化工原理習題課件

例1水水水Q1:A1、A2、A3的壓力是否相同？他們的大小順序如何？A1A2A3B1B2B3Q2:B1、B2、B3的壓力是否相同？C1C2C3Q3:C1、C2、C3的壓力是否相同？Q4:D1、D2、D3的壓力是否相同？D1D2D31例2離H0為0.5m，油的密度0為800kg?m-3，水的密度為1000kg?m-3。如果要求油水分界面位于觀察孔中心，則倒U型管頂部至觀察孔中心的垂直距離H應為多少？設液體在器內(nèi)的流動緩慢，可按靜力學處理。而且油水易于分層，沒有乳化界面。H0H溢流混合物水油和水的混合物在分離器內(nèi)利用密度差異進行分離。油由上部的側管溢流排走，水由底部的倒U型管排出。倒U型管頂部有平衡管與分離器頂部連通，使兩處壓力相等。油面至觀察孔中心的距2乙炔發(fā)生器裝有水封管,當器內(nèi)壓力過大時通過水封排氣至安全處。要控制發(fā)生器內(nèi)壓力不超過12kPa（表壓）。求水封管應插入水的深度H。乙炔發(fā)生器H例33例5:

如附圖所示，管路由一段φ89×4mm的管1、一段φ108×4mm的管2和兩段φ57×3.5mm的分支管3a及3b連接而成。若水以9×10-3m/s的體積流量流動，且在兩段分支管內(nèi)的流量相等，試求水在各段管內(nèi)的速度。123b3a附圖解：

管1的內(nèi)徑為則水在管1中的流速為

管2的內(nèi)徑為則水在管2中的流速為

又水在分支管路3a、3b中的流量相等，則有

即水在管3a和3b中的流速為

管3a及3b的內(nèi)徑為

5例6設備間相對位置的計算從高位槽向塔內(nèi)進料，高位槽中液位恒定，高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓。送液管為φ45×2.5mm的鋼管，要求送液量為3.6m3/h。設料液在管內(nèi)的壓頭損失為1.2m（不包括出口能量損失），試問高位槽的液位要高出進料口多少米？？

p1=0Pa（表壓）；p2=0Pa（表壓）6例7管路某截面處的壓力的確定某車間用壓縮空氣送20℃的濃硫酸。要求輸送量為0.036m3.min-1，管徑為Ф383mm，設濃硫酸流經(jīng)全部管路的能量損失為1.22J.N-1（不包括出口的能量損失），試求壓縮空氣的壓力為多少？15m11’22’壓縮空氣？7習題

流體輸送設備所需功率的計算例8用泵將堿液槽中的堿液抽往吸收塔頂，經(jīng)噴頭噴出作吸收劑用。泵的汲入管內(nèi)徑為70mm，壓出管為內(nèi)徑為50mm

。堿液在噴頭口前的靜壓強按壓力指示表為0.3kgf?cm-2(表壓)，密度為1100kg?m-3。輸送系統(tǒng)中壓頭損失為3米，堿液柱計劃送液量為25t?h-1。若泵的效率為55%，試求泵所需的功率。1.5m16m解：HfHe？12基準面輸送所需理論功率（J?S-1）：Ne=He

?g?qm實際需功率：Na=Ne/8例10

噴射泵中水流量為10t?h-1，入口靜壓強為1.5kgf?cm-2（表壓），進口管內(nèi)徑53mm，噴嘴口內(nèi)徑13mm，試求該噴射泵理論上能形成的真空度。設當時外界大氣壓為101.3kPa，噴嘴很短，且忽略水流動時的摩擦阻力。解：HfHe12噴嘴很短，h1-h20？υ=qv/A壓強用絕對壓表示：P1=1.598.1+101.3=248.5kPa=0按流動時沒有摩擦阻力考慮，Hf=0P2=30.9kPa(絕對壓)噴射泵形成的真空度=大氣壓—絕對壓10地面7m1mABCD解：(2)C管和D管都全開時:12例12若爐灶的爐壁順序地由厚24cm耐火磚(=0.90W.m-1.K-1)、12cm絕熱磚(=0.20W.m-1.K-1)和24cm建筑磚(=0.63W.m-1.K-1)砌成,傳熱穩(wěn)定后,耐火磚的內(nèi)壁面溫度為940℃,建筑磚的外壁面溫度為50℃.試求每秒鐘每平方米壁面因傳導傳熱所散失的熱量,并求各磚層交界面的溫度.t1t2t3t4解:多層平面壁熱傳導公式:940322!熱阻越大溫度降越大耐火磚絕熱磚建筑磚5075014例1338mm×2.5mm的水蒸氣管(=50W.m-1.K-1)包有隔熱層,第一層是40mm厚的礦渣棉(=0.07W.m-1.K-1),第二層是20mm厚的石棉(=0.15W.m-1.K-1).若管內(nèi)壁溫度為140℃,石棉泥外壁溫度為30℃.求每米管長的熱損失速率.若以同量的石棉作內(nèi)層,礦渣棉作外層,情況如何?解:圓筒壁熱傳導公式:NOTE:選用隔熱材料包裹管路時,在耐熱性等條件允許下,導熱系數(shù)小的應包在內(nèi)層.金屬管的熱阻實際上是可忽略的.r1r2r3r415例14

夾套反應釜的內(nèi)徑為80cm，釜壁碳鋼(=50W.m-1.K-1)板厚8mm,襯搪瓷厚3mm(=1.0W.m-1.K-1)，夾套中通飽和水蒸氣(=10000W.m-2.K-1)加熱，水蒸氣溫度為120℃，釜內(nèi)為有機物(=250W.m-2.K-1)，溫度為80℃。求該條件下單位面積的傳熱速率和各熱阻占總熱阻的百分數(shù)。解：因內(nèi)徑0.8m≈外徑0.822m,可近似作為平面壁，則可見：主要熱阻在搪瓷襯里和有機物這一側。如果忽略水蒸氣和碳鋼的熱阻，計算結果只相差3.6%。16例15

在列管加熱器中,20℃原油流經(jīng)管內(nèi)(=200W.m-2.K-1)，管外用120℃飽和水蒸氣加熱(=10000W.m-2.K-1)，管子為48mm×2mm無縫鋼管(=50W.m-1.K-1)，管內(nèi)油垢層厚為1mm(=1.0W.m-1.K-1)。求通過每米管長的傳熱速率。若將1、2分別提高一倍，則傳熱速率有何變化？解：可見：提高原來已經(jīng)很大的這側流體的傳熱膜系數(shù)，對總傳熱的影響是不大的；而降低熱阻大的這側流體的熱阻，對傳熱速率的提高則是有意義的。r1r’1r217例15

套管換熱器中,用一定量的熱流體將另一定量的冷流體加熱。熱流體溫度由120℃降到70℃，冷流體由20℃升到60℃。比較并流與逆流的傳熱溫差。T1=120℃T2=70℃t1=20℃t2=60℃T1=120℃t1=20℃t2=60℃T2=70℃解：并流℃℃逆流℃℃℃℃℃根據(jù)總傳熱方程Q=KSt，傳熱量相同時，逆流所需的傳熱面積比并流小，設備尺寸隨之可以減小。18例17

在某以一定尺寸的套管換熱器中，熱流體與冷流體并流換熱。熱流體由120℃降到70℃，冷流體由20℃到60℃。若換熱器及有關條件（流體進口溫度及流量等）不變，將并流改為逆流，求冷、熱流體排出溫度。可設傳熱系數(shù)、物料的比容及設備的熱損失不變。解：T1=120℃t1=20℃t2=60℃T2=70℃t1=20℃T1=120℃t’2=？T’2=？℃℃20例18:用一傳熱面積為3m2，由25mmk2．5mm的管子組成的單程列管式換熱器，用初溫為10℃的水將機油由200℃冷卻至100℃，水走管內(nèi)，機油走管間。已知水和機油的質(zhì)量流量分別是1000kg/h和1200kg/h，其定壓質(zhì)量熱容分別為4.18kJ/(kg.K)和2.0kJ/(kg.K),水側和機油側的對流傳熱系數(shù)分別是2000w/(m2.K)和250w/(m2.K)

。兩流體呈逆流流動(Re＞104)，忽略管壁和污垢的熱阻。

(])計算說明該換熱器是否合用?(2)夏天當水的初溫達到30℃時，而機油的流量及冷卻程度不變，問此時換熱器是否合用?如何解決，(假設傳熱系數(shù)不變)。21相平衡關系在吸收過程中的應用1、判斷過程進行的方向:討論:例含NH310%(摩爾分數(shù))的氣體與含NH35%液體接觸，平衡關系為yA*=0.94ｘＡ，問NH3被吸收還是被解吸？發(fā)生吸收過程的充分必要條件是：y

y*或x<x*23塔無限高、溶劑量很小的情況下，；2．指明過程進行的極限:無限高的塔內(nèi)，大量的吸收劑和較小氣體流量，當時，，理論上實現(xiàn)氣相溶質(zhì)的全部吸收。x1y1y2x224例20：

CO2的分壓為5.07104Pa的混合氣分別與CO2濃度為0.01kmolm-3的水溶液和濃度為0.05kmolm-3

的水溶液接觸，系統(tǒng)溫度均為20C，平衡關系為：

pA*=1.62105xA(kPa)試求:1、判斷傳質(zhì)的方向；2、上述兩種情況下的推動力pA和CA。26例21800mm的填料塔，在101.25KPa和20C的條件下用清水吸收氨—空氣混合氣中的氨?；旌蠚庵械陌钡姆謮簽?.5KPa，惰氣的質(zhì)量流量為0.4kg.s-1，水的用量為最小用量的1.5倍，吸收率為98%。平衡關系為Y=0.76X。氣相體積吸收系數(shù)KY為0.10kmol.m-3.