化工原理 习题.PPT

1、1化工原理化工原理总习题总习题2 例：利用远距离测量控制装置测定一分相槽内油和水的两相界面位置，已知两吹气管出口的间距为H1m，压差计中指示液为水银。煤油、水、水银的密度分别为800kg/m3、1000kg/m3、13600kg/m3。求当压差计指示R67mm时，界面距离上吹气管出口端距离h。 解：忽略吹气管出口端到U 型管两侧的气体流动阻 力造成的压强差，则：21 ,ppppba3hHghHgPa水油1（表）1gHPb油(表）gRppHg21gRhHgghHg水油油水水RHhHg8201000067. 0136000 . 11000m493. 04例1：如图所示，某厂为了控制乙炔发生炉内的压

2、强不超过10.7103Pa（表压），需在炉外装有安全液封，其作用是当炉内压强超过规定，气体就从液封管口排出，试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。解：过液封管口作基准水平面o-o，在其上取1，2两点。压强炉内 1P3107 .10aPghPPa221PP ghPPaa3107 .10mh9 .105 例2：真空蒸发器操作中产生的水蒸气，往往送入本题附图所示的混合冷凝器中与冷水直接接触而冷凝。为了维持操作的真空度，冷凝器的上方与真空泵相通，不时将器内的不凝气体（空气）抽走。同时为了防止外界空气由气压管漏入，致使设备内真空度降低，因此，气压管必须插入液封槽中，水即在管内上升一定高度h，这种

3、措施称为液封液封。若真空表读数为 80104Pa，试求气压管内水上升的高度h。 解：设气压管内水面上方的绝对压强为P，作用于液封槽内水面的压强为大气压强Pa，根据流体静力学基本方程式知：6ghPPagPPhag真空度81. 9100010803m15. 872、柏努利方程的应用1）确定流体的流量 例：20的空气在直径为800mm的水平管流过，现于管路中接一文丘里管，如本题附图所示，文丘里管的上游接一水银U管压差计，在直径为20mm的喉径处接一细管，其下部插入水槽中。空气流入文丘里管的能量损失可忽略不计，当U管压差计读数R=25mm，h=0.5m时，试求此时空气的流量为多少m3/h? 当地大气压

4、强为101.33103Pa。8分析：243600duVh求流量Vh已知d求u直管任取一截面柏努利方程气体判断能否应用？9解：取测压处及喉颈分别为截面1-1和截面2-2 截面1-1处压强 ：gRPHg1 截面2-2处压强为 ：ghP2流经截面1-1与2-2的压强变化为： )3335101330()490510330()3335101330(121PPP025. 081. 913600表压）(3335Pa5 . 081. 91000表压）(4905Pa079. 0%9 . 7%2010 在截面1-1和2-2之间列柏努利方程式。以管道中心线作基准水平面。 由于两截面无外功加入，We=0。 能量损失可

5、忽略不计hf=0。 柏努利方程式可写为： 2222121122PugZPugZ式中： Z1=Z2=0 P1=3335Pa（表压） ，P2= - 4905Pa（表压 ） 004 .22TPPTMmm11101330293)49053335(2/11013302734 .22293/20. 1mkg2 . 14905220. 1333522221uu化简得： (a) 137332122uu由连续性方程有： 2211AuAu22112dduu2102. 008. 0u12(b) 1612uu 联立(a)、(b)两式1373362121 uusmu/34. 7112143600udVh34. 708.

6、 0436002hm /8 .132313 2）确定容器间的相对位置 例：如本题附图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽中的液面维持恒定，塔内表压强为9.81103Pa，进料量为5m3/h，连接管直径为382.5mm，料液在连接管内流动时的能量损失为30J/kg(不包括出口的能量损失)，试求高位槽内液面应为比塔内的进料口高出多少？14分析： 解： 取高位槽液面为截面1-1，连接管出口内侧为截面2-2,并以截面2-2的中心线为基准水平面，在两截面间列柏努利方程式：高位槽、管道出口两截面u、p已知求Z柏努利方程fehpugZWpugZ222212112215式中： Z2=0

7、；Z1=? P1=0(表压) ； P2=9.81103Pa(表压）AVuS2由连续性方程 2211AuAuA1A2, We=0 ，kgJhf/3024dVS2033. 0436005sm/62. 1u1P3P4 ，而P4P5 4000此流体属于湍流型5815.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面的压强差。当水的流量为10800kg/h时，U管压差计读数R为100mm，粗细管的直径分别为603.5mm与453.5mm。计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失。（2）与该能量损失相当的压强降为若干Pa？解：（1）先计算A，B两处的流速：59解：（1）

8、先计算A，B两处的流速： uA=ws/sA=295m/s，uB= ws/sB 在A，B截面处作柏努力方程： zAg+uA2/2+PA/=zBg+uB2/2+PB/+hf 1kg水流经A，B的能量损失： hf= （uA2-uB2）/2+（PA- PB）/ =（uA2-uB2）/2+gR/=4.41J/kg （2）压强降与能量损失之间满足： hf=P/ P=hf=4.4110 6019用泵将2104 kg/h的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持25.9103 Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为 76 mm4 mm的钢管，总长为35 m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔

9、板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m3，黏度为6.3 10-4 Pa s。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm。61解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列柏努利方程，以截面1-1，为基准水平面，得 （1）式中 z1=0，z2=17 m，ub10 p1=-25.9103 Pa (表)，p2=0 (表) 22b1b21212f22uuppgzWegzhsm43. 1sm1073068. 0785. 036001024242b2dwus p1=-25.9103 Pa (表

10、)，p2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得626364 20如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100 mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15 m处安有以水银为指示液的U管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20 m。 （1）当闸阀关闭时，测得R=600 mm、h=1500 mm；当闸阀部分开启时，测得R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系数 可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管中流出多少水（m3）？ （2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少

11、Pa（表压）。（闸阀全开时Le/d15，摩擦系数仍可取0.025。）6566 解：（1）闸阀部分开启时水的流量 在贮槽水面1-1，与测压点处截面2-2，间列机械能衡算方程，并通过截面2-2，的中心作基准水平面，得22b1b21212f 1222uuppgzgzh， 式中 p1=0(表) （表）Pa39630 Pa4 . 181. 910004 . 081. 913600OHHg22gRgRp ub2=0，z2=0 z1可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知 2H O1Hg()g zhgR67式中 h=1.5 m, R=0.6 m将已知数据代入式（b）得

12、m66. 6m5 . 110006 . 0136001z2222bbf,1-2cbb15()2.13(0.0250.5)2.1320.12uuLhuud6869将以上数值代入上式，则 2 .261000251. 366. 681. 922p 解得 p2=3.30104 Pa（表压）式中 z1=6.66 m，z2=0，ub10，ub2=3.51 m/s，p1=0（表压力）kgJ26.2kgJ251. 35 . 01 . 05 . 1025. 022f,1h70第四章第四章 课后习题课后习题711. 平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度导热系数列于本题附表中： 若耐火砖层内表面的温度t1为1150，

13、钢板外表面温度t4为30，又测得通过炉臂的热损失为300W/m2，试计算导热的热通量。若计算结果与实测的热损失不符，试分析原因和计算附加热阻。 序 号 材料 厚度，mm 导热系数，w/（m） 1（内层） 耐火砖 200 1.07 2 绝缘砖 100 0.14 3 钢 6 45解：提取表中所给出的数据 耐火砖 ：b1 = 0.2 m ，1= 1.07w/（m） 绝缘层 ： b2 = 0.1 m ，2= 0.14 w/（m ） 钢 ： b3 = 0.006 m ，3= 45 w/（m ）2143121231150301242/0.20.10.0061.070.1445ttqW mbbbSSS72这

14、与实际册得的热损失q = 300w/m 有一定的差距，因此有可能存在一部分附加热阻，设此附加热阻为R1431212322115030300/0.20.10.0061.070.14452.83/ttqbbbRSSSW mRRmC W739.在逆流换热器中，用初温为20的水将1.25kg/s的液体（比热容为1.9kJ/kg，密度为850kg/m），由80冷却到30。换热器的列管直径为252.5mm，水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85 W/（m2）和1.70 W/（m2）。污垢热阻忽略。若水的出口温度不能高于50，试求换热器的传热面积。 解：热流体：T1=80 T2=30 冷流体：

15、t2=50 t1=20t1=30 t2=100tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=18.205Q =WhCph（T1 - T2 ）=1.9101.2550=118.75W又Q= K0S0tm，其中 1/ K0 = d0/idi+1/0 解得K0=0.48610m2/W 0.4861018.205 S0=118.7510 S0=13.4m7411.在一传热面积为50m2的单程列管式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33000kg/h，温度由20升至38。溶液的温度由110降至60。若换热器清洗后，在两流体的流量和进口温度不变的情况下，冷水出口温度增至45。试估算

16、换热器清洗前后传热面两侧的总污垢热阻。假设（1）两种情况下，流体物性可视为不变，水的比热容可取4.187kJ/（kg）；（2）可按平壁处理，两种工况下i和0分别相同；（3）忽略管壁热阻和热损失。解：换洗前：热流体：T1=110 T2=60 冷流体： t2=38 t1=20 t1=72 t2=40tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=54.4 Q= WhCph（T1 - T2 ）=50WhCph =WcCpc（t2-t1）=18WcCpc=K0S0tm =54.4K0S0 代入数据计算得K0=254 W/（m2）75换洗后：热流体：T1=110 T2=? 冷流体：t2=45 t1=20t

17、1=72 t2=40tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=54.4 Q= WhCph（T1 - T2 ）=（100-T2）WhCph =WcCpc（t2-t1）=25WcCpc=K0，S0tm， 50/（100-T2）=18/25 T2=40.56tm， =（t1，- t2，）/ln（t1，/t2，）=35 Q= =WcCpc（t2-t1）= K0，S0tm， 代入数据计算得K0，=548.3 W/（m2）总污垢热阻为：1/ K0-1/ K0，=1/245-1/548.3 =2.110-3 m2/W76例：有一列管换热器，由252.5的钢管组成。CO2在管内流动，冷却水在管外流动。已知

18、管外的1=2500W/m2k，管内的2= 50W/m2k 。（1）试求传热系数K；（2）若1增大一倍，其它条件与前相同，求传热系数增大的百分率；（3）若2增大一倍，其它条件与（1）相同，求传热系数增大的百分率。77解：（1）求以外表面积为基准时的传热系数取钢管的导热系数=45W/mK，冷却水测的污垢热阻Rs1=0.5810-3 m2K/WCO2侧污垢热阻Rs2=0.510-3 m2K/W则：212212111111ddddRdbdRKsms20255012025105 . 05 .2225450025. 01058. 0250013378025. 0000625. 0000062. 000058. 00004. 0WKm/0267.