化工原理作業(yè)答案

第一章流體流動(dòng)

流體的重要性質(zhì)

2.若將密度為830kg/n?的油與密度為710kg/n?的油各60kg混在一起，試求混合油的

密度。設(shè)混合油為理想溶液。

解：rnt=+m2=（60+60）kg=120kg

m.,6060

匕=匕+匕=—+—=----1----m0.157tn3

、8301710j

PiPi

Pm=卞=言ykg/n?=764.33kg/m'

流體靜力學(xué)

4.某儲(chǔ)油罐中盛有密度為960kg/m3的重油（如附圖所示），油面最高時(shí)離罐底9.5m,

油面上方與大氣相通。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760mm的孔，其中心距罐底1000mm,孔

蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作壓力為39.5X106pa,問至少需要兒個(gè)螺釘（大

氣壓力為lOUXKPPa）?

解：由流體靜力學(xué)方程，距罐底1000mm處的流體壓力為

p=p+^/2=[101.3xl03+960x9.81x（9.5-1.0）]Pa=L813xl03Pa（絕壓）

作用在孔蓋上的總力為

F=（p-pJA=a.813xl03-101.3xl0-）x-x0.762N=3.627xl04N

每個(gè)螺釘所受力為

E=39.5X10X--T0.0I42N=6.093xlO3N

4

因此

n=F1F\=3.627xl(T/(6.093x1O‘)N=5.95?6(個(gè))

習(xí)題4附圖習(xí)題5附圖

5.如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè)U管壓差計(jì)。讀數(shù)分別為R=500mm,R2=80

mm,指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴(kuò)散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入

一段水,其高度R3=100mm。試求4、8兩點(diǎn)的表壓力。

解:（1）4點(diǎn)的壓力

PK水+夕灰g/?2=(1000x9.81x0.1+13600x9.81x0.08)Pa=1.165x10*Pa(表)

(2)3點(diǎn)的壓力

PB=PA+P或鳴

=(1.165xl04+13600x9.81xO.5)Pa=7.836x10,Pa(表)

8.密度為1800kg/m3的某液體經(jīng)一內(nèi)徑為60mm的管道輸

送到某處,若其平均流速為0.8m/s,求該液體的體積流量(nWh)、

質(zhì)量流量(kg/s)和質(zhì)量通量[kg/(m2?s)]o

解：

V=uA=u-d2=0.8x—xO.O62x3600m7s=8.14m7h

44

w=uAp=u-d2p=0.8x—x0.062x1000kg/s=2.7

44

G=?p=0.8x1000kg/(m2?s)=800kg/(m2?s)

11.如本題附圖所示，高位槽內(nèi)的水位高于地面7m,水從。108mmX4mm的管道中流

出，管路出口高于地面1.5m。已知水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按尸55〃2計(jì)算，其中〃為水

在管內(nèi)的平均流速（m/s）。設(shè)流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)，試計(jì)算（1）4A,截面處水的平均流速；（2）水的

流量（m3/h）?

解：（1）4A截面處水的平均流速

在高位槽水面與管路出口截面之間列機(jī)械能衡算方程，得

+且=gz?+；晨+乙+E4（1）

2P2P

式中zi=7m,〃bi~0,pi=0（表壓）

22=1.5m,p2=0（表壓），〃b2=5.5M2

代入式（1）得

9.81x7=9.81xl.5+L《+5.5史

2匕？與工

斯=3.0m/s

(2)水的流量(以m3/h計(jì))

23

匕=Ub2A=3.0xx(0.018-2xO.OO4)=0.02355m/s=84.78m7h

習(xí)題11附圖習(xí)題13附圖習(xí)題14附圖

13.如本題附圖所示，用泵2將儲(chǔ)罐1中的有機(jī)混合液送至精福塔3的中部進(jìn)行分離。

已知儲(chǔ)罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓力為1.0133xlCPa。流體密度為8OOkg/m3。精儲(chǔ)塔進(jìn)口

處的塔內(nèi)壓力為1.21xlO5Pa,進(jìn)粒口高于儲(chǔ)罐內(nèi)的液面8m,輸送管道直徑為。68mmx4

mm,進(jìn)料量為20m3/h。料液流經(jīng)全部管道的能量損失為70J/kg,求泵的有效功率。

解：在截面44和截面之間列柏努利方程式，得

■^?+3+g4+叱十+4gZ2+Z4

55

/)1=10l33x10Pa：p2=1.21x1OPa：Z,—Z(=R.Om；

a0;Z九=70J/kg

VV20/3600/—

u=—=------=--------------------m/s=1.966m/s

2AV當(dāng)x(0.068—2x0.004)2

嗎=歲+亨+gC-4)+24

J(L2"LOI33)x%迎+9.8x8.0+70]j/kg

r|_8002J

=(2.46+1.93+78.4+70)J/kg=175J/kg

M=叫叱=20/3600x800x173W=768.9W

14.本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑。=2m,槽底與內(nèi)徑面為32mm的鋼管相連，槽內(nèi)無

液體補(bǔ)充，其初始液面高度加為2m(以管子中心線為基準(zhǔn))。液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的全部能量

損失可按Z*20〃2計(jì)算，式中的〃為液體在管內(nèi)的平均流諫(m/s)。試求當(dāng)槽內(nèi)液面下降1m

時(shí)所需的時(shí)間。

解：由質(zhì)量衡算方程，得

叱=叱+也⑴

叱=o,叱=：成的⑵

也」“也⑶

dO4d0

將式(2),(3)代入式(1)得

nn-,dh八

—J.；wp+—D*p—=0

4°b4d。

即3+當(dāng)2包=0(4)

h4、d。

在貯槽液面與管出口截面之間列機(jī)械能衡算方程

即gh*+￡hf吟+20M-=20,5w；

或?qū)懗?/p>

9.81b

Mb=0.692〃(5)

式（4）與式(5)聯(lián)立，得

0.692戰(zhàn)+(^―)2—=0

0.032d。

-5645里二曲

即

4h

i.c.0=0,h=h\=2m；0=0,/t=lm

積分得0=-5645x21—2以卜=4676s=l.3h

動(dòng)量傳遞現(xiàn)象與管內(nèi)流動(dòng)阻力

19.用泵將2X104kg41的溶液芻反應(yīng)器送至高位槽（見

本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持25.9X103pa的真空度，

高位槽液面上方為大氣壓。管道為，76mmX4mm的鋼管,

總長(zhǎng)為35m,管線上有兩個(gè)全開的閘閥、一個(gè)孔板流量計(jì)

（局部阻力系數(shù)為4）、五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管

路出口的距離為17m。若泵的效率為0.7,求泵的軸功率。

34

（已知溶液的密度為1073kg/m,黏度為6.3x10Pa-so管

壁絕對(duì)粗糙度可取為0.3mmo）

解：在反應(yīng)器液面1-1與管路出口內(nèi)側(cè)截面22間列

機(jī)械能衡算方程，以截面為基準(zhǔn)水平面，得

習(xí)題19附圖

gzt+且+叱=gz,+學(xué)+叢+Z4

2P2p

(1)

式中zi=O,Z2=17m,wbi^O

卬2xl04.

=------=-------------------；------m/s=1.43m/s

4,23600x0.785x0.068-x1073

一ap

4

pi=-25.9Xl()3pa(表),02=0俵)

將以上數(shù)據(jù)代入式(1),并整理得

叱—+爭(zhēng)號(hào)+動(dòng)

=9.81X17+-^^+259x103+Y/1=192.0+\/1.

21073人,乙午

其中+"/+￡7）竽

e/d=0.0044

根據(jù)Re與Rd值，查得上0.03,并由教材可查得各管件、閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度分別為

閘閥（全開）：0.43X2m=0.86m

標(biāo)準(zhǔn)彎頭：2.2X5m=llm

故￡%=（0.03X35~^^+U+05+4）1^1j/kg=25.74J/kg

于是wc=（192.0+25.74）J/kg=217.7J/kg

泵的軸功率為

N=Ww/7]=217,7x2xl04W=1.73kW

e3600x0.7

流體輸送管路的計(jì)算

20.如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的底

部與內(nèi)徑為100mm的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個(gè)

閘閥，距管路入口端15m處安有以水銀為指示液的U管

壓差計(jì)，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計(jì)連接

管內(nèi)充滿了水，測(cè)壓點(diǎn)與管路出口端之間的直管長(zhǎng)度為20

nio

（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí),測(cè)得/?=600mm、h=1500mm；

當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)，測(cè)得R=400mm、力=1400mm。摩擦

系數(shù)4可取為0.025,管路入口處的局部阻力系數(shù)取為0.5。

問每小時(shí)從管中流出多少水（n?）?

（2）當(dāng)閘閥全開時(shí)，U管壓差計(jì)測(cè)壓處的壓力為多少Pa（表壓）。（閘閥全開時(shí)Le〃^15,

摩擦系數(shù)仍可取0.025。）

解：（1）閘閥部分開啟時(shí)水的流量

在貯槽水面1-11與測(cè)壓點(diǎn)處截面2-2間列機(jī)械能衡算方程，并通過截面2-2,的中心作基

準(zhǔn)水平面，得

(a)

式中〃尸0（表）

p2=p1IggR-plhogR=(13600x9.81x0.4-1000x9.81x1,4)Pa=39630Pa(表)

Wb2=0,Z2=0

ZI可通過閘閥全關(guān)時(shí)的數(shù)據(jù)求取。當(dāng)閘閥全關(guān)時(shí)，水靜止不動(dòng)，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程

知

P”g(A+h)=%gR(b)

式中h=1.5m,R=0.6m

將已知數(shù)據(jù)代入式(b)得

13600x06

--1.5m=6.66m

1000)

Z峪2=(彳［吟=213"；=(0.025x含+0.5玲=2.1

將以上各值代入式(a),即

9.81X6.66=<+^^+2.13ub-

21000

解得ub=3.13m/s

水的流量為K=3600：儲(chǔ)咻=(3600x0.785x0.12x3.13)m7s=1.43m7s

(2)閘閥全開時(shí)測(cè)壓點(diǎn)處的壓力

在截面1-1,與管路出口內(nèi)側(cè)截面33間列機(jī)械能衡算方程，并通過管中心線作基準(zhǔn)平面，得

“++5J，隹%(c)

式中zi=6.66m,Z3=0,?bi=0?p\=p3

少口=足孚+4)子=。。25(含

+15)+0.5=4.81M；

a

將以上數(shù)據(jù)代入式(c),即

2

9.81X6.66=<+4.81ub

2

解得ub=3.13m/s

再在截面1/?與2-2?間列機(jī)械能衡算方程，基平面同前，得

gZ|+4+a=gz2+￡+2+Z4,L2(d)

2P2p

式中zi=6.66m,22=0?Wbi?0,Wb2=3.51m/s,pi=0(表壓力)

2

=(0.025宗0.5^3y5-IJ/kg=26.2J/kg

將以上數(shù)值代入上式，則

9.81x6.66=^^+-^-4-26.2

2lOOCi

解得〃2=3.30義ICHPa(表壓)

23

V=U2A=2.57x￥x(0.114-2xO.(X)4)x36(X)m/h=81.61n?/h

23.本題附圖所示為一輸水系統(tǒng)，高位槽的水面維

持恒定，水分別從8c與3。兩支管排出，高位槽液面

與兩支管出口間的距離均為11管段內(nèi)徑為38m、

長(zhǎng)為58m；8C支管的內(nèi)徑為32mm、長(zhǎng)為12.5m；BD

支管的內(nèi)徑為26mm、長(zhǎng)為14m,各段管長(zhǎng)均包括管

件及閥門全開時(shí)的當(dāng)量長(zhǎng)度。AB與BC管段的摩擦系

數(shù)幾均可取為0.03。試計(jì)算（1）當(dāng)支管的閥門關(guān)

閉時(shí)，8C支管的最大排水量為多少（m3/h）；（2）當(dāng)所習(xí)題23附圖

有閥門全開時(shí)，兩支管的排水量各為多少（nWh）?（8。

支管的管壁絕對(duì)粗糙度，可取為0.15mm,水的密度為

1000kg/m3,黏度為0.001Pa-s。）

解：（1）當(dāng)8。支管的閥門關(guān)閉時(shí)，BC支管的最大排水量

在高位槽水面1-1.與BC支管出口內(nèi)側(cè)截面C-C?間列機(jī)械能衡算方程，并以截面C-C?為

基準(zhǔn)平面得

gZi+^+PL=gZc+^+P^^h(

2P2p

式中zi=llm,zt=0,pi=Pc

2

故號(hào)+z4=9.81X11=107.9J/kg(a)

Z%=Z%AB+￡%,BC(b)

媒）曾

=（。3盛+85）冬=23.15”^（C）

=（0.03x黑）警=5.86〃：.（d）

將式（e）代入式（b）得

(f)

―Z%l/W=23.15x0.5〃D.〃￡?C=11.58日Dj>C

將式(f)、(d)代入式(b),得

Z4=11.58城8c+5.86〃；.=17.44〃；K

Wbc=?b,BC?并以X/if值代入式(a),解得

Mb.Bc=2.45m/s

故%c=3600X-X0.0322X2.45m3/h=7.10m3/h

4

（2）當(dāng)所有閥門全開時(shí)，兩支管的排水量根據(jù)分支管路流動(dòng)規(guī)律，有

gzc與+與￡k=g/T號(hào)隹5(a)

兩支管出口均在同一水平面上，下游截面列于兩支管出口外側(cè)，于是上式可簡(jiǎn)化為

E%,BC=E%BD

E48c=僅^^+1。)警

a2

=(°必靛+D苧=636嗑0

Z3(“忌+0警=(269.24+0.5心

U.UZo2

將Z%M、Z為加值代入式（a）中，得

6.3&《改=（269.22+0.5）〃；甌（b）

分支管路的主管與支管的流量關(guān)系為

VA6=VBC+VBD

"ABK入B="反氣網(wǎng)：I^BDUxRD

0.0382MM8=0.0322%比、+0.0262%必

上式經(jīng)整理后得

=0.708wbBC+0.469%加（c）

在截面i-i?與cc間列機(jī)械能衡算方程，并以cc.為基準(zhǔn)水平面，得

gz盧《3=gzc+與+&￡%⑷

2P2P

上式中zi=Hm,zc=0?“bi^O,Wb.c^O

上式可簡(jiǎn)化為

E%=Zh1AB+ZMe=107.9J/kg

前已算出Z%,?=23.15"乙Z4w=6.36w；水.

因此23.15藐+6.36〃；K=107.9

在式（b）、（c）、（d）中，“bda、“b.8。、即2均為未知數(shù)，且2又為“b.即的函數(shù)，可

采用試差法求解。設(shè)處取產(chǎn)L45m/s,則

口,,0.26x1.45x1000..0.15.

Re=au.pLI=---------------；--------=37700ea=-------=0n.0m058Q

b11x10-3'26

查摩擦系數(shù)圖得F0.034。將，與電BD代入式（b）得

2

6.36M；BC=（269.2x0.034+0.5）x1.45

解得〃b.Bc=1?79m/s

將Mb.BC、值代入式（C）,解得

wbAB=(0.708xl.79+0.469xl.45)m/s=1.95m/；

將"KAB、"bIC值代入式（d）左側(cè)，即

23.15xl.952+6.36xl.792=108.4

計(jì)算結(jié)果與式（d）右側(cè)數(shù)值基本相符（108.4-107.9）,故〃b.BD可以接受，于是兩支管的

排水量分別為

23

VBC=3600x；x0.032xl.79m7h=5.18m/h

233

VBC=3600x-x0.026x1.45m/h=2.77m/h

第二章流體輸送機(jī)械

1.用離心油泵將甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情況如本題附圖所示。啟動(dòng)泵之前

A、C兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動(dòng)離心泵并將出口閥調(diào)至某開度時(shí)，輸油量為39m3/h,此時(shí)

泵的壓頭為38m。已知輸油管內(nèi)徑為100mm,摩擦系數(shù)為0.02；油品密度為810kg/n?。試

求（1）管路特性方程；（2）輸油管線的總長(zhǎng)度（包括所有局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）。

解：（1）管路特性方程

甲、乙兩地油罐液面分別取作與2-2,截面，以水平管軸線為基準(zhǔn)面，在兩截面之間列

柏努利方程，得到

kK+Bq；

由于啟動(dòng)離心泵之前PA=PC,于是

K=AZ+"=。

Pg

則He=Bq：

又Hc=//=38m

B=[38/（39）2]h2/m5=2.5XJO2h2/m5

則乩=2.5x10%；（伙的單位為m3/h）

（2）輸油管線總長(zhǎng)度

m/s=1.38m/s

2^=2x9.81x0,lx38m=1960m

于是Z+/c

0.02x1.38

2.用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900r/min）進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)。在某流量下泵入口真空表和

出口壓力表的讀數(shù)分別為60kPa和220kPa,兩測(cè)壓口之間垂直距離為0.5m,泵的軸功率為

6.7kWo泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為80mm,吸入管中流動(dòng)阻力可表達(dá)為（M

為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為2.5m,實(shí)驗(yàn)是在20℃,98.1kPa的條件下

進(jìn)行。試計(jì)算泵的流量、壓頭和效率。

解：（1）泵的流量

由水池液面和泵入口真空表所在截面之間列柏努利方程式（池中水面為基準(zhǔn)面），得到

°=g4+5+當(dāng)+X^/.o-i

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得

60xI03

3.5〃：—攻-2.5x9⑻=35.48

11000

%=3.184m/s

則夕=(5x0.082x3.184x3600)m3/h=57.61m3/h

⑵泵的揚(yáng)程

(60+220)x103

H=H+H+h=-------------+0.5m=29.04m

l2()1000x9.81

⑶泵的效率

絲”29.04X57.61XI0()0X9.81

=X100%=68%

IOOOP3600x1000x6.7

在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：^=57.61m3/hH=29.04m尸=6.7kW%68%

4.用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900i7min）將20℃的清水以60m3/h的流量送至敞口容器。此流

量下吸入管路的壓頭損失和動(dòng)壓頭分別為2.4m和0.61m。規(guī)定泵入口的真空度不能大于64

kPa。泵的必需氣蝕余量為3.5m。試求（1）泵的安裝高度（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00kPa）；（2）若

改送55℃的清水，泵的安裝高度是否合適。

解：（1）泵的安裝高度

在水池液面和泵入口截面之間列柏努利方程式（水池液面為基準(zhǔn)面），得

且(H吟+%)

Pg

64xl()3

即=4+0.61+2.4

1000x9.81

%=3.51m

（2）輸送55℃清水的允許安裝高度

55C清水的密度為985.7kg/nP,飽和蒸汽壓為15.733kPa

則H'=2-P、_（NPS“if。['00—]5.33）乂[5+0.5）_24]m二2.31m

&pgm[985.7x9.81

原安裝高度（3.51m）需下降1.7m才能不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。

第三章非均相混合物分離及固體流態(tài)化

1.顆粒在流體中做自由沉降，試計(jì)算（1）密度為2650kg/n?,直徑為0.04mm的球形

石英顆粒在20℃空氣中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度為2650kg/m3,球形度。=0.6

的非球形顆粒在20c清水中的沉降速度為0.1m/s,顆粒的等體積當(dāng)量直徑是多少？（3）密

度為7900kg/m3,直徑為6.35mm的鋼球在密度為1600kg/m?的液體中沉降150mm所需的

時(shí)間為7.32s,液體的黏度是多少？

解：（1）假設(shè)為滯流沉降，則：

'i8/z

查附錄20c空氣夕=1.205kg/m3,=x105Pas,所以,

廣電"叫再療5）33吁s

核算流型：

八pdu1.205x0.1276x0.04xlO3八-

Re=——Lt=--------------------：---------=0.34<1t

1.81x10

所以，原假設(shè)正確，沉降速度為0.1276m/s。

（2）采用摩擦數(shù)群法

_4xl.81xlO5(265O-1.2O5)x9.81

=431.9

3xl.2052x0.13

依“=().6,^Re-'=431.9,查出：/?!=絲底=0.3,所以:

4=S3XL81X10=4506xl0-5m=45pm

1.205x0.1

（3）假設(shè)為滯流沉降，得:

u“--d--'-9-----p---）-g-

18w,

其中=h/0=0.15/7.32m/s=0.02049m/s

將已知數(shù)據(jù)代入上式得：

0.006352(7900-1600)x9.81/…門

LI=-----------------------------L-----Pas=6.757Pa?s

18x0.02049

核算流型

八幽0.00635x0.02049x1600……,

R-----------------------=0.03081<1

6.757

2.用降塵室除去氣體中的固體雜質(zhì)，降塵室長(zhǎng)5m,寬5m,高4.2m,固體雜質(zhì)為球形

顆粒，密度為3000kg/n?。氣體的處理量為3000（標(biāo)準(zhǔn)）m3/ho試求理論上能完全除去的最

小顆粒直徑。

（1）若操作在20c下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為1.06kg/n?,黏度為1.8x10-5pa$

（2）若操作在42（TC下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為0.5kg/m3,黏度為3.3x10-5pa”。

解：（1）在降塵室內(nèi)能夠完全沉降下來的最小顆粒的沉降速度為：

w.=m/s=0.03577m/s

bl3600x5x5

設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則:

?。ā?P）g

《=0.03577

18〃

_I18//Z/,18x1.8x1()-5x0.03577

d=1.985xl0-5m=l9.85pm

-~V(3000-1.06)x9.81

核算流型:

&二改」985x1。5、。.。3577n.06

=0.0418<1

1.8x10-

原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.985x105m。

<2）計(jì)算過程與（1）相同。完全能夠沉降下來的最小顆粒的沉降速度為:

273+420

3000x

273m/s=0.0846m/s

3600x5x5

設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則:

18〃〃，,18x3.3x10-0.0846

=4.l32xl0-5m=4132gm

9一P)gV(3000-0.5)x9.81

核算流型:

^4.132x0-x0.0846xQ.5

=1=0.0529<1

3.3xl()T

原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.132xl（y5m。

5.用標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器處理含塵氣體，氣體流量為0.4m3底黏度為3.6x10-5pa"、密度

為0.674kg/m3,氣體中塵粒的密度為2300kg/m3。若分離器圓筒直徑為0.4m,（1）試估算其

臨界粒徑、分割粒徑及壓力降。（2）現(xiàn)在工藝要求處理量加倍，若維持壓力降不變，旋風(fēng)分

離器尺寸需增大為多少？此時(shí)臨界粒徑是多少？（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑）,

應(yīng)采取什么措施？

解：臨界直徑dC

式中B=2="=0.1m，h=D/2

44

Ne=5

0.4

m/s=20m/s

八?0.4

O.lx

2

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得

，m

4=?5x20x23X=6698=6.698x10pm

分割粒徑為

20%2448xm=4.778pm

&o=O.27。對(duì)黑嚴(yán)=力叱

壓強(qiáng)降為

“=4^-p=8xg-x0.674Pa=1078.4Pa

(2)bp,看不變

%,二

而一DD

-----X-----

0.5657

9x3.6x107x-------

4m=7.96x106m

3.14x5x2300x20

所以，處理量加倍后，若維持壓力降不變，旋風(fēng)分離器尺寸需增大，同時(shí)臨界粒徑也會(huì)

增大，分離效率降低。

（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑），可采用兩臺(tái)圓筒直徑為0.4m的旋風(fēng)分離器

并聯(lián)使用。

8.在0.04m2的過濾面積上以1x10-4m3/s的速率進(jìn)行恒速過濾試驗(yàn)，測(cè)得過濾100s時(shí)，

過濾壓力差為BxlhPa；過濾600s時(shí)，過濾壓力差為9x1"Pa。濾餅不可壓縮。今欲用框內(nèi)

尺寸為635mmx635mmx60mm的板框過濾機(jī)處理同一料漿，所用濾布與試驗(yàn)時(shí)的相同。過

濾開始時(shí)，以與試驗(yàn)相同的濾液流速進(jìn)行恒速過濾，在過濾壓強(qiáng)差達(dá)到6xl（）4Pa時(shí)改為恒壓

操作。每獲得1n?濾液所生成的濾餅體積為0.02nP。試求框內(nèi)充滿漉餅所需的時(shí)間。

解：第一階段是恒速過濾，其過濾時(shí)間0與過濾壓差之間的關(guān)系可表示為：

^p=aO+b

板框過濾機(jī)所處理的懸浮液特性及所用濾布均與試驗(yàn)時(shí)相同，且過濾速度也一樣，因此,

上式中a,b值可根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的兩組數(shù)據(jù)求出：

Sxl^lOOa+b

9xl04=600a+b

解得a=120,b=1.8xl04

即A/?=120<9+1.8xl04

4

恒速階段終了時(shí)的壓力差3R=6xlOPa,故恒速段過濾時(shí)間為

Ag^6x10--1.8x10-

然=s=35Qs

120

恒速階段過濾速度與實(shí)驗(yàn)時(shí)相同

3

〃R=nVs=2.5x10~nVs

RAO="10.0°4

5322

qR=〃R6R=2.5xl0-x350m/m=0.875mVm

根據(jù)方程3-71,

晨咪=120

)="外內(nèi)=也”=1.8x104

k

解得：k=5.208x10Km2/(Pas),%=0375m3/m2

恒壓操作階段過濾壓力差為6x18Pa,所以

K=2kbp=2x5.208*10-x6x10。mVs=6.250x10-3m2/s

板框過濾機(jī)的過濾面積A=2x0.6352m2=0.8065m2

濾餅體積及單位過濾面積上的濾液體積為匕=0.6352x0.06m2=0.0242m3

0.02423/，-3/2

q=(―)/L)=---------------m/m~=1.5m/m~

A0.8065x00

應(yīng)用先恒速后恒壓過濾方程

（/-就）+2/（4-外）=刈6-4）

將K、伙、9R、q的數(shù)值代入上式，得:

（1.52-0.8752）+2x0.37（1.5-0.875）=6.252x103-350）

解得8=662.5s

11.在67x103pa壓力下對(duì)硅藻土在水中的懸浮液進(jìn)行過濾試驗(yàn)，測(cè)得過謔常數(shù)K=5xl0-s

m2/s,^=0.01m3/m2,濾餅體積與濾液體積之比〃=0.08。現(xiàn)擬用有38個(gè)框的BMY50/810-25

型板框壓濾機(jī)在134xl（）3pa壓力下過濾上述懸浮液。試求：（1）過濾至濾框內(nèi)部全部充滿濾

渣所需的時(shí)間；（2）過濾完畢以相當(dāng)于濾液量1/10的清水洗滌濾餅，求洗滌時(shí)間；（3）若每

次卸渣、重裝等全部輔助操作共需15min,求過濾機(jī)的生產(chǎn)能力（n?濾液用）。

解：（1）硅藻土，5=0.01,可按不可壓縮濾餅處理

K=2必p，九與“無關(guān)

232

△〃二134xl0'pa時(shí)，j<=lxl0^m/s,qc=0.01m/m

匕=0.812xO.O25x38m3=0.6233m3,A=38x2x0.812m2=49.86m2

..V0.62333rrci37.7913.2c3,2

V=—c=------m=7.791m,q=------m/m"=0.1563m/m2

v0.0849.86

代入恒壓過濾方程式求過濾時(shí)間

0.15632+2x0.01x0.1563=10<9

"275.6s

（2）洗滌

V=0.IV=0.7791m

叱x49.86

dVcIVm3/s=3.748xl0-3m7s

~d0~d08僅+匕)-8(g+4)-8x(0.1563+0.011

=X，

（3）生產(chǎn)能力

7.7913

m3/h=20.27m3/h

6+%,+%—(275.6+207.9+15x60)/3600

第五章傳熱過程基礎(chǔ)

2.某平壁燃燒爐由一層400nlm厚的耐火磚和一層200mm厚的絕緣磚砌成，操作穩(wěn)定

后，測(cè)得爐的內(nèi)表面溫度為1500℃,外表面溫度為100℃,試求導(dǎo)熱的熱通量及兩磚間的界

面溫度。設(shè)兩磚接觸良好，已知耐火病的導(dǎo)熱系數(shù)為4=0.8+0.0006/,絕緣磚的導(dǎo)熱系數(shù)為

4=0.3+0.0003/,W/(m℃)o兩式中的f可分別取為各層材料的平均溫度。

解：此為兩層平壁的熱傳導(dǎo)問題，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，通過各層平壁截面的傳熱速率相等，即

Q=Q2=Q(5-32)

或Q=“仁b=(5-3%)

4'A

式中A=0.8+0.0006/=0.8+0.0006x1500+-=1.25+0.0003/

h2

=0.3+0.0003/=0.3+0.0003x=0.315+0.00015r

-2

代入九、22得

(1.25+0.00030用=(0.315+0.00015t)f

解之得

t=t2=977℃

2,=1.25+0.0003/=(1.25+0.0003x977)W/(m℃)=1.543W/(m-℃)

則Q/S=4=1.543x150^~977W/m2=2017W/m2

6.在一傳熱面積為40m2的平板式換熱器中，用水冷卻某種溶液，兩流體呈逆流流動(dòng)。

冷卻水的流量為30000kg/h,其溫度由22℃升高到36℃。溶液溫度由115c降至55℃。若

換熱器清洗后，在冷、熱流體流量和進(jìn)口溫度不變的情況下，冷卻水的出口溫度升至40℃,

試估算換熱器在清洗前壁面兩側(cè)的總污垢熱阻。假設(shè)：(1)兩種情況下，冷、熱流體的物

性可視為不變，水的平均比熱容為4.174kJ/(kg?℃)；(2)兩種情況下，生、&分別相同；(3)

忽略壁面熱阻和熱損失。

解：求清洗前總傳熱系數(shù)K

=(115-36)-(55-22)

ain℃=52.7℃

in11^

55-22

K=旦=30000x4-74x*(36-22)刈??.℃)=?31W/(n?.啕

S&m3600x40x52.7八7'7

求清洗后傳熱系數(shù)K

由熱量衡算

叱Cp』(「O=叱c,〃r)

叱GKHqMF)

wc

方=(一一

npji

(-七部-6)=115—115~55(40-22)℃=37.9℃

f2L36-22

(115-40)-(37.9-22)。,

1mC=38.1℃

37.9-22

K=30000x4.174x10*40-22)w/依.啕=410.8W/(n?-C)

3600x40x38.1v7八,

清洗前兩側(cè)的總污垢熱阻

=-——-=|-..........-|m2℃/W=1.9xlO_3m2-℃/W

乙sKIC(231410.8J'1

9.在一單程管殼式換熱器中，用冷水將常壓下的純苯蒸汽冷凝成飽和液體。已知苯蒸汽

的體積流量為1600m3/h,常壓下苯的沸點(diǎn)為80.1°C,氣化熱為394kJ/kg。冷卻水的入口溫度

為20℃,流量為35000kg/h,水的平均比熱容為4.17kJ/(kg,℃)。總傳熱系數(shù)為450W/(m2.℃)。

設(shè)換熱器的熱損失可忽略，試計(jì)算所需的傳熱面積。

解：苯蒸氣的密度為

PM1x78」a/3

p=-----=--------------7-------------rkg/m3=2.692kg/m3

RT0.08206x(273+80.1)