化工原理1-7章習(xí)題答案解析資料

目錄第一章流體流動(dòng)與輸送機(jī)械·····················································（2）第二章非均相物系分離·························································（32）第三章傳熱···································································（42）第四章蒸發(fā)···································································（69）第五章氣體吸收·······························································（73）第六章 蒸餾···································································（95）第七章固體干燥·······························································（119）

第一章流體流動(dòng)與輸送機(jī)械1.某煙道氣的組成為CO213％，N276％，H2O11％（體積％），試求此混合氣體在溫度500℃解：混合氣體平均摩爾質(zhì)量∴混合密度2．已知20℃時(shí)苯和甲苯的密度別離為879kg/m3和867kg解：混合液密度3．某地域大氣壓力為，一操作中的吸收塔塔內(nèi)表壓為130kPa。若在大氣壓力為75kPa的高原地域操作該吸收塔，且維持塔內(nèi)絕壓相同，則現(xiàn)在表壓應(yīng)為多少？解：題4附圖題4附圖4．如附圖所示，密閉容器中存有密度為900kg/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(cè)壓口以上，其讀數(shù)為58kPa。試計(jì)算液面到下方測(cè)壓口的距離。解：液面下測(cè)壓口處壓力BDh1h2BDh1h2AC題5附圖（1）計(jì)算玻璃管內(nèi)水柱的高度；（2）判定A與B、C與D點(diǎn)的壓力是不是相等。解：（1）容器底部壓力題6附圖12（2）題6附圖126．為測(cè)得某容器內(nèi)的壓力，采納如圖所示的U形壓力計(jì)，指示液為水銀。已知該液體密度為900kg/m3，h=，R=。試計(jì)算容器中液面上方的表壓。解：如圖，1-2為等壓面。則容器內(nèi)表壓：7．如附圖所示，水在管道中流動(dòng)。為測(cè)得A-A′、B-B′截面的壓力差，在管路上方安裝一U形壓差計(jì)，指示液為水銀。已知壓差計(jì)的讀數(shù)R＝180mm，試計(jì)算A-A′、B-B′截面的壓力差。已知水與水銀的密度別離為1000kg/m3和13600kg/m3。解：圖中，1-1′面與2-2′面間為靜止、持續(xù)的同種流體，且處于同一水平面，因此為等壓面，即，題7附圖又題7附圖因此整理得由此可見(jiàn)，U形壓差計(jì)所測(cè)壓差的大小只與被測(cè)流體及指示液的密度、讀數(shù)R有關(guān)，而與U形壓差計(jì)放置的位置無(wú)關(guān)。代入數(shù)據(jù)8．用U形壓差計(jì)測(cè)量某氣體流經(jīng)水平管道兩截面的壓力差，指示液為水，密度為1000kg/m3，讀數(shù)R為12mm。為了提高測(cè)量精度，改成雙液體U管壓差計(jì)，指示液A為含40％乙醇的水溶液，密度為920kg/m3，指示液C為煤油，密度為850kg/m3。問(wèn)讀數(shù)能夠放大多少倍？現(xiàn)在讀數(shù)為多少？解：用U形壓差計(jì)測(cè)量時(shí)，因被測(cè)流體為氣體，則有用雙液體U管壓差計(jì)測(cè)量時(shí)，有題9附圖因?yàn)樗鶞y(cè)壓力差相同，聯(lián)立以上二式，可得放大倍數(shù)題9附圖現(xiàn)在雙液體U管的讀數(shù)為9．圖示為汽液直接混合式冷凝器，水蒸氣與冷水相遇被冷凝為水，并沿氣壓管流至地溝排出。現(xiàn)已知真空表的讀數(shù)為78kPa，求氣壓管中水上升的高度h。解:水柱高度10．硫酸流經(jīng)由大小管組成的串聯(lián)管路，其尺寸別離為φ76×4mm和φ57×。已知硫酸的密度為1830kg/m3，體積流量為9m3/h,試別離計(jì)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:11．如附圖所示，用虹吸管從高位槽向反映器加料，高位槽與反映器均與大氣相通，且高位槽中液面恒定?，F(xiàn)要求料液以1m/s的流速在管內(nèi)流動(dòng)，設(shè)料液在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為20J/kg（不包括出口），試確信高位槽中的液面應(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’間列柏盡力方程:簡(jiǎn)化:12．一水平管由內(nèi)徑別離為33mm及47mm的兩段直管組成，水在小管內(nèi)以s的速度流向大管，在接頭雙側(cè)相距1m的一、2兩截面處各接一測(cè)壓管，已知兩截面間的壓頭損失為70mmH2O，問(wèn)兩測(cè)壓管中的水位哪個(gè)高，相差多少？并作分析。解：一、2兩截面間列柏努利方程：21其中：21說(shuō)明2截面處測(cè)壓管中水位高。這是因?yàn)樵撎巹?dòng)能小，因此靜壓能高。13．題13附圖10m如附圖所示，用高位槽向一密閉容器送水，容器中的表壓為80kPa。已知輸送管路為mm的鋼管，管路系統(tǒng)的能量損失與流速的關(guān)系為（不包括出口能量損失），試求：題13附圖10m水的流量；若需將流量增加20％，高位槽應(yīng)提高多少m？解：（1）如圖在高位槽液面1-1與管出口內(nèi)側(cè)2-2間列柏努利方程簡(jiǎn)化：（1）即解得流量（2）流量增加20％，則現(xiàn)在有即高位槽需提升。題14附圖題14附圖14．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（表壓），精餾塔內(nèi)操作壓力為（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。現(xiàn)要求輸送量為40×103kg/h，管路的全數(shù)能量損失為150J/kg（不包括出口能量損失），試核算該進(jìn)程是不是需要泵。解:在貯槽液面1-1’與回流管出口外側(cè)2-2簡(jiǎn)化:題15附圖 不需要泵,液體在壓力差的作用下可自動(dòng)回流至塔中題15附圖15．用緊縮空氣將密閉容器中的硫酸壓送至敞口高位槽，如附圖所示。輸送量為2m3/h，輸送管路為φ37×3.5mm的無(wú)縫鋼管。兩槽中液位恒定。設(shè)管路的總壓頭損失為1m（不包括出口），硫酸的密度為1830kg/m3解:以容器中液面為1-1’面,管出口內(nèi)側(cè)為2-2’面,且以1-1’面為基準(zhǔn),在1-1’～2-2’間列柏盡力方程:簡(jiǎn)化:其中:代入:1h題16附圖16．某一高位槽供水系統(tǒng)如附圖所示，管子規(guī)格為φ45×。當(dāng)閥門(mén)全關(guān)時(shí)，壓力表的讀數(shù)為78kPa。當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，壓力表的讀數(shù)為75kPa，且現(xiàn)在水槽液面至壓力表處的能量損失能夠表示為J/kg（u為水在管內(nèi)的流速）。試求：1h題16附圖（1）高位槽的液面高度；（2）閥門(mén)全開(kāi)時(shí)水在管內(nèi)的流量（m3/h）。解:(1)閥門(mén)全關(guān),水靜止(2)閥門(mén)全開(kāi):在水槽1-1’面與壓力表2-2’面間列柏盡力方程:簡(jiǎn)化:解之:流量:題17附圖17．用泵將常壓貯槽中的稀堿液送至蒸發(fā)器中濃縮，如附圖所示。泵入口管為φ89×，堿液在其中的流速為s；泵出口管為φ76×3mm。貯槽中堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為7m。堿液在管路中的能量損失為40J/kg（不包括出口）蒸發(fā)器內(nèi)堿液蒸發(fā)壓力維持在20kPa（表壓），堿液的密度為1100kg/m3。設(shè)泵的效率為58％，試求該泵的軸功率。題17附圖解：取貯槽液面為1-1截面，蒸發(fā)器進(jìn)料口管內(nèi)側(cè)為2-2截面，且以1-1截面為基準(zhǔn)面。在1-1與2-2間列柏努利方程：（a）或（b）其中：z1=0；p1=0（表壓）；u1≈0z2=7m；p2=20×103Pa（表壓）已知泵入口管的尺寸及堿液流速，可依照持續(xù)性方程計(jì)算泵出口管中堿液的流速：m/sρ=1100kg/m3，ΣWf=40J/kg將以上各值代入（b）式，可求得輸送堿液所需的外加能量J/kg堿液的質(zhì)量流量kg/s泵的有效功率泵的效率為58%，則泵的軸功率kW18．如附圖所示，水以15m3/h的流量在傾斜管中流過(guò)，管內(nèi)徑由100mm縮小到50mm。A、B兩點(diǎn)的垂直距離為。在兩點(diǎn)間連接一U形壓差計(jì)，指示劑為四氯化碳，其密度為1590kg/m3。若忽略流動(dòng)阻力，試求：U形管中雙側(cè)的指示劑液面哪側(cè)高，相差多少mm？（2）若維持流量及其他條件不變，而將管路改成水平放置，則壓差計(jì)的讀數(shù)有何轉(zhuǎn)變?解：在1-1與2-2截面間列柏努利方程題18附圖題18附圖其中：（1）由靜力學(xué)大體方程：（2）故U形壓差計(jì)雙側(cè)為左低右高。（2）當(dāng)管路水平放置時(shí)：由柏努利方程由靜力學(xué)方程兩式聯(lián)立：可見(jiàn)，流量不變時(shí)，不變，即U形壓差計(jì)讀數(shù)不變。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1100kg/m3，循環(huán)量為45m3/h。管路的內(nèi)徑相同，鹽水從A流經(jīng)兩個(gè)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(wèn)：題19附圖（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)關(guān)于循環(huán)系統(tǒng):(2)列柏盡力方程:簡(jiǎn)化: B處真空度為19656Pa。 20．用離心泵將20℃水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。泵吸入與壓出管路直徑相同，均為φ76×2.5mm。水流經(jīng)吸入與壓出管路（不包括噴頭）的能量損失別離為及（J/kg），式中，u為水在管內(nèi)的流速。在操作條件下，泵入口真空表的讀數(shù)為，噴頭處的壓力為（表壓）。試求泵的有效功率。題20附圖解：以水槽液面為1-1截面，泵入口處為2-2截面，且以1-1面為基準(zhǔn)面。在兩截面間列柏努利方程題20附圖簡(jiǎn)化為即解得在水槽1-1截面與噴頭處3-3截面間列柏努利方程簡(jiǎn)化為即其中則水的流量：泵有效功率21．25℃水以35m3/h的流量在φ76×3mm的管道中流動(dòng)，試判定水在管內(nèi)的流動(dòng)類(lèi)型。解:查附錄25℃水物性: 為湍流22．運(yùn)動(dòng)黏度為×10－5m2/s的有機(jī)液體在φ76×解:23．計(jì)算10℃水以×10－3m3/s的流量流過(guò)φ57×、長(zhǎng)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）解:10℃水物性:查得24.如附圖所示，水從高位槽流向低位貯槽，管路系統(tǒng)中有兩個(gè)90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭及一個(gè)截止閥，管內(nèi)徑為100mm，管長(zhǎng)為20m。設(shè)摩擦系數(shù)，試求：截止閥全開(kāi)時(shí)水的流量；將閥門(mén)關(guān)小至半開(kāi)，水流量減少的百分?jǐn)?shù)。解：如圖取高位槽中液面為1-1′面，低位貯槽液面為2-2′截面，且以2-2′面為基準(zhǔn)面。在1-1′與2-2′截面間列柏努利方程：11′11′22′4m題24附圖其中：z1=4；u1≈0；p1=0（表壓）；z2=0；u2≈0；p2=0（表壓）簡(jiǎn)化得各管件的局部阻力系數(shù)：入口突然縮小90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭2個(gè)截止閥（全開(kāi)）出口突然擴(kuò)大水流量（2）截止閥關(guān)小至半開(kāi)時(shí)：截止閥半開(kāi)的局部阻力系數(shù)現(xiàn)在總阻力閥門(mén)關(guān)小后，局部阻力發(fā)生轉(zhuǎn)變，但由于高位槽高度不變，因此管路總阻力不變，即即流量減少10％。25．如附圖所示，用泵將貯槽中20℃的水以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(zhǎng)為80m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。試計(jì)算泵所需的有效功率。(設(shè)管壁的粗糙度為題25附圖解:題25附圖20℃水物性：依照，查得在貯槽1截面到高位槽2截面間列柏盡力方程:簡(jiǎn)化:而:題26附圖26．有一等徑管路如圖所示，從A至B的總能量損失為。若壓差計(jì)的讀數(shù)為R，指示液的密度為，管路中流體的密度為，試推導(dǎo)的計(jì)算式。題26附圖解：在A-B截面間列柏努利方程，有等徑直管，故上式簡(jiǎn)化為（1）關(guān)于U形壓差計(jì)，由靜力學(xué)方程得(2)(1)、（2）聯(lián)立，得27．求常壓下35℃的空氣以12m/s的速度流經(jīng)120m長(zhǎng)的水平通風(fēng)管的能量損失和壓力損失。管道截面為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)為300mm，寬為200mm。（設(shè)＝）解:當(dāng)量直徑:35℃空氣物性:由,查得題28附圖題28附圖28．如附圖所示，密度為800kg/m3、黏度為mPa·s的液體，由敞口高位槽經(jīng)φ114×4mm的鋼管流入一密閉容器中，其壓力為（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(kāi)，管壁的相對(duì)粗糙度＝，試計(jì)算兩槽液面的垂直距離。解:在高位槽1截面到容器2截面間列柏盡力方程:簡(jiǎn)化:由 ,查得管路中:入口90℃彎頭2個(gè)半開(kāi)閘閥出口29．從設(shè)備排出的廢氣在放空前通過(guò)一個(gè)洗滌塔，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(jī)吸入管路上裝有U形壓差計(jì)，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(zhǎng)與管件、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度之和為55m（不包括進(jìn)、出塔及管出口阻力），放空口與鼓風(fēng)機(jī)入口管水平面的垂直距離為15m，已估量氣體通過(guò)洗滌塔填料層的壓力降為。管壁的絕對(duì)粗糙度取為，大氣壓力為kPa。試求鼓風(fēng)機(jī)的有效功率。題題29附圖解:以吸入管測(cè)壓處為1-1’面,洗滌塔管出口內(nèi)側(cè)為2-2’面,列柏盡力方程:簡(jiǎn)化:其中:50℃空氣物性:又查得30.密度為850kg/m3的溶液，在內(nèi)徑為0.1m的管路中流動(dòng)。當(dāng)流量為10-3m3/s時(shí)，溶液在6m長(zhǎng)的水平管段上產(chǎn)生450Pa的壓力損失，試求該溶液的解：流速設(shè)液體在管內(nèi)為層流流動(dòng)，則黏度校核Re：<2000流動(dòng)為層流，以上計(jì)算正確。該液體的黏度為·s。題31附圖31．黏度為30cP、密度為900kg/m3的某油品自容器A流過(guò)內(nèi)徑40mm的管路進(jìn)入容器B。兩容器均為敞口，液面視為不變。管路中有一閥門(mén)，閥前管長(zhǎng)50m，閥后管長(zhǎng)20m（均包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。當(dāng)閥門(mén)全關(guān)時(shí)，閥前后的壓力表讀數(shù)別離為和?，F(xiàn)將閥門(mén)打開(kāi)至1/4開(kāi)度，閥門(mén)阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為30m。試求：題31附圖管路中油品的流量；定性分析閥前、閥后壓力表讀數(shù)的轉(zhuǎn)變。解：（1）閥關(guān)閉時(shí)流體靜止，由靜力學(xué)大體方程可得：mm當(dāng)閥打開(kāi)開(kāi)度時(shí)，在A與B截面間列柏努利方程：其中：(表壓)，則有（a）由于該油品的黏度較大，可設(shè)其流動(dòng)為層流，則代入式（a），有m/s校核：假設(shè)成立。油品的流量：（2）閥打開(kāi)后：在A與1截面間列柏努利方程：簡(jiǎn)化得或顯然，閥打開(kāi)后u1↑，p1↓，即閥前壓力表讀數(shù)減小。在2與B截面間列柏努利方程：簡(jiǎn)化得因?yàn)殚y后的當(dāng)量長(zhǎng)度l2中已包括突然擴(kuò)大損失，也即，故閥打開(kāi)后u2↑，p2↑，即閥后壓力表讀數(shù)增加。32．20℃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φ38×3mm的鋼管（＝）總長(zhǎng)為100m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），求苯的流量。解:在兩槽間列柏盡力方程,并簡(jiǎn)化:即:代入數(shù)據(jù):化簡(jiǎn)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：33．某輸水并聯(lián)管路，由兩個(gè)支路組成，其管長(zhǎng)與內(nèi)徑別離為：，；，。已知總管中水的流量為2.2m3/s，水溫為20℃，試求各支路中水的流量。（設(shè)管子的粗糙度為0.3mm）解：設(shè)兩支路中的流動(dòng)均進(jìn)入阻力平方區(qū)，由及，查得，又校核Re：支管1：流動(dòng)接近阻力平方區(qū)，。支管2：流動(dòng)接近阻力平方區(qū)，。故以上計(jì)算有效。兩支管的流量別離為、題34附圖1034．如附圖所示，高位槽中水別離從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(zhǎng)為28m；BC與BD題34附圖10（1）BC支路閥門(mén)全關(guān)而B(niǎo)D支路閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的流量；（2）BC支路與BD支路閥門(mén)均全開(kāi)時(shí)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(jiǎn)化：而有：化簡(jiǎn)又由持續(xù)性方程：代入上式：解得：流量：（2）當(dāng)BD，BC支路閥均全開(kāi)時(shí)：C，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：35．在內(nèi)徑為80mm的管道上安裝一標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，孔徑為40mm，U形壓差計(jì)的讀數(shù)為350mmHg。管內(nèi)液體的密度為1050kg/m3，黏度為，試計(jì)算液體的體積流量。解：設(shè)，查得而 假設(shè)正確，以上計(jì)算有效。題36附圖1236．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φ57×題36附圖12（1）水流量，m3/h；（2）每kg水通過(guò)泵所取得的機(jī)械能；（3）泵入口處真空表的讀數(shù)。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(jiǎn)化:而其中：（3）在水池液面面與泵入口真空表處面間列柏努利方程：簡(jiǎn)化為其中即泵入口處真空表的讀數(shù)為。37．水在某管路中流動(dòng)。管線上裝有一只孔板流量計(jì)，其流量系數(shù)為，U形壓差計(jì)讀數(shù)為200mm。若用一只喉徑相同的文丘里流量計(jì)替代孔板流量計(jì)，其流量系數(shù)為，且U形壓差計(jì)中的指示液相同。問(wèn)現(xiàn)在文丘里流量計(jì)的U形壓差計(jì)讀數(shù)為若干？解：由流量公式：流量相同時(shí)，故文丘里流量計(jì)的讀數(shù)38．某氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的量程范圍為4～60m3/h。現(xiàn)用來(lái)測(cè)量壓力為60kPa（表壓）、溫度為50℃的氨氣，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)應(yīng)如何校正？現(xiàn)在流量量程的范圍又為多少？（設(shè)流量系數(shù)CR為常數(shù)，本地大氣壓為kPa）解：操作條件下氨氣的密度：即同一刻度下，氨氣的流量應(yīng)是空氣流量的倍?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量范圍為4×～60×h，即～m3/h。39．在必然轉(zhuǎn)速下測(cè)定某離心泵的性能，吸入管與壓出管的內(nèi)徑別離為70mm和50mm。當(dāng)流量為30m3/h時(shí)，泵入口處真空表與出口處壓力表的讀數(shù)別離為40kPa和215kPa，兩測(cè)壓口間的垂直距離為，軸功率為。試計(jì)算泵的壓頭與效率。解：在泵進(jìn)出口處列柏盡力方程，忽略能量損失；=40．在一化工生產(chǎn)車(chē)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(zhǎng)為400m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。管內(nèi)徑為75mm，換熱器的壓頭損失為，摩擦系數(shù)可取為。此離心泵在轉(zhuǎn)速為2900rpm時(shí)的性能如下表所示：Q/(m3/s)0H/m26232112試求：（1）管路特性方程；（2）泵工作點(diǎn)的流量與壓頭。解：（1）管路特性曲線方程：（2）在座標(biāo)紙中繪出泵的特性曲線及管路特性曲線的工作點(diǎn)：41．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)改成輸送密度為1200kg/m3的某水溶液，其他物性與水相近。若管路狀況不變，試說(shuō)明：（1）輸送量有無(wú)轉(zhuǎn)變？（2）壓頭有無(wú)轉(zhuǎn)變？（3）泵的軸功率有無(wú)轉(zhuǎn)變？（4）泵出口處壓力有無(wú)轉(zhuǎn)變？解：轉(zhuǎn)變時(shí)，泵特性曲線不變。管路特性曲線不變輸送量不變；（2）壓頭不變；軸功率：增加（4）在貯槽液面1-1′和泵出口2-2′間列柏盡力方程：簡(jiǎn)化：工作點(diǎn)Q，不變，不變即隨的增加而增加。42．用離心泵將水從敞口貯槽送至密閉高位槽。高位槽中的氣相表壓為，兩槽液位相差10m，且維持恒定。已知該泵的特性方程為（單位：H—m，Q—m3/s），當(dāng)管路中閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，輸水量為m3/s，且流動(dòng)已進(jìn)入阻力平方區(qū)。試求：（1）管路特性方程；（2）若閥門(mén)開(kāi)度及管路其他條件等均不變，而改成輸送密度為1200kg/m3的堿液，求堿液的輸送量。解：（1）設(shè)輸送水時(shí)管路特性方程為其中，當(dāng)輸水量為m3/s時(shí)，由泵特性方程與管路特性方程聯(lián)立：得即現(xiàn)在管路特性方程為（2）當(dāng)改送密度為1200kg/m3的堿液時(shí)，泵特性方程不變，現(xiàn)在管路特性方程流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)，且閥門(mén)開(kāi)度不變，則B不變。因此管路特性方程變成將該方程與泵特性方程聯(lián)立，可得堿液輸送量43．用離心泵向設(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：（1）泵的輸送量；（2）如有兩臺(tái)相同的泵串聯(lián)操作，則泵的輸送量為多少？若并聯(lián)操作，輸送量又為多少？解：（1）聯(lián)立：解得：兩泵串聯(lián)后：泵的特性：與管路特性聯(lián)立：解得：兩泵并聯(lián)后：泵的特性：與管路特性聯(lián)立：解得：44．用型號(hào)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，本地大氣壓為98kPa。試確信此泵的安裝高度。 解：查附錄：水，在附錄中查得IS65-50-125泵的必需氣蝕余量（NPSH）r=泵許諾安裝高度：==為安全起見(jiàn)，再降低，即即泵需要安裝在水槽液面以下或更低位置。45．用離心泵從真空度為360mmHg的容器中輸送液體，所用泵的必需汽蝕余量為3m。該液體在輸送溫度下的飽和蒸汽壓為200mmHg，密度為900kg/m3，吸入管路的壓頭損失為，試確信泵的安裝位置。若將容器改成敞口，該泵又應(yīng)如何安裝？（本地大氣壓為100kPa）解：（1）當(dāng)容器內(nèi)真空度為360mmHg時(shí)，故泵宜安裝在液面以下（＋）＝更低的位置。（2）當(dāng)容器敞口時(shí)，故泵宜安裝在液面以上低于（－）＝的位置。題46附圖46．如附圖所示，用離心泵將某減壓精餾塔塔底的釜液送至貯槽，泵位于貯槽液面以下2m處。已知塔內(nèi)液面上方的真空度為500mmHg，且液體處于沸騰狀態(tài)。吸入管路全數(shù)壓頭損失為，釜液的密度為890kg/m3，所用泵的必需汽蝕余量為，問(wèn)此泵可否正常操作？題46附圖解：因塔內(nèi)液體處于沸騰狀態(tài)，則液面上方的壓力即為溶液的飽和蒸汽壓，即該泵的許諾安裝高度：而實(shí)際安裝高度，說(shuō)明此泵安裝不妥，泵不能正常操作，會(huì)發(fā)動(dòng)氣蝕現(xiàn)象。47．用內(nèi)徑為120mm的鋼管將河水送至一蓄水池中，要求輸送量為60～100m3/h。水由池底部進(jìn)入，池中水面高出河面25m。管路的總長(zhǎng)度為80m，其中吸入管路為24m（均包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），設(shè)摩擦系數(shù)為。，試選用一臺(tái)適合的泵，并計(jì)算安裝高度。設(shè)水溫為20℃，大氣壓力為。解：以大流量Q＝100m3/h計(jì)。在河水與蓄水池面間列柏盡力方程，并簡(jiǎn)化：由選泵IS100-80-160，其性能為：確信安裝高度：水，減去安全余量，實(shí)為以下。即泵可安裝在河水面上不超過(guò)的地址。48．常壓貯槽內(nèi)裝有某石油產(chǎn)品，在貯存條件下其密度為760kg/m3。現(xiàn)將該油品送入反映釜中，輸送管路為φ57×2mm，由液面到設(shè)備入口的升揚(yáng)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(tái)適合的油泵。解：在水槽液面與輸送管內(nèi)側(cè)面間列柏盡力方程，簡(jiǎn)化有：由Q=，查油泵樣本，選泵60Y-60B其性能為：流量49．現(xiàn)從一氣柜向某設(shè)備輸送密度為m3的氣體，氣柜內(nèi)的壓力為650Pa（表壓），設(shè)備內(nèi)的壓力為（絕壓）。通風(fēng)機(jī)輸出管路的流速為s，管路中的壓力損失為500Pa。試計(jì)算管路中所需的全風(fēng)壓。（設(shè)大氣壓力為）解：

第二章非均相物系分離一、試計(jì)算直徑為30μm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=30μm、ρs=2650kg/m3（1）20℃水μ=×10-3Pa·sρ=998kg/m3設(shè)沉降在滯流區(qū)，依照式（2-15）校核流型假設(shè)成立，ut=×10-4m/s為所求（2）20℃常壓空氣μ=×10-5Pa·sρ=m3設(shè)沉降在滯流區(qū)校核流型：假設(shè)成立，ut=×10-2m/s為所求。二、密度為2150kg/m3的煙灰球形顆粒在20℃空氣中在滯流沉降的最大顆粒直徑是多少？解：已知ρs=2150kg/m3查20℃空氣μ=×ρ=m3當(dāng)時(shí)是顆粒在空氣中滯流沉降的最大粒徑，依照式（2-15）并整理因此3、直徑為10μm的石英顆粒隨20℃的水作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)半徑R＝處的切向速度為12m/s，，求該處的離心沉降速度和離心分離因數(shù)。解：已知d=10μm、R=、ui=12m/s設(shè)沉降在滯流區(qū)，依照式（2-15）g改成ui/R即校核流型ur=s為所求。因此4、用一降塵室處置含塵氣體，假設(shè)塵粒作滯流沉降。下列情形下，降塵室的最大生產(chǎn)能力如何轉(zhuǎn)變？要完全分離的最小粒徑由60μm降至30μm；空氣溫度由10℃升至200℃；增加水平隔板數(shù)量，使沉降面積由10m2增至30m2。解：依照及VS=blutc（1）（2）查10℃空氣μ=×10-5Pa·s200℃空氣μ‘=×10-5Pa·s（3）五、已知含塵氣體中塵粒的密度為2300kg/m3。氣體流量為1000m3/h、黏度為×10－、密度為m3，若用如圖2-6所示的標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器進(jìn)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(qiáng)降。解：已知ρs=2300kg/m3、Vh=1000m3/h、μ=×、ρ=kg/m3、D=400mm=，依照標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器h=D/2、B=D/4故該分離器入口截面積A=hB=D2/8因此依照式（2-26）取標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器N=5則依照式（2-30）取ξ=六、有一過(guò)濾面積為的小型板框壓濾機(jī)，恒壓過(guò)濾含有碳酸鈣顆粒的水懸浮液。過(guò)濾時(shí)刻為50秒時(shí)，共取得×10-3m3的濾液；過(guò)濾時(shí)刻為100秒時(shí)。共取得×10-3m3的濾液。試求當(dāng)過(guò)濾時(shí)刻為200秒時(shí)，可取得多少濾液？解：已知A=、t1=50s、V1=×10-3m3、t2=100s、V2=×10-3m3、t3=200s由于依照式（2-38a）聯(lián)立解之：qe=×10-3K=×10-5因此q3=因此V3=q3A=×=×10-3m37、某生產(chǎn)進(jìn)程每一年須生產(chǎn)濾液3800m3，年工作時(shí)刻5000h，采納間歇式過(guò)濾機(jī)，在恒壓下每一操作周期為，其中過(guò)濾時(shí)刻為，將懸浮液在一樣操作條件下測(cè)得過(guò)濾常數(shù)為K=4×10-6m2/s；qe=×10-2m3/m2。濾餅不洗滌，試求：所需過(guò)濾面積，今有過(guò)濾面積8m2的過(guò)濾機(jī)，需要幾臺(tái)？解：已知生產(chǎn)能力為3800m3濾液/年，年工作日5000h，T=，t=，K=4×10-6m2/s，qe=×10-2m3/m2，（1）因?yàn)镼=3800/5000=濾液/h由式（2-42）因此V=×=m3由式（2-38a）解之A=m2≈15m2(2)因?yàn)檫^(guò)濾機(jī)為8m2/臺(tái)，因此需2臺(tái)過(guò)濾機(jī)。八、BMS50/810-25型板框壓濾機(jī)，濾框尺寸為810×810×25mm，共36個(gè)框，現(xiàn)用來(lái)恒壓過(guò)濾某懸浮液。操作條件下的過(guò)濾常數(shù)為K=×10-5m2/s；qe=×10-3m3/m2。每濾出1m3濾液的同時(shí)，生成m3的濾渣。求濾框充滿(mǎn)濾渣所需時(shí)刻。若洗滌時(shí)刻為過(guò)濾時(shí)刻的2倍，輔助時(shí)刻15min，其生產(chǎn)能力為多少？解：濾框總?cè)莘eV0=××36=m3過(guò)濾面積A=×2×36=m2生產(chǎn)總周期為T(mén)=283+2×283+15×60=1749s由得一個(gè)周期濾液量為因此生產(chǎn)能力為九、有一直徑為，長(zhǎng)的轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)。操作條件下浸沒(méi)度為126o，轉(zhuǎn)速為1r/min，濾布阻力能夠忽略，過(guò)濾常數(shù)K為×10-6m2/s，求其生產(chǎn)能力。解：因?yàn)檫^(guò)濾面積A=πDL=××=浸沒(méi)度ψ=126°/360°=由式（2-45a）10、某轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，每小時(shí)可得濾液4m3。若過(guò)濾介質(zhì)阻力能夠忽略，每小時(shí)取得6m3濾液時(shí)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？現(xiàn)在轉(zhuǎn)鼓表面濾餅的厚度為原先的多少倍？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①②②/①因此由式（2-35）得而v1=v2又A不變，以1小時(shí)為計(jì)算基準(zhǔn)，則Q1=V1Q2=V2故

第三章傳熱一、某加熱器外面包了一層厚為300mm的絕緣材料，該材料的導(dǎo)熱系數(shù)為（m℃），已測(cè)得該絕緣層外緣溫度為30℃，距加熱器外壁250mm處為75℃，試求加熱器外壁面溫度為多少？解：二、某燃燒爐的平壁由下列三種磚依次砌成；耐火磚b1=230mm，1=W/(m·℃)絕熱磚b2=230mm，2=(m·℃)建筑磚b3=240mm，3=(m·℃)已知耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為1000℃，耐火磚與絕熱磚界面處的溫度為940℃，要求絕熱磚與建筑磚界面處的溫度不得超過(guò)138℃，試求：絕熱層需幾塊絕熱磚；一般磚外側(cè)溫度為多少？解：（1）b2=?230mm<b2=442mm<230×2mm則：絕熱層需兩塊絕熱磚。校核t2=?（2）t4=?習(xí)題3-3附圖3、Φ50×5㎜的不銹鋼管，導(dǎo)熱系數(shù)λ1＝16Ｗ／（ｍ·Ｋ），外面包裹厚度為30mm導(dǎo)熱系數(shù)λ２＝（ｍ·Ｋ）的石棉保溫層。若鋼管的內(nèi)表面溫度為623Ｋ，保溫層外表面溫度為373Ｋ，試求每米管長(zhǎng)的熱損失及鋼管外表面的溫度。習(xí)題3-3附圖解：已知鋼管的內(nèi)半徑鋼管的外半徑保溫層的外半徑依照式（3-12a），每米管長(zhǎng)的熱損失由于是定態(tài)熱傳導(dǎo)，故各層傳導(dǎo)的熱量應(yīng)該相等，可取得鋼管外表面的溫度t2。4、Φ60×3㎜的鋁合金管（導(dǎo)熱系數(shù)近似按鋼管選?。?，外面依次包有一層30mm的石棉和30mm的軟木。石棉和軟木的導(dǎo)熱系數(shù)別離為Ｗ／（ｍ·Ｋ）和Ｗ／（ｍ·Ｋ）（管外涂防水膠，以避免水汽滲入后發(fā)生冷凝及凍結(jié)）。（1）已知管內(nèi)壁溫度為-110℃，軟木外側(cè)溫度為10℃，求每米管長(zhǎng)上損失的冷量；（2）計(jì)算出鋼、石棉及軟木層各層熱阻在總熱阻中所占的百分?jǐn)?shù)；（3）若將兩層保溫材料互換（各層厚度仍為30mm），鋼管內(nèi)壁面溫度仍為-110℃，作為近似計(jì)算，假設(shè)最外層的石棉層表面溫度仍為10℃提示：保溫層互換后，保溫層外壁面與空氣間的對(duì)流傳熱膜系數(shù)與互換前相同。解：(1) 每米管長(zhǎng)損失的冷量：(2) 各層熱阻在總熱阻中所占的分?jǐn)?shù)：由以上計(jì)算可知鋼管熱阻很小，且。(3)若將互換，厚度不變，且以為不變。以上計(jì)算能夠看出，將保溫性能好的材料放在里層，保溫或保冷成效好。但此計(jì)算不嚴(yán)格，因?yàn)楸＠浜?，則t4應(yīng)增大，即。習(xí)題5附圖五、欲測(cè)某絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)，將此材料裝入附圖所示的同心套管間隙內(nèi)。已知管長(zhǎng)l=1.0m.r1=10mm,r2=13mm,r3=23mm,r4=27mm。在管內(nèi)用熱電偶加熱，當(dāng)電熱功率為時(shí)，測(cè)得內(nèi)管的內(nèi)壁溫度為900℃，外管的外壁溫度為100℃，金屬管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為50W/（ｍ·Ｋ），試求絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)。若忽略壁阻，會(huì)引發(fā)多大的誤差？習(xí)題5附圖解：按題意求得：內(nèi)管壁的熱阻為：外管壁的熱阻為：通過(guò)量層管壁的熱流量為：則：2=W/（ｍ·Ｋ）。若忽略雙側(cè)金屬壁的熱阻，則則：2=W/（ｍ·Ｋ）。由于金屬壁的熱阻遠(yuǎn)小于絕緣材料的熱阻，在實(shí)驗(yàn)精度范圍內(nèi)，金屬壁的熱阻能夠忽略。六、冷卻水在Φ25×㎜，長(zhǎng)為2m的鋼管中以1m/s的流速通過(guò)。冷卻水的進(jìn)、出口溫度為20℃和50℃，求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)？解：定性溫度查得水在35℃時(shí)的物性參數(shù)：管內(nèi)徑為：d=25-2=20mm=湍流水被加熱，k=，得：7、一列管式換熱器，由38根Φ25×㎜的無(wú)縫鋼管組成，苯在管內(nèi)以8.32kg/s的流速通過(guò)，從80℃冷卻至20℃。求苯對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)；若流速增加一倍，其他條件不變，對(duì)流傳熱系數(shù)又有何轉(zhuǎn)變？解：定性溫度查得苯在50℃時(shí)的物性參數(shù)：管內(nèi)徑為：d=25-2=20mm=湍流苯被冷卻，k=，則：（2）流速增加一倍，u=2u，其他條件不變由于因此八、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，密度=1800kg/m3的硫酸，以1m/s的流速在套管換熱器的內(nèi)管中被冷卻，進(jìn)、出口溫度別離為90℃和50℃，內(nèi)管直徑為Φ25×㎜。管內(nèi)壁平均溫度為60℃。試求硫酸對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。已知70℃硫酸的物性參數(shù)如下：壁溫60℃時(shí)的硫酸黏度（1267W/（m2·℃））解：定性溫度查得硫酸在70℃時(shí)的物性參數(shù)：壁溫60℃時(shí)的硫酸黏度因?yàn)轲ざ容^大，故用式（3-16）計(jì)算過(guò)渡流過(guò)渡流校正九、原油在Φ89×6㎜的管式爐對(duì)流段的管內(nèi)以0.5m/s的流速流過(guò)而被加熱，管長(zhǎng)6m。已知管內(nèi)壁溫度為150℃，原油的平均溫度為40℃。試求原油在管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)。已知原油的物性參數(shù)為：原油150℃時(shí)的黏度解：原油在管內(nèi)流動(dòng)的Re（層流）（<Pr<6700）因此原油在管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)用式（3-19）計(jì)算由于因此對(duì)流傳熱系數(shù)需校正10、銅氨溶液在由四根Φ45×㎜鋼管并聯(lián)的蛇管中由38℃冷卻至8℃，蛇管的平均曲率半徑為0.285m。已知銅氨溶液的流量為2.7m3/h，黏度為×10-3Pas，密度為1200km/m3解∶定性溫度查得水在23℃時(shí)的物性參數(shù)，并折算為銅氨液的物性：四組蛇管并聯(lián)的橫截面積：過(guò)渡區(qū)銅氨液被冷卻，k=，則：過(guò)渡流需校正彎管校正1一、有一列管式換熱器，外殼內(nèi)徑為190mm，內(nèi)含37根Φ19×2㎜的鋼管。溫度為12℃，壓力為的空氣，以10m/s的流速在列管式換熱器管間沿管長(zhǎng)方向流動(dòng)，空氣出口溫度為30℃。試求空氣對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。解：定性溫度查得空氣在21℃時(shí)的物性參數(shù)：湍流空氣被加熱，k=，則：1二、在接觸氧化法生產(chǎn)硫酸的進(jìn)程中，用反映后高溫的SO3混合氣預(yù)熱反映前氣體。常壓SO3混合氣在一由Φ38×3㎜鋼管組成、殼程裝有圓缺型擋板的列管換熱器殼程流過(guò)。已知管子成三角形排列，中心距為51mm，擋板間距為1.45m，換熱器殼徑為Φ2800；又SO3混合氣的流量為4×104m3解：本題為列管式換熱器管外強(qiáng)制對(duì)流傳熱，對(duì)流傳熱系數(shù)按式3-25計(jì)算管子正三角形排列時(shí)，管外流體流過(guò)的最大截面積Smax計(jì)算：管外流體的流速定性溫度下查得空氣的物性參數(shù)：因氣體黏度轉(zhuǎn)變較小，故，由因部份流體在單板與殼體之間隙短路，取實(shí)際對(duì)流傳熱系數(shù)為計(jì)算值的倍13、在油罐中裝有水平放置的水蒸氣管，以加熱罐中的重油。重油的平均溫度為20℃，水蒸氣管外壁的平均溫度為120℃，管外徑為60mm。已知70℃時(shí)的重油物性數(shù)據(jù)如下：ρ=900kg/m3λ=(m℃)cp=(kg℃)ν=2×10-3mβ=3×10-4℃-1試求水蒸氣管對(duì)重油每小時(shí)每平方米的傳熱量kJ/（m2·h）?解：則查表3-4，得C=，n=1/4，于是因此水蒸氣管對(duì)重油每小時(shí)每平方米的傳熱量14、壓強(qiáng)為105Pa的飽和水蒸氣，在外徑為100mm，長(zhǎng)度為0.75m的單根直立圓管外冷凝。管外壁溫度為110℃。試求（1）圓管垂直放置時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)；（2）管子水平放置時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)；（3）若管長(zhǎng)增加一倍，其他條件均不變，圓管垂直放置時(shí)的平均對(duì)流傳熱系數(shù)。解：壓強(qiáng)為105Pa的飽和蒸汽溫度為150℃，現(xiàn)在水蒸氣的汽化潛熱r=2119kJ/kg冷凝液定性溫度膜溫，查130℃時(shí)水的物性參數(shù)(1)管垂直放置時(shí)假設(shè)液膜中的液體作層流流動(dòng)，由式3-31計(jì)算平均對(duì)流傳熱系數(shù)驗(yàn)證Re：因此假設(shè)層流是正確的。（3）管水平放置由式（3-29）和式（3-31）可得單管水平放置和垂直放置時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)和的比值為因此單根管水平放置時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)為：（3）管長(zhǎng)為時(shí)，液膜流動(dòng)的Re=1608，故管長(zhǎng)增加一倍后，液膜成湍流狀態(tài)。現(xiàn)在的對(duì)流傳熱系數(shù)為：因此因此當(dāng)液膜從層流轉(zhuǎn)變成湍流時(shí)，冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)急劇增加。1五、載熱體流量為1500kg/h，試計(jì)算以下各進(jìn)程中載熱體放出或取得的熱量。（1）100℃的飽和水蒸氣冷凝成100℃的水；（2）110℃的苯胺降溫至10℃；（3）比熱為(kg·K)的NaOH溶液從370K冷卻到290K；（4）常壓下150℃的空氣冷卻至20℃；（5）壓力為的飽和水蒸氣冷凝后并降溫至50℃。解：（1）查飽和水蒸氣汽化潛熱r=2258kJ/kg（2）定性溫度，查60℃時(shí)苯胺的物性參數(shù)（3）（4）定性溫度，查85℃時(shí)空氣的物性參數(shù)（5）壓力為的水的飽和溫度為汽化潛熱r=kg定性溫度，查80.4℃時(shí)水的物性參數(shù)1六、每小時(shí)8000m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的空氣在蒸汽加熱器中從12℃被加熱到42℃，壓強(qiáng)為400kPa的飽和水蒸氣解：熱量衡算：查得標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣物性參數(shù)蒸汽用量：17、在一套管式換熱器中，用冷卻水將s的苯由350K冷卻至300K，冷卻水進(jìn)出口溫度別離為290K和320K。試求冷卻水消耗量。解：由苯的定性溫度，查苯的物性參數(shù)由苯計(jì)算熱負(fù)荷由冷卻水的定性溫度，查水的物性參數(shù)1八、在一列管式換熱器中，將某溶液自15℃加熱至40℃，載熱體從120℃降至60℃。試計(jì)算換熱器逆流和并流時(shí)的冷、熱流體平均溫度差。解：（1）逆流121206040158045120120601540105201九、在一單殼程、四管程的列管式換熱器中，用水冷卻油。冷卻水在殼程流動(dòng)，進(jìn)出口溫度別離為15℃和32℃。油的進(jìn)、出口溫度別離為100℃和40℃。試求兩流體間的溫度差。解：先按逆流時(shí)計(jì)算，逆流時(shí)平均溫度差為1001004032156825折流時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫度差為其中由圖3-27（a）查得，故20、在一內(nèi)管為18010mm的套管式換熱器中，管程中熱水流量為3000kg/h，進(jìn)、出口溫度別離為為90℃和60℃。殼程中冷卻水的進(jìn)、出口溫度別離為20℃和50℃，總傳熱系數(shù)為2000W/(m2℃)。試求：（1）冷卻水用量；（2）逆流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及管子的長(zhǎng)度；（3）并流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及管子的長(zhǎng)度；解：（1）水的比熱9060906050204040（2）逆流時(shí)平均溫度差為℃（3）并流時(shí)平均溫度差為90609060205070102一、在一內(nèi)管為25的套管式換熱器中，CO2氣體在管程流動(dòng)，對(duì)流傳熱系數(shù)為40W/(m2℃)。殼程中冷卻水的對(duì)流傳熱系數(shù)為3000W/(m2℃)。試求：（1）總傳熱系數(shù)；（2）若管內(nèi)CO2氣體的對(duì)流傳熱系數(shù)增大一倍，總傳熱系數(shù)增加多少；（3）若管外水的對(duì)流傳熱系數(shù)增大一倍，總傳熱系數(shù)增加多少；（之外表面積計(jì)）解：查得碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)取管內(nèi)CO2側(cè)污垢熱阻Rs2=10-3(m2K/W)管外水側(cè)熱阻Rs1=10-3(m2K/W)(1)總傳熱系數(shù)（之外表面積計(jì)）（2）管內(nèi)CO2氣體的對(duì)流傳熱系數(shù)增大一倍，即2=80W/(m2K)總傳熱系數(shù)增加%（3）若管外水的對(duì)流傳熱系數(shù)增大一倍，1=6000W/(m2K)總傳熱系數(shù)增加%2二、在一內(nèi)管為25的套管式換熱器中，用水冷卻苯，冷卻水在管程流動(dòng)，入口溫度為290K，對(duì)流傳熱系數(shù)為850W/(m2℃)。殼程中流量為s的苯與冷卻水逆流換熱，苯的進(jìn)、出口溫度為350K、300K，苯的對(duì)流傳熱系數(shù)為1700W/(m2℃)。已知管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m℃)，苯的比熱為cp=(kg℃)，密度為ρ=880kg/m3。忽略污垢熱阻。試求：在水溫不超過(guò)320K的最少冷卻水用量下，所需總管長(zhǎng)為多少？（之外表面積計(jì)）解：冷卻水的平均溫度，查得305K時(shí)水的比熱容為熱負(fù)荷冷卻水用量：平均溫度差為3503003503003202903010基于外表面積的總傳熱系數(shù)K123、一套管式換熱器，用飽和水蒸氣加熱管內(nèi)湍流的空氣，現(xiàn)在的總傳熱系數(shù)近似等于空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)。若要求空氣量增加一倍，而空氣的進(jìn)出口溫度仍然不變，問(wèn)該換熱器的長(zhǎng)度應(yīng)增加多少？解：總傳熱量：空氣量增加一倍后：現(xiàn)在總傳熱系數(shù)∴空氣的進(jìn)出口溫度不變，∵則管長(zhǎng)要增加15%。24、有一單管程列管式換熱器，該換熱器管徑為25×2.5mm，管子數(shù)37根，管長(zhǎng)3米。今擬采納此換熱器冷凝并冷卻CS2飽和蒸汽，自飽和溫度46℃冷卻到10℃。CS2在殼程冷凝，其流量為300kg/h，冷凝潛熱為kg。冷卻水在管程流動(dòng)，入口溫度為5℃，出口溫度為32℃，逆流流動(dòng)。已知CS2在冷凝和冷卻時(shí)的傳熱系數(shù)別離為及。問(wèn)此換熱器是不是適用？（傳熱面積A及傳熱系數(shù)均之外表面積計(jì)）解：已知列管尺寸；；題中所給的兩個(gè)K值均之外表面積為基準(zhǔn)?，F(xiàn)有傳熱面積：總傳熱量(式中Q1為冷凝段熱負(fù)荷，Q2為冷卻段熱負(fù)荷)已知 查得時(shí)CS2的比熱其中；為求A1、A2就應(yīng)求出兩段交壤處冷卻水溫度AtAt/℃Q1,A1Q2,A2K1Kt4632105關(guān)于冷凝段則4646464632144610461055 此換熱器可知足生產(chǎn)要求。傳熱面積富裕2五、由25的鍋爐鋼管組成的廢熱鍋爐，殼程為壓力2570kPa（表壓）的沸騰水。管內(nèi)為合成轉(zhuǎn)化氣，溫度由575℃下降到472℃。已知轉(zhuǎn)化氣側(cè)2=300W/(m2℃)，水側(cè)1=104W/(m2℃)。忽略污垢熱阻，試求平均壁溫TW和tW。解：之外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)平均溫度差：壓力2570kPa（表壓）下水的飽和溫度為：℃575472575472傳熱量管內(nèi)壁壁溫（T取熱流體進(jìn)出口平均溫度）管外壁壁溫2六、有一單殼程、雙管程列管式換熱器。殼程為120℃飽和水蒸氣冷凝，常壓空氣以12m/s的流速在管程內(nèi)流過(guò)。列管為鋼管，總管數(shù)為200根。已知空氣入口溫度為26℃，要求被加熱到86℃。又已知蒸汽側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為，壁阻及垢阻可忽略不計(jì)。試求：(1)換熱器列管每根管長(zhǎng)為多少米？(2)由于此換熱器損壞，從頭設(shè)計(jì)了一臺(tái)新?lián)Q熱器，其列管尺寸改成，總管數(shù)減少20%，但每根管長(zhǎng)維持原值。用此新?lián)Q熱器加熱上述空氣，求空氣的出口溫度。解：(1)由熱量衡算式和傳熱速度方程計(jì)算完成任務(wù)所需的傳熱面積，然后在計(jì)算出管長(zhǎng)。查時(shí)，空氣的物性，EMBED，(湍流)1201202612012026869434解法2 可見(jiàn)這種近似是許諾的。(2)改成列管，令空氣出口溫度為熱量衡算： (1)速度方程： (2)120120261201202694 將以上各值代入(2)后再與(1)式聯(lián)立解得：27、試計(jì)算一外徑為50mm，長(zhǎng)為10m的氧化鋼管，其外壁溫度為250℃時(shí)的輻射熱損失。若將此管附設(shè)在：（１）與管徑相較專(zhuān)門(mén)大的車(chē)間內(nèi)，車(chē)間內(nèi)為石灰粉刷的壁面，壁面溫度為27℃，壁面黑度為；（２）截面為200mm200mm的紅磚砌的通道，通道壁溫為20℃。解：由表3-8查的氧化鋼管黑度為1=，石灰粉刷壁面的黑度2=（1）由于爐門(mén)被極大的四壁包圍，由表3-9知=1，A=A1=10=，C1-2=1C0=0.8=（m2K4）因此（2）查紅磚2=，Φ=1，，此為表3-9中的第五種情形，因此2八、在一大車(chē)間內(nèi)有一圓柱形焙燒爐，爐高6m，外徑6m，爐壁內(nèi)層為300mm的耐火磚，外層包有20mm的鋼板，已測(cè)得爐內(nèi)壁溫度為320℃，車(chē)間內(nèi)溫度為23℃，假設(shè)由爐內(nèi)傳出的熱量全數(shù)從爐外壁以輻射的方式散失。試求此爐每小時(shí)由爐壁散失的熱量為若干？已知耐火磚，爐壁黑度=，鋼板熱阻能夠不計(jì)。提示：可用試差法求解，爐外壁溫度在110-120℃之間。解：輻射面積：（1)耐火磚圓柱熱傳導(dǎo)：耐火磚頂部熱傳導(dǎo)： (2)聯(lián)立(1)與(2)式試差解得：或2九、平均溫度為150℃的機(jī)械油在1086mm的鋼管中流動(dòng)，大氣溫度為10℃。設(shè)油對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)為350W/(m2℃)，管壁熱阻和污垢熱阻忽略不計(jì)。試求現(xiàn)在每米管長(zhǎng)的熱損失。又若管外包一層厚20mm，導(dǎo)熱系數(shù)為W/(m2℃)的玻璃布層，熱損失將減少多少？對(duì)流輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)W/(m℃)。解：在定態(tài)條件下，各串聯(lián)熱阻相等（1）不保溫時(shí)的熱損失因管壁熱阻忽略不計(jì)，能夠?yàn)楣軆?nèi)、外壁溫度均為tW。令tw-10=于是求解得：按管外壁散熱得：（2）若加了20mm厚的保溫層后，管壁溫度為tW1，保溫層外壁溫度為tW2。則：解得：按管外壁散熱得：熱損失減少30、某化工廠在生產(chǎn)進(jìn)程中，需將純苯液體從80℃冷卻到55℃，其流量為20000kg習(xí)題3-30附表密度,kg/m3比熱容,kJ/(kg·℃)黏度,Pa·s導(dǎo)熱系數(shù),kJ/(m·℃)苯×10-4循環(huán)水×10-3解(1)試算和初選換熱器的型號(hào)①計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水消耗量熱負(fù)荷：冷卻水流量：kg/s②計(jì)算兩流體的平均溫度差暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時(shí)平均溫度差805543805543353720而由圖3-27（a）查得，因?yàn)?，選用單殼程可行。因此℃③初選換熱器規(guī)格依照兩流體的情形，假設(shè)K估＝450W／(㎡·℃)，傳熱面積A估應(yīng)為㎡本題為兩流體均不發(fā)生相變的傳熱進(jìn)程。為使苯通過(guò)殼壁面向空氣中散熱，提高冷卻成效，令苯走殼程，水走管程。兩流體平均溫度差，可選用固定管板式換熱器。由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)，初選換熱器型號(hào)為G400Ⅱ,有關(guān)參數(shù)如下。殼徑/mm公稱(chēng)壓強(qiáng)/MPa管程數(shù)殼程數(shù)管子尺寸/mm實(shí)際傳熱面積/mm240021φ25×管長(zhǎng)/m管子總數(shù)管子排列方法管中心距/mm折流檔板間距/mm折流板型式3102正三角形32150圓缺型(2)校核總傳熱系數(shù)K①管程對(duì)流傳熱系數(shù)2管程流通面積㎡管程冷卻水流速m／s(湍流)Ｗ／(㎡℃)②殼程對(duì)流傳熱系數(shù)1，按式（3-25）計(jì)算流體通過(guò)管間最大截面積為㎡苯的流速為m／s管子正三角形排列的當(dāng)量直徑殼程中苯被冷卻，取因此Ｗ／（㎡·℃）③污垢熱阻管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻別離取為㎡·℃／Ｗ，㎡·℃／Ｗ④總傳熱系數(shù)K管壁熱阻可忽略，總傳熱系數(shù)K為K=Ｗ／(㎡℃)⑤傳熱面積Am2安全系數(shù)為故所選擇的換熱器是適合的。選用固定管板式換熱器，型號(hào)為G400Ⅱ

第四章蒸發(fā)一、用一單效蒸發(fā)器將2500kg/h的NaOH水溶液由10%濃縮到25%（均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），已知加熱蒸氣壓力為450kPa，蒸發(fā)室內(nèi)壓力為,溶液的沸點(diǎn)為115℃，比熱容為(kg·℃（１）進(jìn)料溫度為25℃解：求水蒸發(fā)量W應(yīng)用式（4-1）（2）求加熱蒸汽消耗量應(yīng)用式（4-4）由書(shū)附錄查得450kPa和115℃下飽和蒸汽的汽化潛熱為和kg則進(jìn)料溫度為25℃時(shí)的蒸汽消耗量為：?jiǎn)挝徽羝牧坑墒剑?-5a）計(jì)算，則原料液溫度為115℃時(shí)單位蒸汽消耗量由以上計(jì)算結(jié)果可知，原料液的溫度愈高，蒸發(fā)1kg水所消耗的加熱蒸汽量愈少。二、試計(jì)算30%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）的NaOH水溶液在60kPa（絕）壓力下的沸點(diǎn)。解：T‘查蒸汽在600kPa下的飽和溫度為℃，汽化潛熱為2652kJ/kg由式（4-9）可求其中f由式（4-10）求得，即查附錄為160℃則=160-100=60℃℃即℃3、在一常壓?jiǎn)涡д舭l(fā)器中濃縮CaCl2水溶液，已知完成液濃度為％（質(zhì)分?jǐn)?shù)），密度為1300kg/m3，若液面平均深度為，加熱室用（表壓）飽和蒸汽加熱，求傳熱的有效溫差。解：確信溶液的沸點(diǎn)t1(1)計(jì)算查附錄p=,T‘=100℃,r’=kJ/kg查附錄常壓下35%的CaCl2水溶液的沸點(diǎn)近似為℃℃(2)計(jì)算查附錄當(dāng)pav=103kPa時(shí),對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度Tpav=℃℃(3)取℃(4)溶液的沸點(diǎn)℃則傳熱的有效溫度差為：（表壓）飽和蒸汽的飽和蒸汽溫度T=℃℃４、用一雙效并流蒸發(fā)器將10%（質(zhì)量％，下同）的NaOH水溶液濃縮到45%，已知原料液量為5000kg/h，沸點(diǎn)進(jìn)料，原料液的比熱容為kg。加熱蒸汽用蒸氣壓力為500kPa（絕），冷凝器壓力為，各效傳熱面積相等，已知一、二效傳熱系數(shù)別離為K1=2000W/(m2·K)，K２=1200W/(m2·K)，若不考慮各類(lèi)溫度差損失和熱量損失，且無(wú)額外蒸汽引出，試求每效的傳熱面積。解：（1）總蒸發(fā)量由式（4-24）求得（2）設(shè)各效蒸發(fā)量的初值，當(dāng)兩效并流操作時(shí)又再由式（4-25）求得（3）假定各效壓力，求各效溶液沸點(diǎn)。按各效等壓降原則，即各效的壓差為：kPa故p1==kPap3=查第一效p1=kPa下飽和水蒸氣的飽和蒸汽溫度T1=℃，其r1=kJ/kg查第二效p2=kPa下飽和水蒸氣的飽和蒸汽溫度T2=℃，其r2=kJ/kg查加熱蒸汽p=500kPa下,飽和溫度T=℃,r=kJ/kg（4）求各效的傳熱面積，由式（4-33）得因不考慮各類(lèi)溫度差損失和熱損失，且無(wú)額外蒸汽引出，故加熱蒸汽消耗m2m2(5)校核第1次計(jì)算結(jié)果，由于A1≠A2，從頭計(jì)算。1）A1=A2=A調(diào)整后的各效推動(dòng)力為：將上式與式（4—34）比較可得=且經(jīng)處置可得：m2則℃，℃2）從頭調(diào)整壓降，則℃其對(duì)應(yīng)的飽和壓力=時(shí),其

第五章氣體吸收氣液平穩(wěn)1．在常壓、室溫條件下，含溶質(zhì)的混合氣的中，溶質(zhì)的體積分率為10％，求混合氣體中溶質(zhì)的摩爾分率和摩爾比各為多少？解：當(dāng)壓力不太高，溫度不太低時(shí)，體積分率等于分摩爾分率，即y=依照，因此2．向盛有必然量水的鼓泡吸收器中通入純的CO2氣體，經(jīng)充分接觸后，測(cè)得水中的CO2平穩(wěn)濃度為×10－2kmol/m3，鼓泡器內(nèi)總壓為，水溫30℃，溶液密度為1000kg/m3。試求亨利系數(shù)E、溶解度系數(shù)H及相平穩(wěn)常數(shù)m。解：查得30℃，水的稀溶液：3．在壓力為，溫度30℃下，含CO220％（體積分率）空氣－CO2混合氣與水充分接觸，試求液相中CO2解：查得30℃下CO2在水中的亨利系數(shù)E為×105kPaCO2為難溶于水的氣體，故溶液為稀溶液4．在壓力為505kPa，溫度25℃下，含CO220％（體積分率）空氣－CO2混合氣，通入盛有1m3水的2m3密閉貯槽，當(dāng)混合氣通入量為1m3時(shí)停止進(jìn)氣。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)刻后，將全數(shù)水溶液移至膨脹床中，并減壓至20kPa，設(shè)CO2大部份放出，求能最多取得CO2多少kg？。解：設(shè)操作溫度為25℃，CO2在水中的平穩(wěn)關(guān)系服從亨利定律，亨利系數(shù)E為×105kPa。解：（1）氣相失去的CO2摩爾數(shù)＝液相取得的CO2摩爾數(shù)（2）（1）與（2）解得：減壓后：稀溶液：5．用清水逆流吸收混合氣中的氨，進(jìn)入常壓吸收塔的氣體含氨6％（體積），氨的吸收率為％，溶液出口濃度為（摩爾比），操作條件下相平穩(wěn)關(guān)系為。試用氣相摩爾比表示塔頂和塔底處吸收的推動(dòng)力。解：塔頂：塔底：6．在總壓，溫度30℃的條件下,SO2摩爾分率為的混合氣體與SO2摩爾分率為的水溶液相接觸，試問(wèn)：從液相分析SO2的傳質(zhì)方向；從氣相分析，其他條件不變，溫度降到0℃時(shí)SO2其他條件不變，從氣相分析，總壓提高到時(shí)SO2的傳質(zhì)方向，并計(jì)算以液相摩爾分率差及氣相摩爾率差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。解：(1)查得在總壓，溫度30℃條件下SO2在水中的亨利系數(shù)E=4850kPa因此從液相分析<x=故SO2必然從液相轉(zhuǎn)移到氣相，進(jìn)行解吸進(jìn)程。（2）查得在總壓，溫度0℃的條件下，SO2在水中的亨利系數(shù)E=1670kPa=從氣相分析y*=mx=×=<y=故SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收進(jìn)程。（3）在總壓，溫度30℃條件下，SO2在水中的亨利系數(shù)E=4850kPa=從氣相分析y*=mx=×=<y=故SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收進(jìn)程。以液相摩爾分?jǐn)?shù)表示的吸收推動(dòng)力為:?x=x*－x=－=以氣相摩爾分?jǐn)?shù)表示的吸收推動(dòng)力為:?y=y－y*=－=擴(kuò)散與單相傳質(zhì)7．在溫度為20℃、總壓為的條件下，SO2與空氣混合氣緩慢地沿著某堿溶液的液面流過(guò)，空氣不溶于該溶液。SO2透過(guò)1mm厚的靜止空氣層擴(kuò)散到溶液中，混合氣體中SO2的摩爾分率為，SO2抵達(dá)溶液液面上當(dāng)即被吸收，故相界面上SO2的濃度可忽略不計(jì)。已知溫度20℃時(shí)，SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為s。試求SO2的傳質(zhì)速度為多少？解:SO2通過(guò)靜止空氣層擴(kuò)散到溶液液面屬單向擴(kuò)散，已知：SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)D=s=×10-5m2/s擴(kuò)散距離z=1mm=，氣相總壓p=氣相主體中溶質(zhì)SO2的分壓pA1=p·yA1=×=氣液界面上SO2的分壓pA2=0因此，氣相主體中空氣（惰性組分）的分壓pB1=p－pA1=－=氣液界面上的空氣（惰性組分）的分壓pB2=p－pA2=－0=空氣在氣相主體和界面上分壓的對(duì)數(shù)平均值為：===×10-4kmol/(m2·s)8．在總壓為100kPa、溫度為30℃時(shí)，用清水吸收混合氣體中的氨，氣相傳質(zhì)系數(shù)=×10-6kmol/（m2·s·kPa），液相傳質(zhì)系數(shù)=×10-4m/s，假設(shè)此操作條件下的平穩(wěn)關(guān)系服從亨利定律，測(cè)得液相溶質(zhì)摩爾分率為，其氣相平穩(wěn)分壓為。求當(dāng)塔內(nèi)某截面上氣、液組成別離為y=，x=時(shí)以（）、（）表示的傳質(zhì)總推動(dòng)力及相應(yīng)的傳質(zhì)速度、總傳質(zhì)系數(shù)；分析該進(jìn)程的操縱因素。解：（1）依照亨利定律相平穩(wěn)常數(shù)溶解度常數(shù)以氣相分壓差（）表示總推動(dòng)力時(shí)：=100××==kmol/（m2·s·kPa）=×10-6×=×10-5kmol/（m2·s）以（）表示的傳質(zhì)總推動(dòng)力時(shí)：kmol/m3=×100×－=kmol/m3=×10-6×=×10-5kmol/（m2·s）（2）與（）表示的傳質(zhì)總推動(dòng)力相應(yīng)的傳質(zhì)阻力為273597（m2·s·kPa）/kmol；其中氣相阻力為m2·s·kPa/kmol；液相阻力m2·s·kPa/kmol；氣相阻力占總阻力的百分?jǐn)?shù)為。故該傳質(zhì)進(jìn)程為氣膜操縱進(jìn)程。9．若吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平穩(wěn)關(guān)系在計(jì)算范圍為直線，界面上氣液兩相平穩(wěn)，推導(dǎo)出KL與kL、kG的關(guān)系。解：因吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平穩(wěn)關(guān)系在計(jì)算范圍為直線界面上氣液兩相平穩(wěn)的關(guān)系式由得（1）由得（2）由得（3）（2）式＋（3）式，并與（1）式比較得吸收進(jìn)程設(shè)計(jì)型計(jì)算10．用20℃的清水逆流吸收氨－空氣混合氣中的氨，已知混合氣體總壓為kPa，其中氨的分壓為kPa，要求混合氣體處置量為773m3/h，水吸收混合氣中氨的吸收率為99％。在操作條件下物系的平穩(wěn)關(guān)系為，若吸收劑用量為最小用的2倍，試求（1）塔內(nèi)每小時(shí)所需清水的量為多少kg？（1）塔底液相濃度（用摩爾分率表示）。解：（1）實(shí)際吸收劑用量L=2Lmin=2×=h＝kg/h（2）X1=X2+V（Y1-Y2）/L=0+11．在一填料吸收塔內(nèi)，用清水逆流吸收混合氣體中的有害組分A，已知進(jìn)塔混合氣體中組分A的濃度為（摩爾分率，下同），出塔尾氣中A的濃度為，出塔水溶液中組分A的濃度為，操作條件下氣液平穩(wěn)關(guān)系為。試求操作液氣比是最小液氣比的倍數(shù)？解：12．用SO2含量為×10-3(摩爾分率)的水溶液吸收含SO2為（摩爾分率）的混合氣中的SO2。已知進(jìn)塔吸收劑流量為37800kg/h，混合氣流量為100kmol/h，要求SO2的吸收率為80%。在吸收操作條件下，系統(tǒng)的平穩(wěn)關(guān)系為，求氣相總傳質(zhì)單元數(shù)。解：吸收劑流量惰性氣體流量12．空氣中含丙酮2%（體積百分?jǐn)?shù)）的混合氣以m2·s的流速進(jìn)入一填料塔，今用流速為m2·s的清水逆流吸收混合氣中的丙酮，要求丙酮的回收率為%。已知操作壓力為100kPa，操作溫度下的亨利系數(shù)為177kPa，氣相整體積吸收系數(shù)為kmol/m3·s，試用解吸因數(shù)法求填料層高度。解已知因現(xiàn)在為低濃度吸收，故kmol/m2·s==也可由和=，查圖5-25取得==因此=×=14．在逆流吸收的填料吸收塔中，用清水吸收空氣～氨混合氣中的氨，氣相流率為(m2·S)。操作液氣比為最小液氣比的倍，平穩(wěn)關(guān)系為，氣相總傳質(zhì)系數(shù)為(m3·S)。試求：(1)吸收率由95％提高到99％，填料層高度的轉(zhuǎn)變。（2）吸收率由95％提高到99％，吸收劑用量之比為多少？解：（1）吸收率為95％時(shí)：V＝／29＝kmol/(m2·S)L＝×＝kmol/(m2·S)吸收率為99％時(shí)：L‘＝×＝kmol/(m2·S)(2)L＝×＝kmol/(m2·S)