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1 第一章第一章 流体流动习题解答流体流动习题解答 11 已知甲城市的大气压为已知甲城市的大气压为 760mmHg，乙城市的大气压为，乙城市的大气压为 750mmHg。某反应器在甲地。某反应器在甲地 操作时要求其真空表读数为操作时要求其真空表读数为 600mmHg，若把该反应器放在乙地操作时，要维持与甲地操，若把该反应器放在乙地操作时，要维持与甲地操 作相同的绝对压，真空表的读数应为多少，分别用作相同的绝对压，真空表的读数应为多少，分别用 mmHg 和和 Pa 表示。表示。 590mmHg, 7.86 104Pa 解：解：P（甲绝对）（甲绝对）=760-600=160mmHg 750-160=590mmHg=7.86 104Pa 12 用水银压强计如图测量容器内水面上方压力用水银压强计如图测量容器内水面上方压力 P0，测压点位于水面以下，测压点位于水面以下 0.2m 处，测处，测压压 点与点与 U 形管内形管内水银界面的垂直距离为水银界面的垂直距离为 0.3m，水银压强计的读数，水银压强计的读数 R300mm，试求，试求 （1）容器内压强）容器内压强 P0为多少？为多少？ （2）若容器内表压增加一倍，压差计的读数）若容器内表压增加一倍，压差计的读数 R 为多少？为多少？ 习题习题 12 附图附图 (1) 3.51 104N m 2 (表压 表压) )； (2)0.554m 解：解： 1. 根据静压强分布规律根据静压强分布规律 PAP0gH PB ，gR 因等高面就是等压面，故因等高面就是等压面，故 PA PB P0 ，gR gH13600 9.81 0.31000 9.81(0.2+0.3)=3.51 104N/ (表压表压) ) 2. 设设 P0加倍后，压差计的读数增为加倍后，压差计的读数增为 R ， RR，容器内水面与水银分界面的垂直距离，容器内水面与水银分界面的垂直距离 相应增为相应增为 H ， H 2 R 。同理，。同理， 0 2 R pgRgHgRg RgHg 000 pggpp 0.254m gg1000 9.81 gg13600 9.81 2 RH R ，4 ， （）3.51 10 22 0.3 0.254 0.554mRRR ， 2 13 单杯式水银压强计如图的液杯直径单杯式水银压强计如图的液杯直径 D100mm， 细管直径， 细管直径 d8mm。 用此压强计测量。 用此压强计测量 容器内水面上方的压强容器内水面上方的压强 p0，测压点位于水面以下，测压点位于水面以下 h0.5m 处，试求处，试求 （1）当压强计读数为）当压强计读数为 R300mm，杯内水银界面测压点，杯内水银界面测压点 A 与细管的垂直距离与细管的垂直距离 a0.4m， 容器内压强容器内压强 p0等于多少？等于多少？ （2）表压）表压 p0增加一倍并忽略杯内界面高度的变化，读数增加一倍并忽略杯内界面高度的变化，读数 R 为多少？为多少？ （3）表压）表压 p0增加一倍并考虑杯内界面位置的变化，读数增加一倍并考虑杯内界面位置的变化，读数 R 为多少？为多少？ 习题习题 13 附图附图 (1) 3.12 104N m 2（表压） ； （表压） ；(2)0.534m；(3) 0.536m 解：解： 1. 因因 A、B 两点位于同一平面，两点位于同一平面，pA=pB， P0，gRg（ha） 13600 09.819.810.30.3100010009.819.81（0.50.50.40.4） 3.123.121010 4 4N/ N/（表压）（表压） 2.2. 表压加倍后，设压强计读数为表压加倍后，设压强计读数为 R R ， 。若忽略杯内水银界面的变化，则。若忽略杯内水银界面的变化，则 , 0 4 2 3.12 101000 9.81 0.50.4 0.534 13600 9.81 pg ha R g m ， ， （） （） 3. 与（与（1）相比，表压加倍后杯内水银面下降了）相比，表压加倍后杯内水银面下降了 1 h，管内水银面上升，管内水银面上升 2 h，压强计读数，压强计读数 的增加量为的增加量为 12 Rhh 2 12 2 d hh D 由以上两式可得由以上两式可得 3 12 2 1 R h D d 根据等高面即等压面的原理根据等高面即等压面的原理 01 pg hahg RR ， （）（） 2 0 22 dR pgRg hag Rg Dd ， （） 00 2 22 pp R d gg Dd ， ， 4 2 22 3.12 10 0.234 0.008 13600 9.81 1000 9.81 0.10.008 0.3 0.2340.534RRR ， 此结果表明，使用单杯压强计，因此结果表明，使用单杯压强计，因 h1+ （ 12 2=） 第一种热阻大，所以热损失少。 2 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理 5. 外径为 50mm 的管子，其外包扎有一层厚度为 40mm，热传导系数为 0.13 Wm-1-1的绝 热材料。 管子外表面的平均温度t1为800。 现拟在绝热材料外再包扎一层热传导系数为0.09 Wm-1-1的氧化镁绝热层，使该层的外表面温度 t3为 87，设管子的外表面温度仍为 800 。外界环境温度 t为 20。试求氧化绝热层的厚度。假设各层间接触良好。 解： t1=800 t2=? t3=87 ta=20 r1=25mm r2=65mm r3=r2+x=65+x mm 1=0.13 w/m2.k 2=0.09 w/m2.k hT=9.4+0.052（87-20）=12.88w/m2.K q= 1 2 211 ln )(2 r r ttL )2087( ln )(2 2 3 322 = Ldh r r ttL T d=0.05+0.08+210-3 x =0.13+210-3 x 解得：x=18mm 6试用量纲分析法推导壁面和流体间强制对流传热系数 h 的准数关联式。已知 h 为下列变 量的函数：),(luCfh p =，式中、Cp、分别为流体的热传导系数、比定 压热容、密度、粘度、u 为流体流速，l 为传热设备定型尺寸。 解： 设 （1） gfec d p b LuCQh= 由量纲式 = T M h 3 = T ML 3 = L U = . L M = K L Cp . 2 2 = 3 L M LL = 代入（1） 两边的量纲相同，可以解得： yx afNuPrRePr)(Re,= ， a x，为常数，由试验确定。 y 7苯流过一套管换热器的环隙，自 20升至 80，该换热器的内管规格为192.5mm， 外管规格为383mm。苯的流量为 1800kgh-1。试求苯对内管壁的对流表面传热系数。 解 t=(80+20)/2=60 由附表得苯在 60的物性： 830=kg/m3 Pa.S 3 1032 . 0 =2= P CkJ/kg.k 136. 0=w/m2. 环隙当量直径 131932 0 = ie dddmm 环隙中苯的流速 5 . 4 830013. 0 4 3600 1800 2 = = A w um/s 45 101052 . 1 Re= du 3 1 8 . 0 PrRe023. 0=Nu 3 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理 7 . 4 136 . 0 1032 . 0 102 Pr 33 = = p C 8 .535=Nu 5605 013. 0 136. 08 .535. = = de Nu h w/m2. 8 2atm，20下，60mh-1的空气在套管换热器的管内被加热到 80，内管直径为 57 3.5mm，长度为 3m，试求管壁对空气的对流表面传热系数。 解： 50 2 8020 = + =t 在此温度下空气的物性参数： 19. 2 32308205. 0 292 = = RT PM kg/m3 017. 1= p CkJ/kg.k 2 10826. 2 =w/m.k Pa.S 5 1096. 1 =698. 0Pr = 5 . 8 05. 0 4 3600 60 2 = = A V um/s = = 5 1096 . 1 05. 019 . 2 5 . 8 Re du 4.7104104 3 . 08 . 0 PrRe023. 0=Nu 112698 . 0 )107 . 4(023 . 0 3 . 08 . 04 = 3 . 63 05. 0 10826 . 2 112 2 = = d Nu hi w/m2. 9温度为 90的甲苯以 1500 kgh-1的流量通过蛇管而被冷却至 30。蛇管的直径为57 3.5mm，弯曲半径为 0.6m，试求甲苯对蛇管的对流表面传热系数。 解： 60 2 3090 = + =t 在此温度下甲苯的物性参数： 38. 0=10-3 Pa.S 1.8 kJ/kg.k = p C126. 0=w/m.k 830=kg/m3 = = 3 2 1038. 0 05. 0 05. 0 4 3600 1500 Re du 2.79104104 43. 5 126. 0 1038. 0108 . 1 Pr 33 = = uCp 直管 hi= 3 1 8 . 0 Pr0Re023. 0 i d 0.023 05. 0 126. 0 (2.79104)0.8 3 1 43. 5 =365w/m2.k 4 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理 蛇管 hihi直管 4 .395) 6 . 0 05. 0 1 (365)5 . 31 (=+=+ c i d d w/m2.k c d 弯曲半径 管半径 i d 10有一双管程列管换热器，由 96 根252.5mm 的钢管组成。苯在管内流动，由 20被 加热到 80，苯的流量为 9.5 kgs-1，壳程中通入水蒸气进行加热。试求 （1） 壁对苯的对流表面传热系数 （2） 苯的流率增加一倍，其它条件不变，此时的对流表面传热系数。 （3） 管径降为原来 1/2，其它条件与（1）相同，此时对流表面传热系数又为多少？ 解： 2 8020+ =t=50 在此温度下甲苯的物性参数： 9 . 1= p CkJ/kg.k=0.3710-3Pa.S 840=kg/m3138. 0=w/m.k 75. 0= 4802. 0 4 840 5 . 9 2 = u= A W m/s = = 3 1037. 0 02. 084075. 0 Re ud 3.4104104 09. 5 138. 0 1037. 0109 . 1 Pr 33 = = uCp 3 . 08 . 0 PrRe023. 0=Nu158= （1） 1091= d Nu hi w/m2.k （2）流率增加一倍 1 2 W W = 1 2 u u =2 因此 )( 1 2 1 u u h h i i = 0.8=20.8=1.74 1898109174. 1 1 = i hw/m2.k (3)半径减半 1 2 u u =)( 2 1 2 1 1 2 d d A A A W A W = 2 2 12dd =124uu = )( 1 2 1 u u h h i i = 0.8 )( 2 1 d d 0.2=3.48 379948. 31091 1 = i hw/m2.k 5 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理 11. 12饱和温度为 100的水蒸气在长为 2.5m，外径为 38mm 的竖直圆管外冷凝。管外壁温 度为 92。试求每小时蒸气冷凝量。又若将管子水平放置每小时蒸气冷凝量又为多少。 解： 96 2 10092 2 = + = + = wstt t 定性温度下的物性： 01.68=10-2 w/m.k 960= kg/m3 68.29=10-5 Pa.S 08.2268=kJ/kg L=2.5m 冷凝传热膜系数 4 1 32 )( 943. 0 wsttL g h = 代入以上数据得=h5413.6 w/m2.k wrthAq=)92100(5 . 2038. 06 .5413 =2268.08103 w =w5.710-3kg/s=20.5kg/h 当管子水平放置，管外径 do=0.038m 传热膜系数 4 1 0943. 0 725. 0 = d L h h =2.19 h =2.195413.6=11853.6w/m2.k wrtAhq= 3 1008.2268 )92100(5 . 2038. 06 .11853 = w=1.2510-2kg/s=45kg/h 13.在下列的各种列管换热器中，每小时将 29400kg 的某种溶液从 20加热到 50。溶液在 列管内流动。加热介质的进口温度为 100，出口温度为 60，试求下面情况下的平均温度 差。 (1)壳方和管方流体均为单程的换热器，假设两流体呈逆流流动。 (2)壳方和管方流体分别为单程和四程的换热器。 (3)壳方和管方流体分别为二程和四程的换热器。 解： (1) kg/h 29400=W201=t502=t 601=T1002=T 401=t 502=t 45 2 5040 = + =mt (2 4 5 1 2 104 79. 0 028. 0 01. 02 . 2 Pr= = Cpu Re023. 0=Nu 0.8Pr0.3=0.023(1.4104)0.80.790.3=44.45 8 .49025. 0/028. 045.44= de Nu h w/m2.k 24. 饱和温度 ts为 100的水蒸气在长为 2m， 外径为 0.04m 的单根直立圆管表面上冷凝。 管 外壁面温度 tw为 94。试求每小时的冷凝蒸气量。又若将管子水平放置，冷凝的蒸气量又 为多少？ 解： t=(100+94)/2=97 定性温度下 1068= -2w/m.k 956=kg/m3 1048.29= -5 2264=kJ/kg L =2m d0=0.04m 冷凝传热膜系数 )( 943. 0 32 wsttL g h = 4 1 代入得=h6146w/m2.k wrthAq=)94100(04. 026146=9.26103 =w73.143600 102264 1026. 9 3 3 = kg/h 当管子水平放置 传热膜系数 = 0 1 943. 0 725. 0 d L h h 4 1 =2.04 1h=12565w/m2.k wrtAhq=1 3 102264 )94100(204. 012565 = w3600=1.2510-2kg/s=30kg/h 25. 室内水平放置表面温度相同，长度相等的两根圆管，管内通有饱和蒸气。两管均被空气 的自然对流所冷却， 假设两管间无相互影响。 已知一管直径为另一管的 5 倍， 且两管的 GrPr 在 104109之间，试求两管热损失的比值。 解：此为大容器自然对流问题 k CtLg Gr p r 2 23 Pr. = 小管直径为 d 大管为 D D=5d 两管长 L 13 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理 Pr).(GrNu 4 1 dLth DLtH q Q = 4 1 )( d D = 4 1 5 26 实验测定列管换热器的总传热系数时，水在换热器的列管内作湍流流动，管外为饱和蒸 气冷凝。列管由直径为252.5mm 的钢管组成。当水的速度为 1ms-1时，测得基于管外表 面积的总传热系数 Ko为 2115 Wm-2-1，当其它条件不变，而水的速度变为 1.5ms-1时，测 得 Ko为 2660 Wm-2-1。试求蒸气冷凝的传热系数。污垢热阻可忽略。 解： 忽略管壁及污垢热阻 对水 h=Cu0.8 Ko=2115 1 201 25 1 1 1 00 0 = + = + hchdih d i w/m2.k 01k=2660 1 205 . 1 25 1 1 1 0 8 . 0 01 0 = + = + hchdh d ii w/m2.k 解得: c=3574.5 h0=8122 w/m2.k 27 设有 A 、B 两平行固体平面，温度分别为 TA 和 TB(TA TB)。为减少辐射散热，在这两 平面间设置 n 片很薄的平行遮热板，设所有平面的表面积相同，黑度相等，平板间距很小， 试证明设置遮热板后平面的散热速率为不装遮热板时的 1/(1+n)倍。 解：放置遮热板前的热损失 + = 44 21 0 ) 100 () 100 ( 1 11 BATTSC q 1,2为水平面 A,B 的黑度 放置几片遮热板后的热损失 + = 4 1 4 1 0 1 ) 100 () 100 ( 1 11 TTSC q A 遮热板黑度 1T 第一块遮热板黑度 同理： 对第一和第二块遮热板的传热 + = 4 2 4 1 12 0 2 ) 100 () 100 ( 1 11 TTSC q 类似的 + = 44 1 1 0 ) 100 () 100 ( 1 11 nn nn n TTSC q + = + 44 21 0 1 ) 100 () 100 ( 1 11 Bn n TTSC q 14 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理 所以 =21qq。 。 。 。 。 。1+=nnqq 联立方程解得： 2, 1TT。 。 。 。 。 。 nnTT, 1 由 q qq1 100%可以证明得。 28.用热电偶测量管内空气温度，测得热电偶温度为 420，热电偶黑度为 0.6，空气对热电 偶的传热系数为 35 Wm-2 -1，管内壁温度为 300，试求空气温度。 解： 空气与热电偶的对流传热=热电偶与管壁辐射传热 令空气温度为 T + + = 44 0 ) 100 273300 () 100 273420 ()420(SCThSq 35=hw/m2.k =5.67w/m2.k4 0 C=0.6 代入得 T=523 29 两平行的大平板，在空气中相距 5mm，一平板的黑度为 0.1，温度为 350K，另一平板的 黑度为 0.05，温度为 300K。若将第一板加涂层，使其黑度变为 0.025，试计算由此引起传热 量的改变的百分数。假设两板间的对流传热可忽略。 解： 两导热板热通量为： 260 005. 0 )300350(026. 0)( 21 = = = b tt qc w/m2 辐射传热的热通量为： + = = 4241 21 0441 21 ) 100 () 100 ( 1 11 ) 100 () 100 ( TTcTT cq e r =5 .13)35 . 3( 05. 01 . 005. 01 . 0 67. 505. 01 . 0 44 = + w/m2 总热通量为： 5 .2735 .13260=+=+= rc qqqw/m2 当一板黑度变为 0.025 时，辐射热通量变为： = r q64. 6)35 . 3( 05. 0025. 005. 0025. 0 67. 505. 0025. 0 44 = + w/m2 4 .26664. 6260=+= += rc qqqw/m2 总传热量减少百分数为： %5 . 2%100 5 .273 4 .2665 .273 = 15 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理 辐射传热量减少百分数为： 5 .13 64. 65 .13 10050.8 30热空气在 426mm9mm 的钢管内流动，在管道中安装有热电偶以测量空气的温度。为 了减少读数误差，用遮热管掩蔽热电偶。遮热管的黑度为 0.3，面积为热电偶接点面积的 90 倍。现测得管壁温度为 110，热电偶读数为 220。假设空气对遮热管的对流表面传热系 数为 10Wm-2-1的，空气对热电偶接头的对流表面传热系数为 12Wm-2-1。热电偶接头 的黑度为 0.8。试求： （1）空气的真实温度； （2）遮热管的温度； （3）热电偶的读数误差。 解：设以下标“1”表示热电偶， “2”表示管壁， “i”表示遮热管， “”表示空气。则空 气向热电偶的对流速率为： )493(45)( 11111 = aaaa TSTTSQ 空气向遮热管的对流传热速率为： )(9010)( iaiiaiiaia TTSTTSQ= （1） 热电偶接头对遮热管的对流传热速率为： = 441 111 ) 100 () 100 ( i ii TT ScQ 443. 4 ) 1 3 . 0 1 ( 90 1 8 . 0 1 67. 5 ) 1 1 ( 1 2 1 1 0 1 = + = + = I i S S c cw/(m2.k4) 1= = + = 4 1 44 11 ) 100 (591443. 4) 100 () 100 220273 (443. 4 ii i T S T SQ （2） 遮热管向管壁的辐射传热速率为： = 4 2 4 122 ) 100 () 100 (90 TT ScQ i ii 701. 1669. 53 . 0 022 = cciw/(m2.k4) 1= = = 2 .215) 100 (1 .15384. 3) 100 (90701. 1 4 1 44 12 ii i T S T SQ （3） 当达到稳定时 ii QQ = 12112 +=+= aiaiiai QQQQQ 16 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理 即 443. 4)493(45= a T 4 ) 100 (591 i T 4 ) 100 (09873. 04 .551 i a T T= (4) 及 =+1 .153)(900)493(45 iaa TTT 2 .215) 100 ( 4i T (5) 联立（4）与（5）得：0)() 100 (4 .264900531700 4 = i i i Tf T T 设 得 KTi464=0100)(= i Tf 遮热管温度约为 464K KTa5 .505)64. 4(0987. 03 .551 4 = 热电偶读数误差为： %38. 5%100* 5 .232 2205 .232 = 31.某列管换热器，用饱和水蒸气加热某溶液，溶液在管内呈湍流。已知蒸气冷凝传热系数 为 104 Wm-2-1,单管程溶液对流表面传热系数为 400 Wm-2-1，管壁热传导及污垢热阻忽 略不计，试求总传热系数。若把单管程改为双管程，其它条件不变，此时总传热系数又为多 少？ 解： K0=6 .384 10000 1 400 1 1 = + w/m2.k （作平壁处理） 当单程变为双程 i i h h =20.8=1.74 =669 w/m2.k ih K0=627 10 1 669 1 1 4 = + w/m2.k 32. 有一台新的套管换热器，用水冷却油，水走内管，油与水逆流，内管为193mm 的钢 管，外管为323mm 的钢管。水与油的流速分别为 1.5ms-1及 0.8 ms-1，油的密度、比定 压热容、热传导系数及粘度分别为 860kg m-3，1.90103 Jkg-1 -1，0.15 Wm-1-1及 1.8 10-3Pas。水的进出口温度为 10 和 30 ，油的进口温度为 100 ，热损失忽略不计， 试计算所需要的管长。 17 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理 若管长增加 20%，其它条件不变，则油的出口温度为多少？设油的物性数据不变。 若该换热器长期使用后，水侧及油侧的污垢热阻分别为 3.510-4m-2 W-1和 1.5210-3 m-2 W-1，其它条件不变，则油的出口温度又为多少？ 解： )()( 21 2 21211 TTCwttCw pp = 1.50.01321034.18103 4 （30-10） 0.8 4 （0.0262-0.0192）8601.9103（100-） 2 T 2 T=48.5 对水 4 3 3 1095. 1 101 013. 0105 . 1 Re= = du t=20 =1103Pa.S Pr=7.01 对油 3 3 1067. 2 108 . 1 007. 08608 . 0 Re= = e du 过渡流 e d26-197mm Pr=8 .22 15. 0 108 . 1109 . 1 33 = = p C 水的 625501. 7)1095. 1 ( 013. 0 6 . 0 023. 0PrRe023. 0 4 . 08 . 044 . 08 . 0 = i i d h w/m2.k 油的 9 .4108 .22)1067. 2( 007. 0 15. 0 023. 0) Re 106 1 ( 3 . 08 . 04 8 . 1 5 00 = = hhw/m2.k K0=364 1645 19003. 0 9 .410 1 136255 19 1 = + w/m2.k )( 121100 ttCwtAKq pm = 53 105 .48 30100 ln )105 .48()30100( = = m t L=5 .14 53019. 0364 )1030(1018. 410013. 05 . 1 4 332 = m 当管长增加 20 L1.2L1.214.517.4m )()( 21221211 = TTCwttCw pp )100(109 . 1860)019. 0026. 0( 4 8 . 0)10 4 5 . 1 2 322 =T (1018. 410013. 0 2 332 t 18 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理 )10(1018. 410013. 0 4 5 . 1 10 100 ln )10()100( 4 .17019. 0364 2 332 2 2 22 = t T t Tt 联立上面的式子用试差法解得：43 2 = T 同理当结垢后 K0=6 .216 1052. 1105 . 3 16 19 1 ) 21 w/m2.k 45 003. 0 9 .410 1 136255 19 34 = + 当换热器管长为 14.5m = m tAK 00 )( 212211 TTtCw pp =Cwt t2=49-0.39T2 )10(10*18. 410013. 0 4 5 . 1 10 100 ln )10()100( 5 .14019. 06 .216 2 332 2 2 22 = t T t Tt 联立上面各式用试差法解得：t2=63 33. 在列管换热器中，用热水加热冷水，热水流量为 4.5103kgh-1，温度从 95冷却到 55 ，冷水温度从 20升到 50，总传热系数为 2.8103 Wm-2-1。试求：冷水流量； 两种液体作逆流时的平均温度差和所需要的换热面积； 两种流体作并流时的平均温度差和 所需要的换热面积；根据计算结果，对逆流和并流换热作一比较，可得到哪些结论。 解： （1） )()( 12 2 22111 ttCwTTCw pp = )2055()5595(105 . 4 2 3 = pp CwC w2=6000kg/h （2） 逆流时 40 2055 5095 ln )2055()5095( = = m t A=86. 1 40108 . 23600 )5595(1018. 4105 . 4 3 33 = m2 （3） 并流时 8 .25 5055 2095 ln )5055()2095( = = m t A=89. 2 8 .25108 . 23600 )5595(1018. 4105 . 4 3 33 = m2 19 钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理 （4） 相同的进出口温度，逆流所需传热面积较小，因为逆流时传热推动力较大。 34. 在逆流换热器中，管子规格为383mm，用初温为 15的水将 2.5kgs-1的甲苯由 80 冷却到 30，水走管内，水侧和甲苯侧的对流表面传热系数分别为 2500 和 900 Wm-2 -1，污垢热阻忽略不计。若水的出口温度不能高于 45，试求该换热器的传热面积。 解：设管壁45=w/m. k K0=9 .602 3545 38003. 0 900 1 322500 38 1 = + w/m2.k 6 .23 1530 4580 ln )1530()4580( = = m t 在 t=55 2 3080 = + 时 甲苯 Cp=1.9103kJ/kg.k 0 3 6 .239 .602)3080(109 . 15 . 2Aq= A0=16.71m2 35. 某单壳程单管程列管换热器，用 1.8105Pa 饱和水蒸气加热空气，水蒸气走壳程，其对 流表面传热系数为 104 Wm-2-1，空气走管内，进口温度 20 ，要求出口温度达 110 ， 空气在管内流速为 10ms-1。管子规格为252.5mm 的钢管，管数共 269 根。试求换热器 的管长。 若将该换热器改为单壳程双管程，总管数减至 254 根。水蒸气温度不变，空气的质量流 量及进口温度不变，设各物性数据不变，换热器的管长亦不变，试求空气的出口温度。 解： 空气 t=65 2 11020 = + 695. 0Pr = 045. 1=kg/m3 017. 1=CpkJ/kg.k w/m.k Pa.S 2 1093. 2 = 5 1004. 2= 44 5 101002. 1 1004. 2 02. 0045. 110 Re= = du 湍流 9 .46695. 0)1002. 1 ( 02. 0 1093. 2 023. 0PrRe023. 0 4 . 08 . 04 2 4 . 08 . 0 = = i i d h w/m2.k 因为 所以 K=Ki=h=46.9 w/m2.k 0 hhi F x，所以原料为气液混合物。，所以原料为气液混合物。 由由 q 线方程可线方程可得得 F x（1q）yqx，解得，解得 q0.667。 37 12 无无 13 在常压连续精馏塔中，分离苯在常压连续精馏塔中，分离苯甲苯混合液，若原料为饱和液体，其中含苯为甲苯混合液，若原料为饱和液体，其中含苯为 0.5， 塔顶馏出液中含苯塔顶馏出液中含苯 0.9，塔底釜残液中含苯，塔底釜残液中含苯 0.1（以上均为摩尔分率）（以上均为摩尔分率）,回流比为回流比为 4.52，试求，试求 理论板层数和加料板位置。物系平衡资料见题理论板层数和加料板位置。物系平衡资料见题 7。 解：解： 按按 M-T图解法求理论板层数。图示步骤略。图解法求理论板层数。图示步骤略。 精镏段操作线截距精镏段操作线截距 1R xD 152. 4 9 . 0 0.163。 绘得的理论板层数为：绘得的理论板层数为： N16。 加料板为从塔顶往下的第三层理论板。加料板为从塔顶往下的第三层理论板。 14 在常压连续提馏塔中分离含乙醇在常压连续提馏塔中分离含乙醇 0.033 的乙醇的乙醇水混合液。饱和液体进料，直接蒸气加水混合液。饱和液体进料，直接蒸气加 热。若要求塔顶产品乙醇回收率为热。若要求塔顶产品乙醇回收率为 0.99，试求，试求 （1）在无限多层理论板层数时，计算每摩尔进料所需蒸气量；）在无限多层理论板层数时，计算每摩尔进料所需蒸气量； （2）若蒸气量取为）若蒸气量取为 2 倍最小蒸气量时，求所需理论板层数及两产品的组成。倍最小蒸气量时，求所需理论板层数及两产品的组成。 假设塔内气液恒摩尔流动。常压下气液平衡资料列于例假设塔内气液恒摩尔流动。常压下气液平衡资料列于例 1-5 题附表中。题附表中。 解：解： 由方程由方程 FV0=D+W 和和 F F x=D D x+W W x及及 D D x0.99 F F x解得解得 W x=0.00033。 （1） 在无限多层理论板层数时的操作线斜率为：在无限多层理论板层数时的操作线斜率为： WF WF WF F xx yy xx y V F V W min0min0 ， 直接蒸汽加热，直接蒸汽加热， W y=0。 由平衡数据查得，由平衡数据查得， F x=0.033， F y0.270，所以解得，所以解得 min0 V0.121（mol/mol 进料） 。进料） 。 （2） 0 V2 min0 V时所需理论板层数及两产品的组成时所需理论板层数及两产品的组成 显然显然D= 0 V, F D Fx Dx = F D x x242. 0 =0.99，所以，所以 D x=0.135。 图解法求得理论板层数为图解法求得理论板层数为 5（图解法略） 。（图解法略） 。 15 在连续操作的板式精馏塔中分离苯在连续操作的板式精馏塔中分离苯甲苯混合液。 在全回流的条件下测得相邻板上的液甲苯混合液。 在全回流的条件下测得相邻板上的液 体组成分别为体组成分别为 0.28，0.41 和和 0.57，试求三层板中较低的两层的单板效率。操作条件下苯，试求三层板中较低的两层的单板效率。操作条件下苯 甲苯混合液的平衡资料如下。甲苯混合液的平衡资料如下。 x 0.26 0.38 0.51 y 0.45 0.60 0.72 解：解： 38 在全回流操作时，在全回流操作时， 1n y n x。 由板效率定义知由板效率定义知 Em, v= 1 1 nn nn yy yy ， 3 y 2 x0.41， 2 y 1 x0.57。由表查得。由表查得 2 y 0.628。 所以所以 Em, 2= 32 32 yy yy =0.73=73。 同理同理 Em, 3=67。 16. 有一精馏塔，已知塔顶馏出液组成有一精馏塔，已知塔顶馏出液组成 xD =0.97（摩尔分数） ，回流比（摩尔分数） ，回流比 R=2，塔顶采用全凝，塔顶采用全凝 器，泡点回流，其气液平衡关系为器，泡点回流，其气液平衡关系为 x x y 14. 11 4 . 2 ，求从塔顶数起离开第一块板下降的液，求从塔顶数起离开第一块板下降的液 体组成体组成 x1和离开第二块板上升的气相组成和离开第二块板上升的气相组成 y2。 解：解： 由由 x x y 14. 11 4 . 2 推出推出 y y x 14. 11 由于由于 1 yxD =0.97，所以，所以 x10.75。故。故 2 y 1 y 1R R ( xD 1 x)=0.82。 1719 无无 第二章第二章 吸收吸收 暂无暂无 第五章第五章 干燥干燥 1 无无 5-2 1.0133105Pa （1 个大气压） 、 温度为个大气压） 、 温度为 50的空气， 如果湿球温度为的空气， 如果湿球温度为 30， 计算：， 计算： （1）湿度； （）湿度； （2）焓； （）焓； （3）露点； （）露点； （4）湿比容）湿比容 解：解： 1、H=0.021, I=116kJ/kg, td=25C 12. 0 273 27350 4 .22 18 021. 0 92 1 vH 5-3 已知一个干燥系统的操作示意图如下：已知一个干燥系统的操作示意图如下： 在在 I IH H 图中画出过程示意图图中画出过程示意图 39 求循环空气量求循环空气量qm,L 解：解： 示意图，见右图示意图，见右图 1HHq CAL,m h/50kg 0.01-0.03 1 q L,m 5-4 在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为 1000kg，经干燥后物料的含，经干燥后物料的含 水量由水量由 40%减至减至 5%（均为湿基） ，以热空气为干燥介质，初始湿度（均为湿基） ，以热空气为干燥介质，初始湿度 H1为为 0.009kg 水水 kg-1 绝干气，离开干燥器时湿度绝干气，离开干燥器时湿度 H2为为 0.039kg 水水 kg-1绝干气，假定干燥过程中无物料损失，绝干气，假定干燥过程中无物料损失， 试求：试求： （1） 水分蒸发是水分蒸发是qm,W （kg 水水 h-1） ；） ； （2） 空气消耗空气消耗qm,L（kg 绝干气绝干气 h-1） ；） ； 原湿空气消耗量原湿空气消耗量qm,L（kg 原空气原空气 h-1） ；） ； （3）干燥产品量）干燥产品量qm,G2（kg h-1） 。） 。 解：解： qmG1=1000kg/h, w1=40, w2=5% H1=0.009, H2=0.039 qmGC=qmG1(1-w1)=1000(1-0.4)=600kg/h x1=0.4/0.6=0.67, x2=5/95=0.053 qmw=qmGC(x1-x2)=600(0.67-0.053)=368.6kg/h qmL(H2-H1)=qmw HA=0.01 HA=0.03 =0.8 tA=14 tA=83 C，83oC, HC=0.03kgkg-1干气 80 B 83oC A 14 oC HA=0.01kkg-1干气 冷凝水，1kgh-1 预热器 理论干燥器 间壁冷凝器 40 7 .12286 009. 0039. 0 6 .368 HH q q 12 mw mL qmL=qmL(1+H1)=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/h qmGC=qmG2(1-w2) h/6kg.631 05. 01 600 w1 q q 2 mGC mG2 5-5 某厂利用气流干燥器将含水某厂利用气流干燥器将含水 20%的物料干燥到的物料干燥到 5%（均为湿基） ，已知每小时处理（均为湿基） ，已知每小时处理 的原料量为的原料量为 1000kg，于，于 40进入干燥器进入干燥器，假设物料在干燥器中的温度变化不大，空气的，假设物料在干燥器中的温度变化不大，空气的 干球温度为干球温度为 20，湿球温度为，湿球温度为 16.5，空气经预热器预热后进入干燥器，出干燥器的空气，空气经预热器预热后进入干燥器，出干燥器的空气 干球温度为干球温度为 60，湿球温度为，湿球温度为 40，干燥器的热损失很小可略去不计，试求：，干燥器的热损失很小可略去不计，试求： （1） 需