化工原理习题课

1、2022-3-3 1.为了确定容器中石油产品的液面，采用如附图所示的装置。压缩空气用调节阀1调节流量，使其流量控制得很小，只要在鼓泡观察器2内有气泡缓慢逸出即可。因此，气体通过吹气管4的流动阻力可忽略不计。吹气管内压力用U管压差计3来测量。压差计读数R的大小，反映贮罐5内液面高度。指示液为汞。2022-3-3 1.分别由a管或由b管输送空气时，压差计读数分别为R1或R2，试推导R1、R2分别同Z1、Z2的关系。 2.当（Z1Z2）1.5m，R10.15m，R20.06m时，试求 石油产品的密度及Zio2022-3-3 解 （1）在本例附图所示的流程中，由于空气通往石油产品时，鼓泡速度很慢，可以

2、当作静止流体处理。因此可以从压差计读数R1，求出液面高度Z1，即（2）将式（a）减去式（b）并经整理得故（a）11HGPzR（b）22HGPzR 2022-3-3 2. 当20的甘油(=1261kg.m-3,=1499厘泊)在内径为100mm的管内流动时,若流速为2.0m.s-1时,其雷诺准数Re为_,其摩擦阻力系数为_.2022-3-33. 如图所示，用内径d100mm的管道，从水箱中引水。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损失。水在管内流动损失，沿管长均匀发生，hf A-B32/（2）。求： （1）水在管内的流速及流量Q （2）管道中点处M的静压强P

3、M。假设AB高度差为3m2022-3-3（1）列00与22截面柏努利方程： Z0P0/00 /2Z2P2/22 /2f以22截面为基准面，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点与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 2022-3-3 水在一倾斜管中流动，如附图所示，已知压差计读数为200mm，试问测量段的阻力为多少？2022-3-

4、34. 在内管为18010mm的套管换热器中,将流量为 3500kg.h-1的某液态烃从 100冷却到60,其平均比热为2.38kJ.kg-1.K-1,环隙走冷却水,其进出口温度分别为40和50,平均比热为4.17kJ.kg-1K-1,基于传热外面积的总传热系数K0=1800w.m-2K-1, 设其值恒定,忽略热损失。试求： (1)冷却水用量； (2)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。2022-3-3 冷却水用量 h Cph (T1 -T2 )c Cpc(t2 -t1 ) 35002.38(100-60)c 4.17(50-40) c 7990kg.h-1 t逆(50-20

5、)/(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 )2022-3-320的空气在直径为80mm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的喉颈处接一细管，其下部插入水

6、槽中。空气流过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若干m3/h。当地大气压强为101.33103Pa。2022-3-3 解：文丘里管上游测压口处的压强为 p1=HggR=136009.810.025 =3335Pa(表压) 喉颈处的压强为 p2=gh=10009.810.5=4905P（表压） 空气流经截面1-1与2-2的压强变化为 %20%9 . 7079. 0333510133049051013303335101330121ppp 故可按不可压缩流体来处理。2022-3-3 在截面1-1与2-2之间列柏努利方程式，以管道中心线作基

7、准水平面。两截面间无外功加入，即We=0；能量损失可忽略，即 =0。据此，柏努利方程式可写为fh2222121122pugZpugZ2 . 1490522 . 1333522221uu137332122uu据连续性方程 u1A1=u2A2212211211202. 008. 0udduAAuu/hm8 .13234. 708. 0436004360032121udVs2022-3-3 用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33103Pa，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa（真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为2

8、0m3/h，溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。管路直径为60mm。2022-3-3 解：取贮槽液面为11截面，管路出口内侧为22截面，并以11截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。fehpugZWpugZ2222121122式中 Z1=0 Z2=15m p1=0（表压） p2=26670Pa（表压） u1=0m/s97. 106. 0785. 036002022u fh=120J/kgJ/kg9 .246120026670120297. 181. 9152eW泵的有效功率Ne为： Ne=Wemskg/s67. 63600120020ssVw2022-3-3 某板框

9、压滤机共有10个框, 框空长、宽各为500 mm, 在一定压力下恒压过滤30min后, 获得滤液5m3, 假设滤布阻力可以忽略不计, 试求: (1) 过滤常数K; (2) 如果再过滤30min, 还能获得多少m3滤液? 2022-3-3（1）过滤面积 m2 （2） m2/s m2/s 过滤获得的滤液量 m3 m3 2022-3-3 在一603.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数=0.07W/m，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数=0.157W/m。现用热电偶测得管内壁温度为500，最外层表面温度为80，管壁的导热系数=45W/m。试求每米管长的热损失及

10、两层保温层界面的温度。 解 (a)每米管长的热损失 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 m2022-3-3(b)保温层界面温度t3 t3=131.2 2022-3-3 一列管换热器，由252 mm的136根不锈钢管组成。平均比热为4.187 kJ/kg.的某溶液在管内作湍流流动, 其流量为15000kg/h, 并由15被加热到100。温度为110的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的对流传热系数 为520w/m2. , 蒸汽对管壁的对流传热系数 为 1.161

11、04w/m2. , 不锈钢管的导热系数 =17 w/m. , 忽略垢层热阻和热损失, 试求4管程时的列管长度（有效长度）。 2022-3-31、 某液体在一等径直管中始终处于层流装状态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则层流时，流动阻力变为原来的 多少倍 222322642dluudlduudlhf162442122122122121212ddddddduduhhff解：(1) 由 得 2022-3-32.两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度为2500kg/m3，水的密度为998.2kg/m3，水的粘度为1.0051

12、0-3Pas，空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.8110-5Pas。（1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为多少。（2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为多少2022-3-3182gdustgudst18612. 91081. 12 .998250010005. 1205. 1250053awswasawdd解：(1) 由 得 所以 2022-3-3RuduTsr2218gRuKTc2csrgKdu182csrgKud18593.1311081. 12 .9982500210005. 1205.

13、 1250053cwawscawasawKKdd(2) 由 得 ，所以 2022-3-3 3. 某一球形颗粒在空气中自由重力沉降。已知该颗粒的密度为5000kg/m3，空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.8110-5Pas。则在层流区沉降的最大颗粒直径为多少。 tduRe解：(1) 由 dutRe得 182gdust而 mgds53253210639. 4807. 9205. 15000205. 111081. 118Re18所以 2022-3-3 4. 对某悬浮液进行恒压过滤。已知过滤时间为300s时，所得滤液体积为0.75m3，且过滤面积为1m2，恒压过滤常数K=510-3m

14、2/s。若要再得滤液体积0.75m3，则又需过滤时间为 多少8251055 . 1625. 025 . 12322Kqqqes525300825Kqqqe 22解：由 22qKqqe得 625. 075. 0275. 03001052232qqKqe所以 2022-3-35. 某流体在水平串联的两直管1、2中稳定流动，已知， ， 。今测得该流体流径管道1的压力降为0.64m液柱，流径管道2的压力降为0.064m液柱，试计算管道2的长度。， 2/21dd ml10011800Re1221dd 解：由 4121222112dduu，得 21412ReRe1212112212uuddudud所以 9

15、00Re21Re12所以 0356. 0180064Re6411所以 ，2022-3-312211112222222ffHHgudlgudl122121221212ffHHdduull所以 mHHdduullff16064. 0064. 024211002121222212112所以 2022-3-3 6. 在如图所示的平板导热系数测定装置中，试样直径 ，且由于试样厚度b远小于直径d，可以忽略试样径向的热损失。由于安装不好，试样与冷、热表面之间均存在着一层厚度为0.1mm的空气隙。设热表面温度 ，冷表面温度 。测试时测得的传热速率 。 空气隙在 下的导热系数，在 下的导热系数。试计算空气隙的存

16、在给导热系数的测定带来的误差。（提示：不考虑空气隙计算得到的导热系数为表观值，考虑空气隙计算得到的导热系数为真实值，即要计算 ）mmd120Ct1801Ct 302WQ2 .581t2t2022-3-3b20 .1bm m10 .1bm md=120mm1t2tQQSttbbb212211bttSQ21解：由 bbdttQbSttQb3067.3412. 0785. 0301802 .584222121得 221121221121bbbSttSbSbSbttQ又由 得 221121bbQSttb所以 022765. 010675. 2101 . 010780. 3101 . 02 .5812.

17、 0785. 03018023232b9271.43%90.212190. 09271.433067.349271.43所以 2022-3-3 某离心泵以20水进行性能实验测得体积流量为720m3/h，压出口压力表数为3.82kgf/cm2，吸入口真空表读数为210mmHg，压力表和真空表间垂直距离为410mm，吸入管和压出管内径分别为350mm及300mm。试求泵的压头。12720 36002.050.785 0.35um s2022-3-3查得水在20时密度为998kg/m3，则 HM=3.8210.01=38.2mH2O HV=0.21013.6=2.86MH2O将已知数据代入，则 =4

18、1.47+0.1872022-3-3 离心泵的特性曲线为 输水管路的特性曲线为 Q的单位为m3/h, 试问（1）此时的输水量为多少？（2）若要求输水量为16m3/h，应采取什么措施？（两条特性曲线有何变化） )(01. 0302mQH)(05. 0102mQH2205. 01001. 030QQhmQ/3 .1832068. 010QH解： 若要求输水量为16m3/h，流量变小，可以采用调节阀门开度的方法，即改变管路的特性曲线，而泵的特性曲线不变。221001. 030BQQhmQ/163 把 带入 得 B=0.068 所以关小阀门后管路特性曲线变为： 2022-3-3 平壁稳定传热过程，通过

19、三层厚度相同的不同材料，每层间温度变化如图所示，试判断1、2、3的大小顺序_,以及每层热阻的大小顺序_。2022-3-3 圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数1.2以及间壁导热系数的关系为_.当间壁管规格为1084mm,导热系数为45(w. m-2.K-1)时,管内外两侧给热系数分别为8000 (w.m-2.K-1)和1200(w.m-2K-1)时,总传热系数K1_.2022-3-3 如图所示为间壁式换热器中冷流体B与热流体A的稳态传热 过程的温度分布曲线，该传热过程是由_、_和_三个串联的热传递环节组成，由图分析可知:1_2，控制热阻应在_侧，因此若强化该传热过程，应从_侧着手。 202

20、2-3-3 某蒸汽管外包有两层厚度相等的绝热材料, 已知第二层的平均直径相当于第一层的平均直径的两倍, 而第二层的导热系数为第一层的二分之一。如将两层材料的位置调换, 则每米管长的热损失将如何变化?2022-3-3 如图所示，有一稳定导热的平壁炉墙，墙厚240mm ，导热系数0.2W/m，若炉墙外壁温度345，为测得炉墙内壁温度1，在墙深 100mm处插入温度计，测得该处温度2 100，试求炉墙内壁温度1。2022-3-3 水在一圆形直管内呈强制湍流时，若流量及物性均不变。现将管内径减半，则管内对流传热系数为原来的多少倍？ Nu=0.023Re0.8 Pr0.2 2022-3-3 16的盐水以

21、3840kg/h的流率通过套管换热器的内管而被加热。内管为382.5mm的钢管，每段长。的热水以3/h的流率在环隙内流过，而被冷却至48两流体作逆流流动。热水对管壁的对流传热系数0为 W/m2，已知盐水物性(平均温度下)=Kg/m3,p =3.3KJ/Kg, =0.9510-3，=0.56W/m, 管内外污垢热阻分别为Rs i =1/3788m2/w, Rs 0=1/3846m2/w。求盐水出口温度和所需套管的段数。忽略热损失。(热水在平均温度下的p=4.18kJ/kg,=1000 kg/m3. 2022-3-3 1一炉壁由三层不同材料组成，第一层为耐火砖，导热系数为1.7 W/(m)，允许最

22、高温度为1450，第二层为绝热砖，导热系数为0.35 W/(m)，允许最高温度为1100，第三层为铁板，导热系数为40.7W/(m)，其厚度为6mm，炉壁内表面温度为1350，外表面温度为220。在稳定状态下通过炉壁的热通量为4652 W/m2，试问各层应该多厚时才能使壁的总厚度最小？ 2022-3-3btqqtbmmmb1920.09136/4652110013501.70.006/40.70.35/220110046522bmmmb2660.066mmbbb32116466692min解：当绝热材料达到最高允许温度时，总壁厚为最小 ，因第二层绝热砖已达到最高温度，故第一层耐火砖的厚度不可再

23、小，所以现在所得总厚为其最小厚度：2022-3-3 1、吸收分离操作的依据是什么？ 2、吸收操作在化工生产中有哪些应用？ 3、气、液相组成有哪些表达方式？如何相互换算？ 4、写出亨利定律表达式及各系数E，H，m间的换算关系。 5、说明物系、温度和压力如何影响系数E，H及m？2022-3-3 总压为101.325kPa、温度为20时，1000kg水中溶解15kg NH3，此时溶液上方气相中NH3的平衡分压为2.266kPa。试求此时之溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m。0156. 018/100017/1517/15BAAAnnnnnx022403251012662.Ppy*A*436. 1

24、0156. 00224. 0*xym解：首先将此气液相组成换算为y与x。NH3的摩尔质量为17kg/kmol，溶液的量为15kg NH3与1000kg水之和。故 2022-3-3*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 溶剂水的密度s=1000kg/m3，摩尔质量Ms=18kg/kmol，由式（6-10）计算H kmol/（m3kPa）2022-3-

25、3 在20及101.325kPa下CO2与空气的混合物缓慢地沿Na2CO3溶液液面流过，空气不溶于Na2CO3溶液。CO2透过厚1mm的静止空气层扩散到Na2CO3溶液中。气体中CO2的摩尔分数为0.2。在Na2CO3溶液面上，CO2被迅速吸收，故相界面上CO2的浓度极小，可忽略不计。CO2在空气中20时的扩散系数D为0.18cm2/s。问CO2的扩散速率是多少？2022-3-3 解：此题属单方向扩散，可用式6-17计算。 扩散系数 D=0.18cm2/s=1.810-5m2/s 扩散距离 Z=1mm=0.001m，气相总压力P=101.325kPa 气相主体中CO2的分压力pA1=PyA1=

26、101.3250.2=20.27kPa 气液界面上CO2的分压力pA2=0气相主体中空气（惰性气体）的分压力pB1为 气液界面上空气的分压力 pB2=101.325kPa11101.32520.2781.06BApPpkpa2022-3-3空气在气相主体和界面上分压力的对数平均值为2121101.32581.0690.8101.325lnln81.06BBBmBBpppkpapp12AAABmDpNppRTZp027.208 .90325.101001. 0293314. 8108 . 15 41067. 1kmol/（m2s） 2022-3-3含氨极少的空气于101.33kPa，20被水吸收

27、。已知气膜传质系数kG=3.1510-6kmol/（m2skPa），液膜传质系数kL=1.8110-4kmol/（m2skmol/m3），溶解度系数H=1.5kmol/（m3kPa）。气液平衡关系服从亨利定律。求：气相总传质系数KG、KY；液相总传质系数KL、KX。2022-3-3 举出五种间壁式换热器 ?提高间壁式换热器传热系数的主要方法有哪些? 夹套式， 蛇管式，套管式，列管式，板式，螺旋板式，板翅式等任选五种。 提高传热系数的主要途径是提高流体流速，增强人工扰动；防止结垢，及时清除污垢。2022-3-3 强化传热过程应采取哪些途径? 根据K.A.tm方程, 指任一个K、A、tm都能提高强

28、化传热 (1) 增加传热面积,如在管内外壁装上翅片,采用螺旋管或粗糙管代替光滑管； (2)增大传热温差tm可采用逆流操作,因为当T1，T2，t1，t2四个温度一定时，逆流传热温差tm最大； (3)提高传热系数K由 K1/（1/11/2（j/j） 提高、降低j,都能强化传热,要提高由单层改为多层,或在壳程中增设档板，对于蛇管中,加入搅拌装置或在蛇管圈中增设杯状物（强化圈）在列管换热器中可,还可采用导热系数大的流体作载热体 2022-3-3 用总高4m、宽1.7m、长4.55m的重力降尘室分离空气中的粉尘。中间等高安排39块隔板，每小时通过降尘室的含尘气体为2000 m3，在气体的密度为1.6kg

29、/m3(均标况)，气体温度为400，此时粘度为310-5Pas，粉尘的密度为3700 kg/m3。试求 此降尘室能分离的最小尘粒的直径 除去6m颗粒的百分率。 2022-3-3tSPDtSNWLuVgdumKgTTsmV18/649. 04002732736 . 1/369. 13600/273400273200023003假设沉降处于层流区：mmNWLVgdSpPC11. 81011. 8407 . 155. 481. 9649. 03700369. 11031811865%541 . 0054. 01 . 0404054. 06 .221042. 2/1042. 218332除去百分率：每层高度：内沉降的高度：在沉降速度：mhmuhsmgdutPDt已知：H，w，n，V0，O，t, ，P 求：dpc解：