1-4化工原理基础计算题.doc

1（5分）已知硫酸与水的密度分别为1830 kg/m3与998 kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。解：根据式 1/m = xa/a + xb/b -2分 -1分 =（3.28+4.01）10-4=7.2910-4 m = 1372 kg/m3-2分2.（5分）20的水（ = 998.2 m3/kg，=1.00510-3 Pas）在2196mm的直管内流动。试求：（1）管中水的流量由小变大，当达到多少m3/s时，能保证开始转为稳定湍流；（2）若管内改为运动黏度为0.14cm2/s的某种液体，为保持层流流动，管中最大平均流速应为多少？解：（1） d = 219 - 62 = 207 mm = 0.207 m -1分 Re = du/ 4000 = 0.207u998.2 / (1.00510-3) 得：u = 0.01945 m /s -1分 又 体积流量qv = Au = d2 u / 4 = (0.207)20.01945 / 4 = 6.54 10-4 m3/s -1分（2）u = 0.14 cm2 /s = 0.14 10-4 m2/s Re = du / 由 2000 = 0.207 u / 0.14 10-4 得：u = 0.135 m/s -2分3 （20分）用泵将贮槽中温度为20的硝基苯（ = 1200 m3/kg，=2.110-3 Pas）送往反应器中。每小时进料量为30103 kg，贮槽表面为常压，反应器保持9810Pa（表压）。管路为894mm的钢管（ = 0.027），总长为45m，其中装有孔板流量计（ = 8.25）一个，全开闸阀（ = 0.17）两个和90标准弯头（ = 0.75 ）4个。贮槽液面与反应器入口管之间垂直距离为15 m。求：泵消耗的功率。其中，泵的效率取0.65，贮槽液面视为稳定。（试题3附图）解：在贮槽液面1-1及管出口内侧2-2之间列柏努利方程，以1-1面为高度基准面。 -4分其中， z1 = 0 m z2 = 15 m p1 = 0 p2 = 9810 Pa（表压） u10 -4分又 为湍流 = 0.027-2分 直管阻力损失 -2分又 局部阻力系数为 = 0.5 + 8.25 + 0.172 + 0.754 = 12.09 -2分 hf = hf直管+hf局部 = 13.67 + 11.02 = 24.69 J/kg =181 J/kg - - -2分 泵所消耗的功率为：-4分4（20分）在间壁式换热器中用流量为1000 kg/h入口温度为10的水将流量为1200kg/h的油从200冷却到100。水和油逆流流动，水走管程，油走壳程，其对流传热系数分别为2000 W/(m2. )和250 W/(m2. )。水和油的平均比热为4.18kJ/(kg.K)和2.0kJ/(kg.K)。忽略管壁及污垢热阻。求：（1）水的出口温度；（2）所需的换热面积（K按平壁计算）。解：(1) G1Cp1(t2-t1) = G2Cp2(T1-T2) t2 = 67.4 -4分 (2) Q = G2Cp2(T1-T2) = 12002100 = 24000 KJ/h = 6.67104W- 4分 平均温差tm = (t1-t2)/2 = (200-67.4) + (100-10) / 2 = 111.3- 4分 1/K= 1/1 + 1/2 = 1/2000+ 1/250 K = 222.2 W/(m2. )- -4分 A = Q/(K. tm) = 2.7 m2- 4分5(20分) 在图示装置中，水管直径为573.5 mm。当阀门全闭时，压力表读数为0.3大气压, 而在阀门开启后，压力表读数降至0.2大气压。设管路入口至压力表处的压头损失为 0.5 mH2O，求水的流量为若干m3/h?解：阀门全闭时，由 P2 =gH，H = 0.31.013105/（10009.81）= 3.1 m 即水槽液面距阀门中心线的高度为3.1 m。- -6分 阀门开启时，以水槽液面为上游截面1-1，压力表处为下游截面2-2，管路中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式 -6分Z1 = H = 3 m，Z2 = 0，P1 = 0，P2 = 0.21.013105 Pa，u10，hf/g = 0.5 mH2O 代入上式 3.1 = 0.21.013105/（10009.81）+ /（29.81）+ 0.5 解得 u2 = 3.24 m/s -4分 Q =（/4）d2u3600 = 22.9 m3/h-4分6. （20分）在由118根252.5，长为3m的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。已知加热蒸汽的温度为132.9，空气的质量流量为7200kg/h，空气的进、出口温度分别20和60，操作条件下的空气比热为1.005 kJ/(kg)，空气的对流给热系数为50 W/(m2)，蒸汽冷凝给热系数为8000 W/(m2)，假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求：（1）