石油化學(xué)工程原理課后習(xí)題答案

石油化學(xué)工程原理課后答案第一章 流體流動(dòng)1-1 已知油品的相對(duì)密度（即比重）為0.9，試求其密度和比容。解： 1-2 若將90kg密度為的油品與60kg密度為的油品混合，試求混合油的密度。解：混合后各油品的重量百分比： 由 得： 1-3 氫和氮混合氣體中，氫的體積分率為0.75。求此混合氣體在400K和的密度。解：混合氣體平均分子量： 1-4 如題圖所示，用U形管壓差計(jì)測(cè)定氣體反應(yīng)器進(jìn)。出口處的壓力，測(cè)得，試求此反應(yīng)器底部A和頂部B處的表壓和絕壓為多少。當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Α＝猓篈處的表壓： A處的絕壓： A、B處的壓差： 則B處的表壓： B處的絕壓：1-5 用U形管壓差計(jì)測(cè)定氣體管路中某兩點(diǎn)的壓力差，壓差計(jì)中的指示液為水，其密度為，壓差計(jì)讀數(shù)為500mm。試計(jì)算兩點(diǎn)的壓力差為多少。解：1-6 為了放大所測(cè)氣體壓差的讀數(shù)采用如圖1-10所示的斜管壓差計(jì)，。若壓差計(jì)內(nèi)裝密度為的95%乙醇溶液，壓差計(jì)讀數(shù)R為29mm。試計(jì)算壓力差，分別用SI單位和工程單位表示。1-7 密度為的原油經(jīng)過直徑為的鋼管流動(dòng)，流速為，試求原油的體積流量、質(zhì)量流量和質(zhì)量流速。解：已知 1-8 比重為1.83的硫酸經(jīng)由直徑為和的管子串聯(lián)管路，體積流量為。試分別求硫酸在兩種直徑管中的質(zhì)量流量、流速和質(zhì)量流速。解： 1-9 如題圖所示，從容器A用泵B將密度為油品輸送到塔C頂部。容器內(nèi)與塔頂?shù)谋韷毫θ珙}圖所示。管子規(guī)格為。油品的輸送量為，輸送管路的全部能量損失為，試求泵的有效功率。解：管內(nèi)流體的流速： 以容器A的液面為截面1，以塔C為截面2 在1-2截面間列柏努利方程： 得： 1-10 如題圖所示，從敞口高位槽向精餾塔加料，高位槽液面維持不變，塔進(jìn)料口處的壓力為（表壓）。原料液的密度為，管子直徑，從高位槽至塔的進(jìn)料口處的阻力損失為。試問要維持的加料量，高位槽中的液面須高出塔的進(jìn)料口多少米？解：管內(nèi)流體的流速： 以高位槽的液面為截面1，以進(jìn)料管入口為截面2 在1-2截面間列柏努利方程： 得：1-11 如題圖所示為一由敞口高位槽的穩(wěn)定供水系統(tǒng)，管徑為。已知從高位槽液面至管出口處的能量損失為（u為管內(nèi)流速）。試求水的流量為多少？欲使水量增加20%，應(yīng)將高位槽水面升高多少米？解：以高位槽的液面為截面1，管出口為截面2 在1-2截面間列柏努利方程： 得： 若使水量增大20%，則 在1-2截面間列柏努利方程： 得： 即需要將高位槽水面升高至10.64m。1-12 如圖所示，一油水分離器中的油水分界面借助于形管來維持和調(diào)節(jié)，有關(guān)尺寸如附圖所示。油的密度為，水的密度為。試計(jì)算：如閥1和閥2均全關(guān)閉時(shí)，油水分界面高度H為多少米？（忽略形管中的阻力損失）如打開閥2時(shí)，H為多少米？（忽略形管中的阻力損失）如水在形管中的流動(dòng)阻力損失時(shí)，重新計(jì)算和的內(nèi)容。解：當(dāng)閥1和閥2均全關(guān)閉時(shí)，以油水界面為截面1，以形管管頂為截面2。 在1-2截面間列柏努利方程： 式中：，（表壓）， ，（表壓）， 代入式中： 整理得： 得：打開閥2而不考慮阻力損失，以油水界面為截面1，以閥2為截面位。 在1-3截面間列柏努利方程： 式中：，（表壓）， ，（表壓）， 代入式中： 整理得： 得：若考慮阻力損失：在中閥1、2關(guān)閉時(shí)： 得： 在中閥2打開時(shí)： 得：1-13 25的水以的流量在直徑為的鋼管中流動(dòng)，試判斷其流動(dòng)型態(tài)。如換成密度為、粘度為387cP的油品以同樣的流量流動(dòng)，試判斷其流動(dòng)型態(tài)。解：25的水的， 油品：1-14 述所述的輸送管路，管中的流量達(dá)到多少時(shí)，水由層流開始向湍流流動(dòng)？如油品保持層流流動(dòng)，其管中的最大流速為多少？解：對(duì)于水：由層流時(shí) 得： 對(duì)于油品：由層流時(shí) 得：1-15 水在的水平鋼管中流動(dòng)，溫度為20，管長100m，水的質(zhì)量流量為。求直管阻力損失為多少？分別以、和表示。（管壁絕對(duì)粗糙度取）解：20水的物性：， 由查圖1-28得： 則 1-16 有一熱交換器，外殼內(nèi)徑為300mm，內(nèi)裝有60根直徑為的光滑管組成的管束?？諝庖缘牧髁吭诠芡馄叫辛鬟^，空氣的平均溫度為30，換熱器長度為4m。試估算空氣通過換熱器時(shí)的壓力降，以和表示。解：30空氣的物性：， 以光滑管形式來確定： 則 1-17 用泵將密度為、粘度為80cP的燃料油通過直徑為的鋼管輸送到油罐。管路的直徑長度為520m,管路上有兩個(gè)全開閘閥,6個(gè)90標(biāo)準(zhǔn)彎頭，油從油罐的側(cè)面進(jìn)入。當(dāng)燃料油的流量為時(shí)，整個(gè)管路的能量損失和壓力降為多少？解： 管件的阻力系數(shù)：入口，出口 全開閘閥，90標(biāo)準(zhǔn)彎頭 1-18 如題圖所示由高位槽通過管徑的鋼管（絕對(duì)粗糙度）向用戶供水。水的溫度為20，流量為。管線的直管長度為35m，管路上有一個(gè)全開閘閥，2個(gè)90標(biāo)準(zhǔn)彎頭。試求整個(gè)輸送管路的壓力損失和壓力降。解：20水的物性： 由查圖1-28得 管件的局部阻力系數(shù)：入口，出口 全開閘閥，90標(biāo)準(zhǔn)彎頭 1-19 如題圖所示為一輸油管路。已知管路為的鋼管，A、B間的直管長度為40m，其間有6個(gè)90標(biāo)準(zhǔn)彎頭，油的密度和粘度分別為和。在A和B點(diǎn)的壓力表讀數(shù)分別為和。其他數(shù)據(jù)如附圖所示。試計(jì)算管路中油的流量。解：在A、B截面間列柏努利方程： 式中：， ， 對(duì)于鋼管取，則 先假設(shè)在阻力平方區(qū)，由圖1-28查得 則可計(jì)算得： 校驗(yàn)： 按層流計(jì)算，將代入公式： 整理得： 得： ，假設(shè)成立 即管路中油的流量： 1-20 用泵將20的液體苯從貯槽輸送到反應(yīng)器，經(jīng)過排管，直管長度為42m，管路上有兩個(gè)90標(biāo)準(zhǔn)彎頭，一個(gè)半開的閘閥。管路出口在貯槽液面以上12m。貯槽與大氣相通，反應(yīng)器在（表壓）下操作。苯的流量為，試設(shè)計(jì)管徑，并計(jì)算泵的有效功率。解：由表1-2取苯在管路中的流速為 20下苯的物性：， 由得 由附錄十九取管徑為的鋼管，則流體實(shí)際流速為 取則查得 局部阻力系數(shù)：入口，出口，90標(biāo)準(zhǔn)彎頭 半開閘閥， 在貯槽及反應(yīng)器間列柏努利方程： 式中：， ， 1-21 有一水平輸送原油的管路，管徑為，總長度為42km。原油的流量為，密度和粘度分別為和300cP，管路兩端壓差保持不變，試問： 在管路下游1/3處并聯(lián)一條同樣直徑的管子時(shí)，原油輸送量增到多少？ 欲使原油流量增加50%，需并聯(lián)多長的管子？解：在管路下游1/3并聯(lián)一條同樣直徑的管子時(shí)： 并聯(lián)前的 由于流體的粘度較大，可假設(shè)并聯(lián)管路后仍為層流 根據(jù)并聯(lián)管路特點(diǎn)，并聯(lián)部分的管路阻力損失相等 而 即： 由于管徑及管長均相等，則有 則并聯(lián)后的總管流速為： 由于管路兩端點(diǎn)壓差不變，則在并聯(lián)前后的總阻力應(yīng)保持不變 并聯(lián)前的阻力： 并聯(lián)后的阻力： 由于，則有 即代入數(shù)據(jù)可得 解得： 檢驗(yàn)： 假設(shè)成立 若使原油流量增大50%，則，而 由于管路兩端點(diǎn)壓差不變，則在并聯(lián)前后的總阻力應(yīng)保持不變 并聯(lián)前的阻力： 并聯(lián)后的阻力： 由于，則有 即代入數(shù)據(jù)可得 即需并聯(lián)28km的同樣直徑的管路。1-22 如題圖所示由敞口高位槽A分別向反應(yīng)器B和吸收塔C穩(wěn)定的供給20的軟化水，反應(yīng)器B內(nèi)壓力為，吸收塔C中真空度為73.5mmHg?？偣苈返囊?guī)格為，長度為；從分支點(diǎn)至反應(yīng)器B的管路規(guī)格為，長度為15m；從分支點(diǎn)至吸收塔C的管路規(guī)格為，長度為20m（以上管長均包括各自管路上的各種局部阻力的當(dāng)量長度）。整個(gè)管道為無縫鋼管，其粗糙度可取0.15mm。如果要求向反應(yīng)器B供給水流量為，向吸收塔C供給水流量為，問高位槽液面至少高于地面多少？解：20水的物性：， 以分支點(diǎn)為O點(diǎn)，則在OB段中的流速為： 由查圖1-28得 則根據(jù)柏努利方程可得O點(diǎn)的總比能為： 則在OC段中： 由查圖1-28得 則根據(jù)柏努利方程可得O點(diǎn)的總比能為： 取兩個(gè)中較大者，即 在總管中的流速： 由查圖1-28得 則在A與O間列柏努利方程： 即高位槽距地面至少11.44m，此時(shí)OB段應(yīng)適當(dāng)關(guān)小閥門。1-23 在的輸送空氣管道中心安裝了一個(gè)皮托管，空氣的溫度為21，壓力為1atm（絕壓）。用一微差壓差計(jì)測(cè)定壓差，指示液為油和水，其密度分別為和。當(dāng)壓差計(jì)讀數(shù)為50mm時(shí)，空氣的質(zhì)量流量為多少？解：21空氣的物性：， 壓差計(jì)指示值： 由皮托管測(cè)得的管中心流速： 查圖1-25得 即 1-24 在直徑的輸送輕油管路上，安裝了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)以測(cè)量輕油的流量。已知孔板孔徑為60mm，在操作溫度下輕油的密度為，運(yùn)動(dòng)粘度為1cSt。當(dāng)U形管壓差計(jì)讀數(shù)為1250mmH2O時(shí)，輕油的體積流量和質(zhì)量流量各為多少？解： 先假設(shè)為定值，由查圖1-41得 再由此查得，如上法計(jì)算后得 ， 再由此查得基本不變，則認(rèn)為此即為管內(nèi)的實(shí)際流速 則 1-25 在輸送空氣管道上安裝了一個(gè)孔徑為75mm的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，孔板前空氣壓力為，溫度為25。問當(dāng)U形管壓差計(jì)讀數(shù)為145mmH2O時(shí)，流經(jīng)管道空氣的質(zhì)量流量為多少？解：25，1atm下空氣的物性， 則在下 先假設(shè)為定值，由查圖1-41得 在定值區(qū)，假設(shè)正確，則認(rèn)為此即為管內(nèi)的實(shí)際流速 則 1-26 密度為，粘度為2cP的某溶液，通過的鋼管流動(dòng)，最大流量為，U形管壓差計(jì)的讀數(shù)R最大不超過400mmHg，試計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的孔板孔徑。解： 假設(shè)在極限點(diǎn)上，查圖1-41得 根據(jù)代入數(shù)據(jù) 解得： 校驗(yàn)：由查圖1-41得 再代入前式中求得 則再由查圖1-41得， 即選用孔徑為55mm的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)。1-27 轉(zhuǎn)子流量計(jì)出廠時(shí)是以20和1atm條件下的空氣進(jìn)行標(biāo)定的，現(xiàn)用來測(cè)定密度為的裂解氣的流量，當(dāng)讀數(shù)為時(shí)，裂解氣的流量為多少？解：20和1atm條件下的空氣的 第二章 流體輸送機(jī)械2-1 用15的水進(jìn)行某離心泵的性能實(shí)驗(yàn)，水的體積流量為，泵入口真空表讀數(shù)為180mmHg，泵出口壓力表讀數(shù)為，軸功率為1.77kW。真空表與壓力表間垂直距離為400mm，吸入管與排出管的直徑分別為和。試求該流量下離心泵的壓頭和效率。解：15水的密度為 以真空表位置為1截面，壓力表位置為2截面 (表壓) （表壓） ， 在1、2截面間列柏努利方程： 2-2 原來用于輸送水的離心泵現(xiàn)改為輸送密度為的水溶液，水溶液的其它性質(zhì)可視為與水相同。若管路狀況不變，泵前后兩個(gè)敞口容器的液面間的高度不變。試問： 泵的壓頭有無變化； 泵的出口壓力表讀數(shù)有無變化； 泵的軸功率有無變化。解：由于管路狀況不變，泵前后敞口容器的液面差不變，而只是密度變化。 在兩敞口容器液面間列柏努利方程： ， 因此泵的壓頭不變。 在泵的出口壓力表與出口容器液面間列柏努利方程： ， 因此泵的出口壓力表讀數(shù)發(fā)生變化，其變化為： 軸功率： 因此泵的軸功率發(fā)生變化，其變化為：2-3 某臺(tái)離心泵在轉(zhuǎn)速為時(shí)，輸水量為，壓頭為20mH2O?，F(xiàn)因馬達(dá)損壞，用一轉(zhuǎn)速為的電動(dòng)機(jī)代用，問此時(shí)泵的流量、壓頭和軸功率將為多少？（泵的效率取60%）解：轉(zhuǎn)速變化后，其他參數(shù)也相應(yīng)變化。 2-4 在海拔1000m的高原上，使用一離心清水泵吸水，已知該泵吸入管路中的全部壓頭損失與速度頭之和為6m水柱。今擬將該泵安裝于水源水面之上3m處，問此泵能否正常操作？該處夏季水溫為20，泵的允許吸上真空度為6.5m。解：海拔1000m處的大氣壓 因此該泵不能正常操作。2-5 用油泵從貯罐向反應(yīng)器輸送液態(tài)異丁烷。貯罐內(nèi)異丁烷液面恒定，其上方的壓力為（絕壓）。泵位于貯罐液面以下1.5m處，吸入管路的全部壓頭損失為1.6m。異丁烷在輸送條件下的密度為，飽和蒸汽壓為。在泵的性能表上查得，在輸送流量下泵的允許氣蝕余量為3.5m。試確定該泵能否正常操作。解：該泵的允許安裝高度為： 實(shí)際安裝高度： 因此該泵不能正常工作。2-6 在某一車間，要求用離心泵將冷卻水由涼水塔下的水池經(jīng)換熱器返回涼水塔，入涼水塔的管口比水池液面高10m，管口通大氣，管路總長（包括當(dāng)量長度）為400m，管子直徑均為，換熱器的壓頭損失為，在上述條件下摩擦系數(shù)取0.03，離心泵的特性參數(shù)如下表所示。試求： 管路特性曲線； 泵的工作點(diǎn)及其相應(yīng)流量和壓頭。Q,00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H,m2625.524.5232118.515.5128.5解：在水池與涼水塔管口間列柏努利方程： 式中：， 代入式中得： 此即為管路特性曲線。 在坐標(biāo)中描繪出管路特性曲線和泵特性曲線，兩曲線的交點(diǎn)即為泵的工作點(diǎn)。從圖中可求出泵的工作點(diǎn)為，。2-7 有下列輸送任務(wù)，試分別提出合適類型的泵： 往空氣壓縮機(jī)的氣缸中注油潤滑； 輸送番茄汁至裝罐機(jī)； 輸送帶有粒狀結(jié)晶的飽和鹽溶液至過濾機(jī)； 將水送到冷卻塔（塔高30m，水流量為）； 將洗衣粉漿液送到噴霧干燥器的噴頭中（噴頭內(nèi)壓力為100atm，流量為）； 配合pH控制器，將堿液按控制的流量加進(jìn)參與化學(xué)反應(yīng)的物流中。解：齒輪泵、柱塞泵； 齒輪泵； 開式葉輪的耐腐蝕泵； 雙吸離心水泵； 螺桿泵； 計(jì)量泵。2-8 從水池向高位槽供水，要求供水量為，高位槽內(nèi)壓力為（表壓），槽內(nèi)水面與水池中的水面間的垂直距離為16m，吸入管和排出管中的壓頭損失分別為1m和2m。管路中的動(dòng)壓頭可忽略不計(jì)。水溫為25，當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?50mmHg。試選擇合適的離心泵，并確定其安裝高度。解：在水池與高位槽間列柏努利方程： 式中：， ， 代入式中： 查附錄表20（P418），可選用2B31型水泵。 從表中知該型水泵的允許吸上真空度 則在750mmHg，25下的允許吸上真空度為： 則離心泵的允許安裝高度為： 則其實(shí)際安裝高度 也就是說該泵的安裝高度最大為3.98m?；蛘咭部蛇x用3B33A型水泵，該型水泵的允許吸上真空度 則在750mmHg25下的允許吸上真空度為： 則離心泵的允許安裝高度為： 則其實(shí)際安裝高度 也就是說該泵的安裝高度最大為4.68m。2-9 其常壓貯槽內(nèi)盛有石油產(chǎn)品，其密度為，粘度小于20cSt，在貯存條件下的飽和蒸汽壓為600mmHg。現(xiàn)將該油品以的流量送往表壓為的設(shè)備內(nèi)。輸送管尺寸為的鋼管。貯槽內(nèi)液面維持恒定，從貯槽液面到設(shè)備入口處的高度為5m。吸入管與排除管的壓頭損失分別為1m和4m。試選擇一臺(tái)合適的泵，并確定其安裝高度。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?60mmHg。解： 在貯槽與設(shè)備間列柏努利方程： 式中：， ， 代入式中： 查附錄表20（P418），選用65Y-60B型油泵。 其， 則其允許安裝高度為： 則其實(shí)際安裝高度2-10 將密度為的硝酸從貯酸槽輸送到反應(yīng)釜，流量為，貯酸槽內(nèi)液面至反應(yīng)釜入口之間的垂直距離為8m。反應(yīng)釜內(nèi)壓力為(表壓)，貯酸槽通大氣，管路的壓頭損失為20m。試選擇一臺(tái)合適型號(hào)的離心泵，并估算泵的軸功率。解：在貯酸槽液面至與反應(yīng)釜間列柏努利方程： 式中：(表壓)，(表壓) ， 代入式中： 查附錄表20，選用F型耐腐蝕泵的40F-65型，其 則2-11 某單動(dòng)往復(fù)泵活塞的直徑為160mm，沖程為200mm，現(xiàn)擬用該泵將密度為的某種液體從敞口貯槽輸送到某設(shè)備內(nèi)，要求的流量為，設(shè)備的液體入口處較貯槽液面高19.5m，設(shè)備內(nèi)壓力為(表壓)，外界大氣壓力為736mmHg，管路的總壓頭損失為10.3m。當(dāng)有15%的液體漏損和泵的總效率為72%時(shí)，試分別計(jì)算該泵的活塞每分鐘往復(fù)次數(shù)與軸功率（忽略速度頭）。解：往復(fù)泵理論流量 而由得活塞的往復(fù)次數(shù)： 在貯槽液面至與設(shè)備間列柏努利方程： 式中：(表壓)，(表壓) ， 代入式中： 2-12 有一臺(tái)雙動(dòng)往復(fù)泵，其沖程為300mm，活塞直徑為180mm，活塞桿直徑為50mm。若活塞每分鐘往復(fù)55次，實(shí)驗(yàn)測(cè)得此泵在26.5分鐘內(nèi)，使一內(nèi)徑為3m的圓形貯槽的水位上升2.6m，試求泵的容積效率。解：往復(fù)泵的理論流量： 而實(shí)際流量： 容積效率：2-13 對(duì)一離心通風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，某組數(shù)據(jù)為：空氣溫度為20；風(fēng)機(jī)出口處的表壓為23mmH2O；入口處的真空度為15mmH2O，相應(yīng)的送風(fēng)量為；兩測(cè)壓截面間的垂直距離為200mm；吸入管與排出管的內(nèi)徑分別為300mm和250mm；通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為，所需的軸功率為0.81kW。試求所對(duì)應(yīng)的全風(fēng)壓和風(fēng)機(jī)的效率。解：20的空氣物性：， （真空度），(表壓) 忽略出口處之間的阻力損失，在兩測(cè)壓截面間列柏努利方程： 2-14 要向某設(shè)備輸送40的空氣,所需風(fēng)量為，已估計(jì)出按40空氣計(jì)所需的全風(fēng)壓為1100mmH2O。試選擇一合適的通風(fēng)機(jī)。解：40空氣，20空氣 若按20計(jì)，則風(fēng)機(jī)風(fēng)量為： 全風(fēng)壓： 因此可選9-1914D型。第三章 沉降及過濾3-1 塵粒的直徑為10m、密度為。求該塵粒在20空氣中的沉降速度。解：20空氣物性， 假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)： 校驗(yàn) 在斯托克斯區(qū)假設(shè)成立，即顆粒的沉降速度為3-2 求直徑為1mm、密度為的玻璃球在20水中的沉降速度。解：20水的物性， 假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)： 校驗(yàn) 假設(shè)不成立，再假設(shè)在阿侖區(qū)： 校驗(yàn) 在阿侖區(qū)假設(shè)成立，即顆粒的沉降速度為或使用課本提供的公式 即 則 校驗(yàn) 在阿侖區(qū)假設(shè)成立，即顆粒的沉降速度為3-3 用落球法測(cè)定液體的粘度。今將直徑為6.25mm、密度為的鋼球置于密度為的油內(nèi)，并測(cè)得該鋼球在6.35s的時(shí)間內(nèi)下降25cm的距離。試計(jì)算此油的粘度。解： 假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)： 則 校驗(yàn) 假設(shè)成立，即該液體的粘度為3.796PaS。3-4 密度為的球形石英顆粒在20空氣中自由沉降，試計(jì)算服從斯托克斯公式的最大顆粒直徑及服從牛頓公式的最小顆粒直徑。解：20空氣物性， 斯托克斯公式適用范圍為，即最大顆粒直徑： 牛頓公式適用范圍為，即最小顆粒直徑時(shí) 3-5 用高2m、寬2.5m、長5m的重力降塵室分離空氣中的粉塵。在操作條件下空氣的密度為，粘度為，流量為。粉塵的密度為。試求粉塵的臨界直徑。解：對(duì)于降塵室： 則 假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則 校驗(yàn) 假設(shè)不成立，再假設(shè)在阿侖區(qū)： 校驗(yàn) 在阿侖區(qū)假設(shè)成立，即顆粒的臨界直徑為?；蚴褂谜n本提供的公式 即 則 校驗(yàn) 在阿侖區(qū)假設(shè)成立，即顆粒的臨界直徑為。3-6 今擬采用如圖3-5所示的多層降塵室除去某氣體中的密度為、直徑以上的球形微粒。氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)0，1atm()下的體積流量為，氣體的平均溫度為427，壓力為1atm()，操作條件下氣體的密度及粘度分別為及0.034cP。除塵室的長度為5m，寬度為1.8m，總高度為2.8m。試計(jì)算水平隔板間的距離h和層數(shù)n。解：假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)： 假設(shè)成立 方法一：由得： 層數(shù) 間距 方法二：由得間距 層數(shù)3-7 今擬用寬4.5m、深0.8m的矩形槽從煉油廠廢水中回收直徑以上的油滴。在槽的出口端，除油后的水可不斷從下部排出，而匯聚成層的油則從槽的頂部移去。油的密度為，水溫為20。若廢水的處理量為,求所需槽的長度L。解：20水的物性， 假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)： 假設(shè)成立 由得：3-8 用如圖3-10所示的旋風(fēng)分離器從200、壓力為的含塵空氣中除塵。塵粒的密度為，旋風(fēng)分離器的直徑為0.65m,進(jìn)口氣速為。試求氣體處理量，(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)); 氣體通過旋風(fēng)分離器的壓力降； 塵粒的分割直徑。解：對(duì)于如圖3-10所示的直徑為0.65的標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器其他相應(yīng)的尺寸為 ， 換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況 對(duì)于如圖3-10所示的標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器其 則壓力降 標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的分割直徑： 3-9 用板框壓濾機(jī)對(duì)某種懸浮液在壓力差為400mmHg(53320Pa)的條件下進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)，過濾面積為，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：過濾時(shí)間，S8.43884145濾液量，ml100300500700濾餅與濾液的體積比為，濾餅不可壓縮。在過濾條件下濾液的粘度為3.4cP。試求過濾常數(shù)K與及濾餅的比阻。解：根據(jù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（結(jié)果如下表）：過濾時(shí)間，S8.43884145濾液量，ml100300500700q 0.010.030.050.07840126716802071將與q值描繪在直角坐標(biāo)圖上可得一條直線，可求得直線的斜率和截距 解得：, 由得 3-10 對(duì)上題中的懸浮液用濾框邊長為800mm的板框壓濾機(jī)在相同的壓力差下進(jìn)行過濾，過濾1小時(shí)獲得濾液。試求濾框的數(shù)目及其厚度。解：由上題已知：, 根據(jù)過濾基本方程： 代入數(shù)據(jù)： 整理方程： 解方程得： 濾框數(shù)目： 濾框厚度=3-11 某廠用板框壓濾機(jī)在恒壓條件下過濾一種膠質(zhì)物料，濾框的空間尺寸為，有20個(gè)濾框。經(jīng)過2小時(shí)過濾，濾框完全充滿濾餅，并每平方米過濾面積得到濾液。卸餅、清理、組裝等輔助時(shí)間為1.2小時(shí)，忽略過濾介質(zhì)阻力，濾餅未洗滌。試計(jì)算： 該板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力； 過濾后用1/8濾液體積的洗滌水在同樣壓力差下進(jìn)行橫穿洗滌濾餅時(shí)的生產(chǎn)能力（洗滌水與濾液粘度相近）； 若當(dāng)濾框的厚度減為25mm，其它條件不變，濾液仍用1/8濾液體積的洗滌水洗滌濾餅時(shí)的生產(chǎn)能力。解：過濾面積 過濾終了速率： 采用橫穿洗滌的洗滌速率是過濾終了速率的1/4，即 若濾框的厚度減為25mm，其它條件不變時(shí)，q會(huì)減小 即 過濾時(shí)間 洗滌時(shí)間： 3-12 若轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的浸沒度為1/3，轉(zhuǎn)速為，每小時(shí)獲得濾液量為。已知過濾常數(shù),。試求該過濾機(jī)的過濾面積。解：轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)生產(chǎn)能力： 3-13 有一轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的轉(zhuǎn)速為，每小時(shí)可獲得濾液。若過濾介質(zhì)的阻力可忽略不計(jì)，問每小時(shí)欲獲得濾液時(shí)過濾機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？此時(shí)轉(zhuǎn)筒表面濾餅的厚度為原來的多少倍？（過濾操作中真空度維持不變）解：轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)忽略介質(zhì)阻力時(shí)， 濾餅的厚度與每旋轉(zhuǎn)一周的濾液量有關(guān)： 即轉(zhuǎn)筒表面濾餅的厚度為原來的0.8倍第四章 固體流態(tài)化及氣力輸送4-1 在內(nèi)徑為1.2m的丙烯腈流化床反應(yīng)器中，堆放了3.62噸磷鉬酸鉍催化劑，其顆粒密度為，堆積高度為5m，流化后床層高度為10m。試求： 固定床空隙率； 流化床空隙率； 流化床的壓降。解：固體顆粒體積： 固定床層體積： 固定床空隙率： 流化床層體積： 流化床空隙率： 流化床壓降： 或：4-2 流化床干燥器中待干燥物的顆粒直徑為0.5mm，比重為1.4，靜床高為0.3m。熱空氣在床中的平均溫度為200。試求流化床的壓降(mmH2O)，并求起始流化速度。為了簡化計(jì)算，空氣可假設(shè)為常壓下干空氣，待干燥物的顆粒可視為球形，可取為0.4。解：顆粒視為球形顆粒，即 20空氣物性：， 可用 設(shè)在固定床時(shí)顆粒堆積的空隙率為0.3 則流化床高 床層壓力降： 4-3 比重為0.9，粘度為的油品由下往上通過催化劑床層，床層由直徑為0.1mm，比重為2.6的均勻球形顆粒所組成，流化點(diǎn)的空隙率為0.436，試求： 流化點(diǎn)的臨界速度； 流化床能夠存在的油品流速的上限。解： 可用 流化床能夠存在的流速上限即為顆粒的沉降速度 設(shè)為層流： 假設(shè)成立4-4平均直徑為0.2mm的催化劑顆粒，在200的氣流中流化，氣體的物理性質(zhì)可近似地視為與空氣相同。顆粒的特性如下：密度；球形度；固定床空隙率；開始流化時(shí)空隙率。操作氣速取為0.15mm顆粒帶出速度的0.4倍，已估計(jì)出此時(shí)流化床的空隙率。試求： 起始流化速度； 操作氣流速度； 流化數(shù)； 操作氣速下每米流化床的壓降； 膨脹比。解：20空氣物性：， 可用 先求的顆粒的帶出速度：先設(shè)為層流 設(shè)為過渡流： 假設(shè)成立 由于顆粒為非球形，需要校正，校正系數(shù)為： 則操作氣速 流化數(shù)： 每米流化床壓力降： 膨脹比：4-5 固體顆粒在內(nèi)徑為0.1m的管內(nèi)作水平輸送，在10m長的距離上，兩端顆粒隨氣流運(yùn)動(dòng)均懸浮良好，求此10m長管路的壓降。已知數(shù)據(jù)如下：固體顆粒(視為球形顆粒)，；氣體，；固氣比R=10。解：氣管的壓力損失 4-6 某氣-固流化床反應(yīng)器在623K、壓強(qiáng)條件下操作。此時(shí)氣體的粘度為，密度為，催化劑顆粒直徑為0.45mm，密度為。為確定其起始流化速度，現(xiàn)用該催化劑顆粒及30的空氣進(jìn)行流化實(shí)驗(yàn)，測(cè)得起始流化速度為，求操作狀態(tài)下的起始流化速度。30下空氣的粘度和密度分別為：，。解：由起始流化速度得 即操作條件下起始流化速度為。第五章 傳熱及換熱設(shè)備5-1 燃燒爐的平壁由兩層組成，內(nèi)壁為105mm厚的耐火磚導(dǎo)熱系數(shù)為1.05，外層為215mm的普通磚導(dǎo)熱系數(shù)為0.93。內(nèi)、外壁溫度分別為760和155。試計(jì)算通過每平方米爐壁的熱損失及兩層間的界面溫度。解： 在兩平壁交界處： 可解得界面溫度：5-2 某平壁爐的爐壁是用內(nèi)層為120mm厚的某耐火材料和外層為230mm厚的普通建筑材料砌成的，兩種材料的導(dǎo)熱系數(shù)未知。已測(cè)得爐內(nèi)壁溫度為800，外側(cè)壁面溫度為113。為了減少熱損失，在普通建筑材料外面又包一層厚度為50mm的石棉層導(dǎo)熱系數(shù)為0.15，包扎后測(cè)得爐內(nèi)壁溫度為800，耐火材料與建筑材料交界面溫度為686，建筑材料與石棉交界面溫度為405，石棉外側(cè)面溫度為77。試問包扎石棉后熱損失比原來減少了多少？解：包扎石棉層后的熱損失 則有 包扎石棉層前的熱損失： 所以絕對(duì)熱損失 所以相對(duì)熱損失 5-3 燃燒爐的平壁由下列三種材料構(gòu)成：耐火磚導(dǎo)熱系數(shù),厚度b=230mm;絕熱磚導(dǎo)熱系數(shù)；普通磚導(dǎo)熱系數(shù)，厚度b=240mm。若耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為1000，耐火磚與絕熱磚接觸面最高溫度為940，絕熱磚與普通磚間的最高溫度不超過138（假設(shè)每兩種磚之間接觸良好，界面上的溫度相等）。試求： 絕熱磚的厚度（絕熱磚的尺寸為65113230mm）； 普通磚外側(cè)的溫度。解：耐火磚的熱通量 根據(jù)穩(wěn)定傳熱，絕熱磚的熱通量與耐火磚的熱通量相等，即 由此解得 n=1.9222塊 即需要2塊絕熱磚，厚度為460mm才能達(dá)到要求的溫度。 根據(jù)穩(wěn)定傳熱，燃燒爐平壁的熱通量與耐火磚的熱通量相等，即 由此解得： 即普通磚外側(cè)的溫度為34.9。5-4 某工廠用一1705mm的無縫鋼管輸送水蒸氣。為了減少熱損失，在管外包兩層絕熱材料：第一層為厚30mm的礦渣棉，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.065；第二層為厚30mm的石棉灰，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.21。管內(nèi)壁溫度為300，保溫層外表面溫度為40。管道長50m。試求該管道的散熱量。解：已知：r1=80mm r2=85mm r3=115mm r4=145mm t1=300 t4=40 1=45 2=0.065 3=0.21 根據(jù)圓筒壁傳熱量計(jì)算公式： 5-5 有一蒸汽管外徑為25mm，為了減少熱損失擬在管外包兩層絕熱材料，每層厚度均為25mm,兩種材料的導(dǎo)熱系數(shù)之比。試問哪一種材料包在內(nèi)層更有效？(忽略金屬熱阻)解：如果將導(dǎo)熱系數(shù)大者（即2）包在內(nèi)側(cè)，則有 而如果將導(dǎo)熱系數(shù)小者（即1）包在內(nèi)側(cè)，則有 將兩者進(jìn)行比較，則有 前者的散熱量大一些，因此將導(dǎo)熱系數(shù)小的絕熱材料放在內(nèi)側(cè)更好一些。5-6 外徑為100mm的蒸汽管，先包一層50mm厚的絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)為0.06 ，其外再包一層20mm厚的絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)為0.075。若第一絕熱層的內(nèi)表面溫度為170，第二絕熱層的外表面溫度為38。試求每米管長的熱損失和兩絕熱層界面的溫度。解：根據(jù)圓筒壁傳熱量計(jì)算公式： 由于穩(wěn)定傳熱各層的傳熱量相等，則第一層圓筒壁的傳熱量為 由此可解得： 5-7 水在381.5mm的管內(nèi)流動(dòng)，流速為1m/s，水的進(jìn)、出口溫度分別為15及80。試求水與管壁間的對(duì)流傳熱系數(shù)。解：在定性溫度下水的物理性質(zhì)為 湍流 5-8 空氣以4m/s的流速通過直徑為75.53.75mm的鋼管，管長20m。空氣的入口及出口溫度分別為32及68。試計(jì)算空氣與管內(nèi)壁間的對(duì)流傳熱系數(shù)。如空氣流速增加一倍，其它條件不變，對(duì)流傳熱系數(shù)為多少？解：在定性溫度下空氣的物理性質(zhì)為： 湍流 當(dāng)其他條件不變，空氣流速增加一倍時(shí)，有 所以 5-9 一列管換熱器，其蒸汽在管間冷凝，冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)，其流速為0.25m/s，進(jìn)出口溫度分別為15及45，列管直徑為252.5mm。試求水對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。解：在定性溫度下水的物理性質(zhì)為 校正系數(shù) 則 5-10 現(xiàn)用一蛇管換熱器冷卻某液體，該液體流量為3，進(jìn)口溫度和出口溫度分別為50及20，在平均溫度下該液體的密度為1200，粘度為，比熱為3.77，導(dǎo)熱系數(shù)為0.558。蛇管的直徑為453.5mm，平均圈徑為0.6m，液體在蛇管內(nèi)流動(dòng)。試求該液體的對(duì)流傳熱系數(shù)。解： 湍流 校正 5-11 有一套管換熱器，內(nèi)管為251mm，外管為381.5mm。冷卻水在環(huán)隙流動(dòng)，以冷卻管內(nèi)的高溫氣體。水的進(jìn)、出口溫度分別為20及40。試求環(huán)隙內(nèi)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。（水的流量為1700kg/h）解：環(huán)隙的流通截面面積為 在定性溫度下水的物理性質(zhì)為： 流速 當(dāng)量直徑 5-12 有一管式加熱爐，對(duì)流室的管束由直徑為1276mm長度為11.5m的鋼管組成，管子排列為直列。煙道氣垂直流過管束，沿流動(dòng)方向有21排管子，每排有4根管子，管心距為215mm。煙道氣流過管束最窄處的速度為5m/s。已知在煙道氣的進(jìn)、出口平均溫度下其運(yùn)動(dòng)粘度,導(dǎo)熱系數(shù),普蘭特準(zhǔn)數(shù)。試求煙道氣通過管束的平均對(duì)流傳熱系數(shù)。解： 查表5-6可得在第一列時(shí): 則第一列的對(duì)流傳熱系數(shù)為： 第二列以后 則第二列的對(duì)流傳熱系數(shù)為： 煙道氣通過管束的平均對(duì)流傳熱系數(shù)： 5-13 油罐中裝有蒸汽管以加熱罐中的重油，重油的平均溫度為20，蒸汽管外壁的溫度為120，蒸汽管外徑為60mm。在平均溫度下重油的密度為900，比熱為1.88，導(dǎo)熱系數(shù)為0.175,運(yùn)動(dòng)粘度為,體積膨脹系數(shù)為。試求每小時(shí)每平方米蒸汽管對(duì)重油的傳熱量。解：設(shè)為自然對(duì)流傳熱： 查表5-7，得 ，則對(duì)流傳熱系數(shù) 傳熱量 5-14 室內(nèi)氣溫為20，有一垂直放置的平板，板高1m，平板溫度為60。試計(jì)算單位面積平板上借自然對(duì)流散失的熱量W。解：在定性溫度下空氣的物理性質(zhì)為： 體積膨脹系數(shù) 查表5-7，得 ，則對(duì)流傳熱系數(shù) 傳熱量 5-15 飽和溫度為100的水蒸氣在長為2m、外徑為0.04m的單根直立圓管表面上冷凝。管外壁的平均溫度為94。求每小時(shí)蒸汽的冷凝量。又若將管子水平放置時(shí)，每小時(shí)蒸汽的冷凝量為多少？解：100的飽和蒸汽的汽化潛熱 在定性溫度下水的物理性質(zhì) 當(dāng)單管垂直放置時(shí)：設(shè)液膜為層流，則其對(duì)流傳熱系數(shù)為： 由 得 檢驗(yàn) 為層流，假設(shè)正確。 當(dāng)單管水平放置時(shí)： 由 得 5-16 在冷凝器中水蒸氣在水平管束外面冷凝，水蒸氣的飽和壓力為4.41KPa（絕），管子外徑為16mm，管長1m，管數(shù)為10，管子是錯(cuò)列的，每排有5根管子，即排成兩排。管子外壁溫度為15。試計(jì)算每小時(shí)水蒸氣冷凝量。解：4.41kPa的飽和水蒸氣， 在定性溫度下水的物理性質(zhì)為： 設(shè)液膜為層流，則其對(duì)流傳熱系數(shù)為： 由 得 5-17 用冷水將油品從138冷卻至93，油的流量為，水的進(jìn)、出口溫度為25及50。試求冷卻水量。如將冷卻水流量增加到，求冷卻水的出口溫度。油品比熱取解：水的物性取,，且不隨溫度變化。 由 得 如果水的流量為，即 由 得 5-18 在單管程和單殼程換熱器中，用(絕)的飽和水蒸氣將對(duì)二甲苯由80加熱到110。對(duì)二甲苯流經(jīng)管程，水蒸氣在殼程冷凝。已知對(duì)二甲苯的流量為，密度為860。若設(shè)備的熱損失為冷流體吸收熱量的5%，試求該換熱器的熱負(fù)荷及蒸汽用量。解：(絕)的飽和水蒸氣， 對(duì)二甲苯在95下的比熱為 冷流體吸收的熱量： 此即為換熱器的熱負(fù)荷，即 水蒸氣放熱 根據(jù) 得水蒸氣用量： 5-19 煉油廠在一間壁式換熱器內(nèi)利用渣油廢熱加熱原油。若渣油進(jìn)、出口溫度分別為300及200，原油進(jìn)、出口溫度分別為25和175。試分別計(jì)算兩流體作并流流動(dòng)、逆流流動(dòng)及折流（單殼程和雙管程）流動(dòng)時(shí)的平均溫差，并討論計(jì)算結(jié)果。解：并流時(shí)： 逆流時(shí)： 單殼程、雙管程折流時(shí)： 查圖5-23中a得 則 從計(jì)算中可以看出，在三種情況下，逆流溫差最大，折流次之，并流最小，因此完成傳熱任務(wù)所需要的傳熱面積是并流最大而逆流最小。5-20 在間壁式換熱器中，用水將某有機(jī)溶劑由80冷卻到35，冷卻水的進(jìn)口溫度為30，出口溫度不能低于35。試確定兩種流體應(yīng)該采用的流向（即并流還是逆流），并計(jì)算其平均溫差。解：由題中給出的水和有機(jī)溶劑的進(jìn)出口條件可以判斷出只能采用逆流操作 5-21 甲苯和水通過套管換熱器進(jìn)行換熱，甲苯在內(nèi)管中流動(dòng)，水在環(huán)隙中流動(dòng)，兩流體呈逆流流動(dòng)。甲苯流量，進(jìn)、出口溫度分別為80及50；水的進(jìn)、出口溫度分別為15及30。換熱面積為2.5m2。試問傳熱系數(shù)為多少？解：甲苯在定性溫度下的比熱 則換熱器傳熱量： 甲苯和水逆流傳熱的對(duì)數(shù)平均溫差： 根據(jù)傳熱速率方程： 則 5-22 在列管式換熱器中，用冷卻水冷卻煤油。水在直徑為192mm的鋼管內(nèi)流動(dòng)。已知水的對(duì)流傳熱系數(shù)為，煤油的對(duì)流傳熱系數(shù)為。換熱器使用一段時(shí)間