化工原理計算題解答

1、目 錄第一章 流體流動與輸送設(shè)備（2）第二章 非均相物系分離（26）第三章 傳熱（32）第四章 蒸發(fā)（44）第五章 氣體吸收（48）第六章 蒸餾（68）第七章 干燥（84）第八章 萃 ?。?2）第一章 流體流動與輸送機械1. 燃燒重油所得的燃燒氣，經(jīng)分析知其中含CO28.5，O27.5，N276，H2O8（體積），試求此混合氣體在溫度500、壓力101.3kPa時的密度。解：混合氣體平均摩爾質(zhì)量 混合密度 2已知20下水和乙醇的密度分別為998.2 kg/m3和789kg/m3,試計算50（質(zhì)量）乙醇水溶液的密度。又知其實測值為935 kg/m3，計算相對誤差。解：乙醇水溶液的混合密度 相對誤

2、差： 3在大氣壓力為101.3kPa的地區(qū)，某真空蒸餾塔塔頂?shù)恼婵毡碜x數(shù)為85kPa。若在大氣壓力為90 kPa的地區(qū)，仍使該塔塔頂在相同的絕壓下操作，則此時真空表的讀數(shù)應(yīng)為多少？解：題4 附圖 4如附圖所示，密閉容器中存有密度為900 kg/m3的液體。容器上方的壓力表讀數(shù)為42kPa，又在液面下裝一壓力表，表中心線在測壓口以上0.55m，其讀數(shù)為58 kPa。試計算液面到下方測壓口的距離。解：液面下測壓口處壓力 BDh1h2AC題5 附圖5. 如附圖所示，敞口容器內(nèi)盛有不互溶的油和水，油層和水層的厚度分別為700mm和600mm。在容器底部開孔與玻璃管相連。已知油與水的密度分別為800 k

3、g/m3和1000 kg/m3。（1）計算玻璃管內(nèi)水柱的高度；（2）判斷A與B、C與D點的壓力是否相等。解：（1）容器底部壓力 （2） 6水平管道中兩點間連接一U形壓差計，指示液為汞。已知壓差計的讀數(shù)為30mm，試分別計算管內(nèi)流體為（1）水；（2）壓力為101.3kPa、溫度為20的空氣時壓力差。解：（1） （2）空氣密度 空氣密度較小，7用一復(fù)式U形壓差計測量水流過管路中A、B兩點的壓力差。指示液為汞，兩U形管之間充滿水，已知h1=1.2m，h2=0.4m，h4=1.4m，h3=0.25m，試計算A、B兩點的壓力差。題7 附圖34624315解：圖中1、2為等壓面，即 (1)又 (2)將(2

4、)代入(1)中: 8根據(jù)附圖所示的雙液體U管壓差計的讀數(shù)，計算設(shè)備中氣體的壓力，并注明是表壓還是絕壓。已知壓差計中的兩種指示液為油和水，其密度分別為920 kg/m3和998 kg/m3，壓差計的讀數(shù)R300mm。兩擴大室的內(nèi)徑D為60mm，U管的內(nèi)徑d為6mm。題8 附圖12h1解: 1. 2 為等壓面, 又 題9 附圖 (表壓)9 為了排出煤氣管中的少量積水，用附圖所示的水封裝置，水由煤氣管道中的垂直支管排出。已知煤氣壓力為10kPa（表壓），試求水封管插入液面下的深度h。解: 煤氣表壓 10絕對壓力為540kPa、溫度為30的空氣，在1084mm的鋼管內(nèi)流動，流量為1500m3/h（標準

5、狀況）。試求空氣在管內(nèi)的流速、質(zhì)量流量和質(zhì)量流速。 解: 標準狀況下空氣的密度: 操作條件下密度: 體積流速: 11硫酸流經(jīng)由大小管組成的串聯(lián)管路，其尺寸分別為764mm和573.5mm。已知硫酸的密度為1831 kg/m3，體積流量為9m3/h,試分別計算硫酸在大管和小管中的（1）質(zhì)量流量；（2）平均流速；（3）質(zhì)量流速。 解: (1) 大管: (2) 小管: 質(zhì)量流量不變 或: 1題12 附圖12 如附圖所示，用虹吸管從高位槽向反應(yīng)器加料，高位槽與反應(yīng)器均與大氣相通，且高位槽中液面恒定。現(xiàn)要求料液以1m/s的流速在管內(nèi)流動，設(shè)料液在管內(nèi)流動時的能量損失為20J/kg（不包括出口），試確定高

6、位槽中的液面應(yīng)比虹吸管的出口高出的距離。解: 以高位槽液面為1-1面,管出口內(nèi)側(cè)為2-2面,在1-1 2-2間列柏努力方程: 簡化: 題13 附圖13用壓縮空氣將密閉容器（酸蛋）中的硫酸壓送至敞口高位槽，如附圖所示。輸送量為0.1m3/min，輸送管路為383mm的無縫鋼管。酸蛋中的液面離壓出管口的位差為10m，且在壓送過程中不變。設(shè)管路的總壓頭損失為3.5m（不包括出口），硫酸的密度為1830 kg/m3，問酸蛋中應(yīng)保持多大的壓力？解: 以酸蛋中液面為1-1面,管出口內(nèi)側(cè)為2-2面,且以1-1面為基準,在1-12-2間列柏努力方程: 簡化: 其中: 代入: 題14 附圖214如附圖所示，某鼓

7、風(fēng)機吸入管內(nèi)徑為200mm，在喇叭形進口處測得U形壓差計讀數(shù)R15mm（指示液為水），空氣的密度為1.2 kg/m3，忽略能量損失。試求管道內(nèi)空氣的流量。 解: 如圖,在1-1 2-2間列柏努力方程: 其中: 簡化: 而: 流量: R題15 附圖 1215甲烷在附圖所示的管路中流動。管子的規(guī)格分別為2196mm和1594.5mm，在操作條件下甲烷的平均密度為1.43 kg/m3，流量為1700m3/h。在截面1和截面2之間連接一U形壓差計，指示液為水，若忽略兩截面間的能量損失，問U形壓差計的讀數(shù)R為多少？解: 在1, 2截面間列柏努力方程: 簡化: 或: 其中: 又 16如附圖所示，用泵將20

8、水從水池送至高位槽，槽內(nèi)水面高出池內(nèi)液面30m。輸送量為30 m3/h，此時管路的全部能量損失為40J/kg。設(shè)泵的效率為70，試求泵所需的功率。 解: 在水池1面與高位槽2面間列柏努力方程: 簡化: 題17 附圖17附圖所示的是丙烯精餾塔的回流系統(tǒng)，丙烯由貯槽回流至塔頂。丙烯貯槽液面恒定，其液面上方的壓力為2.0MPa（表壓），精餾塔內(nèi)操作壓力為1.3MPa（表壓）。塔內(nèi)丙烯管出口處高出貯槽內(nèi)液面30m，管內(nèi)徑為140mm，丙烯密度為600kg/m3?，F(xiàn)要求輸送量為40103kg/h，管路的全部能量損失為150J/kg（不包括出口能量損失），試核算該過程是否需要泵。 解: 在貯槽液面1-1與

9、回流管出口外側(cè)2-2間列柏努力方程: 簡化: 不需要泵,液體在壓力差的作用下可自動回流至塔中1h題18 附圖18某一高位槽供水系統(tǒng)如附圖所示，管子規(guī)格為452.5mm。當(dāng)閥門全關(guān)時，壓力表的讀數(shù)為78kPa。當(dāng)閥門全開時，壓力表的讀數(shù)為75 kPa，且此時水槽液面至壓力表處的能量損失可以表示為J/kg（u為水在管內(nèi)的流速）。試求：（1）高位槽的液面高度；（2）閥門全開時水在管內(nèi)的流量（m3/h）。解: (1) 閥門全關(guān),水靜止 (2) 閥門全開: 在水槽1-1面與壓力表2-2面間列柏努力方程: 簡化: 解之: 流量: 題19 附圖19附圖所示的是冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100 kg/m

10、3，循環(huán)量為45 m3/h。管路的內(nèi)徑相同，鹽水從A流經(jīng)兩個換熱器至B的壓頭損失為9m，由B流至A的壓頭損失為12m，問：（1）若泵的效率為70，則泵的軸功率為多少？（2）若A處壓力表的讀數(shù)為153kPa，則B處壓力表的讀數(shù)為多少？ 解: (1) 對于循環(huán)系統(tǒng): (2) 列柏努力方程: 簡化: B處真空度為19656 Pa。2025水在603mm的管道中流動，流量為20m3/h，試判斷流型。解: 查附錄25水物性: 為湍流21運動粘度為3.2105m2/s的有機液體在763.5mm的管內(nèi)流動，試確定保持管內(nèi)層流流動的最大流量。解: 22計算10水以2.7103m3/s的流量流過573.5mm、

11、長20m水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（設(shè)管壁的粗糙度為0.5mm）解: 10水物性: 查得 23如附圖所示，用泵將貯槽中的某油品以40m3/h的流量輸送至高位槽。兩槽的液位恒定，且相差20m，輸送管內(nèi)徑為100mm，管子總長為45m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。已知油品的密度為890kg/m3，粘度為0.487Pas，試計算泵所需的有效功率。題23 附圖解: 在貯槽1截面到高位槽2截面間列柏努力方程: 簡化: 而: 24一列管式換熱器，殼內(nèi)徑為500mm，內(nèi)裝174 根252.5mm的鋼管，試求殼體與管外空間的當(dāng)量直徑。解: 25求常壓下35的空氣以12m/s的速度流經(jīng)120m長

12、的水平通風(fēng)管的能量損失和壓力損失。管道截面為長方形，長為300mm，寬為200mm。（設(shè)0.0005） 解: 當(dāng)量直徑: 35空氣物性: 由 ,查得 題26 附圖26如附圖所示，密度為800 kg/m3、粘度為1.5 mPas 的液體，由敞口高位槽經(jīng)1144mm的鋼管流入一密閉容器中，其壓力為0.16MPa（表壓），兩槽的液位恒定。液體在管內(nèi)的流速為1.5m/s，管路中閘閥為半開，管壁的相對粗糙度0.002，試計算兩槽液面的垂直距離。 解: 在高位槽1截面到容器2截面間列柏努力方程: 簡化: 由 ,查得 管路中: 進口 90彎頭 2個 半開閘閥 出口 27從設(shè)備排出的廢氣在放空前通過一個洗滌塔

13、，以除去其中的有害物質(zhì)，流程如附圖所示。氣體流量為3600m3/h，廢氣的物理性質(zhì)與50的空氣相近，在鼓風(fēng)機吸入管路上裝有U形壓差計，指示液為水，其讀數(shù)為60mm。輸氣管與放空管的內(nèi)徑均為250mm，管長與管件、閥門的當(dāng)量長度之和為55m（不包括進、出塔及管出口阻力），放空口與鼓風(fēng)機進口管水平面的垂直距離為15m，已估計氣體通過洗滌塔填料層的壓力降為2.45kPa。管壁的絕對粗糙度取為0.15mm，大氣壓力為101.3 kPa。試求鼓風(fēng)機的有效功率。題27 附圖解: 以吸入管測壓處為1-1面,洗滌塔管出口內(nèi)側(cè)為2-2面,列柏努力方程: 簡化: 其中: 50空氣物性: 又 查得 28如附圖所示，

14、用離心泵將某油品輸送至一密閉容器中。A、B處壓力表的讀數(shù)分別為1.47MPa、1.43 MPa，管路尺寸為894mm，A、B兩點間的直管長度為40m，中間有6個90標準彎頭。已知油品的密度為820 kg/m3，粘度為121mPas，試求油在管路中的流量。0.5m題28 附圖1.5mAB解: 在AB間列柏努力方程: 簡化: 又 油品粘度大, 設(shè)流動為層流. 900標準彎頭 解得 假設(shè)正確 2920苯由高位槽流入貯槽中，兩槽均為敞口，兩槽液面恒定且相差5m。輸送管為383mm的鋼管（0.05mm）總長為100m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度），求苯的流量。 解: 在兩槽間列柏努力方程,并簡化: 即:

15、 代入數(shù)據(jù): 化簡得: 查完全湍流區(qū) 設(shè) , 由(1)式得 由附錄查得20苯物性: 查圖，再設(shè) ，由（1）得 查得 假設(shè)正確 流量： 30如附圖所示，密度為的流體以一定的流量在一等徑傾斜管道中流過。在A、B兩截面間連接一U形壓差計，指示液的密度為0，讀數(shù)為R。已知A、B兩截面間的位差為，試求：（1） AB間的壓力差及能量損失；（2） 若將管路水平放置而流量保持不變，則壓差計讀數(shù)及AB間的壓力差為多少? 解：（1）在A-A與B-B間柏努利方程：BRhA題30 附圖 其中 = 對于U形差壓計 （2）水平放置時 流量不變 管路總能量損失不變。 而U形差壓計讀數(shù)R實際反映了阻力的大小，所以R不變。 此

16、時，題31 附圖1031如附圖所示，高位槽中水分別從BC與BD兩支路排出，其中水面維持恒定。高位槽液面與兩支管出口間的距離為10m。AB管段的內(nèi)徑為38mm、長為28m；BC與BD支管的內(nèi)徑相同，均為32mm，長度分別為12m、 15m（以上各長度均包括管件及閥門全開時的當(dāng)量長度）。各段摩擦系數(shù)均可取為0.03。試求：（1）BC支路閥門全關(guān)而BD支路閥門全開時的流量；（2）BC支路與BD支路閥門均全開時各支路的流量及總流量。 解：（1）在高位槽液面與BD管出口外側(cè)列柏努利方程： 簡化 ： 而 有： 化簡 又由連續(xù)性方程： 代入上式： 解得： 流量： （2）當(dāng) BD，BC支路閥均全開時： C ，

17、D出口狀態(tài)完全相同，分支管路形如并聯(lián)管路， (1)又 = (2)在高位槽液面與BD出口列柏努利方程： (3)將（2）代入（3）式中： 解得：流量： 32在內(nèi)徑為80mm的管道上安裝一標準孔板流量計，孔徑為40mm，U形壓差計的讀數(shù)為350mmHg。管內(nèi)液體的密度為1050kg/m3，粘度為0.5cP，試計算液體的體積流量。解： 設(shè)，查得 而 假設(shè)正確，以上計算有效。題33 附圖1233用離心泵將20水從水池送至敞口高位槽中，流程如附圖所示，兩槽液面差為12m。輸送管為573.5mm的鋼管，總長為220m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。用孔板流量計測量水流量，孔徑為20mm，流量系數(shù)為0.61，

18、U形壓差計的讀數(shù)為400mmHg。摩擦系數(shù)可取為0.02。試求：（1）水流量，m3/h；（2）每kg水經(jīng)過泵所獲得的機械能。 解：（1） （2）以水池液面為面，高位槽液面為面，在面間列柏努利方程： 簡化: 而 其中： 34以水標定的轉(zhuǎn)子流量計用來測量酒精的流量。已知轉(zhuǎn)子的密度為7700 kg/m3，酒精的密度為790 kg/m3，當(dāng)轉(zhuǎn)子的刻度相同時，酒精的流量比水的流量大還是??？試計算刻度校正系數(shù)。 解： 酒精流量比水大35在一定轉(zhuǎn)速下測定某離心泵的性能，吸入管與壓出管的內(nèi)徑分別為70mm和50mm。當(dāng)流量為30 m3/h時，泵入口處真空表與出口處壓力表的讀數(shù)分別為40kPa和215kPa，兩

19、測壓口間的垂直距離為0.4m，軸功率為3.45kW。試計算泵的壓頭與效率。 解： 在泵進出口處列柏努力方程，忽略能量損失； =27.07m 36在一化工生產(chǎn)車間，要求用離心泵將冷卻水從貯水池經(jīng)換熱器送到一敞口高位槽中。已知高位槽中液面比貯水池中液面高出10m，管路總長為400m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。管內(nèi)徑為75mm，換熱器的壓頭損失為，摩擦系數(shù)可取為0.03。此離心泵在轉(zhuǎn)速為2900rpm時的性能如下表所示：Q/(m3/s)00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H/m2625.524.5232118.515.5128.5 試求：（1）管路特

20、性方程； （2）泵工作點的流量與壓頭。 解：（1）管路特性曲線方程： （2）在坐標紙中繪出泵的特性曲線及管路特性曲線的工作點： 37用離心泵將水從貯槽輸送至高位槽中，兩槽均為敞口，且液面恒定?，F(xiàn)改為輸送密度為1200 kg/m3的某水溶液，其它物性與水相近。若管路狀況不變，試說明：（1）輸送量有無變化？（2）壓頭有無變化？（3）泵的軸功率有無變化？（4）泵出口處壓力有無變化？解：變化時，泵特性曲線不變。 管路特性曲線 不變（1） 輸送量不變； （2）壓頭不變；（3） 軸功率： 增加 （4）在貯槽液面1-1和泵出口2-2間列柏努力方程： 簡化：工作點Q，不變，不變即隨的增加而增加。 38用離心泵

21、向設(shè)備送水。已知泵特性方程為，管路特性方程為，兩式中Q的單位均為m3/h，H的單位為m。試求該泵的輸送量； 解： 聯(lián)立： 解得：39用型號為IS65-50-125的離心泵將敞口貯槽中80的水送出，吸入管路的壓頭損失為4m，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8kPa。試確定此泵的安裝高度。 解：查附錄：水， IS65-50-125泵氣蝕余量 NPSH=2.0m 泵允許安裝高度： = = 為安全起見，再降低，即 即泵需要安裝在水槽液面以下或更低。40用油泵從貯槽向反應(yīng)器輸送44的異丁烷，貯槽中異丁烷液面恒定，其上方絕對壓力為652kPa。泵位于貯槽液面以下1.5m處，吸入管路全部壓頭損失為1.6m。44時異丁烷的密度

22、為530kg/m3，飽和蒸汽壓為638 kPa。所選用泵的允許汽蝕余量為3.5m，問此泵能否正常操作？ 解：泵允許的安裝高度： 此泵安裝不當(dāng)，會發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。 41用內(nèi)徑為100mm的鋼管將河水送至一蓄水池中，要求輸送量為70m3/h。水由池底部進入，池中水面高出河面26m。管路的總長度為60m，其中吸入管路為24m（均包括所有局部阻力的當(dāng)量長度），設(shè)摩擦系數(shù)為0.028。 今庫房有以下三臺離心泵，性能如下表，試從中選用一臺合適的泵，并計算安裝高度。設(shè)水溫為20，大氣壓力為101.3kPa。（略）序號型號Q，m3/hH，mn，rpm，（NPSH）允1IS100-80-1256010024202

23、90067784.04.52IS100-80-160601003632290070783.54.03IS100-80-200601005450290065763.03.6解：在河水與蓄水池面間列柏努力方程，并簡化： 其中： 由 選泵IS100-80-160 氣蝕余量以計水， 減去安全余量，實為。即泵可安裝在河水面上不超過的地方。42 常壓貯槽內(nèi)裝有某石油產(chǎn)品，在貯存條件下其密度為760 kg/m3?，F(xiàn)將該油品送入反應(yīng)釜中，輸送管路為572mm，由液面到設(shè)備入口的升揚高度為5m，流量為15m3/h。釜內(nèi)壓力為148kPa（表壓），管路的壓頭損失為5m（不包括出口阻力）。試選擇一臺合適的油泵。解：

24、 在水槽液面與輸送管內(nèi)側(cè)面間列柏努力方程，簡化有： 由Q= 查油泵性能，選泵60Y-60B 其性能為； 流量： 43現(xiàn)從一氣柜向某設(shè)備輸送密度為1.36kg/m3的氣體，氣柜內(nèi)的壓力為650Pa（表壓），設(shè)備內(nèi)的壓力為102.1kPa（絕壓）。通風(fēng)機輸出管路的流速為12.5m/s，管路中的壓力損失為500Pa。試計算管路中所需的全風(fēng)壓。（設(shè)大氣壓力為101.3kPa） 解： 第二章 非均相物系分離1、試計算直徑為30m的球形石英顆粒（其密度為2650kg/ m3），在20水中和20常壓空氣中的自由沉降速度。解：已知d=30m、s=2650kg/m3（1）20水 =1.0110-3Pas =99

25、8kg/m3 設(shè)沉降在滯流區(qū)，根據(jù)式（2-15）校核流型假設(shè)成立， ut=8.0210-4m/s為所求（2）20常壓空氣 =1.8110-5Pas =1.21kg/m3設(shè)沉降在滯流區(qū)校核流型：假設(shè)成立，ut=7.1810-2m/s為所求。2、密度為2150kg/ m3的煙灰球形顆粒在20空氣中在層流沉降的最大顆粒直徑是多少？ 解：已知s=2150kg/m3 查20空氣 =1.8110-5Pa.s =1.21kg/m3當(dāng)時是顆粒在空氣中滯流沉降的最大粒徑，根據(jù)式（2-15）并整理 所以3、直徑為10m的石英顆粒隨20的水作旋轉(zhuǎn)運動，在旋轉(zhuǎn)半徑R0.05m處的切向速度為12m/s，求該處的離心沉降

26、速度和離心分離因數(shù)。 解：已知d=10m、 R=0.05m 、 ui=12m/s設(shè)沉降在滯流區(qū)，根據(jù)式（2-15）g改為ui/ R 即校核流型ur=0.0262m/s為所求。所以 4、某工廠用一降塵室處理含塵氣體，假設(shè)塵粒作滯流沉降。下列情況下，降塵室的最大生產(chǎn)能力如何變化？（1） 要完全分離的最小粒徑由60m降至30m；（2） 空氣溫度由10升至200；（3） 增加水平隔板數(shù)目，使沉降面積由10m2增至30 m2。 解： 根據(jù) 及VS=blutc（1）（2）查10空氣 =1.7610-5Pas 200空氣 =2.6010-5Pas （3）5、已知含塵氣體中塵粒的密度為2300kg/ m3。氣

27、體流量為1000 m3/h、黏度為3.6105Pa.s、密度為0.674kg/ m3，若用如圖2-6所示的標準旋風(fēng)分離器進行除塵，分離器圓筒直徑為400mm，試估算其臨界粒徑及氣體壓強降。 解：已知s=2300kg/m3 、Vh=1000m3/h 、=3.610-5Pa.s 、 =0.674 kg/m3、 D=400mm=0.4m，根據(jù)標準旋風(fēng)分離器 h=D/2 、B=D/4 故該分離器進口截面積 A=hB=D2/8 所以 根據(jù)式（2-26） 取標準旋風(fēng)分離器N=5 則根據(jù)式（2-30） 取=8.06、有一過濾面積為0.093m2的小型板框壓濾機，恒壓過濾含有碳酸鈣顆粒的水懸浮液。過濾時間為5

28、0秒時，共得到2.2710-3 m3的濾液；過濾時間為100秒時。共得到3.3510-3 m3的濾液。試求當(dāng)過濾時間為200秒時，可得到多少濾液？ 解：已知A=0.093m2 、t1=50s 、V1=2.2710-3m3 、t2=100s 、V2=3.3510-3m3 、t3=200s 由于 根據(jù)式（2-38a） 聯(lián)立解之：qe=4.1410-3 K=1.59610-5因此 q3=0.0525所以 V3=q3A=0.05250.093=4.8810-3m37、某生產(chǎn)過程每年須生產(chǎn)濾液3800 m3，年工作時間5000h，采用間歇式過濾機，在恒壓下每一操作周期為2.5h，其中過濾時間為1.5h，

29、將懸浮液在同樣操作條件下測得過濾常數(shù)為K=410-6m2/s； qe=2.510-2m3/m2。濾餅不洗滌，試求：（1） 所需過濾面積，（2） 今有過濾面積8m2的過濾機，需要幾臺？ 解：已知生產(chǎn)能力為3800m3濾液/年，年工作日5000h， T=2.5h ，t=1.5h ，K=410-6m2/s ，qe=2.510-2m3/m2 ，（1） 因為 Q=3800/5000=0.76m3濾液/h 由式（2-42） 所以 V=2.50.76=1.9 m3 由式（2-38a）解之 A=14.7 m215 m2(2) 因為過濾機為8 m2/臺， 所以需2臺過濾機。8、BMS50/810-25型板框壓濾

30、機，濾框尺寸為81081025mm，共36個框，現(xiàn)用來恒壓過濾某懸浮液。操作條件下的過濾常數(shù)為K=2.7210-5 m2/s；qe=3.4510-3m3/m2。每濾出1 m3濾液的同時，生成0.148 m3的濾渣。求濾框充滿濾渣所需時間。若洗滌時間為過濾時間的2倍，輔助時間15min，其生產(chǎn)能力為多少？ 解：濾框總?cè)莘eV0=0.8120.02536=0.590 m3 過濾面積 A=0.812236=47.2 m2生產(chǎn)總周期為T=283+2283+1560=1749s由 得一個周期濾液量為 所以生產(chǎn)能力為9、有一直徑為1.75m，長0.9m的轉(zhuǎn)筒真空過濾機過濾水懸浮液。操作條件下浸沒度為126o

31、，轉(zhuǎn)速為1r/min，濾布阻力可以忽略，過濾常數(shù)K為5.1510-6m2/s，求其生產(chǎn)能力。 解：因為過濾面積 A=DL=3.141.750.9=4.95m2浸沒度=126/360=0.35由式（2-45a）10、某轉(zhuǎn)筒真空過濾機每分鐘轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，每小時可得濾液4 m3。若過濾介質(zhì)阻力可以忽略，每小時獲得6 m3濾液時轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？此時轉(zhuǎn)鼓表面濾餅的厚度為原來的多少倍？操作中所用的真空度維持不變。解：已知 Q1=4m3/h ，n1=2r/min ，Q2=6m3/h ，Ve=0 由式（2-45a）兩邊平方，得 / 所以 由式（2-35）得 而v1=v2 又A不變，以1小時為計算基準， 則Q1=V

32、1 Q2=V2故 第三章 傳熱1. 紅磚平壁墻，厚度為500mm，內(nèi)側(cè)溫度為200，外側(cè)溫度為30，設(shè)紅磚的平均導(dǎo)熱系數(shù)為0.57 W/(m)。試求：（1）單位時間、單位面積導(dǎo)出的熱量；（2）距離內(nèi)側(cè)350mm處的溫度。解：（1）W/m2(2) 解得：t=812. 在外徑100mm的蒸汽管道外包一層導(dǎo)熱系數(shù)為0.08 W/(m)的絕熱材料。已知蒸汽管外壁150，要求絕熱層外壁溫度在50以下，且每米管長的熱損失不應(yīng)超過150W/m，試求絕熱層厚度。解：解得：r2=69.9mm；壁厚：r2-r1=19.9mm3. 某燃燒爐爐墻由耐火磚、絕熱磚和普通磚三種砌成，它們的導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.2W/(m)，

33、0.16 W/(m)和0.92 W/(m)，耐火磚和絕熱轉(zhuǎn)厚度都是0.5m，普通磚厚度為0.25m。已知爐內(nèi)壁溫為1000，外壁溫度為55，設(shè)各層磚間接觸良好，求每平方米爐壁散熱速率。解： 4. 燃燒爐爐墻的內(nèi)層為460mm厚的耐火磚，外層為230mm厚的絕熱磚。若爐墻的內(nèi)表面溫度t1為1400，外表面溫度t3為100。試求導(dǎo)熱的熱通量及兩種磚之間的界面溫度。設(shè)兩種磚接觸良好，已知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)為10.9+0.0007t，絕熱磚的導(dǎo)熱系數(shù)為20.3+0.0003t。兩式中t可分別取為各層材料的平均溫度，單位為，單位為W(m)。解：（a） ，；mm，mm將以上數(shù)據(jù)代入(a)式解得：；（m2）5

34、. 設(shè)計一燃燒爐時擬采用三層磚圍成其爐墻，其中最內(nèi)層為耐火磚，中間層為絕熱磚，最外層為普通磚。耐火磚和普通磚的厚度分別為0.5m和0.25m，三種磚的導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.02 W/(m)、0.14 W/(m)和0.92 W/(m)，已知耐火磚內(nèi)側(cè)為1000，普通磚外壁溫度為35。試問絕熱磚厚度至少為多少才能保證絕熱磚內(nèi)側(cè)溫度不超過940，普通磚內(nèi)側(cè)不超過138。解：（a）將t2=940代入上式，可解得b2=0.997m(b)將t3=138C 解得b2=0.250m將b2=0.250m代入(a)式解得：t2=814.4故選擇絕熱磚厚度為0.25m6. mm的不銹鋼管，其材料熱導(dǎo)率為21W/mK；管

35、外包厚40mm的石棉，其材料熱導(dǎo)率為0.25W/(mK)。若管內(nèi)壁溫度為330，保溫層外壁溫度為105，試計算每米管長的熱損失；解：這是通過兩層圓筒壁的熱傳導(dǎo)問題，各層的半徑如下,每米管長的熱損失：W/m7. 蒸汽管道外包有兩層導(dǎo)熱系數(shù)不同而厚度相同的絕熱層，設(shè)外層的對數(shù)平均直徑為內(nèi)層的2倍。其導(dǎo)熱系數(shù)也為內(nèi)層的兩倍。若將二層材料互換位置，假定其它條件不變，試問每米管長的熱損失將變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦叮空f明在本題情況下，哪一種材料放在內(nèi)層較為適合?解： 因為，所以位置互換前，則每米管長的熱損失位置互換后，每米管長熱損失q故位置互換前，即導(dǎo)熱系數(shù)小的材料放在內(nèi)層時，會取得較好的保溫效果。8 常壓下溫度

36、為20的空氣以60m3/h的流量流過直徑為f573.5mm、長度為3m的換熱管內(nèi)，被加熱升溫至80，試求管內(nèi)壁對空氣的對流傳熱系數(shù)。解：空氣的定性溫度：。在此溫度查得空氣的物性數(shù)據(jù)如下：， m/sl/d=3/0.05=60W/m2K9. 96%的硫酸在套管換熱器中從90冷卻至30。硫酸在直徑為f252.5mm、長度為3m的內(nèi)管中流過，流率為800kgh。已知在管內(nèi)壁平均溫度下流體的粘度為9.3cP。試求硫酸對管壁的傳熱膜系數(shù)。已知硫酸在定性溫度下的物性如下：， 解： /s（層流）由于管子很細，液體黏度較大，故可忽略自然對流的影響，a可用下式計算： W/m2K10. 98的硫酸以0.6m/s的流

37、速在套管換熱器的環(huán)隙間流動。 硫酸的平均溫度為70，換熱器內(nèi)管直徑為252.5mm，外管直徑是513mm。試求：硫酸的對流傳熱系數(shù)。已知定性溫度下硫酸的物性為： ， ；壁溫60下硫酸黏度cP解：以d1及d2分別代表內(nèi)管外徑和外管內(nèi)徑，則當(dāng)量直徑de為m （過渡區(qū)）湍流時的對流傳熱系數(shù)： W/m2K校正系數(shù)：過渡區(qū)時對流傳熱膜系數(shù)： W/m2K11 水在一定流量下流過某套管換熱器的內(nèi)管，溫度可從20升至80，此時測得其對流傳熱系數(shù)為1000W/(m2K)。試求同樣體積流量的苯通過換熱器內(nèi)管時的對流傳熱系數(shù)為多少？已知兩種情況下流動皆為湍流，苯進、出口的平均溫度為60。解： 由查得水物性：，。查得

38、時，苯的物性：，12 150的飽和水蒸汽在一根外徑為100mm、長0.75m的管外冷凝，已知管外壁溫度為110。分別求該管垂直和水平放置時的蒸汽冷凝傳熱系數(shù)。解：（1）假定冷凝液為層流流動，則膜溫為（150+110）/2=130，此溫度下水的物性為：r=934.8kg/m3；m=0.218mPas；l=0.686W/(mK)150時水的相變焓為：r=2119kJ/kg。所以校核冷凝液膜的流動是否為層流。冷凝液膜流動雷諾數(shù)計算如下：將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式可得：層流假定成立，以上計算有效。（2）當(dāng)管水平放置時，直接用如下公式計算蒸汽冷凝傳熱系數(shù)： W/m2K13. 豎直放置的蒸汽管，管外徑為l00mm

39、，管長3.5m。若管外壁溫度110，周圍空氣溫度為30，試計算單位時間內(nèi)散失于周圍空氣中的熱量。解：定性溫度下，空氣的物理性質(zhì)為：cP1.009kJ/（kg），0.0297/（），2.0610-5Pas，1.029kg/3體積膨脹系數(shù)格拉斯霍夫準數(shù)普朗特準數(shù)則W/m2Q=aAt=6.360.13.5（110-30）= 559.2W14 在一套管式換熱中用的冷卻水將流量為1.25kg/s的苯由80冷卻至40。冷卻水進口溫度為25，其出口溫度選定為35。試求冷卻水的用量。解：苯的平均溫度為60，查得該溫度下其比熱為：1.860kJ/kg水的平均溫度為30，查得該溫度下其比熱為：4.174kJ/kg

40、熱平衡方程：冷卻水用量：kg/s=8021kg/h15 流量為10000m3/h（標準狀況）的空氣在換熱器中被飽和水蒸汽從20加熱至60，所用水蒸汽的壓強為400kPa（絕壓）。若設(shè)備熱損失為該換熱器熱負荷的6%，試求該換熱器的熱負荷及加熱蒸汽用量。解：查得空氣在平均溫度40下的比熱容為：cp2=1.005kJ/kg。400kP下水的相變焓為2138kJ/kg?？諝獾馁|(zhì)量流量：kg/h熱負荷：kW考慮熱損失的熱平衡方程：加熱蒸汽用量：16 在一套管換熱器中用飽和水蒸汽加熱某溶液。水蒸汽通入環(huán)隙，其對流傳熱系數(shù)為10000 W/m2；溶液在f252.5mm的管內(nèi)流動，其對流傳熱系數(shù)為800 W/

41、m2。換熱管內(nèi)污垢熱阻為1.210-3 m2/W，管外污垢熱阻和管壁忽略不計。試求該換熱器以換熱管的外表面為基準的總熱系數(shù)及各部分熱阻在總熱阻中所占的百分數(shù)。解： m2/WK=316.2 W/m2蒸汽側(cè)熱阻/總熱阻=溶液側(cè)污垢熱阻/總熱阻=管內(nèi)污垢熱阻/總熱阻=17. 以三種不同的水流速度對某臺列管式換熱器進行試驗。第一次試驗在新購進時進行；第二次試驗在使用了一段時間之后進行。試驗時水在管內(nèi)流動，且為湍流，管外為飽和水蒸氣冷凝。管子直徑為f252.5mm的鋼管，其材料導(dǎo)熱系數(shù)為45 W/（m）。兩次試驗結(jié)果如下實驗次數(shù)第一次第二次水流速度(m/s)1.01.51.0總傳熱系數(shù)(W/m2K)21

42、1526601770試計算： （1）第一次試驗中蒸汽冷凝傳熱系數(shù)； （2）第二次實驗時水側(cè)的污垢熱阻（蒸汽側(cè)污垢熱阻忽略不計）。解：第一次試驗時沒有污垢生成，則可用下面方法求得蒸汽冷凝的傳熱系數(shù)a1（以下標1.0、1.5及3分別代表三種不同流速下的情況）。 （a） （b）在兩次試驗中管壁熱阻及a1相同，上二式相減得： 解得： m2/W(c)因為水在管內(nèi)是湍流，所以與 存在如下關(guān)系(d)式(c)與(d)聯(lián)立求解可得：W/（m2），W/（m2）由式(a)： m2/WW/（m2）（2）在同一水流速度1.0m/s下，兩次試驗中總傳熱系數(shù)不同是由于在管壁表面上產(chǎn)生污垢。第二次實驗時：水側(cè)污垢熱阻： m2

43、/W18 在一石油熱裂裝置中，所得熱裂物的溫度為300。今擬設(shè)計一列管式換熱器，用來將熱石油由25預(yù)熱到180，要求熱裂物的終溫低于200，試分別計算熱裂物與石油在換熱器中采用逆流與并流時的平均溫差。解：在逆流時：在并流時：19 擬在列管式換熱器中用初溫為20的水將流量為1.25kgs的溶液（比熱容為1.9kJkg、密度為850kgm3）由80冷卻到30。換熱直徑為f252.5mm。水走管程、溶液走殼程，兩流體逆流流動。水側(cè)和溶液側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為0.85kW(m2)和1.70kW(m2)，污垢熱阻和管壁熱阻可忽略。若水的出口溫度不能高于50，試求換熱器的傳熱面積。解：熱負荷： W平均傳熱溫差：總傳熱系數(shù)： m2/W解得：K=485.44W/(m2)由總傳熱速率方程可得：m220 在列管式換熱器中用水冷卻油，并流操作。水的進、出口溫度分別為15和40，油的進、出口溫度分別為150和