化工原理習題課

1、2022-3-3 1.為了確定容器中石油產(chǎn)品的液面，采用如附圖所示的裝置。壓縮空氣用調(diào)節(jié)閥1調(diào)節(jié)流量，使其流量控制得很小，只要在鼓泡觀察器2內(nèi)有氣泡緩慢逸出即可。因此，氣體通過吹氣管4的流動阻力可忽略不計。吹氣管內(nèi)壓力用U管壓差計3來測量。壓差計讀數(shù)R的大小，反映貯罐5內(nèi)液面高度。指示液為汞。2022-3-3 1.分別由a管或由b管輸送空氣時，壓差計讀數(shù)分別為R1或R2，試推導R1、R2分別同Z1、Z2的關系。 2.當（Z1Z2）1.5m，R10.15m，R20.06m時，試求 石油產(chǎn)品的密度及Zio2022-3-3 解 （1）在本例附圖所示的流程中，由于空氣通往石油產(chǎn)品時，鼓泡速度很慢，可以

2、當作靜止流體處理。因此可以從壓差計讀數(shù)R1，求出液面高度Z1，即（2）將式（a）減去式（b）并經(jīng)整理得故（a）11HGPzR（b）22HGPzR 2022-3-3 2. 當20的甘油(=1261kg.m-3,=1499厘泊)在內(nèi)徑為100mm的管內(nèi)流動時,若流速為2.0m.s-1時,其雷諾準數(shù)Re為_,其摩擦阻力系數(shù)為_.2022-3-33. 如圖所示，用內(nèi)徑d100mm的管道，從水箱中引水。如水箱中水面恒定，水面高出管道出口中心高度H4m，忽略水箱入管道的入口阻力損失。水在管內(nèi)流動損失，沿管長均勻發(fā)生，hf A-B32/（2）。求： （1）水在管內(nèi)的流速及流量Q （2）管道中點處M的靜壓強P

3、M。假設AB高度差為3m2022-3-3（1）列00與22截面柏努利方程： Z0P0/00 /2Z2P2/22 /2f以22截面為基準面，Z20，u00，P0P2 422 /2322 /2422 /2g 解得 24.43 m.s-1 VA0.7850.124.43 0.0348 m3.s-1125 m3.h-1（2）列M點與出口截面的柏努利方程 ZMPM/M2 /2Z2P2 / 22 /2f M-2 1PM /M2 /222 /23/322 /2 M2 PM/3/322 /21 2022-3-3 水在一傾斜管中流動，如附圖所示，已知壓差計讀數(shù)為200mm，試問測量段的阻力為多少？2022-3-

4、34. 在內(nèi)管為18010mm的套管換熱器中,將流量為 3500kg.h-1的某液態(tài)烴從 100冷卻到60,其平均比熱為2.38kJ.kg-1.K-1,環(huán)隙走冷卻水,其進出口溫度分別為40和50,平均比熱為4.17kJ.kg-1K-1,基于傳熱外面積的總傳熱系數(shù)K0=1800w.m-2K-1, 設其值恒定,忽略熱損失。試求： (1)冷卻水用量； (2)分別計算兩流體為逆流和并流情況下的平均溫差及所需管長。2022-3-3 冷卻水用量 h Cph (T1 -T2 )c Cpc(t2 -t1 ) 35002.38(100-60)c 4.17(50-40) c 7990kg.h-1 t逆(50-20

5、)/(50/20)32.75 t并(60-10)/(60/10)27.91 QKAtm Q79904.17(50-40)=3.332106kJ.h-1 A3.332105/(1800/1000)32.753600 1.57 (m2) 0 1.57 3.140.181.57 逆2.77(m ) A并3.332106/(1800/1000)27.9136001.84 (m2) 3.140.18并1.84 并3.26 (m )2022-3-320的空氣在直徑為80mm的水平管流過?，F(xiàn)于管路中接一文丘里管，如本題附圖所示。文丘里管的上游接一水銀U管壓差計，在直徑為20mm的喉頸處接一細管，其下部插入水

6、槽中?？諝饬鬟^文丘里管的能量損失可忽略不計。當U管壓差計讀數(shù)R=25mm、h=0.5m時，試求此時空氣的流量為若干m3/h。當?shù)卮髿鈮簭姙?01.33103Pa。2022-3-3 解：文丘里管上游測壓口處的壓強為 p1=HggR=136009.810.025 =3335Pa(表壓) 喉頸處的壓強為 p2=gh=10009.810.5=4905P（表壓） 空氣流經(jīng)截面1-1與2-2的壓強變化為 %20%9 . 7079. 0333510133049051013303335101330121ppp 故可按不可壓縮流體來處理。2022-3-3 在截面1-1與2-2之間列柏努利方程式，以管道中心線作基

7、準水平面。兩截面間無外功加入，即We=0；能量損失可忽略，即 =0。據(jù)此，柏努利方程式可寫為fh2222121122pugZpugZ2 . 1490522 . 1333522221uu137332122uu據(jù)連續(xù)性方程 u1A1=u2A2212211211202. 008. 0udduAAuu/hm8 .13234. 708. 0436004360032121udVs2022-3-3 用泵將貯槽中密度為1200kg/m3的溶液送到蒸發(fā)器內(nèi)，貯槽內(nèi)液面維持恒定，其上方壓強為101.33103Pa，蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強為26670Pa（真空度），蒸發(fā)器進料口高于貯槽內(nèi)液面15m，進料量為2

8、0m3/h，溶液流經(jīng)全部管路的能量損失為120J/kg，求泵的有效功率。管路直徑為60mm。2022-3-3 解：取貯槽液面為11截面，管路出口內(nèi)側(cè)為22截面，并以11截面為基準水平面，在兩截面間列柏努利方程。fehpugZWpugZ2222121122式中 Z1=0 Z2=15m p1=0（表壓） p2=26670Pa（表壓） u1=0m/s97. 106. 0785. 036002022u fh=120J/kgJ/kg9 .246120026670120297. 181. 9152eW泵的有效功率Ne為： Ne=Wemskg/s67. 63600120020ssVw2022-3-3 某板框

9、壓濾機共有10個框, 框空長、寬各為500 mm, 在一定壓力下恒壓過濾30min后, 獲得濾液5m3, 假設濾布阻力可以忽略不計, 試求: (1) 過濾常數(shù)K; (2) 如果再過濾30min, 還能獲得多少m3濾液? 2022-3-3（1）過濾面積 m2 （2） m2/s m2/s 過濾獲得的濾液量 m3 m3 2022-3-3 在一603.5mm的鋼管外層包有兩層絕熱材料，里層為40mm的氧化鎂粉，平均導熱系數(shù)=0.07W/m，外層為20mm的石棉層，其平均導熱系數(shù)=0.157W/m。現(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁溫度為500，最外層表面溫度為80，管壁的導熱系數(shù)=45W/m。試求每米管長的熱損失及

10、兩層保溫層界面的溫度。 解 (a)每米管長的熱損失 r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07 m r4 =0.07+0.02=0.09 m2022-3-3(b)保溫層界面溫度t3 t3=131.2 2022-3-3 一列管換熱器，由252 mm的136根不銹鋼管組成。平均比熱為4.187 kJ/kg.的某溶液在管內(nèi)作湍流流動, 其流量為15000kg/h, 并由15被加熱到100。溫度為110的飽和水蒸汽在殼方冷凝。已知單管程時管壁對溶液的對流傳熱系數(shù) 為520w/m2. , 蒸汽對管壁的對流傳熱系數(shù) 為 1.161

11、04w/m2. , 不銹鋼管的導熱系數(shù) =17 w/m. , 忽略垢層熱阻和熱損失, 試求4管程時的列管長度（有效長度）。 2022-3-31、 某液體在一等徑直管中始終處于層流裝狀態(tài)流動，若體積流量不變，管內(nèi)徑減小為原來的一半，假定管內(nèi)的相對粗糙度不變，則層流時，流動阻力變?yōu)樵瓉淼?多少倍 222322642dluudlduudlhf162442122122122121212ddddddduduhhff解：(1) 由 得 2022-3-32.兩顆直徑不同的玻璃球分別在水中和空氣中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度為2500kg/m3，水的密度為998.2kg/m3，水的粘度為1.0051

12、0-3Pas，空氣的密度為1.205kg/m3，空氣的粘度為1.8110-5Pas。（1）若在層流區(qū)重力沉降，則水中顆粒直徑與空氣中顆粒直徑之比為多少。（2）若在層流區(qū)離心沉降，已知旋風分離因數(shù)與旋液分離因數(shù)之比為2，則水中顆粒直徑與空氣中顆粒直徑之比為多少2022-3-3182gdustgudst18612. 91081. 12 .998250010005. 1205. 1250053awswasawdd解：(1) 由 得 所以 2022-3-3RuduTsr2218gRuKTc2csrgKdu182csrgKud18593.1311081. 12 .9982500210005. 1205.

13、 1250053cwawscawasawKKdd(2) 由 得 ，所以 2022-3-3 3. 某一球形顆粒在空氣中自由重力沉降。已知該顆粒的密度為5000kg/m3，空氣的密度為1.205kg/m3，空氣的粘度為1.8110-5Pas。則在層流區(qū)沉降的最大顆粒直徑為多少。 tduRe解：(1) 由 dutRe得 182gdust而 mgds53253210639. 4807. 9205. 15000205. 111081. 118Re18所以 2022-3-3 4. 對某懸浮液進行恒壓過濾。已知過濾時間為300s時，所得濾液體積為0.75m3，且過濾面積為1m2，恒壓過濾常數(shù)K=510-3m

14、2/s。若要再得濾液體積0.75m3，則又需過濾時間為 多少8251055 . 1625. 025 . 12322Kqqqes525300825Kqqqe 22解：由 22qKqqe得 625. 075. 0275. 03001052232qqKqe所以 2022-3-35. 某流體在水平串聯(lián)的兩直管1、2中穩(wěn)定流動，已知， ， 。今測得該流體流徑管道1的壓力降為0.64m液柱，流徑管道2的壓力降為0.064m液柱，試計算管道2的長度。， 2/21dd ml10011800Re1221dd 解：由 4121222112dduu，得 21412ReRe1212112212uuddudud所以 9

15、00Re21Re12所以 0356. 0180064Re6411所以 ，2022-3-312211112222222ffHHgudlgudl122121221212ffHHdduull所以 mHHdduullff16064. 0064. 024211002121222212112所以 2022-3-3 6. 在如圖所示的平板導熱系數(shù)測定裝置中，試樣直徑 ，且由于試樣厚度b遠小于直徑d，可以忽略試樣徑向的熱損失。由于安裝不好，試樣與冷、熱表面之間均存在著一層厚度為0.1mm的空氣隙。設熱表面溫度 ，冷表面溫度 。測試時測得的傳熱速率 。 空氣隙在 下的導熱系數(shù)，在 下的導熱系數(shù)。試計算空氣隙的存

16、在給導熱系數(shù)的測定帶來的誤差。（提示：不考慮空氣隙計算得到的導熱系數(shù)為表觀值，考慮空氣隙計算得到的導熱系數(shù)為真實值，即要計算 ）mmd120Ct1801Ct 302WQ2 .581t2t2022-3-3b20 .1bm m10 .1bm md=120mm1t2tQQSttbbb212211bttSQ21解：由 bbdttQbSttQb3067.3412. 0785. 0301802 .584222121得 221121221121bbbSttSbSbSbttQ又由 得 221121bbQSttb所以 022765. 010675. 2101 . 010780. 3101 . 02 .5812.

17、 0785. 03018023232b9271.43%90.212190. 09271.433067.349271.43所以 2022-3-3 某離心泵以20水進行性能實驗測得體積流量為720m3/h，壓出口壓力表數(shù)為3.82kgf/cm2，吸入口真空表讀數(shù)為210mmHg，壓力表和真空表間垂直距離為410mm，吸入管和壓出管內(nèi)徑分別為350mm及300mm。試求泵的壓頭。12720 36002.050.785 0.35um s2022-3-3查得水在20時密度為998kg/m3，則 HM=3.8210.01=38.2mH2O HV=0.21013.6=2.86MH2O將已知數(shù)據(jù)代入，則 =4

18、1.47+0.1872022-3-3 離心泵的特性曲線為 輸水管路的特性曲線為 Q的單位為m3/h, 試問（1）此時的輸水量為多少？（2）若要求輸水量為16m3/h，應采取什么措施？（兩條特性曲線有何變化） )(01. 0302mQH)(05. 0102mQH2205. 01001. 030QQhmQ/3 .1832068. 010QH解： 若要求輸水量為16m3/h，流量變小，可以采用調(diào)節(jié)閥門開度的方法，即改變管路的特性曲線，而泵的特性曲線不變。221001. 030BQQhmQ/163 把 帶入 得 B=0.068 所以關小閥門后管路特性曲線變?yōu)椋?2022-3-3 平壁穩(wěn)定傳熱過程，通過

19、三層厚度相同的不同材料，每層間溫度變化如圖所示，試判斷1、2、3的大小順序_,以及每層熱阻的大小順序_。2022-3-3 圓筒壁總傳熱系數(shù)K與間壁兩側(cè)對流傳熱系數(shù)1.2以及間壁導熱系數(shù)的關系為_.當間壁管規(guī)格為1084mm,導熱系數(shù)為45(w. m-2.K-1)時,管內(nèi)外兩側(cè)給熱系數(shù)分別為8000 (w.m-2.K-1)和1200(w.m-2K-1)時,總傳熱系數(shù)K1_.2022-3-3 如圖所示為間壁式換熱器中冷流體B與熱流體A的穩(wěn)態(tài)傳熱 過程的溫度分布曲線，該傳熱過程是由_、_和_三個串聯(lián)的熱傳遞環(huán)節(jié)組成，由圖分析可知:1_2，控制熱阻應在_側(cè)，因此若強化該傳熱過程，應從_側(cè)著手。 202

20、2-3-3 某蒸汽管外包有兩層厚度相等的絕熱材料, 已知第二層的平均直徑相當于第一層的平均直徑的兩倍, 而第二層的導熱系數(shù)為第一層的二分之一。如將兩層材料的位置調(diào)換, 則每米管長的熱損失將如何變化?2022-3-3 如圖所示，有一穩(wěn)定導熱的平壁爐墻，墻厚240mm ，導熱系數(shù)0.2W/m，若爐墻外壁溫度345，為測得爐墻內(nèi)壁溫度1，在墻深 100mm處插入溫度計，測得該處溫度2 100，試求爐墻內(nèi)壁溫度1。2022-3-3 水在一圓形直管內(nèi)呈強制湍流時，若流量及物性均不變。現(xiàn)將管內(nèi)徑減半，則管內(nèi)對流傳熱系數(shù)為原來的多少倍？ Nu=0.023Re0.8 Pr0.2 2022-3-3 16的鹽水以

21、3840kg/h的流率通過套管換熱器的內(nèi)管而被加熱。內(nèi)管為382.5mm的鋼管，每段長。的熱水以3/h的流率在環(huán)隙內(nèi)流過，而被冷卻至48兩流體作逆流流動。熱水對管壁的對流傳熱系數(shù)0為 W/m2，已知鹽水物性(平均溫度下)=Kg/m3,p =3.3KJ/Kg, =0.9510-3，=0.56W/m, 管內(nèi)外污垢熱阻分別為Rs i =1/3788m2/w, Rs 0=1/3846m2/w。求鹽水出口溫度和所需套管的段數(shù)。忽略熱損失。(熱水在平均溫度下的p=4.18kJ/kg,=1000 kg/m3. 2022-3-3 1一爐壁由三層不同材料組成，第一層為耐火磚，導熱系數(shù)為1.7 W/(m)，允許最

22、高溫度為1450，第二層為絕熱磚，導熱系數(shù)為0.35 W/(m)，允許最高溫度為1100，第三層為鐵板，導熱系數(shù)為40.7W/(m)，其厚度為6mm，爐壁內(nèi)表面溫度為1350，外表面溫度為220。在穩(wěn)定狀態(tài)下通過爐壁的熱通量為4652 W/m2，試問各層應該多厚時才能使壁的總厚度最??？ 2022-3-3btqqtbmmmb1920.09136/4652110013501.70.006/40.70.35/220110046522bmmmb2660.066mmbbb32116466692min解：當絕熱材料達到最高允許溫度時，總壁厚為最小 ，因第二層絕熱磚已達到最高溫度，故第一層耐火磚的厚度不可再

23、小，所以現(xiàn)在所得總厚為其最小厚度：2022-3-3 1、吸收分離操作的依據(jù)是什么？ 2、吸收操作在化工生產(chǎn)中有哪些應用？ 3、氣、液相組成有哪些表達方式？如何相互換算？ 4、寫出亨利定律表達式及各系數(shù)E，H，m間的換算關系。 5、說明物系、溫度和壓力如何影響系數(shù)E，H及m？2022-3-3 總壓為101.325kPa、溫度為20時，1000kg水中溶解15kg NH3，此時溶液上方氣相中NH3的平衡分壓為2.266kPa。試求此時之溶解度系數(shù)H、亨利系數(shù)E、相平衡常數(shù)m。0156. 018/100017/1517/15BAAAnnnnnx022403251012662.Ppy*A*436. 1

24、0156. 00224. 0*xym解：首先將此氣液相組成換算為y與x。NH3的摩爾質(zhì)量為17kg/kmol，溶液的量為15kg NH3與1000kg水之和。故 2022-3-3*2.266145.30.0156ApEkpax382. 0183 .1451000ssEMH869. 01000/10001517/15/ssAAAAAmmMmVnc*0.8690.3832.266AAcHp由式（6-11） E=Pm=101.3251.436=145.5kPa或者由式 溶劑水的密度s=1000kg/m3，摩爾質(zhì)量Ms=18kg/kmol，由式（6-10）計算H kmol/（m3kPa）2022-3-

25、3 在20及101.325kPa下CO2與空氣的混合物緩慢地沿Na2CO3溶液液面流過，空氣不溶于Na2CO3溶液。CO2透過厚1mm的靜止空氣層擴散到Na2CO3溶液中。氣體中CO2的摩爾分數(shù)為0.2。在Na2CO3溶液面上，CO2被迅速吸收，故相界面上CO2的濃度極小，可忽略不計。CO2在空氣中20時的擴散系數(shù)D為0.18cm2/s。問CO2的擴散速率是多少？2022-3-3 解：此題屬單方向擴散，可用式6-17計算。 擴散系數(shù) D=0.18cm2/s=1.810-5m2/s 擴散距離 Z=1mm=0.001m，氣相總壓力P=101.325kPa 氣相主體中CO2的分壓力pA1=PyA1=

26、101.3250.2=20.27kPa 氣液界面上CO2的分壓力pA2=0氣相主體中空氣（惰性氣體）的分壓力pB1為 氣液界面上空氣的分壓力 pB2=101.325kPa11101.32520.2781.06BApPpkpa2022-3-3空氣在氣相主體和界面上分壓力的對數(shù)平均值為2121101.32581.0690.8101.325lnln81.06BBBmBBpppkpapp12AAABmDpNppRTZp027.208 .90325.101001. 0293314. 8108 . 15 41067. 1kmol/（m2s） 2022-3-3含氨極少的空氣于101.33kPa，20被水吸收

27、。已知氣膜傳質(zhì)系數(shù)kG=3.1510-6kmol/（m2skPa），液膜傳質(zhì)系數(shù)kL=1.8110-4kmol/（m2skmol/m3），溶解度系數(shù)H=1.5kmol/（m3kPa）。氣液平衡關系服從亨利定律。求：氣相總傳質(zhì)系數(shù)KG、KY；液相總傳質(zhì)系數(shù)KL、KX。2022-3-3 舉出五種間壁式換熱器 ?提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)的主要方法有哪些? 夾套式， 蛇管式，套管式，列管式，板式，螺旋板式，板翅式等任選五種。 提高傳熱系數(shù)的主要途徑是提高流體流速，增強人工擾動；防止結(jié)垢，及時清除污垢。2022-3-3 強化傳熱過程應采取哪些途徑? 根據(jù)K.A.tm方程, 指任一個K、A、tm都能提高強

28、化傳熱 (1) 增加傳熱面積,如在管內(nèi)外壁裝上翅片,采用螺旋管或粗糙管代替光滑管； (2)增大傳熱溫差tm可采用逆流操作,因為當T1，T2，t1，t2四個溫度一定時，逆流傳熱溫差tm最大； (3)提高傳熱系數(shù)K由 K1/（1/11/2（j/j） 提高、降低j,都能強化傳熱,要提高由單層改為多層,或在殼程中增設檔板，對于蛇管中,加入攪拌裝置或在蛇管圈中增設杯狀物（強化圈）在列管換熱器中可,還可采用導熱系數(shù)大的流體作載熱體 2022-3-3 用總高4m、寬1.7m、長4.55m的重力降塵室分離空氣中的粉塵。中間等高安排39塊隔板，每小時通過降塵室的含塵氣體為2000 m3，在氣體的密度為1.6kg

29、/m3(均標況)，氣體溫度為400，此時粘度為310-5Pas，粉塵的密度為3700 kg/m3。試求 此降塵室能分離的最小塵粒的直徑 除去6m顆粒的百分率。 2022-3-3tSPDtSNWLuVgdumKgTTsmV18/649. 04002732736 . 1/369. 13600/273400273200023003假設沉降處于層流區(qū)：mmNWLVgdSpPC11. 81011. 8407 . 155. 481. 9649. 03700369. 11031811865%541 . 0054. 01 . 0404054. 06 .221042. 2/1042. 218332除去百分率：每層高度：內(nèi)沉降的高度：在沉降速度：mhmuhsmgdutPDt已知：H，w，n，V0，O，t, ，P 求：dpc解：