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13.某单程列管式换热器内置直径为φ25 mm×2. 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 400W．m -2．K-1和0.75 W．m -2．K-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45W．m -2．K-1。 解：
K?11?1?0.74w/m2?k?312.5?101??1400450.75?1??1???2（80-30)?118.75KW ??qa,mcp,a(t2?t1)?1.25?1.9?
?设备?KA?tm?设备118.75?103?A???8.817?103m2K?tm0.74?18.2?tm??t1??t2(80?50)?(30?20)??18.2?t130lnln10?t2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
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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：115℃
P?PA?PB?PAxA?PB（1-xA）??PA?PAxA?120℃
?101.7?158.9xA?74.1(1?xA)解得xA?0.325,xB?0.675?101.7?182xA?86(1?xA)解得xA?0.164,xB?0.836（2）塔顶100℃
P?PA?PB?PAxA?PB（1-xA）??p?AxA.6??47.2(1?xA)解得xA?0.91,xB?0.09yA??1000106.96,xyA?0.04B?p105℃ ?100.6?121.6x?55.3(1?x)解得x?0.68,x?0.32AAAB
p?xyA?AA?0.83,yB?0.17p2．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
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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：
F?D?W?2000?D?WFxF?DxD?WxW?2000?10%?D?96%?W?2%解得D?170.2Kg/h,W?1829.8kg/hR?L?L?4D?4?170.2?680.8kg/hD5．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。 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：
?yn?1?R1xn?xD?0.723x?0.263R?1R?1
R1?0.723?xD?0.263R?1R?1解得R=2.61， xD=0.95
6．原料液于泡点下进料，组成xF=0．6，流量为152 kmol．h-1。相对挥发度α=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
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Rmin；（3）离开第三块理论板的液相组成。
F?D?W?152?D?W解：（1）
FxF?DxD?WxW?152?0.6?D?0.9?W?0.02解得D?100.8Kmol/h,W?51.82kmol/h?D?DxD100.18?0.9?100%??98.86%FxF152?0.6（2）泡点进料q=1书126图，129图
Rmin?yq??xF3?0.6??0.8181?(??1)xF1?（3-1）?0.6xD?yqyq?xq?xD?yqyq?xF?0.9?0.818?0.3750.818?0.6（3）逐板计算方法
yn?1?y?f(x)y????x1???????y2 1y?f(x) y????x2???????y3.......xn,yn2yn?1?R1xn?xDR?1R?1R1xn?xDR?1R?1
解x3=0.51
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=1.805x–0.00966 试求q值和回流比。 解:
yn?1?R1xn?xD?0.63x?0.361?R?1.7R?1R?1精馏段操作线，提馏段操作线，q线交于一点，
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y=0.63x + 0.361
y=1.805x–0.00966解得xd=0.3146,yd=0.5582 带入
y?xqq0.4x?F?0.5582??0.3146-解得q?0.65q?1q?1q?1q?1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α=2.45。试求理论塔板数。若全塔效率为60℅，试求实际塔板数。 解：
泡点进料q=1,
X?R?Rmin3?1.357??0.4107R?13?1yq?Nmin??xD??1?xw??log???1?x????x???D??w?????-1log??0.9951?0.02?ln?()?0.021?0.995????1?10ln2.45?xF2.45?0.5??0.711?(??1)xF1?(2.45?1)?0.5xD?yqyq?xq0.995?0.71?1.3570.71?0.5Rmin??word 可编辑.
化学工艺学潘鸿章版课后习题答案
