化工原理習(xí)題課

1、2022-3-16 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(guò)吹氣管4的流動(dòng)阻力可忽略不計(jì)。吹氣管內(nèi)壓力用U管壓差計(jì)3來(lái)測(cè)量。壓差計(jì)讀數(shù)R的大小，反映貯罐5內(nèi)液面高度。指示液為汞。2022-3-16 1.分別由a管或由b管輸送空氣時(shí)，壓差計(jì)讀數(shù)分別為R1或R2，試推導(dǎo)R1、R2分別同Z1、Z2的關(guān)系。 2.當(dāng)（Z1Z2）1.5m，R10.15m，R20.06m時(shí)，試求 石油產(chǎn)品的密度及Zio2022-3-16 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(shí)，鼓泡速度很慢

2、，可以當(dāng)作靜止流體處理。因此可以從壓差計(jì)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 2022-3-16 2. 當(dāng)20的甘油(=1261kg.m-3,=1499厘泊)在內(nèi)徑為100mm的管內(nèi)流動(dòng)時(shí),若流速為2.0m.s-1時(shí),其雷諾準(zhǔn)數(shù)Re為_(kāi),其摩擦阻力系數(shù)為_(kāi).2022-3-163. 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(dòng)損失，沿管長(zhǎng)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(diǎn)處M

3、的靜壓強(qiáng)PM。假設(shè)AB高度差為3m2022-3-16（1）列00與22截面柏努利方程： Z0P0/00 /2Z2P2/22 /2f以22截面為基準(zhǔn)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(diǎn)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 2022-3-16 水在一傾斜管中流動(dòng)，如附圖所示，已知壓差計(jì)讀數(shù)為200mm，試問(wèn)測(cè)量段的阻力為多少？

4、2022-3-164. 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(jìn)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(shè)其值恒定,忽略熱損失。試求： (1)冷卻水用量； (2)分別計(jì)算兩流體為逆流和并流情況下的平均溫差及所需管長(zhǎng)。2022-3-16 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

5、 t逆(50-20)/(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 )2022-3-1620的空氣在直徑為80mm的水平管流過(guò)。現(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(jì)，在直徑為20mm的喉頸處接

6、一細(xì)管，其下部插入水槽中?？諝饬鬟^(guò)文丘里管的能量損失可忽略不計(jì)。當(dāng)U管壓差計(jì)讀數(shù)R=25mm、h=0.5m時(shí)，試求此時(shí)空氣的流量為若干m3/h。當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為101.33103Pa。2022-3-16 解：文丘里管上游測(cè)壓口處的壓強(qiáng)為 p1=HggR=136009.810.025 =3335Pa(表壓) 喉頸處的壓強(qiáng)為 p2=gh=10009.810.5=4905P（表壓） 空氣流經(jīng)截面1-1與2-2的壓強(qiáng)變化為 %20%9 . 7079. 0333510133049051013303335101330121ppp 故可按不可壓縮流體來(lái)處理。2022-3-16 在截面1-1與2-2之間列柏努利

7、方程式，以管道中心線作基準(zhǔn)水平面。兩截面間無(wú)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(xiě)為fh2222121122pugZpugZ2 . 1490522 . 1333522221uu137332122uu據(jù)連續(xù)性方程 u1A1=u2A2212211211202. 008. 0udduAAuu/hm8 .13234. 708. 0436004360032121udVs2022-3-16 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(qiáng)為101.33103Pa，蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強(qiáng)為26670Pa（真空度），蒸發(fā)器進(jìn)料口高于貯

8、槽內(nèi)液面15m，進(jìn)料量為20m3/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。2022-3-16 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(zhǔn)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. 63600120020ss

9、Vw2022-3-16 某板框壓濾機(jī)共有10個(gè)框, 框空長(zhǎng)、寬各為500 mm, 在一定壓力下恒壓過(guò)濾30min后, 獲得濾液5m3, 假設(shè)濾布阻力可以忽略不計(jì), 試求: (1) 過(guò)濾常數(shù)K; (2) 如果再過(guò)濾30min, 還能獲得多少m3濾液? 2022-3-16（1）過(guò)濾面積 m2 （2） m2/s m2/s 過(guò)濾獲得的濾液量 m3 m3 2022-3-16 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(dǎo)熱系數(shù)=0.07W/m，外層為20mm的石棉層，其平均導(dǎo)熱系數(shù)=0.157W/m?，F(xiàn)用熱電偶測(cè)得管內(nèi)壁溫度為500，最外層表面溫度為80，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=

10、45W/m。試求每米管長(zhǎng)的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。 解 (a)每米管長(zhǎng)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 m2022-3-16(b)保溫層界面溫度t3 t3=131.2 2022-3-16 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(dòng), 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(shí)管壁對(duì)溶液的對(duì)流傳熱系數(shù) 為520w/m2. , 蒸

11、汽對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù) 為 1.16104w/m2. , 不銹鋼管的導(dǎo)熱系數(shù) =17 w/m. , 忽略垢層熱阻和熱損失, 試求4管程時(shí)的列管長(zhǎng)度（有效長(zhǎng)度）。 2022-3-161、 某液體在一等徑直管中始終處于層流裝狀態(tài)流動(dòng)，若體積流量不變，管內(nèi)徑減小為原來(lái)的一半，假定管內(nèi)的相對(duì)粗糙度不變，則層流時(shí)，流動(dòng)阻力變?yōu)樵瓉?lái)的 多少倍 222322642dluudlduudlhf162442122122122121212ddddddduduhhff解：(1) 由 得 2022-3-162.兩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9

12、98.2kg/m3，水的粘度為1.00510-3Pas，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(fēng)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2022-3-16182gdustgudst18612. 91081. 12 .998250010005. 1205. 1250053awswasawdd解：(1) 由 得 所以 2022-3-16RuduTsr2218gRuKTc2csrgKdu182csrgKud18593.1311081. 1

13、2 .9982500210005. 1205. 1250053cwawscawasawKKdd(2) 由 得 ，所以 2022-3-16 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 2022-3-16 4. 對(duì)某懸浮液進(jìn)行恒壓過(guò)濾。已知過(guò)濾時(shí)間為300s時(shí)，所得濾液體積為0.75m3

14、，且過(guò)濾面積為1m2，恒壓過(guò)濾常數(shù)K=510-3m2/s。若要再得濾液體積0.75m3，則又需過(guò)濾時(shí)間為 多少8251055 . 1625. 025 . 12322Kqqqes525300825Kqqqe 22解：由 22qKqqe得 625. 075. 0275. 03001052232qqKqe所以 2022-3-165. 某流體在水平串聯(lián)的兩直管1、2中穩(wěn)定流動(dòng)，已知， ， 。今測(cè)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(jì)算管道2的長(zhǎng)度。， 2/21dd ml10011800Re1221dd 解：由 4121222112dduu，得 21412

15、ReRe1212112212uuddudud所以 900Re21Re12所以 0356. 0180064Re6411所以 ，2022-3-1612211112222222ffHHgudlgudl122121221212ffHHdduull所以 mHHdduullff16064. 0064. 024211002121222212112所以 2022-3-16 6. 在如圖所示的平板導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置中，試樣直徑 ，且由于試樣厚度b遠(yuǎn)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(shè)熱表面溫度 ，冷表面溫度 。測(cè)試時(shí)測(cè)得的傳熱速率 。 空

16、氣隙在 下的導(dǎo)熱系數(shù)，在 下的導(dǎo)熱系數(shù)。試計(jì)算空氣隙的存在給導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定帶來(lái)的誤差。（提示：不考慮空氣隙計(jì)算得到的導(dǎo)熱系數(shù)為表觀值，考慮空氣隙計(jì)算得到的導(dǎo)熱系數(shù)為真實(shí)值，即要計(jì)算 ）mmd120Ct1801Ct 302WQ2 .581t2t2022-3-16b20 .1bm m10 .1bm md=120mm1t2tQQSttbbb212211bttSQ21解：由 bbdttQbSttQb3067.3412. 0785. 0301802 .584222121得 221121221121bbbSttSbSbSbttQ又由 得 221121bbQSttb所以 022765. 010675. 21

17、01 . 010780. 3101 . 02 .5812. 0785. 03018023232b9271.43%90.212190. 09271.433067.349271.43所以 2022-3-16 某離心泵以20水進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)測(cè)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 s2022-3-16查得水在20時(shí)密度為998kg/m3，則 HM=3.8210.01=38.2mH2O HV

18、=0.21013.6=2.86MH2O將已知數(shù)據(jù)代入，則 =41.47+0.1872022-3-16 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(wèn)（1）此時(shí)的輸水量為多少？（2）若要求輸水量為16m3/h，應(yīng)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(mén)開(kāi)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(guān)小閥

19、門(mén)后管路特性曲線變?yōu)椋?2022-3-16 平壁穩(wěn)定傳熱過(guò)程，通過(guò)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_。2022-3-16 圓筒壁總傳熱系數(shù)K與間壁兩側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)1.2以及間壁導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系為_(kāi).當(dāng)間壁管規(guī)格為1084mm,導(dǎo)熱系數(shù)為45(w. m-2.K-1)時(shí),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(shí),總傳熱系數(shù)K1_.2022-3-16 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(guò)程的溫度分布曲線，該傳熱過(guò)程是由_、_和_三個(gè)串聯(lián)的熱傳遞環(huán)節(jié)組成，由圖分析可知:

20、1_2，控制熱阻應(yīng)在_側(cè)，因此若強(qiáng)化該傳熱過(guò)程，應(yīng)從_側(cè)著手。 2022-3-16 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(dāng)于第一層的平均直徑的兩倍, 而第二層的導(dǎo)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(zhǎng)的熱損失將如何變化?2022-3-16 如圖所示，有一穩(wěn)定導(dǎo)熱的平壁爐墻，墻厚240mm ，導(dǎo)熱系數(shù)0.2W/m，若爐墻外壁溫度345，為測(cè)得爐墻內(nèi)壁溫度1，在墻深 100mm處插入溫度計(jì)，測(cè)得該處溫度2 100，試求爐墻內(nèi)壁溫度1。2022-3-16 水在一圓形直管內(nèi)呈強(qiáng)制湍流時(shí)，若流量及物性均不變?，F(xiàn)將管內(nèi)徑減半，則管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)為原來(lái)的多少

21、倍？ Nu=0.023Re0.8 Pr0.2 2022-3-16 16的鹽水以3840kg/h的流率通過(guò)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(zhǎng)。的熱水以3/h的流率在環(huán)隙內(nèi)流過(guò)，而被冷卻至48兩流體作逆流流動(dòng)。熱水對(duì)管壁的對(duì)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. 2022-3-16

22、1一爐壁由三層不同材料組成，第一層為耐火磚，導(dǎo)熱系數(shù)為1.7 W/(m)，允許最高溫度為1450，第二層為絕熱磚，導(dǎo)熱系數(shù)為0.35 W/(m)，允許最高溫度為1100，第三層為鐵板，導(dǎo)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(guò)爐壁的熱通量為4652 W/m2，試問(wèn)各層應(yīng)該多厚時(shí)才能使壁的總厚度最??？ 2022-3-16btqqtbmmmb1920.09136/4652110013501.70.006/40.70.35/220110046522bmmmb2660.066mmbbb32116466692min解：當(dāng)絕熱材料達(dá)到最高允

23、許溫度時(shí)，總壁厚為最小 ，因第二層絕熱磚已達(dá)到最高溫度，故第一層耐火磚的厚度不可再小，所以現(xiàn)在所得總厚為其最小厚度：2022-3-16 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(yīng)用？ 3、氣、液相組成有哪些表達(dá)方式？如何相互換算？ 4、寫(xiě)出亨利定律表達(dá)式及各系數(shù)E，H，m間的換算關(guān)系。 5、說(shuō)明物系、溫度和壓力如何影響系數(shù)E，H及m？2022-3-16 總壓為101.325kPa、溫度為20時(shí)，1000kg水中溶解15kg NH3，此時(shí)溶液上方氣相中NH3的平衡分壓為2.266kPa。試求此時(shí)之溶解度系數(shù)H、亨利系數(shù)E、相平衡常數(shù)m。0156. 018/100017/15

24、17/15BAAAnnnnnx022403251012662.Ppy*A*436. 10156. 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 2022-3-16*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

25、Ms=18kg/kmol，由式（6-10）計(jì)算H kmol/（m3kPa）2022-3-16 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(guò)，空氣不溶于Na2CO3溶液。CO2透過(guò)厚1mm的靜止空氣層擴(kuò)散到Na2CO3溶液中。氣體中CO2的摩爾分?jǐn)?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(jì)。CO2在空氣中20時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)D為0.18cm2/s。問(wèn)CO2的擴(kuò)散速率是多少？2022-3-16 解：此題屬單方向擴(kuò)散，可用式6-17計(jì)算。 擴(kuò)散系數(shù) D=0.18cm2/s=1.810-5m2/s 擴(kuò)散距離 Z=1mm=

26、0.001m，氣相總壓力P=101.325kPa 氣相主體中CO2的分壓力pA1=PyA1=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=101.325kPa11101.32520.2781.06BApPpkpa2022-3-16空氣在氣相主體和界面上分壓力的對(duì)數(shù)平均值為2121101.32581.0690.8101.325lnln81.06BBBmBBpppkpapp12AAABmDpNppRTZp027.208 .90325.101001. 0293314. 8108 . 15 4106

27、7. 1kmol/（m2s） 2022-3-16含氨極少的空氣于101.33kPa，20被水吸收。已知?dú)饽髻|(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(guān)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。2022-3-16 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(qiáng)人工擾動(dòng)；防止結(jié)垢，及時(shí)清除污垢。20

28、22-3-16 強(qiáng)化傳熱過(guò)程應(yīng)采取哪些途徑? 根據(jù)K.A.tm方程, 指任一個(gè)K、A、tm都能提高強(qiáng)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?yàn)楫?dāng)T1，T2，t1，t2四個(gè)溫度一定時(shí)，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(qiáng)化傳熱,要提高由單層改為多層,或在殼程中增設(shè)檔板，對(duì)于蛇管中,加入攪拌裝置或在蛇管圈中增設(shè)杯狀物（強(qiáng)化圈）在列管換熱器中可,還可采用導(dǎo)熱系數(shù)大的流體作載熱體 2022-3-16 用總高4m、寬1.7m、長(zhǎng)4.55m的重力降塵室分離空氣

29、中的粉塵。中間等高安排39塊隔板，每小時(shí)通過(guò)降塵室的含塵氣體為2000 m3，在氣體的密度為1.6kg/m3(均標(biāo)況)，氣體溫度為400，此時(shí)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。 2022-3-16tSPDtSNWLuVgdumKgTTsmV18/649. 04002732736 . 1/369. 13600/273400273200023003假設(shè)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：