∴NOG???Y?mX21ln??1?S?1?S? 1?S?Y2?mX2?=
10.0638?0??ln??1?0.4056???0.4056?=6.88 (3分)
1?0.4056?0.00638?0?Z3=?0.44(m) (2分) NOG6.88则HOG?4．（14分）某两组分理想溶液用精馏塔分离，其进料浓度为50%（摩尔%），泡点进料，体系相对挥发度为2，塔顶出料量为进料量的60%，当回流比为0.8时，需要的理论塔板数为无穷多块，试求：
①此时塔顶、塔底的组成各为若干？
②若回流比改为1.5，保持各组成不变，理论塔板数减少，试绘出精馏段和提馏段的操作线（示意简图）。
解：已知xf=0.50，?=2，泡点进料?=1，qn,D?0.60qn,F， 则qn,W?0.40qn,F；Rmin= 0.8 (1分) ①∵ ?=1，∴x??xf=0.50 (1分) ∴y???x?2?0.502== (2分)
1?(??1)x?1?(2?1)?0.532x?y?3 (2分) 即 0.8 =?d2y??x??0.53xd?∴ xd?0.8 (1分)
又Rmin据全塔物料衡算得：qn,Fxf?qn,Dxd?qn,Wxw
即 qn,F?0.50?0.60qn,F?0.8?0.40qn,Fxw ∴ xw?0.05 (2分) ②R?1.5，故精馏段操作线为y?xR1.50.8x?d?x??0.6x?0.32( 1R?1R?11.5?11.5?1分)
如图，在Y-X图上做出精馏段操作线ab，其和?线相交于d点，连接cd即为提留段操作线。 (4分)
试卷二：
1、（14分）用轴功率为0.55kW的离心泵，将敞口储槽中的液体输送至表压为90 kPa的密闭高位槽中。已知液体的流量为4m/h，密度为1200kg/m、黏度为0.96×10Pa·s ；输送管路的内径为?38mm?3mm，管路总长度为50m（包括管件、阀门等当量长度）；两槽液位维持恒定的高度差15 m。试计算该离心泵的效率。摩擦系数?可按下式计算：层流时?时?3
3
-3
?64，湍流Re?0.3164。
Re0.25，
，
，
解：选敞口储槽液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，并以截面1-1为基准水平面，在两截面间列伯努利方程，即 (1分)
2u12p2u2gz1???W?gz2????hf (3分)
?2?2p1式中，z2?z1?15m；p1?0（表压），p2?90000Pa（表压），u1?u2?0， (1分) 管内流速 u?4?1.382 m/s (1分)
3600?0.785?0.0322Re?du???0.032?1.382?12004?5.528?10>4000,故属湍流。 (1分) ?30.96?10 ∴??0.31640.3164??0.0206 (1分)
Re0.25(5.528?104)0.25501.3282?lu2?1.5)??32.17J/kg (2分) ???)?∴?hf?(??=(0.0206?20.032d2代入伯努利方程: W?gz2?p2???hf?9.81?15?90000?32.17?254.32J/kg(1分) 1200Pe?WqV??254.32?4?1200/3600?339.1(W) (2
分)
故??
2．（10分）在由118根?25?2.5mm，长为3m的钢管组成的单程列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。已知加热蒸汽的温度为132.9℃，空气的质量流量为7200kg/h，空气的进、出口温度分别20℃和60℃，操作条件下的空气比热为1.005 kJ/(kg?℃)，空气的对
22
流传热系数为50 W/(m?℃)，水蒸汽冷凝的对流传热系数为8000 W/(m?℃)，假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求： （1）加热空气需要的热量Q为多少？
Pe339.1??61.6%(W) (1分) P550（2）以管子外表面为基准的总传热系数K为多少？ （3）此换热器能否完成生产任务？
解：（1）由热量衡算可得：
Q?qm,cCp,c(t2?t1)?7200/3600?1.005??60?20??80.4kW (2分) （2）K2?11?2?d2?1d1?110.025?80000.02?50?39.8 W/(m?℃) (2分)
2（3）传热平均温差 ?t??t1??t1?(132.9?20)?(132.9?60)?91.45 (2分)
m?t132.9?20lnln1132.9?60?t2∴ A2?Q80400??22.1m2 (2分)
K2?tm39.8?91.45已知换热器面积A2?n?d2l?118?3.14?0.025?3?27.8m (1分)
2?所需换热面积：10.3m<12m，故换热器能够完成任务。 (1分)
3．（12分）在常压填料吸收塔中，以清水吸收焦炉气中的氨气。在操作条件下，焦炉气中氨的浓度YA,1为0.0134（摩尔比），惰性气体流量为220kmol/h，要求回收率不低于99％。若吸收剂用量为最小用量的1.5倍，操作条件下平衡关系为YA=1.2XA，塔的横截面积为1.4m，气相体积吸收总系数KYa=200 kmol/(m·h)，求填料层高度。
3
2
22解：根据已知条件： X2?0；Y2?Y1(1??)?0.0134?(1?99%)?0.000134 (1分)
Y?Y20.0134?0.000134?L???1.2 (2分) ???10.0134?G?minY1?X21.2mL?L??1.5???1.5?1.2?1.8 (1分) G?G?min∴ X1?G?Y1?Y2??1?(0.0134?0.000134)?0.0074 (1分) L1.782(Y1?Y1?)?(Y2?Y2?)(0.0134?1.2?0.0074)?0.000134?Ym???0.00124 (2分) ?0.0134?1.2?0.0074Y?Y1lnln10.000134Y2?Y2? NOG?Y1?Y20.0134?0.000134??10.6 (1分) ?Ym0.00124 HOG?G220??0.79m (2分)
KYa?200?1.4 Z?HOGNOG?0.79?10.6?8.4m (2分)
答：总传质单元数为10.6，填料层高度为8.4 m 。
4．（14分）已知苯与甲苯两组分体系某常压连续精馏过程的图解法求理论塔板数的过程如右图，若已知进料流量为120kmol/h，总板效率为60%，试求：
（1）适宜回流比为最小回流比的多少倍？ （2）提馏段内的气、液流量为多少？ （3）所需实际塔板数为多少块？
解：由图可知：xD?0.95，xF?0.30，
xW?0.10，NT=9(不含再沸器)，q=1，
xP=0.30，yP=0.52,，
(2分) 即
xD?0.226 R?10.95?0.226，∴R=3.20 (1分) R?1xD?yP0.95?0.52==1.95 (2分)
yP?xP0.52?0.30又Rmin?∴
R=3.20/1.95=1.64 (1分) Rmin②由全塔物料衡算得：F?D?W 即120?D?W
FxF?DxD?WxW 120?0.30?D?0.95?W?0.10 (1分)
∴ D?28.24(kmol/h)， W?91.76(kmol/h) (1分)
L?RD?3.20?28.24?90.37(kmol/h) (1分)
L??L?q?F?90.37?1?120?210.37(kmol/h) (1分)
V?(R?1)D?4.20?28.24?118.61(kmol/h) (1分)
V??V?(q?1)F?118.61?0?118.61(kmol/h) (1分)
③∵NT=9(不含再沸器),?=60% ∴NP?
NT?=
9=15(块) (2分) 60%