反应（如

22、催化裂化），或气固相非催化反应（如矿石的焙烧），应选择的反应器结构型式是哪一组：A流化床或移动床 B流化床或滴流床 C固定床或流化床 D固定床或移动床88 答：A 理由：催化剂易失活，固定床不行，滴流床用于气液相反应。89 反应习题4 连续操作的反应器，若空速为2.5h-1，那么在规定的条件下，下列说法中哪个正确？A 每小时进入反应器的物料量相当于2.5个反应器体积 B 每2.5小时就有相当于一个反应器体积的物料进入反应器 C 每小时进入反应器的物料量相当于1/2.5个反应器体积 D 每1/2.5小时就有相当于一个反应器体积的物料进入反应器 90 由空间速度（空速）的定义：Sv时间1单位时间内

23、投入到反应器中的物料的体积与反应器有效容积或催化剂体积之比。A(D表达同样的意思)91 反应习题5 在间歇搅拌槽式反应器中进行醇酸酯化反应 反应物配比为A（mol）:B(mol)=1:4.97，反应在100下进行，反应器体积为1.2m3，每天生产2400千克醋酸丁酯，辅助生产时间为30分钟，混合物密度为750kg/m3，反应物装料系数为0.75，求反应物A转化率达到50%所需时间。(S)(R)(B)(A)294394342OHHCOOCCHOHHCCOOHCHSOH 92 min9.244152.060309834.075.02.1/9834.07505.737/5.7371.6344.103

24、1.6347497.4724.197.4:1:4.10360724.1724.15.0862050%8620116100100=2400/24R116 74 60 解：03httttvVhmhkgkg/hBBAkg/hkmol/h.Akmol/h.kg/kmolkg/hkg/hMSRBAi 总投料量投料量则投料量，则转化率产量93 反应习题6 等摩尔比的己二酸和己二醇在间歇反应器中以硫酸作为催化剂反应。若每天处理2400kg己二酸，每批操作辅助生产时间为1小时，反应器装料系数为0.75,转化率为80%时，求所需的反应器体积.lkmolCkmollklkmolAkCrAAA/004.0min/9

25、7.1min/02进口己二酸浓度二级反应：94 33000008.00220017.275.063.116305.9171/171004.0684.0/684.01462424005.915.85.86018.018.0004.097.111mmVVltvVhlCFvhkmolFhttthxkCdxCtRRtRAAArtAAAAr反应器体积：反应体积：解95 反应习题7 二级可逆反应 两股物料体积流量相同。物料容积为100升，反应速率常数k1=7m3/kmolmin，k2=3m3/kmolmin。当B的转化率为60%时，求每股物料的流量。在全混流反应器中进行SRBAkk2196BBBRAAAR

26、SRBABACCrVCCrVvCCkCCkrr0021A 0.12m3/min B 0.15 C 0.1 D 0.0597min/1427.02/2853.0min/2853.0min3505.01.0min3505.03696.132.08.0min/3696.148.048.0332.092.07/92.048.04.1/48.06.08.0/32.06.018.0/8.02/6.1/4.12/8.2333000mvvmmvrCClmolrlmolClmolCClmolClmolClmolCBABBBAASRBBA每一股是总流量的一半解：98 反应习题8 均相反应在一全混流反应器中进行：转

27、化率为50%。现将反应器体积扩大到原反应器的4倍，其它条件不变，其转化率将变为：A 70%B 64%C 73%D 68%2AAkkCrRA997034.0815.04145.015.015.020220012022002001AAAAAAAAAAAAAAAAAxxxkCxkCxCkCkCCkCCCrCC解：100 反应习题9 已知水煤气变换反应的正反应速率方程为：式中：yCOyCO2为一氧化碳和二氧化碳的瞬时摩尔分率；0.1013MPa压力及700K时的反应速率常数kw=0.0535kmol/(kg.h)。若催化剂的比表面为30m2/g，堆密度为1.13g/cm3，求以催化剂体积为基准的反应速

28、率常数kv。hkgkmolyykrCOCOw./4.0285.0101 解：单位换算问题hmkmolmkgkghkmolkV33346.601013.10535.0102 反应习题10 有一分解反应 AP （目的产物）rp=k1CA AS （付产物）rs=k2CA2 其中k1=1min-1，k2=1.5L/(mol.min)，CA0=5mol/L，CP0=CS0=0，体积流量为5m3/min，求转化率为90%时：1.全混流反应器出口目的产物P的浓度及所需的全混流反应器的体积；2.平推流反应器出口目的产物P的浓度及所需的平推流反应器的体积。103104105有一反应在间歇反应器中进行，经过有一反

29、应在间歇反应器中进行，经过 8min 后，反应物转化掉后，反应物转化掉 80，经过经过 18min 后，转化掉后，转化掉 90，求表达此反应的动力学方程式。，求表达此反应的动力学方程式。解：设反应为二级，则动力学方程积分式为：解：设反应为二级，则动力学方程积分式为：AA0Ax1xC1kt 219.019.0181)kC(218.018.081)kC(min180Amin80A 假设正确，故动力学方程为假设正确，故动力学方程为2AAkCdtdC 反应习题11106三级气相反应解得：三级气相反应解得：22NO2ONO2，在，在 30及及 105Pa 下，下，已 知 反 应 得 速 度 常 数已 知

30、 反 应 得 速 度 常 数smol/L1065.2k224c ，今 若 以，今 若 以B2APAPPkr 表示，反应速度常数表示，反应速度常数Pk应为何值？应为何值？解：解：已知：已知：)K(30330273T smol/L1065.2k224c RTCPii B2AC3B2APACCk)RT(CCkr P3Ck)RT(k 3CP)RT(kk 反应习题12107)Kmol/Latm(0821.0R SLatm/mol725.1)K303Kmol/Latm0821.0(Smol/L1065.2)RT(kk332243P （2）用）用Kmol/mN314.8Kmol/J314.8R SP/mol

31、10658.1)K303Kmol/mN0821.0(Smol/m101065.2)RT(kk3a12322643P 108在 555K 及 3kg/cm2下，平平推推流流管管式式反反应应器器中中进进行行反反应应：PA，已已知知进进料料中中含含 3 30 0%A A（m mo ol l 分分数数），其其余余为为惰惰性性物物料料，加加料料流流量量为为 6 6.3 3m mo ol l/s s。动动力力学学方方程程式式为为)Sm/mol(C27.0)r(3AA 为为了了达达到到 9 95 5%转转化化率率，试试求求：（1 1）所所需需空空速速为为多多少少？（2）反反应应器器容容积积大大小小？反应习题

32、13109LVVSLRTPFxCFVhSSVSxkVVVNVSVRAAAAARR10971.1183.98/83.985550848.03.033.63.0)(8.463)(129.01.117.01)7.0(1)(1.11)95.011ln(27.0111ln17.010336.1355515.27300000001100110反应习题14111 如果某一二级不可逆反应在初始浓度5mol/l下，反应到某一浓度需要285s，初始浓度1mol/l需要283s，那么，初始浓度为5mol/l反应到1mol/l需要多长时间？解：CAt51？s285s283s112在全混流反应器中进行如下等温液相反应：

33、2ABCrC=k1cA2AB2DrD=2k2cAcBA的初始浓度为2.5mol/L，A和C的出口浓度分别为0.45和0.75mol/L。假设进口物流中不含B、C、D，反应时间为1250sec，求：1.出口物流中B和D的浓度；2.k1和k2。反应习题15113 解：反应共消耗A mol/L 每消耗2个A生成1个C，生成C所消耗的A为 mol/L，生成D消耗的A为 mol/L，每消耗1个A将生成2个D，因此，D的出口浓度为 mol/L，每生成1个C伴生1个B，但每生成一个D消耗0.5个B，因此，B的浓度为 mol/L05.245.05.25.175.0255.05.105.21.155.022.0

34、1.15.075.0114smolLkkrCsmolLkkrCDDCC./10889.42.045.0201.11250./10963.245.0075.012503223121115 验：两个反应式相加：3A C+2D总摩尔数不变。出口总组成：0.45+0.75+0.2+1.1=2.5 等于初始组成。skkrrrrCDCAAA12502.045.010889.425.045.010963.2245.05.22.045.025.045.0245.05.25.02323221116 skkrrrrCBDCBBB12502.045.010889.425.045.010963.22.02.045.025.045.002.05.0323221算算试试？用117