化工原理第二版两册答案(习题5附图主编)

1、第一章流体流动4.某储油罐中盛有密度为960kg/m3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5m,油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760mm的孔，其中心距罐底1000mm,孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5X106Pa,问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3X103Pa）?解：由流体静力学方程，距罐底1000mm处的流体压力为p=p+pgh=【01.3xl03+960x9.81x（9.51.0）!a=1.813xl03Pa（绝压）作用在孔盖上的总力为nF=(pp)A=1.813x103-101.3x1)x-x0.762N=3.627x104Na4每个

2、螺钉所受力为nF=39.5x10x一0.0142N=6.093x1N14因此n=FF=3.627x10.'<6.093x103h=5.95-6(个)1Lj>2JU21习题5附图习题4附图5.如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为R1=500mm,R2=80mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=100mm。试求A、B两点的表压力。解：（1）A点的压力p=pgR+pgR=（1000x9.81x0.1+13600x9.81x0.08）Pa=1.165x104Pa（表）A水3汞2（2）B点的压力p

3、B+P汞A（表）.165x104+13600x9.81x0.5a=7.836x104Pa7.某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3kPa（表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本题附图所示。液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。解：P水gh=13.313.3x1000GoOOx9.8）m=1.36m10.有一装满水的储槽，直径1.2m,高3m。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4cm,测得水流过小孔的平均流速u0与槽内水面高度z的关系为：uo=0.62”2zg（2）又若槽中装满煤油，其它条件不试求算（1）放

4、出1m3水所需的时间（设水的密度为1000kg/m3）变，放出1m3煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800kg/m3）？解：放出1m3水后液面高度降至Z/，则10.785x1.22=（3-0.8846入=2.115m由质量守恒，得w-w+豎=0,21d9W=0（无水补充）w=puA=0.62pA<2gz（A为小孔截面积）20000M=pAZ（A为储槽截面积）故有0.62pA&2gz+pA半=00d0即一t=-0.62A0de上式积分得、2gzAe=（）（z12-z12）0.62U2gA0010.62J2x9.8110.04丿3122.11512）=126.4s=2.1min11

5、.如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7m,水从©108mmX4mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5m。已知水流经系统的能量损失可按工hf=5.5u2计算，其中u为水在管内的平均流速（m/s）。设流动为稳态，试计算（1）A-A'截面处水的平均流速；（2）水的流量（m3/h）。解：（1）A-A'截面处水的平均流速在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程，得1p1gz+u2+-=gz+u2+12blP22b27+shf（1）式中z2=1.5m，p2=0（表压）ub2=55u2z1=7m，ub10,P=0（表压）代入式（1）得9.81x7=9.81x1.5+-u

6、2+55u22b2b2u=3.0msb'(2)水的流量(以m3/h计)V=uA=3.0x314x(0.0182x0.004丄=0.02355ms=84.78mhsb24=ms=1.966msx(0.0682x0.0044w=厶1+32+g(z-z)+1hep221f13. 如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133x105Pa。流体密度为800kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21x105Pa，进料口高于储罐内的液面8m,输送管道直径为©68mmx4mm,进料量为20m3/h。料液流经全部管道

7、的能量损失为70J/kg,求泵的有效功率。解：在截面A-A'和截面B-B之间列柏努利方程式，得p+佯+gZ+W=比+俘+gZ+工P21ep22ZZ=8.0m；21p=1.0133x105Pa；p=1.21x105Pa；12u0Yh=70Jkg1 fVV203600u=2 An,d24H21型105+込+9.8x8.0+70-8002=(2.46+1.93+78.4+70)Jkg=175JkgN=wW=203600x800x173W=768.9WeseJkg习题13附图14. 本题附图所示的贮槽内径D=2m,槽底与内径d0为32mm的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度h1为2m（以

8、管子中心线为基准）。液体在管内流动时的全部能量损失可按工hf=20u2计算，式中的u为液体在管内的平均流速（m/s）。试求当槽内液面下降1m时所需的时间。解：由质量衡算方程，得W=W+12dMdO"W=0,1W=d2up240bdMdO=nD2p也4dO将式（2）,（3）代入式（1）得n兀dhd2up+D2p=040b4dO即u+（厶2也=0bddO0在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程1）（2）3）4）gz1u2pu2p+2+p1=gZ2+22+p+f即gh=*吃件=亍+20作=20进5）或写成h=誥ubu=0.692.hb式（4）与式（5）联立,得Cz470.692爲+（）

9、2-=00.032dO即5645-d-=dOhi.c.3=0,h=h=2m；3=3,h=1m积分得O=5645x2I21；1=4676s=1.3h18某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。若管长及液体物性不变,将管径减至原来的1/2,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时pf=pZhfEhf=w=d于式中ZhX亠=（Zhf1du）（丁）（十2du2b1仝=2d2汁±）2=4b1因此工h乙hfi=（?）2=32令九九又由于0.316Reo.252=(-Re)0.25九Re12du、11 叶)0.25=(2X)0.25=(0.5)0.

10、25=0.841du42 b2=32X0.84=26.9fl19. 用泵将2X104kg/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25.9X103Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为076mmX4mm的钢管，总长为35m,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（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17m。若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073kg/m3,黏度为6.3x10-4Pa.s。管壁绝对粗糙度可取为0.3mm。）解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2,间列机械能衡算方程，以截面1-1，为基准水平面，得

11、习题19附图(1)式中Z=0，乙2=17m，叫1心0wu=b2兀d2p42x1043600x0.785x0.0682x1073m.s=1.43m.sp1=-25.9X103Pa（表），p2=0（表）将以上数据代入式（1），并整理得W=g(z-z)+气+工he212pf=9.81X17+14322+25.9x103+工h=192.0+工h1073ff其中Re=dutp=0.068xl.43xl0730.63x10-3=1.656X105ed=0.0044根据Re与e/d值，查得上0.03，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为闸阀（全开）：0.43X2m=0.86m标准弯头：2.2X5m=1

12、1m故Zh=(0.03x35+0.86+11+0.5+4)1432Jkg=25.74J/kgf0.0682'于是W=(L92.0+25.74)jkg=217.7J'kge泵的轴功率为N=Ww/耳=217.7x2x104w=1.73kWse3600x0.7流体输送管路的计算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100mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m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20m。（1）当闸阀关闭时，测得R=600mm、h=1500m

13、m；当闸阀部分开启时，测得R=400mm、h=1400mm。摩擦系数九可取为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Pa（表压）。（闸阀全开时L/d15，摩擦系数仍可取0.025o）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U2+均+ZhPf，l2(a)式中p1=0(表)p=pgR-pgR=(13600x9.81x0.41000x9.81x1.4)Pa=39630Pa(表)2HgH2OUb2=0，Z2=0z1可通过闸

14、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Pg（z+h）=pgR（b）1Hg式中h=1.5m,R=0.6m将已知数据代入式（b）得(13600x0.61000一1.5m=6.66m丿Zh=(九L+©)Ub=2.13u2=(0.025x-15+0.5)=2.13u2f,1-2dc2b0.12b将以上各值代入式(a),即9.81X6.66=+39630+2.13ub221000b解得u=3.13msb水的流量为V=3600nd2u=(3600x0.785x0.12x3.13)ms=1.43mss4b（2）闸阀全开时测压点处的压力在截面1-1，与管路出口内侧截面

15、3-3，间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面，得（c）U2pu2pgz+bT+1=gz+b3+3+Yh12P32Pf，l-3式中z1=6.66m，z3=0，ub1=0，p1=p3小L+YLx、u2_Yh=(九;r+匚)可=0.025(f,1-31小将以上数据代入式（c）,即9.81心.66=Ub2+4.81曙35+15)+0.50.1b2解得u=3.13m'sb再在截面1-1，与2-2,间列机械能衡算方程，基平面同前，得U2pU2pgz+br+1=gz+P+-+Yh12P22Pf，l-2式中z1=6.66m，z2=0，ub1-0，ub2=3.51m/s，1=0(表压力)/15)

16、0.025+0.50.1丿Yhf,1-23512-J.kg=26.2Jkg(d)将以上数值代入上式，则9.81x6.66=3.51+=+26.221000解得p2=3.30X104Pa（表压）22.如本题附图所示，自水塔将水送至车间，输送管路用Q114mm<4mm的钢管，管路总长为190m（包括管件与阀门的当量长度，但不包括进、出口损失）。水塔内水面维持恒定，并高于出水口15m。设水温为12°C,试求管路的输水量（m3/h）。解：在截面1-1和截面2-2'之间列柏努利方程式，得pu2pu2Y71+t+gZ=+r+gZ+Yhp21p22f习题22附图p=1.0133x10

17、5Pa；p=1.0133x105Pa；Z一Z=15.0m；u012211g(Z-Z)-Yh12f=9.8x15-九l+Yle-d+0.5丿巨+1.51=294u2=294(1792.45九+1.5)1）米用试差法，假设u=2.57m；s2dup0.106x2.57x999.8则Re=2.19x105卩124.23x10-5取管壁的绝对粗糙度为0.2mm，则管壁的相对粗糙度为£=竺沁0.0019d106查图1-22，得九=0.024代入式（1）得，U2=2-57mS故假设正确，u=2.57ms2管路的输水量V=uA=2.57x314x(0.1142x0.0042)x3600m3h=81

18、.61m3h24第二章流体输送机械2.用离心泵（转速为2900r/min）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60kPa和220kPa，两测压口之间垂直距离为0.5m,泵的轴功率为6.7kW。泵吸入管和排出管内径均为80mm,吸入管中流动阻力可表达为Eh=3.0u2（u1为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为2.5m,f,0-111实验是在20°C,98.1kPa的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面）,得到0=gZ1+7+于+Ehf,01将有关数据代入

19、上式并整理，得3.5u2=60x1032.5x9.81=35.4811000u1=3.184m/s(2)泵的扬程m3/hH=H+H+h=120(60+220)xl031000x9.81+0.5m=29.04m(3)泵的效率Hqfg1000Px100%=68%29.04x57.61x1000x9.813600x1000x6.7在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61m3/hH=29.04mP=6.7kWn68%4.用离心泵（转速为2900r/min）将20°C的清水以60m3/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4m和0.61m。规定泵入口的真空度不能

20、大于64kPa。泵的必需气蚀余量为3.5m。试求（1）泵的安装高度（当地大气压为100kPa）；（2）若改送55C的清水，泵的安装高度是否合适。解：（1）泵的安装高度在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得耳工=（H+佯+H）Pgg2gf,oj64x103即=H+0.61+2.41000x9.81gH=3.51mg（2）输送55C清水的允许安装高度55C清水的密度为985.7kg/m3，饱和蒸汽压为15.733kPa则H'二PaPv-（NPSH）H=（10015.733）x103（3.5+0.5）-2.4m=2.31mgPgf,0-1L985.7x9.81_原安

21、装高度（3.51m）需下降1.5m才能不发生气蚀现象。8.用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8m,管内流动在阻力平方区，管路特性方程为H=8.8+5.2x105q2（qe的单位为m3/s）ee单台泵的特性方程为H=28一4.2x105q2（q的单位为m3/s）试求泵的流量、压头和有效功率。解：联立管路和泵的特性方程便可求泵的工作点对应的q、H,进而计算Pe。管路特性方程H=8.8+5.2x105q2ee泵的特性方程H=284.2x105q2联立两方程，得到q=4.52X10-m3/sH=19.42m则P=HqPg=19.42x4.52x103x1000x9.81W=861We

22、s11.用离心通风机将50C、101.3kPa的空气通过内径为600mm,总长105m（包括所有局部阻力当量长度）的水平管道送至某表压为1X104Pa的设备中。空气的输送量为1.5X104m3/h。摩擦系数可取为0.0175。现库房中有一台离心通风机，其性能为：转速1450min-1，风量1.6X104m3/h，风压为1.2X104Pa。试核算该风机是否合用。解：将操作条件的风压和风量来换算库存风机是否合用。H=(p-p)+-P-+pYhT212f(101300+罟IPa=106300Pap=1.205x106300x293kg/m3=1.147kg/m3m101330323Vp15000x1

23、01300u=sv=m/s=14.40m/snnd2p3600xx0.62x1063004m4(10514.402H'1x104+1.147x0.0175x+1xTI0.6丿2Pa=10483PaHT=10483X罟"=10967Pa库存风机的风量q=1.6X104m3/h,风压HT=1.2X104Pa均大于管路要求（qe=1.5X104m3/h,HT=10967Pa）,故风机合用。第三章非均相混合物分离及固体流态化1.颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2650kg/m3，直径为0.04mm的球形石英颗粒在20空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2650kg/

24、m3，球形度©=0.6的非球形颗粒在20°C清水中的沉降速度为0.1m/s，颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7900kg/m3,直径为6.35mm的钢球在密度为1600kg/m3的液体中沉降150mm所需的时间为7.32s,液体的黏度是多少？解：（1）假设为滞流沉降，则：=d2（pp）Ust18卩查附录20C空气p1.205kg/m3，卩-1.81x105Pa-s，所以,d2(P-P)gms0.1276m.s6.04x10-3)x(26501.205)x9.8118x1.81x105核算流型：Re-四-L205x°1276x°.04x10-3-0

25、.34<1卩1.81x105所以，原假设正确，沉降速度为0.1276m/s。（2）采用摩擦数群法gRe1皿p-p)g3p2u34x1.81x105(26501.205)x9.81431.93x1.2052x0.13依©=0.6,gRe-1431.9，查出：Re-pude0.3，所以:t11=4.506x10-5m=45pm0.3xl.81xlO-51.205x0.13)假设为滞流沉降，得：d2(p-p)gP=s18ut其中ut=h9=0.15J7.32m.'s=0.02049m/s将已知数据代入上式得：Pa-s=6.757Pa-s0.006352(7900-1600)x

26、9.81卩=18x0.02049核算流型pdu0.00635x0.02049x1600门门“小4Re=t=0.03081<1卩6.7572.用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5m,宽5m,高4.2m,固体杂质为球形颗粒，密度为3000kg/m3。气体的处理量为3000(标准)m3/h。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。(1) 若操作在20°C下进行，操作条件下的气体密度为1.06kg/m3，黏度为1.8x10-5Pas。(2) 若操作在420C下进行，操作条件下的气体密度为0.5kg/m3，黏度为3.3x10-5Pas。解：(1)在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降

27、速度为：qvsbl3000x273+202733600x5x5ms=0.03577ms设沉降在斯托克斯区，则：=0.03577=d2(p-p)g18卩s：18x1.8x10-5x0.03577V(3000-1.06)x9.81=1.985x10-5m=19.85pm核算流型：Redup1.985xl0-5x0.03577xl.061.8x10-5=0.0418<1原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985x10-5mo(2)计算过程与(1)相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为qv，sbl3000x273+4202733600x5x5ms=0.0846m.s设沉降在斯托

28、克斯区，则：18pud=(P-P)gs18Z15)xx090：6=4.132x10=gm核算流型：Redupttp4.132xl0-5x0.0846x0.53.3x10-5=0.0529<1原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132x10-5m。3.对2题中的降尘室与含尘气体，在427°C下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10ym,试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：取隔板间距为h令Lhuut贝yh=u(1)ut3000273+427xu=J=600273ms=0.1017msbH5x4.210ym尘粒的沉降速度d2(p-p)gCox106)x(3000-0.5)x9

29、.81u=s=ms=4.954x10-3mst18卩18x3.31x10-5由(1)式计算hh=5x4.954x10-3m=0.244m0.1017H4.2层数n=17.2取18层h0.244h4.2h=m=0.233m1818核算颗粒沉降雷诺数：Re=好=10x10-6x组954x10-4x°5=7.5x10-4<1t卩3.3x10-5核算流体流型：dp(2bh)up2x5x0.233x0.1017x0.5Re=一5233=686<2100卩卩3.3x10-56. 在实验室里用面积0.1m2的滤叶对某悬浮液进行恒压过滤实验，操作压力差为67kPa,测得过滤5min后得滤

30、液1L,再过滤5min后，又得滤液0.6L。试求，过滤常数K,V,并写出恒压过滤方程式。e解：恒压过滤方程为：q2+2qq=K0e由实验数据知：0=5min,1q10.0010.1=0.01m3/m20=10min,q=0.016m3/m211将上两组数据代入上式得：(0.01)2+2(0.01)q=5Ke(0.016)2+2(0.016)q=10Ke解得q=0.007m3/m2eK=4.8x10-5m2/min=8x10-7m2/s所以，恒压过滤方程为q2+0.014q=8x10-70(m3/m2,s)或V2+0.0014V=8x10-90(m3,s)7. 用10个框的板框过滤机恒压过滤某悬

31、浮液，滤框尺寸为635mmx635mmx25mm。已知操作条件下过滤常数为K=2x10-5m2/s，q=0.01m3/m2，滤饼与滤液体积之比为v=0.06。试求滤框充满滤饼所需时间及所得e滤液体积。解：恒压过滤方程为q2+2qq=K0eq2+0.02q=2x10-50V =10x0.6352x0.025m3=0.1008m3cV =二=0.1008m3=1.680m3，A=0.6352x2x10m2=8.0645m2v0.06V1.680q=m3/m2=0.208m3/m2A8.0645代入恒压过滤方程0.2082+2x0.01x0.208=2x10-50得0=2317.2s=39.52mi

32、n8. 在0.04m2的过滤面积上以1x10-4m3/s的速率进行恒速过滤试验，测得过滤100s时，过滤压力差为3x104Pa；过滤600s时，过滤压力差为9x104Pa。滤饼不可压缩。今欲用框内尺寸为635mmx635mmx60mm的板框过滤机处理同一料浆，所用滤布与试验时的相同。过滤开始时，以与试验相同的滤液流速进行恒速过滤，在过滤压强差达到6x104Pa时改为恒压操作。每获得1m3滤液所生成的滤饼体积为0.02m3。试求框内充满滤饼所需的时间。解：第一阶段是恒速过滤，其过滤时间e与过滤压差之间的关系可表示为：Ap=a0+b板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与试验时相同，且过滤速度也

33、一样，因此，上式中a,b值可根据实验测得的两组数据求出：3x104=100a+b9x104=600a+b解得a=120，b=1.8x104即Ap=1200+1.8x104恒速阶段终了时的压力差Ap=6x104Pa，故恒速段过滤时间为RAp-b6x104-1.8x1040=R=s=350sRa120恒速阶段过滤速度与实验时相同u=-RA0V1m/s=2.5x10-3m/s0.04q=u0RRR根据方程3-71=2.5x103x350m3/m2=0.875m3/m2u2a=uuru2=片=120Rkuqb=prUuq=Re=1.8x104Rek解得：k=5.208x10-8m2/(Pa-s),q=

34、0.375m3/m2e恒压操作阶段过滤压力差为6x104Pa，所以K=2kAp=2x5.208x108x6x104m2/s=6.250x103m2/s板框过滤机的过滤面积A=2x0.6352m2=0.8065m2滤饼体积及单位过滤面积上的滤液体积为V=0.6352x0.06m2=0.0242m3cV0.0242q=(r)/u=m3/m2=1.5m3/m2A0.8065x0.02应用先恒速后恒压过滤方程(q2一q2)+2q(q一q)=K(00)ReRR将K、qe、qR、q的数值代入上式，得：(520.8752)+2x0.37(1.50.875)=6.252x103G350)解得0=662.5s9

35、.在实验室用一个每边长0.16m的小型滤框对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤试验。操作条件下在过滤压力差为275.8kPa，浆料温度为20°C。已知碳酸钙颗粒为球形，密度为2930kg/m3。悬浮液中固体质量分数为0.0723。滤饼不可压缩，每1m3滤饼烘干后的质量为1620kg。实验中测得得到1L滤液需要15.4s,得到2L滤液需要48.8s。试求过滤常数K和V，滤饼的空隙滤s滤饼的比阻r及滤饼颗粒的比表面积a。e解：根据过滤实验数据求过滤常数K,Ve已知0=15.4s，V=0.001m3；0=48.8s，V=0.002m3及A=2x0.162m2=0.0512m2代入恒压过滤方程

36、式V2+2VV=KA20e106+2x103V=15.4x0.05122Ke4x106+4x103V=48.8x0.05122x105Ke联立以上两式，解得K=4.234x10-5m2/s，V=3.547x104m3e滤饼的空隙滤e=11620=0.44712930悬浮液的密度p1XFp+9277)1000kg/m3=1050kg/m3以1m3悬浮液为基准求v滤饼体积Vs=%07%=004686m3，滤液体积V=1-V=0-9531mv=VsV=0.046%9531=°.°492滤饼不可压缩时，K=2kAp=型rv2x275.8x103所以，滤饼比阻为r普103x0.049

37、2x4.234x105m-2=2.648x1014m-2颗粒的比表面积a=(空)0.5=(2.648x1014x0.44713)0.5m;m3=3.935x106m235(1£)25x(10.4472)2第五章传热过程基础2.某平壁燃烧炉由一层400mm厚的耐火砖和一层200mm厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500°C,外表面温度为100°C,试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为九=0.8+0.00061，绝缘砖的导热系数为九=0.3+0.0003t，W/(m-oC)。两式中的t可分12别取为各层材料的平均

38、温度。解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即Q=Q=Q(5-32)12tttt或Q=九Sr2=XSr(5-32a)1b2b121500+1式中X=0.8+0.0006t=0.8+0.0006x-=1.25+0.0003t12X=0.3+0.0003-=0.3+0.0003x100+-=0.315+0.00015-22代入久、久2得(1.25+0.0003-)1500-=(0.315+0.00015-)-1000.40.2解之得-=t=977°C2X=1.25+0.0003-=(1.25+0.0003x977)W(m-OC)=1.543W/(m-&

39、#176;C)则QS=X=1.543x1500977Wm2=2017Wm21b0.414.直径为Q57mmx3.5mm的钢管用40mm厚的软木包扎，其外又包扎100mm厚的保温灰作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为120C，绝热层外表面温度为10C。软木和保温灰的导热系数分别为0.043W/(m-C)和0.07W/(m-C)，试求每米管长的冷损失量。解：此为两层圆筒壁的热传导问题，则Q._2tQt)2x3.14xC120-10)Q_1r11r_1,0.0285+0.041,0.0285+0.04+0.1In2+In3InlIn九r九r0.0430.02850.070.0285+0.041122_

40、24.53Wm7. 在一传热面积为25m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28000kg/h,其温度由25°C升至38°C,平均比热容为4.17kJ/(kg°C)。有机溶液的温度由110°C降至65°C,平均比热容为1.72kJ/(kg.°C)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。解：C_4.17kJ/(kg°C)p,cQ_WC(tt)cp,c21_28000x4.17x103x(38-25)W_4.22x105W3600求Atm有

41、机物11065水3825At7240At7240°C_54.4°C3140K_C-°C)_310-3WC-°C)_5.452kgs_1.963x104kgh4.22x1051.72x103x(11065ph128. 在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10000kg/h,其初始温度为30°C,平均比热容为4.174kJ/(kg°C)。有机溶剂的流量为14000kg/h,温度由180C降至120°C,平均比热容为1.72kJ/(kg.C)设换热器的总传热系数为500W/(maC),试分别计算逆流和并流时

42、换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。解：Q_Wc(TT)_14000x1.72x(180120)kJh_1.4448x106kJh_401.3kWph12冷却水的出口温度为逆流时Atmlt11.4448x106、10000x4.174+30°C_64.61°C丿(18064.61)(12030)°C_25.39°C_10_°CC-115.39C_10厶2Cin90ln18064.6112030401.3x103_m2KAt500x102.2m_7.854m2At=m(120-64.61),80-30)OC=94.61OC=

43、94.97OCIn55.39150120-64.61In180-30401.3x103=8.452m2m2KAt500x94.97m10.在一单壳程、双管程的管壳式换热器中，水在壳程内流动，进口温度为30°C,出口温度为65°C。油在管程流动，进口温度为120C。出口温度为75°C,试求其传热平均温度差。解：先求逆流时平均温度差油12075水65。30At5545At-AtAt=21mAtln2-At1计算P及R55-45ln5545OC=49.8OC1165-30120-30=0.389R=12t-t21120-7565-30=1.286查图5-11(a)得申=

44、0.875AtAt=pAt'=0.875x49.8°C=43.6°CmAtm12.在一单程管壳式换热器中，管外热水被管内冷水所冷却。已知换热器的传热面积为m2,总传热系数为1400W/(m2°C)；热水的初温为100°C,流量为5000kg/h；冷水的初温为20°C,流量为10000kg/h。试计算热水和冷水的出口温度及传热量。设水的平均比热容为4.18kJ/(kg.°C),热损失可忽略不计。解：Wc=5000x4.18x103WOC=5806W.2Chph3600Wc=10000x4.18x103W°C=11611

45、W.°Ccpc3600CCi5805.605RC11611max(NTU)=KA=1400x5=1.21minC5805.6min查图得£=0.575传热量Q=£C(T-1)min110.575x5805.6x(100-20)W2.67x105WT-T100-T£r2才=0.575T-t100-2011解出T二54C2C=0.5rTT1005412解出t二43C222.某炼油厂拟采用管壳式换热器将柴油从176°C冷却至65°C。柴油的流量为9800kg/h。冷却介质采用35°C的循环水。要求换热器的管程和壳程压降不大于30k

46、Pa,试选择适宜型号的管壳式换热器。解：略第8章1-在压丸为1013kPa的徘件下，测得涪槪上方輒的晋術井压泠"OkPm时*宦在水中的籍解76.6gCHH£J1CXKg(HbO试承在此温度和斥力下的宁剧系数E.相平36帝栽椰站涪解塞费耳亠解木締戒中氨的摩；易数琳76.fi7(561000is-=0.075由=SjcE=竺=丄竺-Uei=200卫kPa工0.073ffi孚循需敦苦200.01C1.3=1.974由于鋭故轄氓度轻怅才裕懣的密度可袪郭术的密度计算*40P时水的密喪曲p992一2临沁溶解J*察敎为JTCQ7H=-=总;吃kmol/t曲-込)=0.27«-1

47、:期3.在总压为110.5kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为y=0.032、c=1.06koml/m3。气膜吸收系SkG=5.2X10-6kmol/(m.s.kPa),液膜吸收系数kL=1.55X10-4m/s。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H=0.725kmol/(m3.kPa)。(1)试计算以Ap、Ac表示的总推动力和相应的总吸收系数；(2)试分析该过程的控制因素。解：(1)以气相分压差表示的总推动力为1.060.725)kPa=2.074kPacAp=p一p*=py一一=(110.5x0.032一tH其对应

48、的总吸收系数为1111+=(+)(m2-s-kPa)/kmolKHkk0.725x1.55x10-45.2x10-6GLG=(8.899x103+1.923x105)(m2-s-Pa)/kmol=2.012x105(m2-s-Pa)/kmolK=4.97x10-6kmol/(m2skPa)G以液相组成差表示的总推动力为Ac=c*-c=pH-c=(110.5x0.032x0.725-1.06)kmol/m3=1.504kmol/m3其对应的总吸收系数为K=-=-m/s=6.855x10-6m/sl1H10.725+kk1.55x10-45.2x10-6LG(2)吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力

49、的百分数为卫倬=4.97x10-6x100%=95.58%1/Kk5.2x10-6GG气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。5. 在101.3kPa及25°C的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出塔的组成分别为y1=0.04>y2=0.002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13X103kPa,吸收剂用量为最小用量的1.45倍。1)2)试计算吸收液的组成；若操作压力提高到1013kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成。解：(1)Y=二=0.041711-y1-0.041Y=丄=0.002u0.00221-y1-

50、0.0022E4.13x103m=40.77p101.3tC、qn,LIq丿n,Vmin12所以操作时的液气比为吸收剂为清水，所以X2=00.0417-0.00212=38.81Y/m-X0.0417/40.77-0c、qn,LIqJn,Vmin1=1.45x38.81=56.27q=1.45qn,V吸收液的组成为X=qnv(Y-Y)+X=-x(0.0417-0.002)+0=7.054x10-41q12256.27n,LE4.13x103(2)m=4.077'1013f(、qn,L0.0417-0.0020.041707.077-0=3.881qn,L=1.45qn,L1q丿q丿Iq

51、丿n,Vmin12Y/m'X12n,Vn,V=1.45x3.881=5.627(、qnVminX'二1IqL丿,L(一X2二躺X(0417-Oom0二755X10-36. 在一直径为0.8m的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为kmol/h二氧化硫的体积分数为.032。操作条件下气液平衡关系为=34.5X，气相总体积吸收系数为0.0562kmol/(m3.s)。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为98%。求水的用量(kg/h)及所需的填料层高度。解：Y=二=0.032=0.03311 1-y1-0.0321Y=Y(1-申

52、)=0.0331x(1-0.98)=0.0006622 1AY0.0331X*二r=9.594x10-41m34.5X=0.76X*=0.76x9.594x10-4=7.291x10-411惰性气体的流量为q=45x(1-0.032)kmol/h=43.56kmol/hn,V水的用量为q(Y-Y)43.56x(0.0331-0.000662)q=-v12=kmol/h=1.938x103kmol/hn,LX-X7.291x10-4-012q=1.938x103x18kg/h=3.488x104kg/hm,L求填料层高度HOGqKaQY43.56/36000.0562x0.785x0.82m=0

53、.429mAY=Y-Y*=0.0331-34.5x7.291x10-4=0.00795111AY=Y-Y*=0.000662-34.5x0=0.000662222Y-YN=r2-二OGAYm=0.0331-0.000662=110711.0/0.00293Z=NH=11.07x0.429m=4.749mOGOG7.某填料吸收塔内装有5m高，比表面积为221m/m3的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分已知混合气的流量为0kmol/h溶质的含量为5%(体积分数)进塔清水流量为200kmol/h其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为Y=2.75X；气相总吸收系数为3x10-4km