化工原理復(fù)習(xí)總結(jié)重點(diǎn)

化工原理緒論P(yáng)71,2從基本單位換算入手，將下列物理量的單位換算為 SI單位。(1)水的黏度卩=0.00856g/(cm?)密度p=138.6kgf?密度 基本物理量的換算關(guān)系為 1kgf=9.81N密度 基本物理量的換算關(guān)系為 1kgf=9.81N,1N=1kg?m/s2某物質(zhì)的比熱容Cp=0.24BTU/(lbT)-傳質(zhì)系數(shù)Kg=34.2kmol/(m2?i?atm)表面張力o=74dyn/cm (6)導(dǎo)熱系數(shù)入=1kcal/(m?i?C)解：本題為物理量的單位換算。水的黏度 基本物理量的換算關(guān)系為1 kg=1000g,1m=100cm100cm一。.。0856100cm一。.。0856孟盈g伽=8.5610,kg.ms]=8.5610^Pas(2)冷鬻晉-=1350kg(3)從附錄二查出有關(guān)基本物理量的換算關(guān)系為1BTU=1.055kJ,lb=0.4536kg1lbcp=0.24BTU咤p HjbF1BTU0.4536kg59C=1.005kJkgC(4)傳質(zhì)系數(shù) 基本物理量的換算關(guān)系為 1h=3600s,1atm=101.33kPaKg=34.2? 9.37810^kmolm2skPa_m2hatm.|〔3600s_101.33kPa(5)表面張力 基本物理量的換算關(guān)系為1dyn=1x1—N1m=100cm一74哋任N100cm_cm1dyn” ，=7.4><10，N/m-1m導(dǎo)熱系數(shù) 基本物理量的換算關(guān)系為 1kcal=4.1868X301h=3600s*啟舌聶*啟舌聶ZEsCi=1.163WmC亂堆25cm拉西環(huán)的填料塔用于精餾操作時(shí)，等板高度可用下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即He=3.9A(2.78x10Agb(12.01Df(0.3048Z01'3^^式中 He—等板高度，ft； G—?dú)庀噘|(zhì)量速度，lb/(ft2/h); D—塔徑，ft;Z0—每段(即兩層液體分布板之間)填料層高度， ft; a—相對(duì)揮發(fā)度，量綱為一；3液相黏度，cP; P—液相密度，lb/ftA、B、C為常數(shù)，對(duì)25mm的拉西環(huán)，其數(shù)值分別為 0.57、-0.1及1.24。試將上面經(jīng)驗(yàn)公式中各物理量的單位均換算為 SI單位。解：上面經(jīng)驗(yàn)公式是混合單位制度，液體黏度為物理單位制，而其余諸物理量均為英制。經(jīng)驗(yàn)公式單位換算的基本要點(diǎn)是：找出式中每個(gè)物理量新舊單位之間的換算關(guān)系，導(dǎo)出物理量“數(shù)字”的表達(dá)式，然后代入經(jīng)驗(yàn)公式并整理，以便使式中各符號(hào)都變?yōu)樗Ｍ膯挝?。具體換算過(guò)程如下：(1)從附錄查出或計(jì)算出經(jīng)驗(yàn)公式有關(guān)物理量新舊單位之間的關(guān)系為1ft-0.3049m 11b.ft2h=1.35610‘kg.m2s(見(jiàn)1)a量綱為一，不必?fù)Q算a量綱為一，不必?fù)Q算1cp=1lO^Paslb13=1

ftlb13=1

ft3ft.2.20461b .imHe為例:將原符號(hào)加上以代表新單位的符號(hào)，導(dǎo)出原符號(hào)的“數(shù)字”表達(dá)式。下面以m He為例:Heft—Hem貝y He=HeHe 3.28O3Heftftm同理G^G1.35610"=737.5GD=3.28OD3Z。=3.28O3Z°% %1103 16.01=0.06246

將以上關(guān)系式代原經(jīng)驗(yàn)公式，得4 -0.1 1241000%0.0624訂3.2803He=3.90.572.78101000%0.0624訂?13(0.3048"3.28O3Zo0$整理上式并略去符號(hào)的上標(biāo)，便得到換算后的經(jīng)驗(yàn)公式，即4 』 -0.1“ 1.24 1,3口卩IHe=1.084x10_A(0.205G-(39.4DJZ°—-第一章流體流動(dòng)P72-75作業(yè)3,4,12,20練習(xí)1,2【練習(xí)】1.某氣柜的容積為6000m3，若氣柜內(nèi)的表壓力為5.5kPa,溫度為40C。已知各組分氣體的體積分?jǐn)?shù)為：Hz40%、N220%、CO32%、CQ7%、CH1%,大氣壓力為101.3kPa,試計(jì)算氣柜滿載時(shí)各組分的質(zhì)量。解：氣柜滿載時(shí)各氣體的總摩爾數(shù) ⑴二竺二101.35.51000.06000mol=246245.4molRT 8.314汽313各組分的質(zhì)量： mH?=40%ntMh2=40%246245.42kg=197kgmN2=20%ntMn2=20%246245.428kg=1378.97kgmco=32%ntMe。=32%246245.428kg=2206.36kgmCO2=7%ntXMCO2=7%x246245.4況44kg=758.44kgmeH4=1%ntMCH4=1%246245.416kg=39.4kgVt二VVt二V1 V260830160'!33m=0.157m710訂二巴120kg.m3=764.33kgm3Vt0.1572?若將密度為830kg/m3的油與密度為710kg/m3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：mt=m1m^6060kg=120kg【作業(yè)】流體靜力學(xué)3.已知甲地區(qū)的平均大氣壓力為 85.3kPa,乙地區(qū)的平均大氣壓力為 101.33kPa,在甲地區(qū)的某真空設(shè)備上裝有一個(gè)真空表，其讀數(shù)為 20kPa。若改在乙地區(qū)操作，真空表的讀數(shù)為多少才能維持該設(shè)備的的絕對(duì)壓力與甲地區(qū)操作時(shí)相同？解：（1）設(shè)備內(nèi)絕對(duì)壓力3 3絕壓=大氣壓-真空度=85.310-2010Pa=65.3kPa（2）真空表讀數(shù)真空度=大氣壓-絕壓=101.3310-65.310Pa=36.03kPa4.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(wèn)至少需要幾個(gè)螺釘（大氣壓力為101.3x103Pa）?解：由流體靜力學(xué)方程，距罐底1000mm處的流體壓力為p=p；gh=101.31039609.81（9.5-1.0）Pa=1.813103Pa（絕壓）作用在孔蓋上的總力為F=(p—Pa)A=(1.813103-101.3103)n0.762N=3.627104N4每個(gè)螺釘所受力為F,=395X10Xn0.0142N=6.093x10PN4因此n=FF=3.6271046.093103N=5.95：6(個(gè))12.20C的水以2.5m/s的平均流速流經(jīng)$38mmx2.5mm的水平管，此管以錐形管與另一 $53mmx3mm的水平管相連。如本題附圖所示，在錐形管兩側(cè)A、B處各插入一垂直玻璃管以觀察兩截面的壓力。若水流經(jīng)A、B兩截面間的能量損失為 1.5J/kg，求兩玻璃管的水面差（以mm計(jì)）,并在本題附圖中畫(huà)出兩玻璃管中水面的相對(duì)位置。解：在A、B兩截面之間列機(jī)械能衡算方程JZ2式中 z1=z2=0,ub1=3.0msUb2二Ub10.038-0.00252.0.053—0.0032ms=1.232ms刀hf=1.5J/kgPl-P2P~Ub22Ub22-Ubi222、1.2322一2.5 1.5Jkg二_o.866Jkg習(xí)題20附圖習(xí)題20附圖故P1「P2=0.8669.81m=0.0883m=88.3mm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 20m。（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，測(cè)得R=600mm、h=1500mm;當(dāng)閘閥部分開(kāi)啟時(shí)，測(cè)得R=400mm、h=1400mm。摩擦系數(shù)?可取為0.025，管路入口處的局部阻力系數(shù)取為0.5。問(wèn)每小時(shí)從管中流出多少水（mL-Ub 2—L-Ub 2—hf,1-2 =（；亠_c） 2.13ubd2（2）當(dāng)閘閥全開(kāi)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(kāi)時(shí)Le/d疋15,摩擦系數(shù)仍可取0.025。）解：（1）閘閥部分開(kāi)啟時(shí)水的流量在貯槽水面1-1,與測(cè)壓點(diǎn)處截面2-2，間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)截面 2-2,的中心作基準(zhǔn)水平面，得（a） 式中 p1=0（表）P2=「HggR-幾2°gR=136009.810.4-10009.811.4Pa=39630Pa（表）Ub2=0,Z2=0 Z1可通過(guò)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：H2Og（乙■h）=:HggR（b） 式中h=1.5m,R=0.6m將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得=136000.6_V1000=（0.025150.5）勺=2.13u0.12將以上各值代入式（a）,即9.81x6.66葺+謊+2.13ub將以上各值代入式（a）,即水的流量為 Vs=3600nd2ub=36000.7850.123.13m3h=88.45m3h4

（2）閘閥全開(kāi)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3-3，間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)管22中心線作基準(zhǔn)平面，得 gz+*+**+歲+卡吃h-3 （C）式中 zi=6.66m,z3=0,ubi=O,pi=p3 3（-- 、J出=0.025（色15）0.5勺=4.81u：，- d 2 [ 0.1 一2將以上數(shù)據(jù)代入式（c）,即 9.81X6.66=也+4.81Ub2解得 ub=3.51mjs再在截面1-1,與2-2，間列機(jī)械能衡算方程，基平面同前，得22gz-itU^L=gz2 +瓦h(yuǎn)2 （d）式中 Z1=6.66m,Z2=0,Ub1常0,Ub2=3.51m/s,p1=0（表壓力）「2 「hf,12hf,12i 15二0.025 0.5I 0.1 丿kg=26.2Jkg51p將以上數(shù)值代入上式，則p2=3.30x104Pa（表壓）9&6.66二丁卷將以上數(shù)值代入上式，則p2=3.30x104Pa（表壓）第二章流體輸送機(jī)械 P123-124作業(yè)2,4,7,10（新書(shū)）2,4,8,11（舊）練習(xí)1,3,5,9（新）1,3,6,10（舊）【練習(xí)】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(kāi)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/m3。試求（1）管路特性方程；（2）輸油甲地乙地甲地乙地習(xí)題1附圖1-1與2-2截面，以水平管軸線為基準(zhǔn)面，在于是(2)輸油管線總長(zhǎng)度lle2gdH■u21-1與2-2截面，以水平管軸線為基準(zhǔn)面，在于是(2)輸油管線總長(zhǎng)度lle2gdH■u2Hd2g29.810.1380.021.382m=1960m39—0.01 m/s=1.38m/s4解：(1)管路特性方程 甲、乙兩地油罐液面分別取作兩截面之間列柏努利方程，得到 H^KBq2由于啟動(dòng)離心泵之前PA=pc,于是k-Z—=0則 He=Bq：He=2.510"qe(qe的單位為m3/h)又He=H=38mB=[38/(39)2]h2/mHe=2.510"qe(qe的單位為m3/h)3?對(duì)于習(xí)題2的實(shí)驗(yàn)裝置，若分別改變?nèi)缦聟?shù)，試求新操作條件下泵的流量、壓頭和軸功率(假如泵的效率保持不變)。(1)改送密度為1220kg/m3的果汁(其他性質(zhì)與水相近)；(2)泵的轉(zhuǎn)速降至2610r/min。解：由習(xí)題2求得：q=57.61m3/hH=29.04mP=6.7kW(1)改送果汁改送果汁后，q,H不變，P隨p加大而增加，即1-1=6.71.22kW=8.174kWO一21-1=6.71.22kW=8.174kWO一2O2O⑵降低泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)比例定律，降低轉(zhuǎn)速后有關(guān)參數(shù)為P、6.7q'：=57.61P、6.7q'：=57.61^610m3h=51.85m3h2900H工29.0412610《m2900=23.52m「2610(2900kW=4.884kW6?用離心泵將真空精餾塔的釜?dú)堃核椭脸嘿A罐。塔底液面上的絕對(duì)壓力為 32.5kPa(即輸送溫度下溶液的飽和蒸汽壓)。已知：吸入管路壓頭損失為1.46m,泵的必需氣蝕余量為2.3m，該泵安裝在塔內(nèi)液面下3.0m處。試核算該泵能否正常操作。解：泵的允許安裝高度為 H=Pa_Pv_NPSH_Hf04式中Pa-P"=0Pg ,- pg則 Hg=[-(2.3?0.5)_1.46]m=-4.26m泵的允許安裝位置應(yīng)在塔內(nèi)液面下 4.26m處，實(shí)際安裝高度為-3.0m，故泵在操作時(shí)可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為安全運(yùn)行，離心泵應(yīng)再下移 1.5m。采用一臺(tái)三效單動(dòng)往復(fù)泵，將敞口貯槽中密度為1200kg/m3的粘稠液體送至表壓為 1.62x103kPa的高位槽中，兩容器中液面維持恒差 8m，管路系統(tǒng)總壓頭損失為 4m。已知泵的活塞直徑為70mm，沖程為225mm，往復(fù)次數(shù)為200min-1,泵的容積效率和總效率分別為 0.96和0.91。試求泵的流量、壓頭和軸功率。解：(1)往復(fù)泵的實(shí)際流量q=3HvASq=3漢0.96xn0.07泵的揚(yáng)程H=H1H2ho」(6泵的揚(yáng)程H=H1H2ho」(6°220)10 0.5m=29.04mIL10009.814162x106泵的揚(yáng)程H二He=(8 4)m=149.6m1200x9.81泵的軸功率p=日宜=149.60.4991200kW=16.08kW102^ 60x102x0.91【作業(yè)】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6.7kW。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 瓦h(yuǎn)f,0A=3.0uf(5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20C,98.1kPa的條件下進(jìn)行。試計(jì)算泵的流量、壓頭和效率。TOC\o"1-5"\h\z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) ，2 3得到0二gZ1-P1 hf0^ 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得 3.5U；^60匹-2.59.8仁35.481J2f, 1 1000u1=3.184m/s 貝U q=(n0.0823.1843600)m3/h=57.61m3/h4Pa-pPa-p16410310009.81=Hg0.612.4Hg=3.51m⑶泵的效率=H^=空36需F100%=68%在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為： q=57.61m3/hH=29.04mP=6.7kW n=68%4.用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900r/min）將20C的清水以60m3/h4.用離心泵（轉(zhuǎn)速為的壓頭損失和動(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 64kPa。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?100kPa）;（2）若改送55C的清水，泵的安裝高度是否合適。，得解：（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（2）輸送55C清水的允許安裝高度 55C清水的密度為985.7kg/m3，飽和蒸汽壓為15.733kPa巴二曽-（NPSH） （100985；7爲(wèi)1103一（3?5°5）泡4m=2.31m原安裝高度（3.51m）需下降1.5m才能不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。&用離心泵將水庫(kù)中的清水送至灌溉渠，兩液面維持恒差 8.8m，管內(nèi)流動(dòng)在阻力平方區(qū)，管路特性方程為He=8.8*5.2105q2（qe的單位為m3/s）單臺(tái)泵的特性方程為 H=28_4.210冷2 （q的單位為3m/s）試求泵的流量、壓頭和有效功率。解：聯(lián)立管路和泵的特性方程便可求泵的工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 q、H,進(jìn)而計(jì)算Pe。管路特性方程 H管路特性方程 He=8.8*5.2105q2泵的特性方程 H=28-4.2105q2聯(lián)立兩方程，得到 q=4.52X103m3/s H=19.42m則巳=Hqs卬=19.424.5210-10009.81W=861W用離心通風(fēng)機(jī)將50C、101.3kPa的空氣通過(guò)內(nèi)徑為600mm，總長(zhǎng)105m(包括所有局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度)的水平管道送至某表壓為 1X104Pa的設(shè)備中。空氣的輸送量為 1.5X104m 5 3 dUP解： 5 3 dUP解：20C的空氣p=1.205kg/m3尸1.81x10Pas已知ps=2650kg/m3Re=—0.0175?，F(xiàn)庫(kù)房中有一臺(tái)離心通風(fēng)機(jī)， 其性能為：轉(zhuǎn)速1450min-1,風(fēng)量1.6X104m3/h,風(fēng)壓為1.2X104Pa。試核算該風(fēng)機(jī)是否合用。解：將操作條件的風(fēng)壓和風(fēng)量來(lái)?yè)Q算庫(kù)存風(fēng)機(jī)是否合用。全風(fēng)壓Ht=?-P1全風(fēng)壓Ht=?-P1)比rhf2絕對(duì)壓力Pm=101300+Pa=106300Pa,1.205嗨293,1.205嗨293kg/m3=1.147kg/m310133032315000101300 m/s=14.40m/su=-V^d2pm 3600-0.621063004(10514.402(10514.402.0.017510.6fx \2HT二11041.147=10483PaHT=10483 12Pa=10967Pa1.147庫(kù)存風(fēng)機(jī)的風(fēng)量q=1.6x104m3/h，風(fēng)壓Ht=1.2X104Pa均大于管路要求(qe=1.5X104m3/h,Ht=10967Pa),故風(fēng)機(jī)合用。第三章【非均相混合物分離和固體流態(tài)化】作業(yè)：密度為2650kg/m3的球形石英顆粒在20C的空氣中作自由沉降， 試計(jì)算服從斯托克斯公式的最大顆粒直徑和服從牛頓公式的最小顆粒直徑(1)當(dāng)10-4<Re<1時(shí)，服從斯托克斯公式Ut=d2(Ug18」聯(lián)立兩式可得:聯(lián)立兩式可得:當(dāng)Re=1時(shí)，顆粒直徑最大。 解得：dmas=0.0573mm(2)當(dāng)103<Re<2x105時(shí)，服從牛頓公式:Ut=1.74d(—')g同理可得:2|2Re卩1.742W-■■)當(dāng)Re=1(3時(shí)，顆粒直徑最小解得:dmin=1.51m思考題：理想流化床和實(shí)際流化床的差別主要是什么第四章【傳熱】P271-272作業(yè)4,5,7,9,11練習(xí)3,8思考題9【練習(xí)】3.外徑為159mm的鋼管，其外依次包扎A、B兩層保溫材料，A層保溫材料的厚度為50mm,導(dǎo)熱系數(shù)為0.1W/(m°C-),B層保溫材料的厚度為100mm，導(dǎo)熱系數(shù)為1.0W/(m°C-),設(shè)A的內(nèi)層溫度和B的外層溫度分別為170C和40C,試求每米管長(zhǎng)的熱損失；若將兩層材料互換并假設(shè)溫度不變，每米管長(zhǎng)的熱損失又為多少？解:t1一上2.r2 1 .r3ln ln-A2二■2 r223.14 170-40」 、W/m=150W/1,159 250 1,159 2 50 100In In0.1 159 1.0159 100A、B兩層互換位置后，熱損失為t1t2QL-—ln空—ln^2「\ r2~-2 r211.0ln2匯3.14叫170-40) 159250.1］門(mén)1592 50100159 0.1 159100Wm=131.5Wm8.在一單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機(jī)溶劑。冷卻水的流量為 10000kg/h，其初始溫度為30C,平均比熱容為4.174kJ/(kg;C)。有機(jī)溶劑的流量為14000kg/h，溫度由180C降至120C,平均比熱容為1.72kJ/(kgC)。設(shè)換熱器的總傳熱系數(shù)為500W/(m2C)，試分別計(jì)算逆流和并流時(shí)換熱器所需的傳熱面積，設(shè)換熱器的熱損失和污垢熱阻可以忽略。解：Q=Wcph「_T2匸140001.72 180_120kJh=1.4448106kJh=401.3kW6 、冷卻水的出口溫度為t2=Q+bJ1/4448x10 +308=64.61PWACpc Q0000X4.174 J3=7.854m2逆流時(shí)J80?.61一12°一30—25?39—102.2C$逆=/ 401旦匹=7.854m2180—64.61ln120—30m "C—- ln115.39 KAtm 180—64.61ln120—3090并―20?.61并―20?.61_18°_30—竺L-94.97CS逆 J55.39 KtmIn m150ln120側(cè)61180—30401.310350094.9722m二8.452m作業(yè)：4.直徑為?57mmx3.5mm的鋼管用40mm厚的軟木包扎，其外又包扎 100mm厚的保溫灰作為絕熱層。現(xiàn)測(cè)得鋼管外壁面溫度為 -120C,絕熱層外表面溫度為10Co軟木和保溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為 0.043W/(mC)和0.07W/(mC)，試求每米管長(zhǎng)的冷損失量。解：此為兩層圓筒壁的熱傳導(dǎo)問(wèn)題，則2誡1-上2)2誡1-上2)1I「2 1|「3ln In-/.1 「1 '2「21 0.0285+0.0411 0.0285+0.04+0.1-In In0.043 0.0285 0.07 0.02850.04二-24.53Wm5.在某管殼式換熱器中用冷水冷卻熱空氣。換熱管為 ①25mmK2.5mm的鋼管，其導(dǎo)熱系數(shù)為452W/(m-C)。冷卻水在管程流動(dòng)，其對(duì)流傳熱系數(shù)為 2600W/(mC)，熱空氣在殼程流動(dòng)，其對(duì)流傳熱系數(shù)為52W/(m2C)。試求基于管外表面積的總傳熱系數(shù)K,以及各分熱阻占總熱阻的百分?jǐn)?shù)。 設(shè)污垢熱阻可忽略。 解：由Ko 1 查得鋼的導(dǎo)熱系數(shù) ■=45Wm2C1 d。十d。:o■dm:idib=2.5mmdb=2.5mmdo=25mmdi=25-22.5mm=20mmdm25 20_2mm=22.5mmKo 1 Ko 1 -丄.0.00250.025. 0.02552 450.0225 26000.02Wm2C=50.6W.m2C殼程對(duì)流傳熱熱阻占總熱阻的百分?jǐn)?shù)為1.-100%=1殼程對(duì)流傳熱熱阻占總熱阻的百分?jǐn)?shù)為1.-100%=1KoK-100%oto=-50^100%=97.3%52管程對(duì)流傳熱熱阻-idi K°d。 50.60.025ii100% 「100% 100%=2.4%aidi 2600x0.02do管壁熱阻bdo100%晉 管程對(duì)流傳熱熱阻-idi K°d。 50.60.025ii100% 「100% 100%=2.4%aidi 2600x0.02do管壁熱阻bdo100%晉 1"3%450.0225冷卻水的流量為28000kg/h,110G降至65C,平均比熱試核算該換熱器的總2的單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機(jī)溶液。7.在一傳熱面積為其溫度由25G升至38G,平均比熱容為4.17kJ/(kgC)。有機(jī)溶液的溫度由容為1.72kJ/(kgG)。兩流體在換熱器中呈逆流流動(dòng)。設(shè)換熱器的熱損失可忽略,傳熱系數(shù)并計(jì)算該有機(jī)溶液的處理量。25m解：Cp,c-4.17kJ/(kgG)Q=WcCp,c(t27)280004.17103 38-25W=4.22105W3600求厶tm有機(jī)物6538257240■-■tm72-407F

In-40C=54.4C54F^rWm2C=310.3Wm2CWh KCph(^1 —T2 )54.22103—1.72103 110-65kg.s=5.452kgs=1.963104kg.h9?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3為1600m/h,常壓下苯的沸點(diǎn)為80.1C,氣化熱為394kJ/kg。冷卻水的入口溫度為20C,流量為350002kg/h，水的平均比熱容為4.17kJ/(kgG)?？倐鳠嵯禂?shù)為450W/(mC)。設(shè)換熱器的熱損失可忽略，試計(jì)算所需的傳熱面積。178解：苯蒸氣的密度為178-PK.0820612；3 80.1向口—叫m3Wh=16002.692kgh=4307.2kghQ=W「‘=4307.2394kJh=1.697106kJh=4.71105WQ二WcCp,c(t2-tJ350004.17103(t2-20^4.711053600解出 t2=31.G求氏m

苯 80.1 t80.1水 31.6 20t 48.5 60.1.-■tm60.1—48.5In60.148.5C=.-■tm60.1—48.5In60.148.5C=54.1CK：tm4"忖m2=19.3m245054.111.某生產(chǎn)過(guò)程中需用冷卻水將油從105C冷卻至70C。已知油的流量為6000kg/h，水的初溫為22C,流量為2000kg/h?，F(xiàn)有一傳熱面積為10m2的套管式換熱器，問(wèn)在下列兩種流動(dòng)型式下， 換熱器能否滿足要求：兩流體呈逆流流動(dòng)； (2)兩流體呈并流流動(dòng)。設(shè)換熱器的總傳熱系數(shù)在兩種情況下相同，為 300W/(m2-C);油的平均比熱容為1.9kJ/(kgC),水的平均比熱容為4.17kJ/(kgC)。熱損失可忽略。解：本題采用；-NTU法計(jì)算°)逆流時(shí) 叫"鬻2?9103W^3166.7WCWcCpc二20004.17103WC=2316.7WC3600CrCminCmax2316.73166.7=0.732(NTU)CrCminCmax2316.73166.7=0.732(NTU)minKSCmin300102316.7=1.295查圖得；查圖得；=0.622 q?Cmi(TN八r 5=0.6222316.7105-22W=1.19610WT2=TWhCph二1051.19610T2=TWhCph二1051.1961053166.7=67.2C:::70C能滿足要求(2)并流時(shí)Cr=0.732(NTUhn=1.295查圖得；查圖得；=0.526Q=0.5262316.7 105-22W=1.011105W51.011103166.7C=73.1C51.011103166.7C=73.1C::70C不能滿足要求思考題9在管殼式換熱器中，熱應(yīng)力是如何產(chǎn)生的， 熱應(yīng)力有何影響，為克服熱應(yīng)力的影響應(yīng)采取哪些措施當(dāng)換熱管與殼體的溫差較大(大于 50C)時(shí)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。 措施(1)在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，因而殼程壓力受膨脹節(jié)強(qiáng)度的限制不能太高。固定管板式換熱器適用于兩液體溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高的場(chǎng)合（2）浮頭式換熱器兩端管板之一不與殼體固定連接，可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，當(dāng)換熱管與殼體有溫差存在，殼體或換熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。 （3）U型管式換熱器只有一個(gè)管板,換熱管為U形，管子兩端固定在同一管板上。管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U形換熱器有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力（4）填料函式換熱器管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封，管束可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生因殼壁和管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。蒸餾 P156-157作業(yè)4,5,7,9練習(xí)1,2,8,10【練習(xí)】1?在密閉容器中將A、B兩組分的理想溶液升溫至82C，在該溫度下，兩組分的飽和蒸氣壓分別為 P；=107.6kPa及pB=41.85kPa,取樣測(cè)得液面上方氣相中組分 A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.95。試求平衡的液相組成及容器中液面上方總壓。解：本題可用露點(diǎn)及泡點(diǎn)方程求解。yA二里xa=pAP總一匹J°7.6P總一41.85=0.95

p總 卩總(Pa—Pb)p總(107.6—41.85)解得p總=99.76kPax丿總一"=99.76一41.85=0.8808Pa—Pb107.6—41.85本題也可通過(guò)相對(duì)揮發(fā)度求解Pb107.62.57141.850.95lgpA=6.032-1206?35t220.24lgp；=6.078—1343?94t219.58式中p*的單位為kPa,t的單位為C。苯一甲苯混合液可視為理想溶液。（作為試差起點(diǎn)，1000.95lgpA=6.032-1206?35t220.24lgp；=6.078—1343?94t219.58式中p*的單位為kPa,t的單位為C。苯一甲苯混合液可視為理想溶液。（作為試差起點(diǎn)，100kPa和10kPa對(duì)應(yīng)的泡點(diǎn)分別取94.6C和31.5C）解:本題需試差計(jì)算(1)總壓p總=100kPa初設(shè)泡點(diǎn)為94.6C,lgpA=6.0321206-35 =2.19194.6220.24得Pa=155.37kPa同理lgpB=6.078 1343.94 1.8094.6219.58Pb—63.15kPaxa二止沁=0.39960.4155.37—63.15卩總=0.4155.370.663.15kPa=100.04kPaPa*■Pb空二2.4663.15:x11.460.424604.0.6212總壓為p總=10kPa通過(guò)試差，泡點(diǎn)為31.5C,pA=17.02kPa,pB=5.313kPa17.02a= 5.313=3.2033.2030.41 2.2030.4=0.68隨壓力降低,a增大，氣相組成提高。由氣液平衡方程得x 0.8808y+ot(1—y)0.95+2.571(1—0.95)卩總=pAxApB1-xa=107.60.880841.851-0.8808kPa=99.76kPa100kPa和10kPa的相對(duì)揮發(fā)度和平衡2?試分別計(jì)算含苯0.4（摩爾分?jǐn)?shù)）的苯一甲苯混合液在總壓的氣相組成。苯（A100kPa和10kPa的相對(duì)揮發(fā)度和平衡&在連續(xù)精餾塔中分離苯一甲苯混合液，其組成為 0.48（苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），泡點(diǎn)進(jìn)料。要求餾出液組成為0.95，釜?dú)堃航M成為0.05。操作回流比為2.5，平均相對(duì)揮發(fā)度為2.46，試用圖解法確定所需理論板層數(shù)及適宜加料板位置。

解：由氣液平衡方程計(jì)算氣液相平衡組成如本題附表所示。習(xí)題8附表x00.050.10.20.30.40.50.60.70.80.91.02.46x0.110.210.380.510.620.710.780.850.900.95y=01.01 1.46x5413117287在x-y圖上作出平衡線，如本題附圖所示。習(xí)題8附圖由已知的xD,xF,xW在附圖上定出點(diǎn)a、e、c習(xí)題8附圖精餾段操作線的截距為△ 095 0.271，在y軸上R1 2.51定出點(diǎn)b，連接點(diǎn)a及點(diǎn)b，即為精餾段操作線。過(guò)點(diǎn)e作q線（垂直線）交精餾段操作線于點(diǎn) d。連接cd即得提餾段操作線。從點(diǎn)a開(kāi)始，在平衡線與操作線之間繪階梯，達(dá)到指定分離程度需11層理論板，第5層理論板進(jìn)料。10.在常壓連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯一氯苯混合物。已知進(jìn)料量為 85kmol/h，組成為0.45（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），泡點(diǎn)進(jìn)料。塔頂餾出液的組成為 0.99，塔底釜?dú)堃航M成為 0.02。操作回流比為3.5。塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流。苯、氯苯的汽化熱分別為 30.65kJ/mol和36.52kJ/mol。水的比熱容為4.187kJ/（kg?C）。若冷卻水通過(guò)全凝器溫度升高 15C,加熱蒸汽絕對(duì)壓力為 500kPa（飽和溫度為151.7C,汽化熱為2113kJ/kg）。試求冷卻水和加熱蒸汽的流量。忽略組分汽化熱隨溫度的變化。解：由題給條件，可求得塔內(nèi)的氣相負(fù)荷，即qn,D=qn,F ―=85漢 一kmol/h=37.94kmol/hXd—Xw 0.99—0.02對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料，精餾段和提餾段氣相負(fù)荷相同，則qn,v=qn,vf=qn,D（R+1尸（1。冷卻水流量 由于塔頂苯的含量很高，可按純苯計(jì)算，即Qc=qn,J；匯103kJ/h=5.232kJ/hqmc=—Qc——=5.232幻0kg/h=8.33x104kg/hCp,c(t2-切4.18715(2)(2)加熱蒸汽流量釜液中氯苯的含量很高，可按純氯苯計(jì)算，即Qb=qn,v?B3kJ/h=6.234kJ/hqm,h二也少23：；0kg/h=2.95kg/h% 2113作業(yè)4.在一連續(xù)精餾塔中分離苯含量為 0.5(苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同)苯一甲苯混合液，其流量為100kmol/h。已知餾出液組成為0.95，釜液組成為0.05，試求(1)餾出液的流量和苯的收率； (2)保持餾出液組成0.95不變，餾出液最大可能的流量。解：(1)由題得Xf=0.5 Xw=0.05Xd=0.95F=100Kmol/h餾出液的流量和苯的收率Xf-Xw 0.5-0.05 qn,Dxd 50，：0.95qn,D=qn,F =100漢 kmol/'h=50kmol/h譏= 漢100%= 漢100%=95%Xd-Xw 0.95-0.05 qn,FXF 100漢0.50.95(2)當(dāng)^=100%時(shí)，獲得最大可能流量，即 qn,Dmax=q“FXF=100沃0.5kmol/h=52.63kmol/h0.95Xd5?在連續(xù)精餾塔中分離A、B兩組分溶液。原料液的處理量為100kmol/h，其組成為0.45(易揮發(fā)組分A的摩爾分?jǐn)?shù)，下同)，飽和液體進(jìn)料，要求餾出液中易揮發(fā)組分的回收率為96%，釜液的組成為0.033。試求(1)餾出液的流量和組成；(2)若操作回流比為2.65，寫(xiě)出精餾段的操作線方程； (3)提餾段的液相負(fù)荷。解：(1)餾出液的流量和組成由全塔物料衡算，可得qn,DXD=0.96qn,FXF18qn,wXw=(1—0.96$100><0.45kmol/h=1.8kmol/h q.w=—:—kmol/h=54.55kmol/h0.033432qnD=qnF—qnw=(100—54.55)kmol/h=45.45kmol/h xD=———=0.950545.45⑵精餾段操作線方程y擊x丘=鈴體W6x0.2604提餾段的液相負(fù)荷qn,「=qn,L+qqn,F=Rqn,D+qn,F7?在連續(xù)操作的精餾塔中分離兩組分理想溶液。原料液流量為 50kmol/h，要求餾出液中易揮發(fā)組分的收率為94%。精餾段操作線方程為 y=0.75x+0.238;q線方程為y=2-3x。試求(1)操作回流比及餾出液

組成；(2)進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料的總組成； (3)兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值Xq及yq；(4)提餾段操作線方程。解：(1)操作回流比及餾出液組成由題給條件， 得R=075及―竺0.238解得 R=3,Xd=0.952R+1一?R+12)進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料液組成 由于一q 3及二=2解得q=0.75(氣液混合進(jìn)料)，Xf=0.5q-1 1-q(3)兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值 Xq及yq 聯(lián)立操作線及q線兩方程，即y=0.75x-0.238y=2-3x解得 Xq=0.4699及yq=0.5903(4)提餾段操作線方程qn,Vqn,D咖心O.94沢50".5kmol/h=24.68kmol/h際(4)提餾段操作線方程qn,Vqn,D咖心O.94沢50".5kmol/h=24.68kmol/h際0.952 ,Xd=qn,F—qn,D=(50-24.68)kmol/h=25.32kmol/hXw1-Aqn，F(xiàn)XFJ_°.94 500.5=0.0592qn,L，Rqn,Dqn,W25.32+qqn,F=(3沃24.68+0.75X50)=111.54kmol/h11154 2532qF=qnL—qnW=(111.54—25.32)=86.22kmol/h則y鼻一 x，—— x0.0592=1.294x—0.01739n,Vn,Ln,W86.2286.229?在板式精餾塔中分離相對(duì)揮發(fā)度為 2的兩組分溶液，泡點(diǎn)進(jìn)料。餾出液組成為0.95(易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同)，釜?dú)堃航M成為0.05，原料液組成為0.6。已測(cè)得從塔釜上升的蒸氣量為 93kmol/h，從塔頂回流的液體量為58.5kmol/h，泡點(diǎn)回流。試求(1)原料液的處理量；(2)操作回流比為最小回流比的倍數(shù)。解：(1)原料液的處理量 由全塔的物料衡算求解。 對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1qn,V，=qn,V=(R+1qn,D=93kmol/h qn,D=qn,V—Qn,L=(93-58.5)kmol/h=34.5kmol/hqn,W-qn,F-qn,D則 0.6qn,F=0.95漢34.5+(qn,F—34.5><0.05解得qn,F=56.45kmol/h(2)R為Rmin的倍數(shù)9^R134.5R=1.70 對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料，Rnin的計(jì)算式為=1 Xd_1ILxf：(1=1 Xd_1ILxf：(1_Xd)=0.951-Xf. IL0.62(1-0.95)1—0.6=1.333于是RRmin1.71.333=1.275干燥 273-274作業(yè)3,4,5,12練習(xí)1,2思考題1.已知濕空氣的總壓力為100kPa,溫度為50C,相對(duì)濕度為40%,試求(1)濕空氣中的水汽分壓;(2)濕度；(3)濕空氣的密度。解：(1)濕空氣的水汽分壓 P='：：-：Psp=0.412.34kPa=4.936kPa由附錄查得50C時(shí)水的飽和蒸氣壓ps=12.34kPa，故p=0.412.34kPa=4.936kPa(2)濕度0.622p 0.6224.936 ?…一 “十一H kgkg絕干氣-0.03230kgkg絕干氣p總一p100—4.936(3)密度5273t1.01310:h=0.772 1.244H273 P273■501.013310 3%=0.7721.2440.0323 廠m濕空氣kg絕干氣273 100心03二0.9737m3濕空氣/kg絕干氣密度?h】H^1 0.0323kgm3濕空氣-1.06kgm3濕空氣■-H 0.97372?常壓連續(xù)干燥器內(nèi)用熱空氣干燥某濕物料，出干燥器的廢氣的溫度為 40C,相對(duì)濕度為43%,試求廢氣的露點(diǎn)。解：由附錄查得40C時(shí)水的飽和蒸氣壓ps=7.3766kPa，故濕空氣中水汽分壓為=0.437.376I6P^3.172kPa查出ps=3.172kPa時(shí)的飽和溫度為25.02C,此溫度即為廢氣露點(diǎn)。作業(yè)4.將t0二25°C、H°二0.005kg水/kg絕干氣的常壓新鮮空氣，與干燥器排出的40°C、

H2=0.034kg水/kg絕干