浙江大学考研化工原理91-99真题答案

1991年（共两大题、十一小题）计算题：1.（10分）如图所示，水自水面为大气压的高位槽经总管道流入分支管道A和B,然后排入大气。管道的内径均为27mm管内摩擦系数可取为λ=0.04，支管A上的全部管件及阀门(全开)的当量长度∑leA=9.8m，支管B上的全部管件及阀门(全开)的当量长度∑leB=9m,总管的全部管件和入口的当量长度∑leO=1.1m,当支管A上的阀Av全开，而支管B上的阀Bv部分开启到某一定程度时，测得支管A中的水流量为0.5m3/h,试求此时支管B中的水流量为多少m3/h。(排入大气，d=27mm,λ=0.04,∑LeA=9.8m,∑LeB=9m,∑Leo=1.1m;当A全开,B部分开启，VA=0.5m3/h，求此时VＢ)SOLU:doe=deA=deB=27mm,V0=VA+VB∴u０=uB+uB,uA=4V/πd2=4×0.5/(π×0.0272×3600)m/s=0.243m/sEto′=Eta+Wfoe+WfeA=EtB+Wfoe+WfeB∴Eta+WfeA=EtB+WfeB16＋{λ(LeA+∑LeA)/deA）}(uA2/2g)={λ(LeB+∑LeB′)/deB）}(uB2/2g)20={λ(Loe+∑Loe)/doe）}(u02/2g)+16+{λ(LeA+∑LeA)/deA）}(uA2/2g)得20={0.04(16+50+1.1)/0.027）}(u02/2g)+16+{0.04(16+5+9.8)/0.027）}(0.2432/2g)u0=0.873m/s∴uＢ=u０－uＡ＝0.63m/s∴ＶＢ＝uＢAＢ＝0.063×πd2/4=1.298m3/h即此时Ｂ支管流量为1.3m3/h.2.（15分）如图所示，用离心泵将敞口水池中的水送到反应塔内，出水管口高出水池液面4m，塔顶压力表读数为1.17×105Pa，输送管道为内径50mm的钢管，已知管路调节阀全开喷水量为30m3/h时，管路总阻力为2mH2O柱。若该离心泵的特性方程为H=20-0.00055Q2，式中：H为泵的扬程m,Q为泵的流量m3/h,设水的密度为1000kg/m3。问：(1)此泵单独使用能否完成0.5m3/min的输送任务?(2)写出调节阀全开时的管路特性方程，以L=f(Q)函数式表示。式中:L为管路所需功头m,Q为管路输送流量m3/h。(3)若将这种泵两台并联使用于该管路,当管路调节阀全开时,喷水量为多少m3/h(Ｈ=4m,P=1.17×105Pa,d=50mm,当Q=30m3/h时，Ｈf总＝２mH2O,泵H=20-0.00055Q2(H-m,Q-m3/h),ρ=1000kg/m3，求：（１）泵单独用，能否完成Q=0.5m3/min的输送任务？（２）写出阀全开时，管路特征方程，Ｌ＝f(Q)（３）两台泵并联于管路，阀全开时，Q＝？4m第2题SOLU:(1)泵单独用时，管路特征曲线L=A+BQ2,A=ΔZ+Δp/ρg∴Ａ=(4+1.17×105/1000×9.8)m≈15.93m,L=15.93+BQ2Q=30m3/h,Ｈf总={∑λ(L+∑Le)/d）}(u2/2g)=2mH2O∴Ｂ=8/∑[λ(L+∑Le)/d5]π2g,Ｈf总=BQ2,B=Ｈf总/Q2∴管路曲线Ｌ=15.93+(Ｈf总/Q2)′Q2=15.93+(3/302)Q2=15.93+0.00222Q2=20-0.00055Q2解出Q＝38.33m3/h=0.639m3/min>0.5m3/min∴单独用泵时，能完成Q＝0.5m3/min的输送任务。(２)调节阀全开时，由（１）知管路特性曲线Ｌ＝15.39+0.00222Q2(3)两台泵并联于管路，泵的特性曲线Ｈ=20-0.0055(2Q)2=20-0.0022Q2=15.39+0.00222Q2,解出Q＝30.345m3/h即两台并联于管路，阀门全开时，喷水量θ为30.345m3/h3.（15分）有一台管壳间不加折流挡板的列管式换热器,较高压强的气体在管内与管壳间的水成逆流换热,可将流量Gkg/h的气体自80℃冷却到60℃,冷却水的温度自20℃升高到30℃,总传热系数K=40w/m2·K。现需将气体的出口温度降到50℃以下。有人建议将水的流量Wkg/h增加一倍,有人建议增加一台规格完全相同的换热器,假设无论采用并联或串联操作,每一台换热器的冷却水都是单独使用,而且流量W相同。水的初始温度均为20℃,传热温差均可用算术平均值计算。请以计算结果说明这些建议中那些是可行的。已知:流体作强制对流时的对流传热系数关联式为αl/λ=0.023(luρ/μ)0.8·(Cp·μ/λ)0.4式中:α:对流传热系数w/m2·k,水的对流热系数为几千w/m2·k；气体的对流热系数为几十w/m2·k。λ:流体的导热系数w/m·k,μ:流体的流速m/s,ρ:流体的密度kg/m3,μ:流体的粘度N·S/m2,Cp:流体的比热kJ/kg·k,l:定性尺寸m[逆流换热，ms1=akg/h,T1=80℃,T2=60℃,t1=20℃,t2=30℃,K=40W/m2·K,要求T２小于50℃。则：（１）ms２加倍；（２）并联；（３）串联问哪种方案可行？]SOLU:原状态下，CR1=(mscp)1/(mscp)2=(t2-t1)/(T1-T2)=0.5NTU1=KA/(mscp)1=(T1-T2)/Δtm=0.446ε=(T1-T2)/(T1-t1)=1/3=0.333ms２加倍，а２′＝２0.8а２,а1不变，ＣR1′=ＣR1/2=0.25Ｋ=а1/[1+(а1/а2)(d0/di)](а1<<а2)∴Ｋ≈а1不变NTU1=KA/(mscp)1不变∴ε１′＝{１－exp[NTU1(1-CR1′)]}/{CR1′－exp[NTU1(1-CR1′)]}=0.345,T2′=59.3℃>50℃并联就某个换热器而言,CR1不变,NTU1′=2NTU1=0.892,ε１′=0.529,T2=48.25℃<50℃串联将两个换热器看作一个整体，则CR1′＝0.5CR1,NTU1′=KA′/(mscp)1=2NTU=0.892ε１′＝{１－exp[NTU1′(1-CR1′)]}/{CR1′－exp[NTU1′(1-CR1′)]}=0.56,T2′=46.30℃<50℃比较上述三个结论可知，方案二、三可行，但方案三更好。4.（15分）一座装10m高填料的吸收塔，用清水吸收气体中某一组分A，在气液相中的平衡关系为y*=1.5x(y,x均为摩尔分率，以下同)在操作情况下测得A组分在塔顶，底气液中的组成数据如图中的a塔所示。现要求将排出气流中A组分降低到0.002kmol/kmol,为此再接一座装6m高填料的吸收塔b，其塔顶填料等结构尺寸均与a塔相同，用与a塔等流率的清水吸收，两塔的传质系数可认为相等。试求排出气体中A组分的y2b能否达到要求?[ha=10m,y=1.5x,x2a=x2b=0,hb=6m,La=Lb,Kxa=Kxa,则y2b<0.02?(y1b=0.02y2a=0.02x1a=0.008)]SOLU:L/G=(0.02-0.004)/0.008=2=(0.004-2y2b)/x1b,1/A=mG/L=0.75ha=NOG,a,HOG,a,hb=NOG,bHOG,b,HOG,a=G/Kya=HOG,b=G/KybNOG,a/NOG,b=ha/hb=10/6NOG,a=[1/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(y1a-mx2a)/(y2a-mx2a)+1/A]NOG,b=[1/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(y2a-mx2b)/(y2b-mx2b)+1/A]∴NOG,a/NOG,b＝Ln[(1-0.75)(0.02/0.004)+0.75]/Ln[(1-0.75)(0.004/y2b)+0.75]=10/6解出y2b=0.00082<0.002即排出气体中Ａ组分的y2b能满足要求。5.（10分）有一连续精馏塔，分离A、B双组分理想溶液，料液含易挥发组分A的摩尔分率xA=0.4，泡点进料，测得塔顶压强为760mmHg柱，气相温度为81.5℃，同时测得回流量为0.8kmol/kmol进料液，和产品量为0.4kmol/kmol进料液。已知A、B组分的饱和蒸汽压与温度的关系为：log10pOA=6.898-1206.35/(t+220.24)log10pOB=6.953-1343.94/(t+219.58)式中:t温度℃,pOA,pOB分别为A、B的饱和蒸汽压mmHg柱。求:(1)塔顶产品及釜液的组成xD,xW,塔釜的汽化量V’;(2)写出精馏段及提馏段的操作线方程。[xF=0.4,顶：Ｐ0=760mmHg,t0=81.5℃,L/F=0.8,q=1,D/F=0.4,LgPA0=6.898-1206.35/(t+220.24)LgＰB0=6.953-1342.94/(t+219.58)(t－℃，ＰA,B0－mmHg),求：（１）xD,xN及Ｖ′；（２）精馏段及提馏段的操作线。]SOLU:(1)将tD=81.5℃代入公式，得ＰA0＝794.37mmHg,ＰB0＝307.71mmHg∴x=(ＰD-ＰB0)/(ＰA0-ＰB0)=(760-307.71)/(794.37-307.71)=0.93,y=(ＰA0x/ＰD)=0.97,xD=0.97,D/F=(xF-xW)/(xD-xW)=0.4,xW=0.067∴R=L/D=(L/F)/(D/F)=0.8/0.4=2,V′/F=V/F=(R+1)D/F=3×0.4=1.2即V′为1.2kmoL/kmoL进料液。（２）精馏线y=Rx/(R+1)+xD/(R+1)=2x/(2+1)+0.97/(2+1)即y=0.67x+0.3233（３）提馏线y=L′x/V′-Wxw/V′=(F+RD)x/[(R+1)D]-(F-D)xw/[(R+1)D]=(1+RD/F)x/[(R+1)D/F]-(1-D/F)xW/[(R+1)D/F]=1.5x-0.5即精馏段、提馏段的操作线分别为:y=0.67x+0.3233;y=1.5x-0.56.（10分）将状态为:干球温度tA=25℃,湿含量HA=0.01kg/kg的新鲜空气A,与状态为:干球温度tB=61℃,湿含量HB=0.046kg/kg循环废气B,以混合比为3kgB/kgA进行混合,试求混合气体的温度,已知:干空气的比热Ca=1.01kJ/kg℃,水汽的比热Cw=1.88kJ/kg·℃,水在0℃时的汽化潜热r0=2492kJ/kg。[B:A=3:1;A状态:tA=25℃,HA=0.01kg/kg新鲜空气。B状态:tB=61℃,HB=0.046kg/kg循环废气，求：t(Ca=1.01kJ/kg·℃,Cw=1.88kJ/kg·℃,rD=2492kJ/kg.)]SOLU:状态Ａ:ＩＡ＝（1.01+1.88HA）tA+2492HA状态Ｂ:ＩＢ＝（1.01+1.88HＢ）tＢ+2492HＢＩＡ（t-25）=3ＩB(61-t),解出t=[(3×61ＩB)+25ＩＡ]/(ＩＡ+3ＩB)ＩＡ＝（1.01+1.88×0.01）×25+2492×0.01=50.64ＩＡ＝（1.01+1.88×0.046）×61+2492×0.046=181.52即以Ｂ：Ａ＝３：１混合成的混合气体的温度为57.94℃选择题1.流体以雷诺准数Re=500的流动型态,在一根水平的直管中流动,如果将流体的流量增加一倍,克服摩擦阻力消耗的功率增加为原来的()A：2倍；B：4倍；C：21/2倍；D：22.75倍分析：前Re=ρdu/μ=500,u;后Re′=ρd2u/μ=500,2uλ=64/Re,∑hf′/∑hf=(λ′·u′2)/(λ·u2)=(Re·u′2)/(Re′·u2)=[(2u)2/(2u)]·(u/u2)=2即克服摩擦阻力消耗的功率增加为原来的２倍。2.某板框压滤机作恒压过滤,使滤渣充满滤框需20分钟,现将框数增加一倍,操作压力,物料性质均不变,此时滤渣充满滤框需要时间为:()A.20分钟B.40分钟C.80分钟分析：恒压过滤V2+2VeV=kA2θF近似假设Ｖe=0,则V2=kA2θF,k=2Δp1-s/rμc原来：θF＝20min,A,V=V饼／υ现在：θF′＝？，２Ａ，Ｖ′=2V饼／υ即（2V饼／υ）２＝Ｋ（２Ａ）２θF′，其中（V饼／υ）２＝kA2θF∴θF′＝θF＝20min即滤渣充满滤框所需时间不变，仍为20min.3.某流体以流速u=30m/s,流过1m长的平板,与板面进行对流传热,已知:流体的粘度μ=0.025Cp,密度ρ=0.12kg/m3,普兰德数Pr=0.70,则其流动边界层δ与热边界厚δc之间的关系应该是:A:δ<δc；B：δ=δc；C：δ>δc；分析：沿平板流动时的边界层厚度Rex=(xu∞ρ)/μ其中x为版长δ＝4.96xRex-0.5=1×4.96×[(0.12×1×30)/(0.025×10-3)]-0.5=0.013与板面进行对流传热Ｎu=L/δc,δc=L/NuＮu=0.023Re0.8Pr0.4=0.023×[(0.12×1×30)/(0.025×10-3)]0.8×0.700.4∴δc＝L/Nu=0.003745<δ即此时的流动边界层大于传热边界层4.进行萃取操作时,应使:A分配系数大于1,B选择系数大于1。分析：选择恒系数β=(yA/xA)/(yB/xB)=kA/kB是衡量萃取难易程度的物理量；分配系数k是代表某组分在萃取相与萃余相间的分配比例，即进行萃取操作时，应使选择系数大于１5.萃取操作中,一般情况下,稀释剂B组分的分配系数KB值应:A大于1B小于1C等于1分析：萃取过程，要求KA>1,但小于１也可；但是KＢ＜＜1。即稀释剂Ｂ组的分配系数，一般情况下应小于１1992年（共五大题，十小题）一、（16分）20℃之水自一个大贮槽中流出,流经总长度为39m的水管后,排入大气。从贮槽流出的前15m管路的内径是50mm,后24m路的内径是75mm。如果管路上的摩擦系数可按λ=4f=0.3164/Re0.25式子计算,其中λ为摩擦系数,f为范宁因子,Re=duρ/μ,d为管径,u为管内流体平均速度,ρ和μ分别为流体的密度和粘度。试求当流量需为0.0028m3/s时,贮槽内的液面需高出管路的出口多少米。前小管上装有一个其阻力系数ζ=6.0的全开的标准阀。已知20℃时水的粘度为1厘泊.)[20℃,L=39mm,大气前15m,50mm;后２4m,75mmλ=4f=0.3164/Re0.25,Re=ρdu/μ,ζ=6.0,μ=1cp,求V＝0.0028m3/s时的Ｈ=?(LeA=15m,LAB=24m)]SOLU:V=0.0028m3/s,u=4V/πd2∴uOa=4×0.0028/(π×0.052)=1.426m/suAB=4×0.0028/(π×0.0752)=0.634m/s在Ｏ－Ｂ之间进行衡算，Et0=EtB+WfeabH=(λ1LeA/deA+ζ)(ueA2/2g)+(λ2LAB/dAB)(uAB2/2g)+uAB2/2gRe1=ρd1u1/μ=1000×0.05×1.426/(1×10-3)=71300,λ1=0.3164/Re10.25=0.02Re2=ρd2u2/μ=1000×0.075×0.634/(1×10-3)=47775,λ2=0.3164/Re10.25=0.0214∴Ｈ=[0.02×(15/0.05)+6]1.4362/2g+0.0214×(24/0.075)×(0.6342/2g)+0.6342/2g=1.42m即贮槽内液面需高出管路约1.4m二、（16分）有一加热釜,内放质量为1000kg,比热为4.18kJ/kg·℃的液体,现用一蛇管加热器加热,蛇管内通入120℃的饱和蒸汽,放出潜热后以饱和态的凝液离开蛇管,釜内的液体从40℃被加热到100℃。已知釜周围的环境温度为20℃,釜的外壁与环境间的对流-辐射联合传热系数为αT=12W/m2℃。釜内液体的温度均匀。釜的外壁温度可认为与釜内液体温度相同。蛇管内的蒸汽与蛇管外的液体间的传热系数为K=1000W/m2℃。蛇管的传热面积为1m2,釜的外壁散热面积为10m2。试计算:(1)加热釜内液体所需的时间;(2)釜内液体被加热可达到的最高温度。(假定金属器皿的热容量可以略去不计。)[W=1000kg,Cp=4.18kJ/kg.℃,T=120℃,t1=40℃,t2=100℃,t=20℃,аT=12w/m2·℃,K=1000W/m2·℃,A1=1m2A2=10m2,求：所需加热时间；（２）釜内加热最高温度。]SOLU:dQ=KA1(T-t)dτ=WCpdt+аTA2(t-t0)dτ,解出τ=7510s=2.09hτ=∫℃所以所需加热时间2.09h;釜内加热最高温度可达109.3℃三、（16分）有一个双元系溶液,其轻重组份间的相对挥发度α可取等于2,两个组份的摩尔气化潜热相同。今用一精馏塔来分离这两个组份。进料为汽、液混合物,其汽、液摩尔数各占一半,其混合组成为含易挥发组份0.5摩尔分率。欲使馏出液中含易挥发组份0.9摩尔分率,釜液中含易挥发组份0.05摩尔分率。塔在常压下作连续操作。试计算:(1)最小回流比;(2)当操作回流比取最小回流比的1.2倍,冷凝器为全凝操作时,从由上向下数的第二块理论塔板下降液体的组成。[а=2,q=1/2,xF=0.5,xD=0.9,xw=0.05,求：Rmin;(2)R=1.2Rmin，全凝器，x2=?]SOLU：平衡线y=аx/[1+(а-1)а]=2x/(1+x)----(1)进料线y=qx/(q-1)-xF/(q-1)=-x+1Rmin=(xD-ye)/(ye-xe)由上两根线求出xe=0.414,ye=0.586∴Rmin=(0.9-0.586)/(0.586-0.414)=1.83R=1.2Rmin=2.2精馏线y=Rx/(R+1)+xD/(R+1)=0.6875x+0.2813----(2)y1=xD=0.9(1)x1=0.82(2)y2=0.8438(1)x2=0.73即第二块理论塔板下降液组成为0.73.四、（16分）在总压为760mmHg柱下,将相对湿度为80%,温度为20℃,含有10kg绝对干燥空气的湿空气,通过一间壁式换热器加热到150℃。(1)试求预热该湿空气所需的热量,和预热后该湿空气的体积。(2)如将此预热后的湿空气使其沿绝热饱和过程正好达到饱和,试述求此绝热饱和温度及其湿含量的计算方法(时间不够时,第(2)小题可不必算出结果)。已知干空气的平均定压比热为1010J/kg·k水汽的平均定压比热为1880J/kg·k,0℃时水的汽化潜热为2492000J/kg水的平均比热为4180J/kg·k水的蒸汽压可用Antoine方程计算ln(p)=18.3036-3816.44/(T-46.13)其中蒸汽压P以mmHg柱表示,温度T以K表示。假定湿空气可认为是理想气体。空气的摩尔质量取28.96kg/kmol。[P=760mmHg,ф0=0.8,t0=20℃,m干空气＝10kg,t1=150℃,求：（１）QP；Ｖ１；（２）沿绝热饱和过程达饱和，tas=?,X=?(Cp=1.01kJ/kg.K,CL=1.88kJ/kg.k,r0=2492kJ/kg,LnP=18.3036-3816.44/(T-46.13)P—mmHg,T-K,M=28.96)]SOLU:(1)将T0=20+273.15=293.15K代入公式得P0=exp[18.3036-3816.44/(293.15-46.13)]=17.35mmHgP1=exp[18.3036-3816.44/(150+273.15-46013)]=3572.26mmHgH0=0.622PW/(P-PW),PW=ф0P0=0.8×17.35,H0=0.0116∴Ｉ0=(1.01+1.88H0)t0+2492H0,Ｉ1=(1.01+1.88H1)t1+2492H1H0=H1∴QP＝Ｌ（Ｉ１－Ｉ０）＝L(1.01+1.88H0)(t1-t0)＝10×(1.01+1.88×0.0116)×(150-20)＝1341.35kJ/h湿比容：单位质量绝干空气体积及其所带水汽体积之和：υH1=(0.772+1.244H0)×(273+t0)/273=(0.772+1.244×0.0116)×(273+150)/273=1.218V1=υH1L=10×1.218=12.18m3/h由湿焓图知由图中Ａ点沿绝热饱和线至Ｂ点，则H′即为所求湿含量。五、问答：（略）1992年（共五大题，十小题）一、（16分）20℃之水自一个大贮槽中流出,流经总长度为39m的水管后,排入大气。从贮槽流出的前15m管路的内径是50mm,后24m路的内径是75mm。如果管路上的摩擦系数可按λ=4f=0.3164/Re0.25式子计算,其中λ为摩擦系数,f为范宁因子,Re=duρ/μ,d为管径,u为管内流体平均速度,ρ和μ分别为流体的密度和粘度。试求当流量需为0.0028m3/s时,贮槽内的液面需高出管路的出口多少米。前小管上装有一个其阻力系数ζ=6.0的全开的标准阀。已知20℃时水的粘度为1厘泊.)[20℃,L=39mm,大气前15m,50mm;后２4m,75mmλ=4f=0.3164/Re0.25,Re=ρdu/μ,ζ=6.0,μ=1cp,求V＝0.0028m3/s时的Ｈ=?(LeA=15m,LAB=24m)]SOLU:V=0.0028m3/s,u=4V/πd2∴uOa=4×0.0028/(π×0.052)=1.426m/suAB=4×0.0028/(π×0.0752)=0.634m/s在Ｏ－Ｂ之间进行衡算，Et0=EtB+WfeabH=(λ1LeA/deA+ζ)(ueA2/2g)+(λ2LAB/dAB)(uAB2/2g)+uAB2/2gRe1=ρd1u1/μ=1000×0.05×1.426/(1×10-3)=71300,λ1=0.3164/Re10.25=0.02Re2=ρd2u2/μ=1000×0.075×0.634/(1×10-3)=47775,λ2=0.3164/Re10.25=0.0214∴Ｈ=[0.02×(15/0.05)+6]1.4362/2g+0.0214×(24/0.075)×(0.6342/2g)+0.6342/2g=1.42m即贮槽内液面需高出管路约1.4m二、（16分）有一加热釜,内放质量为1000kg,比热为4.18kJ/kg·℃的液体,现用一蛇管加热器加热,蛇管内通入120℃的饱和蒸汽,放出潜热后以饱和态的凝液离开蛇管,釜内的液体从40℃被加热到100℃。已知釜周围的环境温度为20℃,釜的外壁与环境间的对流-辐射联合传热系数为αT=12W/m2℃。釜内液体的温度均匀。釜的外壁温度可认为与釜内液体温度相同。蛇管内的蒸汽与蛇管外的液体间的传热系数为K=1000W/m2℃。蛇管的传热面积为1m2,釜的外壁散热面积为10m2。试计算:(1)加热釜内液体所需的时间;(2)釜内液体被加热可达到的最高温度。(假定金属器皿的热容量可以略去不计。)[W=1000kg,Cp=4.18kJ/kg.℃,T=120℃,t1=40℃,t2=100℃,t=20℃,аT=12w/m2·℃,K=1000W/m2·℃,A1=1m2A2=10m2,求：所需加热时间；（２）釜内加热最高温度。]SOLU:dQ=KA1(T-t)dτ=WCpdt+аTA2(t-t0)dτ,解出τ=7510s=2.09hτ=∫℃所以所需加热时间2.09h;釜内加热最高温度可达109.3℃三、（16分）有一个双元系溶液,其轻重组份间的相对挥发度α可取等于2,两个组份的摩尔气化潜热相同。今用一精馏塔来分离这两个组份。进料为汽、液混合物,其汽、液摩尔数各占一半,其混合组成为含易挥发组份0.5摩尔分率。欲使馏出液中含易挥发组份0.9摩尔分率,釜液中含易挥发组份0.05摩尔分率。塔在常压下作连续操作。试计算:(1)最小回流比;(2)当操作回流比取最小回流比的1.2倍,冷凝器为全凝操作时,从由上向下数的第二块理论塔板下降液体的组成。[а=2,q=1/2,xF=0.5,xD=0.9,xw=0.05,求：Rmin;(2)R=1.2Rmin，全凝器，x2=?]SOLU：平衡线y=аx/[1+(а-1)а]=2x/(1+x)----(1)进料线y=qx/(q-1)-xF/(q-1)=-x+1Rmin=(xD-ye)/(ye-xe)由上两根线求出xe=0.414,ye=0.586∴Rmin=(0.9-0.586)/(0.586-0.414)=1.83R=1.2Rmin=2.2精馏线y=Rx/(R+1)+xD/(R+1)=0.6875x+0.2813----(2)y1=xD=0.9(1)x1=0.82(2)y2=0.8438(1)x2=0.73即第二块理论塔板下降液组成为0.73.四、（16分）在总压为760mmHg柱下,将相对湿度为80%,温度为20℃,含有10kg绝对干燥空气的湿空气,通过一间壁式换热器加热到150℃。(1)试求预热该湿空气所需的热量,和预热后该湿空气的体积。(2)如将此预热后的湿空气使其沿绝热饱和过程正好达到饱和,试述求此绝热饱和温度及其湿含量的计算方法(时间不够时,第(2)小题可不必算出结果)。已知干空气的平均定压比热为1010J/kg·k水汽的平均定压比热为1880J/kg·k,0℃时水的汽化潜热为2492000J/kg水的平均比热为4180J/kg·k水的蒸汽压可用Antoine方程计算ln(p)=18.3036-3816.44/(T-46.13)其中蒸汽压P以mmHg柱表示,温度T以K表示。假定湿空气可认为是理想气体。空气的摩尔质量取28.96kg/kmol。[P=760mmHg,ф0=0.8,t0=20℃,m干空气＝10kg,t1=150℃,求：（１）QP；Ｖ１；（２）沿绝热饱和过程达饱和，tas=?,X=?(Cp=1.01kJ/kg.K,CL=1.88kJ/kg.k,r0=2492kJ/kg,LnP=18.3036-3816.44/(T-46.13)P—mmHg,T-K,M=28.96)]SOLU:(1)将T0=20+273.15=293.15K代入公式得P0=exp[18.3036-3816.44/(293.15-46.13)]=17.35mmHgP1=exp[18.3036-3816.44/(150+273.15-46013)]=3572.26mmHgH0=0.622PW/(P-PW),PW=ф0P0=0.8×17.35,H0=0.0116∴Ｉ0=(1.01+1.88H0)t0+2492H0,Ｉ1=(1.01+1.88H1)t1+2492H1H0=H1∴QP＝Ｌ（Ｉ１－Ｉ０）＝L(1.01+1.88H0)(t1-t0)＝10×(1.01+1.88×0.0116)×(150-20)＝1341.35kJ/h湿比容：单位质量绝干空气体积及其所带水汽体积之和：υH1=(0.772+1.244H0)×(273+t0)/273=(0.772+1.244×0.0116)×(273+150)/273=1.218V1=υH1L=10×1.218=12.18m3/h由湿焓图知由图中Ａ点沿绝热饱和线至Ｂ点，则H′即为所求湿含量。五、问答：（略）1994年（共七大题）1．（12分）用一条水管将两个水位差为6m的水库连通。管线总长为720m,在离高位水库240m管线上的C点处于管线的最高位置,C点高出高位水库的水面3m。管线的直径为1m,水在该管内流动的摩擦系数λ=0.04。试求(1)管内的流量,以m3/h表示;(2)点C的流体压力。如果管线在点C发生破裂,将会发生什么现象。[LAB=720mm,LAC=240mm,HCA=-3m,HCB=-6m,d=1m,λ=0.04,求：(1)Q；（２）Pc,若c破裂，发生什么现象？]Solu:(1)列０－１间的衡算式Et0=Et1+Wf0-1即ＨCA=ＨCB+Wf0-1=ＨCB+λ(LAB/d)(u2/2g)∴u＝[(2dg/λLAB)(ＨCA-ＨCB)]0.5=2.02m/sQ=Au=πud2/4=1.59m3/s=5709m3/h即管内流量为5709m3/h(2)列０－Ｃ间的衡算式Et0=Etc+Wf0-c即Pa/ρg=Pc/ρg+λ(LAc/d)(u2/2g)+(u2/2g)+Hc∴Pc=Pa-（λLAc/d＋１)(ρu2)/2-ρgHc＝80677Pa如果Ｃ点破裂，Pa=Pc假设此时水管中的水静止则u=0那么EtA=Pa/ρEtC=Pc/ρ+g(Hc-HA)则EtC＞EtA则水将由C点回流至A2．（12分）用一直径为200mm的管道将一高位水库中的水引到水库水面以下70m处排入大气,管线全长为100m。管线上装有一水轮机,用它来带动发电机发电。已知管路的摩擦系数λ=0.03,试求：(1)每kg水流经水轮机时,所能提供能量的表达式;(2)管内的水流经水轮机时,所能提供功率的表达式;(3)如水轮机-发电机组的效率为60%,试求最大发电功率.[d=200mm,H=70m,L=100m,λ=0.03,求：每kg水提供能量的表达式;提供功率的表达式；η=60%时，Nmax＝？]SOLU:在０－１间划定衡算范围，ByBernoulli-LawEt0=Et1+Wf0-1,H0=λ(L/d)(u2/2g)所以流速u＝[2Ｈ0dg/λL]0.5=9.57m/s设水轮机Ａ置于距出口Ｈ米处，在Ａ－１间进行衡算，EtA=Et1+WfＡ-1=Pa/ρ+λ(Hu2/2d)=101.325+6.87H∴每kg水提供能量的表达式为EtA=101.325+6.87Ｈ提供功率的表达式为Ｎ＝ρVEtA,V=uA∴Ｎ＝ρuAEtA＝3.04×104+2.064×103H∴η＝0.6时，Ｎ′＝Ｎ／η＝5.07×104+3.44×103H∴Ｎmax′=Ｎ´(H=70m)=2.91×105W=291.466kW∴每kg水流经水轮机时，提供能量表达式为EtA=101.325+6.87H每kg水流经水轮机时，提供功率的表达式为Ｎ＝3.04×104+2.064×103Hη=60%时，最大发电为291.466kW3．（12分）有两个铜质薄球壳,内球壳外径为0.05m,外球壳内径为0.1m,两球壳间装入一种其导热系数待测的粉粒料。内球内用电加热,输入电功率为50W,热量稳定地传向外球,然后散发到周围大气中。两球壁上都装有热电偶,测得内球壳的平均壁温为120℃,外球壳的平均壁温为50℃，周围大气环境温度为20℃,设粉粒料与球壁贴合,试求:(1)待测材料的导热系数;(2)外球壁对周围大气的传热系数。[d=0.05,D=0.1,N=50w,T1=50℃,T2=120℃,t0=20℃,求：（１）а１；（２）Ｋ]SOLU:(1)Q=а１Am(T2-T１),其中，Am＝（A１－A２）／[ln(A1/A2),A１=4πD2,A2=4πd2,∴а１＝[2Qln(D/d)]/[π(D2-d2)(T2-T１)]=10.5W/m2.℃(2)Q=kAw(tw-t)=kA1(T1-t0)∴k=Q/A1(t1-t0)=50/[4π×0.12×(50-20)]=13.26w/m2.℃∴待测材料的导热系数为10.5W/m2.℃；外球壁对周围大气的传热系数为13.26W/m2℃.4．（12分）一油槽内装有1吨热的重油,用冷却水流经装于油槽内的盘管式换热器以冷却重油。已知冷却水的流量2kg/s,水的进口温度维持为20℃不变。由于油-水间的换热,2小时内将油从120℃冷却到80℃,已知冷却盘管的传热面积为2m2,试核算该换热器的传热系数。已知水的比热为4.18kJ/(kg·K),重油的比热为3.00kJ/(kg·K),槽内油温均匀一致,并可略去热损失。[W=1T=103kg,ms2=2kg/s,t1=20℃,τ=2hr,T1=120℃,T2=80℃,A=2m2,Cp2=4.18kJ/kgK,Cp1=3.00kJ/kgK,QL=0,求Ｋ.]SOLU:Q=KAΔtmτ=Wcp1(T1-T2)=ms2Cp2(t2-t1)τt2=t1+WCp1(T1-T2)/(ms2Cp2τ)=22℃Δtm=[(T1-t2)-(T2-t1)]/Ln[(T1-t2)/(T2-t1)]=77.45℃K=WCp1(T1-T2)/AΔtmτ=0.1W/m2K即该换热器的传热系数为0.1W/m2K.5．（12分）有一面积为10cm2带有保护套的热电偶嵌入一输送空气的长管内,用来测量空气的温度。已知热电偶的温度读数为300℃,输气管的壁温为200℃,空气对保护套管的对流传热系数为60W/(m2·K),该保护套管的黑度为0.8,试估算由于辐射所造成的气体温度测量误差。并试述减小测量误差的途径.已知Stefan-Boltzmann常数σ=5.67×10-8W/(m2·k4)。[A=10cm2,T1=300℃,Tw=200℃,а1=60W/m2K,ε1=0.8,Co=5.67×10-8W/m2K4,求误差及减小误差途径?]SOLU:设气体温度的真实值为Tg,遮垫罩表面温度Ｔ２，热电偶指示温度Ｔ１′，则：q=а1(Tg-T1)=ε1Co[(T1/100)4-(TW/100)4],得Tg=343.7℃气体以对流方式传给遮热罩内外表面的传热速率，q1=2а1(Tg-T1)＝２×60×(343.7-T2)遮热罩对管壁的散热速率q２＝εCo[(T2/100)4-(TW/100)4],q1=q2于是可从两式用试差法求出遮垫壁温Ｔ２＝590K气体对热电偶的对流传热速率q３=а1(Tg-T1)＝60×(343.7＋273.15-T1′)=37011-60T1′热电偶对遮热罩的辐射散热速率q４＝εCo[(T1′/100)4-(T２/100)4]＝4.536(T1′/100)4-5496.43由q３＝q４，求出热偶的指示温度Ｔ１′＝606.3K此时，测温误差（绝对误差）为606.3-573.15=33.15K,相对误差为5.5%.不用遮热罩时的测温绝对误差为343.7-300=43.7k,相对误差为7.1%.所以采用遮垫罩可减小测量误差；另外，可通过降低热电偶黑度，提高气体对热电偶的局部给热系数，加强管道保温措施等方法以提高壁温减小误差。6．（12分）有一常压连续操作的精馏塔用来分馏苯-甲苯混合液。塔顶设有一平衡分凝器,自塔顶逸出的蒸气经分凝后,液相的摩尔数为气相摩尔数的一倍,所得液相全部在泡点下回流入塔,所得气相流经全凝器冷后作为产品取出。已知产品中含苯为0.95摩尔分率,苯对甲苯的相对挥发度可取2.5。试计算自塔顶向下数第二块理论板的上升蒸气组成。[平衡分凝器，Ｌ＝Ｄ，xD=0.95,а=2.5求y2]SOLU:R=L/D=1所以精馏段操作线y=Rx/(R+1)+xD/(R+1),=0.5X+0.475---(1)平衡线y=аx/[1+(а-1)x]=2.5x/1+1.5x,x=y/(2.5-1.5y)—(2)y1=xD=0.95(2)x1=0.884(1)y2=0.917即第二块理论板上升蒸汽组成为0.917顶逸出的蒸气经分凝后,液相的摩尔数为气相摩尔数的一倍,所得液相全部在泡点下回流入塔,所得气相流经全凝器冷后作为产品取出。已知产品中含苯为0.95摩尔分率,苯对甲苯的相对挥发度可取2.5。试计算自塔顶向下数第二块理论板的上升蒸气组成。7．（12分）将20℃压力为101.3kPa、相对湿度为70%的空气经间壁式换热器加热到120℃后,送入一对流式干燥器,用来干燥400kg/h的固体湿物料。已知湿物料的初始湿含量为10%,最终湿含量为1%(皆为湿基百分率)。空气离开干燥器时的温度为60℃,相对湿度30%,试求(1)空气自预热器出口的相对湿度;(2)产品量,kg/h;(3)干空气用量,kg/h;(4)预热器加热量;(5)如干燥器入口处,热空气的线速度为0.4m/s,试求该圆筒形干燥器的直径。已知：干空气比热为1.01kJ/(kg·K);水汽比热为1.88kJ/(kg·K);水在0℃时的汽化热为2492kJ/kg,水的蒸汽压方程为lnp=23.1964-3816.44/(T-46.13),p以Pa表示,T以K表示.[t0=20℃,P=101.3kPa,ф0=70%,t1=120℃,G1=400kg/h,w1=10%,w2=1%,t2=60℃,ф2=30%,Ca=1.01kJ/kg.℃,Cw=1.88kJ/kg.℃,r0=2492kJ/kg,LnP=23.1964-3816.44/(T-46.13),(T-k,P-Pa),求：（１）ф1;(2)G2;(3)L(kg/h);(4)Qp;(5)u1=0.4m/s,D=?]SOLU:(1)LnPS,0=23.1964-3816.44/(t0+273.15-46.13)∴PS,0＝2313.4Pa,P0=фPS,0=1619.4PaH0=0.622P0/(P-P0)=0.01=H1=0.622P1/(P-P1),→P0=P1→ф0PS,0=ф1PS,1LnPS,1=23.1964-3816.44/(t1+273.15-46.13)PS,1=198520.5Pa∴ф１＝y0PS,0/PS,1=0.816%(2)W=G1(w1-w2)/(1-w2)=G2(w1-w2)/(1-w1),G2=G1(1-w1)/(1-w2)∴G2=363.6kg/h(3)W=G1(w1-w2)/(1-w2)=36.36kg/hLnPS,2=23.1964-3916.44/(t1+273.15-46.13)PS,2=19922.92PaP2=ф2PS,2=5976.88Pa,H2=0.622P2/(P-P2)=0.04∴L=W/(H1-H2)=W/(H2-H0)=1254.2kg/h=0.35kg/s(4)Qp=L(I1-I0)=LCH1(t1-t0)=0.35×(1.01+1.88×0.01)×(120-20)=35.84kJ/s(5)υH=(0.772+1.244H)(237+t)/237,υH1=1.129VA=υHL=0.395m3/s,VA=Au=uπd2/4,d=(4VA/uπ)0.5=1.12m所以预热器出口相对湿度为0.816%；产品量363.6kg/h,干空气量0.35kg/s;预热器加热量为35.84kJ/s,干燥器直径1.12m。1995年试题（共四大题，二十五小题）选择题1．图1所示为一异径管段,从A段流向B段时测得U形压差的读数为R=R1,从B段流向A段测得U形压差计读数为R=R2。若两种情况下的水流量相同,则有()AB图1(A)|R1|>|R2|;(B)R1=R2;(C)|R1|<|R2|;(D)R1=-R2[A→B,R1;B→A,R2.则]ANALYSIS:A→B时,ＥtA=ＥtB+WfABB→A时,ＥtB=ＥtA+WfBAuA2/2g+PA/ρɡ=uB2/2g+PB/ρɡ+(λL/d+ζ1)uB2/2g,PA-PB=(ρ0-ρ)gR1uB2/2g+PB/ρɡ=uA2/2g+PA/ρɡ+(λL/d+ζ2)uB2/2g,PB-PA=(ρ0-ρ)gR2(R1-R2)(ρ0-ρ)/ρ=(ζ1-ζ2)uB2/2g+2(uB2/2g–uA2/2g)忽略ζ1，２的大小关系，知uＢ＞uＡ则Ｒ１＞Ｒ２，选择（Ａ）2．用离心通风机将5000kg/h的空气输入加热器中,由20℃加热至140℃,对于该风机安装于加热器前或加热器后两种情况,有()需要输送的流量不变,但需要的全风压要变;需要的全风压不变,但需要的流血量要变;需要输送的流量和需要的全风压都要变;(D)需要输送的流量和需要的全风压都不变。[Ｑ＝5000kg/h,20℃→140℃,风机装于加热器前后，则＿＿]提示：由于气体密度在加热器前后发生变化，从而流量与全风压都将改变。5．套管冷凝器的内管走空气,管间走饱各水蒸汽,如果蒸汽压力一定,空气进口温度一定,当空气流量增加时,空气出口温度()(A)增大;(B)减小;(C)基本不变;(D)不确定[ms2↑,CR=0，则]AnaLysis：（１）CR=0,NTU2=KA/(msCp)2↓→ε2=(t2-t1)/(T1-t1)↓∴t2↓，即空气出口温度降低。7．在一个低浓度液膜控制的逆流吸收塔中,若其他操作条件不变,而液量与气量成比例同时增加,则回收率将()(A)增加;(B)减少;(C)不变;(D)不定。[液漠控制，逆流吸收，Ｌ／Ｇ不变，L、G↑，ф?]Analysis:h=HOGNOG,HOG=G/Kya∝G0.3∴ＮOG↓,1/A=Gm/L不变，，→Ｒ↓Ｒ＝（yb-mxa）/（ya-mxa）↓→ya↑,ф=(yb-ya)yb=1-ya/yb↓即回收率减小二、填空题（20分）3．在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,则沉降时间______________,允许气流速度________________,生产能力_________________。[H↑.t,u,V?]ANALYSIS:u=(ρ0-ρ)gd2/18μ不变,V=uA不变，t=H/u↑所以：沉降时间上升，允许气流速度不变，生产能力不变。三、分析题（10分）某厂用清水在填料塔中逆流吸收排放气中的有害组分A。进塔气中的摩尔分率为y1=0.02,清水用量为最小用量的1.15倍。出塔所达到排放标准y2=0.002。已知相平衡关系为y=1.5x,吸收过程为气膜控制。因工艺改造原因使入塔气浓度上升到y1=0.0025并要求液气比保持不变。问能否通过增加填料层高度的方法保持出塔气浓度仍达到排放标准。[x2=0逆流吸收，y1=0.02,L=1.15Lmin,,y2=0.002,y*=1.5x，气膜控制，现y1′=0.025,L/G不变，问h改变，y2能否继续满足要求？]SOLU:(L/G)min=(y1-y2)/(x1*-x2)=m(y1-y2)/y1=1.35L/G=1.15(L/G)min=1.55251/A=mG/L=1.5/1.5525=0.966不变,h=HOGNOG,其中HOG＝G/Kya不变,NOG↑1/A不变NOG↑→Ｒ1=(y1-mx2)/(y2-mx2)=y1/y2↑所以y1↑时可通过增高h来满足y2的要求，并且，当NOG上升时，气液于塔底达平衡，故能达到指定要求。四、计算题（60分）1．（10分）在一内径为0.25(cm)的管的轴心位置上,穿一直径为0.005(cm)的细导线,用以测定气体的导热系数。当导线通以0.5(A)的电流时,产生的电压降为0.12(V/cm)。测得导线温度为167℃,空心管内壁温度为150℃。(1)试求充入管内之气体的导热系数;(2)试分析仪器精度以外造成结果误差的客观原因。[D=0.25cm,d=0.005cm,I=0.5A,U=0.12V/cm,T1=167℃,TW=150℃,求：（１）а；（２）误差原因。]SOLU:Q=IVι(ι为金属丝长度／cm)Q=аTA(t-tw),其中，A=πdL∴IUL=аTπdι(t-tw),аT=IU/πd(t-tw)=22.47W/m2K所以充入管内之气体的导热系数为22.47W/m2K.造成误差的客观原因为管内的传热过程实质上是热对流和幅射传热共同进行的过程，在传递过程中，存在热损失.2.（15分）某生产系统要求以4(kg/s)的流量将容器A中的饱和液体用离心泵送至容器B(见图2)。两容器中的液面高度维持恒定。液体的密度为800(kg/m3)、粘度为0.0015(Pa·s)。已知:高差ZAC=9(m)、ZBC=20(m);管长(包括当量长度在内)LAC=20(m)、LBC=50(m);压力表读数PA=0.02(MPa)、PB=0.12(MPa);管路采用φ57×3.5的无缝钢管。现因原有的输送泵损坏,拟将库存的一台离心泵换上。该泵的铭牌上标明扬程为40(m),流量为20(m3/h),允许汽蚀裕量为2.3(m),均小于原有泵的值。试校核库存泵是否能完成此输送任务?[G=4kg/s,ρ=800,μ=0.0015,ZAC=9,ZBC=20,LAC=20,LBC=50,PA=0.02,PB=0.112,Φ57×3.5,泵：Ｑ′＝２０m3/h,He′=40,Δh′=2.3m,问该泵能否满足要求?]SOLU:V=G/ρ=4×3600/800=18m3/h<Ｑ′＝２０m3/h,即流量满足要求。在Ａ－Ｂ之间进行能量衡算，EtA+We=EtB+WfAB,即ＰA/ρg+ZAC+He=ＰB/ρg+ZBC+HfAB---(1)HfAB=λ(L/d)(u2/2g)---(2)u=V/A=(18/3600)/(0.785×0.052)=2.55m/sRe=ρdu/μ=6.8×104,λ=0.3164/Re0.25=0.02代入（１）（２）得He=(PA-PB)/ρg+(ZBC-ZAC)+HfAB=33m<He′∴扬程满足要求。Δh允＝Δh＋0.3=Pe/ρg+ue2/2g-Pv/ρg+0.3=PA/ρg+ZAC-λ(LAC/d)(u2/2g)-Pv/ρg+0.3=1.59m<h即气蚀余量满足要求所以泵能满足要求3.（15分）某物料初始含水量X1=0.362(kg水/kg干料),要求干燥到X2=0.05(kg水/kg干料)。经实验测得临界含水量Xc=0.187(kg水/kg干料),等速阶段的干燥时间为2.75小时。如将将速阶段的干燥速度曲线作为通过原点的直线处理,试估算整个干燥过程所需的时间。[X1=0.365,X2=0.05XC=0.187,τ1=2.75hr,X*=0,求：τ1＋τ２]SOLU:τ1=（X1-X2）GC/VCA,GC/VCA=τ1/（X1-X2）=15.7降速阶段τ2=(GC/VCA)（Xc-X*）Ln[(Xc-X*)/(X2-X*)]=3.876hr∴τ1＋τ２＝6.626hr4．（20分）一连续精馏塔每小时处理100(kmol)二元理想溶液,塔内的平均相对挥发度为2.5,进料中轻组分摩尔率为0.44,塔顶产品流量为44(kmol/h)。已知:精馏段操作线方程为y=0.75x+0.24,q线方程为y=-0.5x+1.5xF,Gilliland关联可表为(N-Nmin)/(N+1)=0.75{1-[(R-Rmin)/(R+1)]0.567}试求:(A)回流比R;(B)塔顶产物组成xD和塔底产物组成xW;（C）理论板数NT和加料板位置NF。(捷算法)[F=100,а=2.5,xF=0.44,D=44,精y=0.75x+0.24,q线y=-0.5x+1.5xF,Gillilend关联式（N-Nmin）/(N+1)=0.75{1-[(R-Rmin)/(R+1)]0.567}求：R;(2)xD和xW;(3)N和NF（捷算法）]SOLU:由精馏线y=0.75x+0.24,R/(R+1)=0.75,xD/(R+1)=0.24∴Ｒ＝３,xD=0.96,又W/F=(xD–xF)/(xD-xW)得xw=xD–(F/W)(xD–xF)=0.0314,q=1/3.Nmin=Log{[xD/(1-xD)]·[(1-xW)/xW]}/Logа-1=6.21又y=аx/[1+(а-1)x]与y=-0.5x+1.5xF,得x=0.096,y=0.512Rmin=(xD-y)/(y-x)=2.07,（N-Nmin）/(N+1)=0.75×(1-0.4373)N=11.475即理论板数Ｎ约为11.5块；精馏段Nmin=Log{[xD/(1-xD)]·[(1-xF)/xF]}/Logа-1=2.73,求出NF=5.454即加料板位置NF约为第6块.1996年试题（共四大题、二十三小题）一、选择题（20分）2．在板框压滤机中,如滤饼的压缩指数S=0.4且过滤介质阻力可忽略,则当过滤的操作压力增加到原来的2倍后,过滤速率将为原来的()倍。A)1.3B)1.2C)1.4D)1.5[s=0.4,P′=2P,(dV/dτF)′/(dV/dτF)=?]ANALYSIS:dV/dτF=KA2/2(V+Ve),K=2ΔP1-s/μrc∴(dV/dτF)′/(dV/dτF)=（ΔP′／ΔP）1-s=20.6=1.52即过滤速率为原来的1.52倍.5．精馏塔设计时,若F、xF、xD、xW和V′(塔釜上升蒸汽量)均为定值,将进料热状态从q=1改为q>1,则设计理论板数()。A)减少B)不变C)增加D)的变化不确定[F、xF、xD、xW、V′不变q=1→q>1,NT=?]ANALYSIS:D/F=(xF-xW)/(xD-xW)不变,W／F=(xD-xF)/(xD-xW)不变，D,W不定.Ｖ′＝V-(1-q)F=(R+1)D-(1-q)F,Ｖ＝V′+(1-q)Fq↑,V↓,V=(R+1)D,R↓L′=V′+W不变,L′／V′不变，Ｌ／Ｖ＝Ｒ↓,∴NT↑二、填空题（20分）１、如下图所示管路中,将支管A的阀门开大,则A管流量_______,B管流量_______,总管流量_______,压力表读数_____。Analysis:A阀开大，ＶA↑,V↑→P↓→VB↓4．在一列管换热器中用壳程的饱和蒸汽加热管程的液体(无相变)。若饱和蒸汽压力增大,而液体的流量和进口温度不变,则液体出口温度________,蒸汽侧的对流传热系数_______。[PS↑,ms2、t1不变，t1、а１？]ANALYSIS:Q=ms2cp2(t2-t1)=KAΔtm=W1r0Ps↑,r0↑,Q↑,t2↑,а１几乎不变化，的流量和进口温度不变,则液体出口温度________,蒸汽侧的对流传热系数_______。5．拟设计一座用清水吸收NH3的吸收塔,已规定出塔气中的NH3浓度不得大于给定值。若进塔气中NH3含量增大,则最小液气比将_______。[x2=0,y2给定，y1↑,(L/G)min?]ANALYSIS:(L/G)min=(y1-y2)/(x1*-x2)=m(y1-y2)/y1=m(1-y2/y1)y1↑,1-y2/y1↑,(L/G)min↑6．一操作中的精馏塔在保持F、xF、q、V′不变的情况下增大回流比R,则xD______,xW____________。[F、xF、q、V′不变，Ｒ↑,xD，xw1?]Analysis:V′=V-(1-q)F,V不变;V=(R+1)D,R↑,D↓L/D=R/(R+1)=1/(1+1/R)↑L′=V′+W=V′+(F-D)↑,L′/V′↑NT不变，由图可知xD↑，xW↑三、分析题1．用离心泵把江水送至敞口高位槽,若管路条件不变,而江面下降,则泵的压头、泵的流量、管路总阻力损失和泵出口压力表读数将如何变化?[管路条件不变，江面下降，He,V,Hf,P出？]ANALYSIS:Et0+We=Et1+Wf0-1即He=ΔZ+BQ2（管路）泵的特性曲线L=a-BQ2不变，现ΔZ↑，由图可知Q↓，Ｈe↑又B=(λι/d+∑ζ)(1/2gA2)几乎不变，∴Wf0-1＝BQ2↓，Ｈf0-1↓，Ｅt2=Ｅt2+Wf2-1P2/ρ+u2/2=P0/ρ+gΔΖ1-2+gHf2-1∴（P2－P0）/ρ＝gΔΖ1-2＋（λι/d+∑ζ-1）(u2/2)Q↓,u↓推出（P2－P0）/ρ↓,Ｐ出↓2.如下图,温度为t0、湿度为H0、流量为L的新鲜空气经一预热器(加热介质为饱和水蒸汽)后,进入干燥室。湿物料的流量为G1、进口温度为tM1、含水率W1,现气温下降致使t0下降,若保持L、H0、G1、tM1、W1及饱和水蒸汽压力不变,问H1、H2、t1、W2(干燥后物料的含水率)如何变化?[t0↓,L,H0,G1tm1w1qp不变H1H2t1w2？]ANALYSIS:qp=(I1–I0)L/W=CH1(t1–t0)L/W,t0↓→t1↓H0=0.622ф0PS0/(P-ф0PS0),H0不变，t0↓→PS0↓→ф0↑同理ф１↑：新鲜空气吸湿能力↑→Ｈ２↑,Ｗ＝Ｇ２(w1–w2)/(1–w1),G1,w1都不变，故G２,w２同方向变化；L(H2–H1)=W=G1–G2,H2↑→G2↓,w2↓∴结论:H1不变，t1↓，Ｈ２↑，w２↓四、计算题（45分）1．如右图所示,水通过倾斜变径管段AB。管径dA=100mm,dB=250mm,水流量为2.2m3/min。在截面A、B间接一U形管汞差压计,其读数R=20mmHg(汞密度为13600kg/m3)。A、B间的高差h=0.8m。试求:(1)A、B间的压差等于多少Pa?(2)AB管段的能头损失为多少mH2O?若管段水平放置而流量不变,定性讨论U形管汞差压计读数及A、B间压差的变化趋势。[dA=100mm,dB=250mm,V=2.2m3/min,R=20mmHg,(ρHg=13600kg/m3),h=0.8m,PA-PB=?(2)HfAB?并加以讨论.]SOLU:uA=V/AA=(2.2/60)/(0.785×0.12)=4.67m/s,uB=0.747m/sEtA=EtB+WfAB:PA/ρ+uA2/2=PB/ρ+uB2/2+gh+ghfAB∵PA＋ρgR=PB+ρ０gR+ρgh∴PA－PB＝（ρ－ρ０）gR+ρgh＝1.032×104Pa∴hfAB=(PA－PB)/ρg+(uA2-uB2)/2-h=1.335mH2O讨论：若将ＡＢ管水平放置，V不变，则h=0,R（ρ－ρ0）/ρ=HfAB-(uA2-uB2)/2g,即Ｒ值与PA，PB无关，只受流动阻力和速度变化影响，故Ｒ值不变化，PA－PB↓2．在一套管换热器中,用110℃的饱和水蒸汽将0.2kg/s的甲苯(Cp=1.84kJ/kgK)由30℃加热到70℃。甲苯在φ25×2.5mm的内管中流动。已知水蒸汽的冷凝对流传热系数为14000W/m2·K,甲苯的对流传热系数为1100W/m2·K,甲苯侧的污垢热阻为0.15×10-3m2K/W。试求所需的管长。若换热器的内管直径加大,壁厚不变,则所需管长将如何变化?[CP2=0.84kJ/kg.K,а0=14000W/m2K,аi=1100W/m2K,Ri=0.15×103m2K/W,求ι并定付论di↑时ι变化情况？]SOLU:以外径为基准，设管长ιm1/K=1/а0+Rid0/di+R0+(1/аi)(d0/di)推出K=716.7W/m2.K传热面积A=πd0ι=0.07854ι,Δtm=57.7℃Q=KAΔtm=ms2Cp2(t2－t1)=Wr0∴ι＝ms2Cp2(t2－t1)／0.0785KΔtm=4.53m讨论：∵ms2Cp2(t2－t1)／πd0KΔtm，其中只有d0K变化。∴1/(Kd0)=1/(d0а0)+Ri/di+R0+1/(аidi),di↑,d0-dI不变→d0↑→1/Kd0↓→Kd0↑→ι↓即在壁厚不变的情况下，增加内径所需管长减小。3．在填料高度为5.67m的吸收塔中用清水吸收空气中的氨。已知混合气含氨量为1.5%(体积),入塔气体流率G=0.024kmol/m2·s,吸收率为98%,用水量为最小水量的1.2倍,操作条件下的平衡关系为y=0.8x。求所用的水量和填料层的体积总传质系数.[h=5.67m,xa=0,yb=1.5%,G=0.024,Ф＝(yb-ya)/yb=0.98,L=1.2Lmin,y=0.8x,求Ｌ，Kya]SOLU:由Ф＝(yb-ya)/yb=0.98,yb=1.5%，设yc=0.03%∵xa=0∴（L/G）min=(yb-ya)/(xb*-xa)=mФ=0.784L=1.2Lmin=1.2G(L/G)min=0.02258kmoL/m2.s1/A=m/(L/G)=mG/L=0.85∴NOG=[1/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(yb-mxa)/(ya-mxa)+1/A]=3.13由HOG=h/NOG=G/Kya推出Kya＝NOGG／h=0.0133kmoL/m3.s4．拟用一座3块理论板(含塔釜)的精馏塔分离含苯50%(摩尔分率,下同)的苯一氯苯混合物,处理量F=100kmol/h,要求D=45kmol/h且xD>84%,若精馏条件为:回流比R=1,泡点进料,加料位置在第二块理论板,相对挥发度α=4.1,问能否完成上述分离任务?[NT=3,xF=0.5,F=100,D=45,xD>0.84,R=1, q=1,а=4.1,NT=2;问能否满足分离要求？]ANALYSIS:（１）校核xD大于0.84与否？（２）假设xD满足，求满足条件的xＷ′与要求的xD之大小关系?SoLution:设xD＝0.84,则W/F=(xD-xF)/(xD–xW′)推出xW′＝0.22182平衡线y=аx/[1+(а-1)x]=4.1x/(1+3.1x)---(1)精馏线y=Rx/(R+1)+xD/(R+1)=0.5x+0.42---(2)q=1,L′=L+qf=RD+F=145,V′=V=(R+1)D=90提馏线y=L′x/V′-WxW/V′=1.61x-0.61xWy1=XD=0.84（１）x1=0.56（２）y2=0.7（１）x3=0.36（３）yW=0.582-0.16xW∵xWyW满足（１）式求出xW=0.18<xW′∴xD能满足要求，即能完成分离任务1997年（共四大题，二十四小题）一、选择题（20分，每一选择2分）uu如图三根等径管(其内径d1=d2=d3)内的流量相同,二测压点间距离也相同。1d2u→d45d36—记ΔP1=P1-P2,ΔP2=P3-P4,ΔP3=P5-P6,则_______。(A)ΔP1=ΔP2=ΔP3(B)ΔP2>ΔP1>ΔP3(C)ΔP3>ΔP1>ΔP2(D)ΔP1>ΔP2>ΔP3(2)差压计读数R1、R2、R3间关系为___________。(A)R1=R2=R3(B)R2>R1>R3(C)R3>R1>R2(D)R1>R2>R3[d1=d2=d3u1=u2=u3ι1=ι2=ι3,则ΔPiRi大小关系?]ANALYSIS:首先Ｒi表示流速度化和摩擦阻损。Δua2=Δub2=Δuc2=0,hfa=hfa=hfaλ(ιi/dI)(ui2/2g)∴R1=R2=R3列１－２，３－４，５－６间的衡算关系式P1/ρg+u2/2g=P2/ρg+u2/2g+hfA,ΔP1/ρg=hfAP3/ρg+u2/2g=P4/ρg+u2/2g+hfB+h,ΔP2/ρg=hfB+hP5/ρg+u2/2g=P6/ρg+u2/2g+hfC-h,ΔP3/ρg=hfC-h∴ΔP３＜ΔP１＜ΔP２5.连续精馏塔操作中,如加料状况与塔顶产量D不变,而调节回流比小于最小回流比,则___。(A)xD、xW均增加;(B)xD、xW均不变;(C)不能操作;(D)xD减小,xW增加。[q,xf,F,D不变,R<Rmin,则xD、xW?]ANALYSIS:当R<Rmin时，三线（进料线、精馏线、提馏线）交于平衡线外侧。此时，将不能用增加理论塔板数的方法以达到分离要求，从而导致xD降低，xＷ增加，即整个塔的分离效率降低。二、填空题（20分，每小题2分）如下图所示的输水系统,若将B阀关小,而保持A阀、C阀的开度不变,则总管流速u_____,压力表读数____。ANALYSIS:Ｂ关小→ζB↑→uB↓u↓→p↓→uA↑