1、分凝器流程举例,例1 苯、甲苯两组分混合物用如图所示的釜进行常压连续蒸馏加以分离（无塔板），原料直接加入釜中，进料量为100kmol/h，其组成x苯=0.7，要求得到组成为0.8的塔顶产品（以上均为摩尔分率）。塔顶用一分凝器，其中50%的蒸汽冷凝并返回塔内。出分凝器的蒸汽与冷凝液体保持相平衡。问塔顶、塔釜产量为多少？,分凝器流程,解,分凝器流程举例,分凝器流程,直接蒸汽加热的回收塔流程举例,例2 如图所示，用有两块理论板（包括塔釜）的精馏塔提取水溶液中易挥发组分，饱和水蒸汽S=50kmol/h由塔底进入，加料组成xF=0.2（摩尔分率，下同），温度为20，F=100kmol/h，料液由塔顶加入
2、，无回流，试求塔顶产品浓度xD及易挥发组分的回收率。在本题范围内平衡关系可表示为y=3x，液相组成为x=0.2时，泡点为80，比热为100kJ/kmol，汽化潜热40000kJ/kmol。,1,2,y=3x,20,直接蒸汽加热的回收塔流程举例,解,求塔顶产品浓度xD及易挥发组分的回收率,S=50kmol/h,xF=0.2,F=100kmol/h,1,2,y=3x,20,直接蒸汽加热的回收塔流程举例,y=3x,解：假设垂直小管中流体静止,小管中的水自下而上流动,小管中的水自上而下流动,例1 复杂管路的设计型问题举例,如图所示，某厂计划建一水塔，将20水分别送至第一、第二车间的吸收塔中。第一车间的
3、吸收塔为常压，第二车间的吸收塔内压力为20kPa（表压）。总管为573.5mm的钢管，管长为（30+z0）m，通向两吸收塔的支管均为252.5mm的钢管，管长分别为28m和15m（以上各管长均已包括所有局部阻力的当量长度在内）。喷嘴的阻力损失可以忽略。钢管的绝对粗糙度可取为=0.2mm。现要求向第一车间的吸收塔供应1800kg/h的水，向第二车间的吸收塔供应2400kg/h的水，试确定水塔离地面至少多高才行？ 已知20C水的黏度 Pas，可用下式计算：,573.5mm,（30+z0）,252.5mm,28m,15m,20kPa(表),1800kg/h,2400kg/h,解：这是分支管路设计型问
4、题，可沿两分支管路分别计算所需的z0，从中选取较大者。 总管：,通向吸收塔一的支路：,通向吸收塔二的支路：,为计算满足吸收塔一的供水量水塔应处的高度，在0-0面和1-1面间列机械能衡算方程：,将有关数据代入得：,解之得：,再计算为满足吸收塔二的供水量，水塔应处的高度，为此在0-0面和2-2面间列机械能衡算方程：,将有关数据代入得：,解之得：,为了同时满足第一、二车间的供水要求，应取z0、z0中较大者，即水塔离地面至少13.9m才行。实际操作时，第一车间供水量可通过关小阀门来调节。,证明：（1）k1关小，则V1 减小。假设V不变,假设V变大,现将支路1上的阀门k1关小，则下列流动参数将如何变化？
5、(1)总管流量V、支管1、2、3的流量V1、V2、V3；(2)压力表读数pA、pB。,例2 复杂管路的操作型问题分析,现将支路1上的阀门k1关小，则下列流动参数将如何变化？(1)总管流量V、支管1、2、3的流量V1、V2、V3；(2)压力表读数pA、pB。,例2 复杂管路的操作型问题分析,如图所示，从自来水总管接一管段AB向实验楼供水，在 B处分成两路各通向一楼和二楼。两支路各安装一球形阀，出口分别为 C 和D。已知管段AB、BC 和 BD 的长度分别为100m、10m和20m（仅包括管件的当量长度），管内径皆为30mm。假定总管在A处的表压为 0.343MPa，不考虑分支点 B处的动能交换和
6、能量损失，且可认为各管段内的流动均进入阻力平方区，摩擦系数皆为 0.03，试求：,例3 复杂管路的操作型问题举例,解：在AC截面（出口内侧）列柏努利方程,D阀关闭，C阀全开（ ）时，BC管的流量为多少？,D阀全开，C阀关小至流量减半时，BD管的流量为多少？总管流量又为多少？,解：在AD截面（出口内侧）列柏努利方程（不计分支点B处能量损失）,其中,对于分支管路，调节支路中的阀门（阻力），不仅改变了各支路的流量分配，同时也改变了总流量。但对于总管阻力为主的分支管路，改变支路的阻力，总流量变化不大。,解得,2在右图所示的输水系统中，阀A、B和C全开时，各管路的流速分别为uA、uB和uC，现将B阀部分
7、关小，则各管路流速的变化应为_。写出分析过程。A uA不变，uB变小，uC变小 B uA变大，uB变小，uC不变C uA变大，uB变小，uC变小 D uA变小，uB变小，uC变小,第一章习题,例 . 高度的计算,如图所示，有一粘度为1.7cP、密度为765kg/m3的液体，由一高位槽经直径1144mm的钢管流入一密闭容器中，密闭容器的表压为1.6 105Pa，流体在管内的流速为1.0m/s。如果两槽液面保持不变，且知阀门的当量长度为管内径的50倍，管子的相对粗糙度为0.002。 求：两液面的垂直距离,第一章习题,解 ：从1至2面列机械能衡算式,p1=0，p2=1.6105Pa（表压） =765
8、kg/m3，H=0 u1=u2=0,欲求（z1z2），只需求出Hf 即可,查摩擦系数图可得=0.027,第一章习题,第一章习题,例 . 流速的计算,如图所示，有一粘度为1.7cP、密度为765kg/m3的液体，由一高位槽经直径1144mm的钢管流入一密闭容器中，密闭容器的表压为1.6 105Pa，两槽液面的垂直距离为30m。如果两槽液面保持不变，且知阀门的当量长度为管内径的50倍，管子的相对粗糙度为0.002。 求：管路中输水量的大小,第一章习题,解：由机械能衡算式,-方程（1）,假设 =0.02，带入方程（1）可得,u = 2.107(m/s),查摩擦系数图可得=0.025,第一章习题,再以
9、=0.025带入方程（1）可得,u = 1.892(m/s),查摩擦系数图可得=0.0254，与=0.025基本相等。 最终流速 u = 1.892m/s,第一章习题,例 . 复杂管路的计算,如图所示，某化工厂用管路1和管路2串联，将容器A中的盐酸输送到容器B内。已知容器A、B液面上方的表压分别为0.5MPa、0.1MPa，两容器间的液位差和管路中所有局部阻力均可以忽略不计，管壁绝对粗糙度 =0.5mm。 求：（1）该串联管路的输送能力； （2）由于生产急需，管路输送能力要求增加50%，现只有9根管路3，问用管路3分别在1和2上并联，哪个方案可行？,管路1（572.5、长50m） 管路2（38
10、2.5、长50m） 管路3（382.5、长6m） 盐酸 = 2.0cP = 1150 kg/m3,第一章习题,解：（1）在容器A、B的液面间列机械能衡算式,代入机械能衡算式整理得,第一章 习 题,将式（2）代入式（1）并化简得,先假设 1 和 2 的初值，代入（3）式得 u1 ，再代入（2）式得u2 由u1 和u2 分别计算Re1 和Re2 ，,可计算得到 1 和 2 的新值，以新值代入（3）式重复计算，直至 前后计算获得的1 和 2 的值基本一致为止，通过如此试差可得：,第一章习题,u1 =1.32m/s u2 =3.28m/s,（2）方案一：在管路1上并联一管路3，其长也为50m,第一章习
11、题,联立式（1）、（4）和（5），首先假设1 、 2和3 的初值进行试差计算，可得 u1 、 u2和 u3 的数值,方案二：在管路2上并联一管路3，其长也为50m，计算结果为,第一章习题,结论：方案二可行，方案一不可行。,例1 用离心泵将江水送至高位槽。若管路条件不变，则下列参数随着江面的下降有何变化？（设泵仍能正常工作）泵的压头H，管路总阻力损失Hf，泵出口处压力表读数，泵入口处真空表读数。,管路特性曲线,平行上移,a. 采用调节出口阀门的方法,泵特性曲线方程,管路特性曲线方程,b. 采用调节转速的方法,V,V,注意：以下解法错误!，因为新旧工作点为非等效率点。,泵特性曲线方程,管路特性曲线
12、方程,如图所示，高位槽上方的真空表读数为 p，现 p 增大，其它管路条件不变，则管路总阻力损失。A增大 B减小 C不变 D不确定,例1 在套管式油冷却器里，热油在252.5mm的金属管内流动，冷却水在套管环隙内流动，油和水的质量流量皆为216kg/h，油的进、出口温度分别为150和80，水的进口温度为20。油侧对流传热系数为1.5kW/m2K，水侧的对流传热系数为3.5kW/m2K ，油的比热为2.0kJ/kgK ，试分别计算逆流和并流操作所需要的管长。忽略污垢热阻及管壁导热热阻。,习题课,逆流时：,(以外表面为基准),水,t,2,a,1,=3.5kW/m,2,K,c,p,=4.187,kJ/
13、kgK,216kg/h,油,216kg/h,T,2,=80,T,1,=150,c,p,=2.0,kJ/kgK,，,t,1,=2,0,a,2,=1.5,kW/m,2,K,解一： LMTD 法,并流时：Q、t2、K与逆流时相同,(以外表面为基准),解一： LMTD 法,结论：在相同条件下，,解一： LMTD 法,逆流时：,解二： -NTU法,以热流密度最小的热流体为基准计算。,代入式1得：,(1),(以外表面为基准),前面已求得：,解二： -NTU法,并流时：,代入式2得：,解二： -NTU法,例2 有一台现成的卧式列管冷却器，想把它改作氨冷凝器，让氨蒸汽走管间，其质量流量950kg/h，冷凝温度
14、为40，冷凝传热系数1=7000W/m2K。冷却水走管内，其进、出口温度分别为32和36，污垢及管壁热阻取为0.0009 m2K/W（以外表面计）。假设管内外流动可近似视为逆流。试校核该换热器传热面积是否够用。列管式换热器基本尺寸如下：换热管规格 252.5mm管长 l=4m 管程数 m=4总管数 N=272根 外壳直径 D=700mm 附：氨冷凝潜热 r=1099kJ/kg34下水的物性：,习题课,污垢及管壁热阻为0.0009 m2K/W（以外表面计）,LMTD 法,1=7000kW/m2K,污垢及管壁热阻为0.0009 m2K/W（以外表面计）,LMTD 法,LMTD 法,LMTD 法,例3 换热器的串联问题,习题课,习题课,
