化工原理第二版贾绍义_夏清版课后习题答案天津大学

第一章流体流动 2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/? 的油品，油面高于罐底 6.9 m ，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm ，孔盖用14mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P 油 ≤ ζ螺解：P 螺 = ρgh ×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N ζ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P 油 ≤ ζ螺得 n ≥ 6.23 取 n min = 7 至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题

4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的

两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H = 1m ，U 管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg ／

?。试求当压差计读数R=68mm 时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。

分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1′和4－4′为等压面，2－2′和3－3′为等压面，且1－1′和2－2′的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Γh 在1－1′与2－2′截面之间 P 1 = P 2 + ρ水银gR ∵P 1 = P 4 ，P 2 = P 3 且P 3 = ρ煤油g Γh ， P 4 = ρ水g （H-h ）+ ρ煤油g （Γh + h ）联立这几个方程得到 ρ水银gR = ρ水g （H-h ）+ ρ煤油g （Γh + h ）-ρ煤油g Γh 即 ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据 1.03×103×1 - 13.6×103×0.068 = h(1.0×103-0.82×103) ｈ= 0.418ｍ 5．用本题附图中串联Ｕ管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，Ｕ管压差计的指示液为水银，两Ｕ管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：ｈ1﹦2.3m ，ｈ2=1.2m, ｈ3=2.5m,ｈ4=1.4m 。锅中水面与基准面之间的垂直距离ｈ5=3m 。大气压强ｐa = 99.3×103ｐａ。试求锅炉上方水蒸气的压强Ｐ。

分析：首先选取合适的截面用以连接两个Ｕ管，本题应选取如图所示的1－1截面，

再选取等压面，最后根据静力学基本

原理列出方程，求解

解：设1－1截面处的压强为Ｐ1

对左边的Ｕ管取ａ-ａ等压面，由静

力学基本方程

Ｐ0 + ρ水g(h 5-h 4) = Ｐ1 + ρ水银

g(h 3-h 4) 代入数据

Ｐ0 + 1.0×103×9.81×(3-1.4) = Ｐ1 + 13.6×103

×9.81×(2.5-1.4) 对右边的Ｕ管取ｂ-ｂ等压面，由静力学基本方程Ｐ1 + ρ水g(h 3-h 2) = ρ水银g(h 1-h 2) + ｐａ代入数据Ｐ1 + 1.0×103×9.81×﹙2.5-1.2﹚= 13.6×103×9.81×﹙2.3-1.2﹚ + 99.3×103 解着两个方程得Ｐ0 = 3.64×105Pa 6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920㎏／ｍ3 ,998㎏／ｍ3,Ｕ管中油﹑水交接面高度差R = 300 ｍｍ，两扩大室的内径D 均为60 ｍｍ，Ｕ管内径ｄ为6 ｍｍ。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解解：由静力学基本原则，选取1－1‘

为

等压面，

对于Ｕ管左边ｐ表 + ρ油

g(h 1+R) = Ｐ1

对于Ｕ管右边Ｐ2 = ρ水

gR + ρ油gh 2

ｐ表 =ρ水gR + ρ油gh 2 -ρ油g(h 1+R)

=ρ水gR - ρ油gR +ρ油g （h 2-h 1）

当ｐ表= 0时，扩大室液面平齐即 π （D/2）2（h 2-h 1）= π（d/2）2R h 2-h 1 = 3 mm ｐ表= 2.57×102Pa 7.列管换热气的管束由121根φ×2.5mm 的钢管组成。空气以9m/s 速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50℃﹑压强为196×103

Pa(表压)，当地大气压为98.7×103Pa 试求：⑴ 空气的质量流量；⑵ 操作条件下，空气的体积流量；⑶ 将⑵的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。解：空气的体积流量ＶS = uA = 9×π/4 ×0.02 2 ×121 = 0.342 m 3

/s 质量流量 w s =ＶS ρ=ＶS ×(MP)/(RT) = 0.342×[29×(98.7+196)]/[8.315×323]=1.09㎏/s 换算成标准状况 V 1P 1/V 2P 2 =T 1/T 2 ＶS2 = P 1T 2/P 2T 1 ×ＶS1 = (294.7×273)/(101×323) × 0.342 = 0.843 m 3/s 8 .高位槽内的水面高于地面8m ，水从φ108×4mm 的管道中流出，管路出口高于地面2m 。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按∑ｈf = 6.5 u 2

计算，其中u 为水在管道的流速。试计算： ⑴ A —A '

截面处水的流速； ⑵ 水的流量，以m 3

/h 计。分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用

的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面是高位槽1—1,和出管口 2—2,,如图所示，选取地面为基准面。解：设水在水管中的流速为u ，在如图所示的1—1, ，2—2,

处列柏努力方程 Z 1ｇ + 0 + Ｐ1/ρ= Z 2ｇ+ ｕ2

／2 + Ｐ2/ρ + ∑ｈf （Z 1 - Z 2）g = u 2/2 + 6.5u 2 代入数据 (8-2)×9.81 = 7u 2

, u = 2.9m/s 换算成体积流量 V S = uA= 2.9 ×π/4 × 0.12

× 3600 = 82 m 3/h 9. 20℃ 水以2.5m/s 的流速流经φ38×2.5mm 的水平管，此管以锥形管和另一φ53×3m 的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A 、B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经A ﹑B 两截面的能量损失为1.5J/㎏，求两玻璃管的水面差（以ｍｍ计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。分析:根据水流过A 、B 两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经Ａ﹑Ｂ两截面处的流速分别为u A 、 u B u A A A = u B A B ∴ u B = （A A /A B ）u A = （33/47）2

×2.5 = 1.23m/s 在Ａ﹑Ｂ两截面处列柏努力方程 Z 1ｇ + ｕ12／2 + Ｐ1/ρ = Z 2ｇ+ ｕ22／2 + Ｐ2/ρ + ∑ｈf ∵ Z 1 = Z 2 ∴ （Ｐ1-Ｐ2）/ρ = ∑ｈf +（ｕ12-ｕ22）／2 g （h 1-h 2）= 1.5 + (1.232-2.52) /2 h 1-h 2 = 0.0882 m = 88.2 mm 即两玻璃管的水面差为88.2mm 10.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为Ф76×2.5mm ，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按∑ｈf,1=2u 2，∑h f,2=10u 2计算，由于管径不变，故式中u 为吸入或排出管的流速ｍ/s 。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa （表压）。试求泵的有效功率。分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。解：总能量损失∑hf=∑hf+，1∑hf ，2 u 1=u 2=u=2u 2+10u 2=12u 2 在截面与真空表处取截面作方程： z 0g+u 02/2+P 0/ρ=z 1g+u 2/2+P 1/ρ+∑hf ，1 （ P 0-P 1）/ρ= z 1g+u 2

/2 +∑hf ，1 ∴u=2m/s ∴ w s =uA ρ=7.9kg/s 在真空表与排水管-喷头连接处取截面 z 1g+u 2/2+P 1/ρ+W e =z 2g+u 2/2+P 2/ρ+∑hf ，2 ∴W e = z 2g+u 2/2+P 2/ρ+∑hf ，2—（ z 1g+u 2

/2+P 1/ρ） =12.5×9.81+（98.07+24.66）/998.2×103+10×22 =285.97J/kg

N e = W e w s =285.97×7.9=2.26kw

11.本题附图所示的贮槽内径D 为2ｍ，槽底与内径d 0为33mm 的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高度h 0为2m （以管子中心线为基

准）。液体在本题管内流动时的全部能量损失可按∑h f =20u 2公式来计算，式中u 为液体在管内的流速m ／

s 。试求当槽内液面下降1m 所需的时间。分析：此题看似一个普通的解柏努力方程的题，分析题中槽内无液体补充，则管内流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的函数，抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程，积分求解。解：在槽面处和出口管处取截面1-1，2-2列柏努力方程

h 1g=u 2/2+∑h f =u 2/2+20u 2 ∴u=(0.48h)1/2=0.7h 1/2

槽面下降dh ，管内流出uA 2dt 的液体 ∴Adh=uA 2dt=0.7h 1/2A 2dt ∴dt=A 1dh/（A 20.7h 1/2）

对上式积分：t=1.⒏h 13. 用压缩空气将密度为1100kg/m 3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液

位恒定。管路直径均为ф60×3.5mm ，其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为∑ｈf ，AB =∑ｈf ，CD =u 2，∑ｈf ，BC =1.18u 2。两压差计中的指示液均为水银。试求当R 1=45mm ，

h=200mm 时：（1）压缩空气的压强P 1为若

干？（2）U 管差压计读数R 2为多少？

解：对上下两槽取截面列柏努力方程 0+0+P 1/ρ=Zg+0+P 2/ρ+∑ｈf

∴P 1= Zg ρ+0+P 2 +ρ∑ｈf =10×9.81×1100+1100

（2u 2+1.18u 2）

=107.91×103+3498u 2

在压强管的B ，C 处去取截面，由流体静力学方程得

P B +ρg （x+R 1）=P c +ρg （h BC +x ）+ρ水银R 1g

P B +1100×9.81×（0.045+x ）=P c +1100×9.81×（5+x ）+13.6×103×9.81×

0.045 P B -P C =5.95×104

Pa 在B ，C 处取截面列柏努力方程 0+u B 2/2+P B /ρ=Zg+u c 2/2+P C /ρ+∑ｈf ，BC ∵管径不变，∴u b =u c P B -P C =ρ（Zg+∑ｈf ，BC ）=1100×（1.18u 2+5×9.81）=5.95×104Pa u=4.27m/s 压缩槽内表压P 1=1.23×105Pa （2）在B ，D 处取截面作柏努力方程 0+u 2/2+P B /ρ= Zg+0+0+∑ｈf ，BC +∑ｈf ，CD

P B =（7×9.81+1.18u 2+u 2-0.5u 2）×1100=8.35×104Pa

P B -ρgh=ρ水银R 2g

8.35×104

-1100×9.81×0.2=13.6×103×9.81×R 2

R 2=609.7mm 15.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Ф60×3.5mm 与Ф45×3.5mm 。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：

u A =w s /ρs A =295m/s ，u B = w s /ρs B 在A ，B 截面处作柏努力方程：

z A g+u A 2/2+P A /ρ=z B g+u B 2

/2+P B /ρ+∑

hf ∴1kg 水流经A ，B 的能量损失：

∑hf= （u A 2-u B 2

）/2+（P A - P B ）/ρ=

（u A 2-u B 2

）/2+ρgR/ρ=4.41J/kg （2）.压强降与能量损失之间满足： ∑hf=ΓP/ρ ∴ΓP=ρ∑hf=4.41×103

16. 密度为850kg/m 3，粘度为8×10-3Pa ·s 的液体在内径为14mm 的钢管内流动，溶液的流速为1m/s 。试计算：（1）泪诺准数，并指出属于何种流型？（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为147×103Pa ，液体流经多长的管子其压强才下降到127.5×103Pa ？解：（1）Re =du ρ/μ =（14×10-3×1×850）/（8×10-3

） =1.49×103 > 2000 ∴此流体属于滞流型（2）由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布，令管径和流速满足 y 2 = -2p （u-u m ）

当ｕ=0时 ,y 2 = r 2 = 2pu m ∴ p = r 2/2 = d 2/8

当ｕ=ｕ平均=0.5ｕmax = 0.5m/s 时, y 2= - 2p （0.5-1）= d 2/8

=0.125 d 2

∴即与管轴的距离 r=4.95×10-3

(3)在147×103和127.5×103两压强面处列伯努利方程 u 12/2 + P A /ρ + Z 1g = u 22/2 + P B /ρ+ Z 2g + ∑ｈf

∵ u 1 = u 2 , Z 1 = Z 2

∴ P A /ρ= P B /ρ+ ∑ｈf 损失能量ｈf =（P A - P B ）/ρ=（147×103-127.5×103）/850 =22.94 ∵流体属于滞流型

∴摩擦系数与雷若准数之间满足λ=64/ Re 又 ∵ｈf =λ×（ι/d ）×0.5 u 2 ∴ι=14.95m

∵输送管为水平管，∴管长即为管子的当量长度即：管长为14.95m

19. 内截面为1000mm ×1200mm 的矩形烟囱的高度为30 A 1m 。平均分子量为30kg/kmol ，平均温度为400℃的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49Pa 的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20℃，地面处的大气压强为101.33×103Pa 。流体经烟囱时的摩擦系数可取为0.05，试求烟道气的流量为若干kg/h ？

解：烟囱的水力半径 r Н= A/п= (1×1.2)/2(1+1.2)=0.273m 当量直径 d e = 4r Н=1.109m 流体流经烟囱损失的能量

∑ｈf =λ?（ι/ d e ）·u 2

=0.05×(30/1.109)×u 2/2

=0.687 u 2

空气的密度 ρ空气= PM/RT = 1.21Kg/m 3

烟囱的上表面压强 (表压) P 上=-ρ空气gh = 1.21×9.81×30

=-355

.02 Pa

烟囱的下表面压强 (表压) P 下=-49 Pa

烟囱内的平均压强 P= (P 上+ P 下)/2 + P 0 = 101128 Pa 由ρ= PM/RT 可以得到烟囱气体的密度

ρ= （30×10-3×101128）/（8.314×673）

= 0.5422 Kg/m 3

在烟囱上下表面列伯努利方程

P 上/ρ= P 下/ρ+ Zg+∑ｈf

∴∑ｈf = (P 上- P 下)/ρ – Zg

=(-49+355.02)/0.5422 – 30×9.81

= 268.25 = 0.687 u 2

流体流速 u = 19.76 m/s

质量流量 ωs = uA ρ= 19.76×1×1.2×0.5422 = 4.63×104 Kg/h

20. 每小时将2×103kg 的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持26.7×103Pa 的真空读，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为50m ，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），5个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m 。若泵效率为0.7，求泵的轴功率。解：流体的质量流速 ωs = 2×104/3600 = 5.56 kg/s 流速 u =ωs /(A ρ)=1.43m/s

雷偌准数Re=du ρ/μ= 165199 > 4000

查本书附图1-29得 5个标准弯头的当量长度: 5×2.1=10.5m

2个全开阀的当量长度: 2×0.45 = 0.9m

∴局部阻力当量长度 ∑ιe =10.5 + 0.9 = 11.4m

假定 1/λ1/2=2 lg(d /ε) +1.14 = 2 lg(68/0.3) + 1.14

∴λ= 0.029

检验 d/(ε×Re ×λ1/2) = 0.008 > 0.005

∴符合假定即 λ=0.029

∴全流程阻力损失 ∑ｈ=λ×(ι+ ∑ιe )/d × u 2/2 + ζ×u 2/2

= [0.029×(50+11.4)/(68×103) + 4]×1.432/2 = 30.863 J/Kg 在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得

P 1/ρ+ We = Zg + P 2/ρ+ ∑ｈ We = Zg + (P 1- P 2)/ρ+∑ｈ

= 15×9.81 + 26.7×103

/1073 + 30.863 = 202.9 J/Kg

有效功率 Ne = We ×ωs = 202.9×5.56 = 1.128×103

轴功率 N = Ne/η=1.128×103/0.7 = 1.61×103

W = 1.61KW

21. 从设备送出的废气中有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个

洗涤器，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m 3/h ，其物理性质与50℃的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U 管压差计，起读数为30mm 。输气管与放空管的内径均为250mm ，管长与管件，阀门的当量长度之和为50m ，放空机与鼓风机进口的垂直距离为20m ，已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96×103Pa 。管壁的绝对粗糙度可取0.15mm ，大气压强为101.33×103。求鼓风机的有效功率。解：查表得该气体的有关物性常数ρ=1.093 , μ=1.96×10-5Pa ·s

气体流速 u = 3600/(3600×4/π×

0.252) = 20.38 m/s

质量流量 ωs = uAs = 20.38×4/π×

0.252×1.093

=1.093 Kg/s

流体流动的雷偌准数 Re = du ρ/μ= 2.84×105

为湍流型

所有当量长度之和 ι总=ι+Σι e =50m

ε取0.15时 ε/d = 0.15/250=

0.0006 查表得λ=0.0189

所有能量损失包括出口,入口和管道能

量损失

即: ∑ｈ= 0.5×u 2/2 + 1×u 2/2 + (0.0189×50/0.25)· u 2/2 =1100.66

在1-1﹑2-2两截面处列伯努利方程

u 2/2 + P 1/ρ+ We = Zg + u 2/2 + P 2/ρ + ∑ｈ

We = Zg + (P 2- P 1)/

ρ+∑ｈ

而1-1﹑2-2两截面处的压强差 P 2- P 1 = P 2-ρ水gh = 1.96×103 - 103

×9.81×31×103

= 1665.7 Pa ∴We = 2820.83 W/Kg

泵的有效功率 Ne = We ×ωs = 3083.2W = 3.08 KW

22. 如本题附图所示，，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为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 管差压计，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长度为20m 。（1）.当闸阀关闭时，测得R=600mm ，h=1500mm ；当闸阀部分开启时，测的R=400mm ，h=1400mm 。摩擦系数可取0.025，管路入口处的局部阻力系数为0.5。问每小时从管

中水流出若干立方米。

（2）.当闸阀全开时，U 管压差计测压处的静压强为若干（Pa ，表压）。闸阀全开时l e /d ≈15，摩擦系数仍取0.025。

解: ⑴根据流体静力学基本方程, 设槽面到管道的高度为x

ρ水g(h+x)= ρ水银gR

103×(1.5+x) = 13.6×103

×0.6

x = 6.6m

部分开启时截面处的压强 P 1 =ρ水银gR -ρ水gh = 39.63×103Pa

在槽面处和1-1截面处列伯努利方程

Zg + 0 + 0 = 0 + u 2

/2 + P 1/ρ + ∑ｈ而∑ｈ= ［λ(ι+Σιe )/d +ζ］· u 2/2

= 2.125 u 2

∴6.6×9.81 = u 2/2 + 39.63 + 2.125 u 2 u = 3.09/s

体积流量ωs = uA ρ= 3.09×π/4×(0.1)2×3600 = 87.41m 3/h ⑵ 闸阀全开时取2-2,3-3截面列伯努利方程

Zg = u 2/2 + 0.5u 2/2 + 0.025×(15 +ι/d)u 2

/2 u = 3.47m/s

取1-1﹑3-3截面列伯努利方程 P 1'/ρ = u 2/2 + 0.025×(15+ι'/d)u 2/2 ∴P 1' = 3.7×104Pa

25. 在两座尺寸相同的吸收塔内，各填充不同的填料，并以相同的管路并联组合。每条支管上均装有闸阀，两支路的管长均为5m （均包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度），管内径为200mm 。通过田料层的能量损失可分别折算为5u12与4u22，式中u 为气体在管内的流速m/s ，气体在支管内流动的摩擦系数为0.02。管路的气体总流量为0.3m 3/s 。试求：（1）两阀全开时，两塔的通气量；（2）附图中AB 的能量损失。

分析：并联两管路的能量损失相等，且各等于管路总的能量损失,各个管路的能量损失由两部分组成，一是气体在支管内流动产生的，而另一部分是气体通过填料层

所产生的，即∑ｈf =λ·(ι＋∑ιe /d)· u 2

/2 ＋ｈf 填而且并联管路气体总流量为个支路之和, 即 V s = V s1 + V s2 解：⑴两阀全开时，两塔的通气量由本书附图１－２９查得d=200mm 时阀线的当量长度 ιe =150m ∑ｈf1=λ·(ι1＋∑ιe1/d)· u 12/2 + 5 u 12

=0.02×(50+150)/0.2· u 12/2 + 5 u 12 ∑ｈf2=λ·(ι2＋∑ιe2/d)· u 22/2 + 4 u 12 = 0.02×(50+150)/0.2· u 22/2 + 4 u 12

∵∑ｈf1=∑ｈf2 ∴u 12/ u 22=11.75/12.75 即 u 1 = 0.96u 2 又∵V s = V s1 + V s2 = u 1A 1+ u 2A 2 , A 1 = A 2 =(0.2)2

π/4=0.01π = (0.96u 2+ u 2)? 0.01π = 0.3 ∴ u 2=4.875m/s u 1A=4.68 m/s 即两塔的通气量分别为V s1 =0.147 m 3/s, V s12=0.153 m 3/s ⑵ 总的能量损失 ∑ｈf =∑ｈf1=∑ｈf2 =0.02×155/0.2· u 12/2 + 5 u 12 = 12.5 u 12 = 279.25 J/Kg 26. 用离心泵将20℃水经总管分别送至A ，B 容器内，总管流量为89m/h 3，总管直径为 ф127×5mm 。原出口压强为1.93×105

Pa ，容器B 内水面上方表压为1kgf/cm 2，总管的流动阻力可忽略，各设备间的相对位置如本题附图所示。试求：（1）离心泵的有效压头H e ；（2）两支管的压头损失H f ，o-A ，H f ，o-B ，。解：（1）离心泵的有效压头总管流速u = V s /A 而A = 3600×π/4×(117)2×10-6 u = 2.3m/s 在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程 Z 0g + We = u 2

/2 + P 0/ρ+∑ｈf ∵总管流动阻力不计∑ｈf =0 We = u 2/2 + P 0/ρ-Z 0g =2.32/2 +1.93×105

/998.2 -2×9.81 =176.38J/Kg ∴有效压头He = We/g = 17.98m ⑵ 两支管的压头损失在贮水槽和Α﹑Β表面分别列伯努利方程 Z 0g + We = Z 1g + P 1/ρ+ ∑ｈf1 Z 0g + We = Z 2g + P 2/ρ+ ∑ｈf2 得到两支管的能量损失分别为 ∑ｈf1= Z 0g + We –(Z 1g + P 1/ρ) = 2×9.81 + 176.38 –(16×9.81 + 0) =39.04J/Kg ∑ｈf2=Z 0g + We - (Z 2g + P 2/ρ) =2×9.81 + 176.38 –(8×9.81 + 101.33×103/998.2) =16.0 J/Kg ∴压头损失 H f1 = ∑ｈf1/g = 3.98 m H f2 = ∑ｈf2/g = 1.63m 28．本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从BC 与BD 两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离为11m ，AB 段内径为38mm ，长为58m ；BC 支管内径为32mm ，长为12.5m ；BD 支管的内径为26mm ，长为14m ，各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。AB 与BC 管的摩擦系数为0.03。试计算： (1)当BD 支管的阀门关闭时，BC 支管的最大排水量为若干m 3/h ？ (2)当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为若干m 3/h ？BD 支管的管壁绝对粗糙度为0.15mm ，水的密度为1000kg/m 3，粘度为0.001Pa ·s 。分析：当BD 支管的阀门关闭时，BC 管的流量就是AB 总管的流量；当所有的阀门全开时，AB 总管的流量应为BC ，BD 两管流量之和。而在高位槽内，水流速度可以认为忽略不计。解:（1）BD 支管的阀门关闭 V S,AB = V S,BC 即 u 0A 0 = u 1A 1 u 0π382/4 = u 1π322

/4 ∴ u 0 = 0.71u 1 分别在槽面与C-C,B-B 截面处列出伯努利方程 0 + 0 + Z 0g = u 12

/2 + 0 + 0 + ∑ｈf,AC 0 + 0 + Z 1g = u 02

/2 + 0 + 0 + ∑ｈf,AB 而∑ｈf,AC = λ?(ιAB /d 0 )·u 02/2 + λ?(ιBC /d 1)·u 12/2 = O.03×(58000/38) ×u 02

/2 + 0.03·(12500/32)×u 12/2 = 22.89 u 02 + 5.86 u 12

∑ｈf,AB = λ?(ιAB /d 0)·u 02

/2 = O.03×(58000/38)×u 02/2

= 22.89 u 02

∴u 1 = 2.46m/s BC 支管的排水量 V S,BC = u 1A 1 = 7.1m 3/s ⑵ 所有的阀门全开

V S,AB = V S,BC + V S,BD

u 0A 0 = u 1A 1 + u 2A 2 u 0π382/4 = u 1π322/4 + u 2π262/4 u 0382 = u 1322 + u 2262 ① 假设在BD 段满足1/λ1/2=2 lg(d /ε) +1.14

∴λ D = 0.0317 同理在槽面与C-C,D-D 截面处列出伯努利方程

Z 0g = u 12

/2 + ∑ｈf,AC

= u 12/2 +λ?(ιAB /d 0 )·u 02/2 + λ?(ιBC /d 1)·u 12

/2 ②

Z 0g = u 22

/2 + ∑ｈf,AD = u 22/2 +λ?(ιAB /d 0 )·u 02/2 +λD ?(ιBD /d 2)·u 22/2 ③

联立①②③求解得到 u 1 = 1.776 m/s, u 2

= 1.49 m/s

核算Re = du ρ/μ = 26×10-3×1.49×103

/0.001 = 38.74×103 (d/ε)/Re λ1/2 = 0.025 > 0.005 ∴假设成立

即 D,C 两点的流速 u 1 = 1.776 m/s , u 2 = 1.49 m/s

∴ BC 段和BD 的流量分别为 V S,BC = 32×10×(π/4)×3600×1.776

= 5.14 m 3

/s V S,BD = 26×10×(π/4)×3600×1.49

= 2.58 m 3

29. 在Φ38×2.5mm 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4mm ，管中流动的是20℃的苯，采用角接取压法用U 管压差计测量孔板两测的压强差，以水银为

指示液，策压连接管中充满甲苯。测得U 管压差计的读数为600mm ，试计算管中甲

苯的流量为若干 kg/h ？

解：查本书附表 20℃时甲苯的密度和粘度分别为 ρ= 867 Kg/m 3,μ= 0.675×10-3

假设Re = 8.67×104

当A 0/A 1 = (16.4/33) = 0.245时,查孔板流量计的C 0与Re, A 0/A 1 的关系

得到 C 0 = 0.63

体积流量 V S = C 0A 0[2gR(ρA -ρ)/ ρ]1/2

= 0.63×π/4 ×16.42×10-6 ×[2×9.81×

0.6×(13.6-0.867)/0.867]1/2

=1.75×10-3 m 3/s

流速 u = V S /A = 2.05 m/s

核算雷偌准数 Re = du ρ/μ = 8.67×104 与假设基本相符

∴甲苯的质量流量 ωS = V S ρ=1.75×10-3×867×3600 = 5426 Kg/h 第二章流体输送机械

2. 用离心泵以40m 3/h 的流量将贮水池中65℃的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的，已知水进入喷头之前需要维持49kPa 的表压强，喷头入口较贮水池水面高6m ，吸入管路和排出管路中压头损失分别为1m 和3m ，管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵并确定泵的安装高度。当

地大气压按101.33kPa 计。

解：∵输送的是清水 ∴选用B 型泵

查65℃时水的密度 ρ= 980.5 Kg/m 3 在水池面和喷头处列伯努利方程

u 12/2g + P 1/ρg + Η = u 12/2g + P 2/ρg + Ηf + Z

取u 1

= u 2 = 0 则 Η = (P 2- P 1)/ρg + Ηf + Z = 49×103/980.5×9.8 + 6 + (1+4) = 15.1 m ∵ Q = 40 m 3/h 由图2-27得可以选用3B19A 2900 4 65℃时清水的饱和蒸汽压P V = 2.544×104Pa

当地大气压 Ηa = P/ρg = 101.33×103 /998.2×9.81 = 10.35 m 查附表二十三 3B19A 的泵的流量: 29.5 — 48.6 m 3/h 为保证离心泵能正常运转,选用最大输出量所对应的ΗS '

即ΗS '

= 4.5m 输送65℃水的真空度 ΗS = [ΗS ' +(Ηa -10)-( P V /9.81×103 –0.24)]1000/ρ =2.5m ∴允许吸上高度H g = ΗS - u 12/2g -Ηf,0-1

= 2.5 – 1 = 1.5m

即安装高度应低于1.5m

4 . 用例2-2附图所示的管路系统测定离心泵的气蚀性能参数，则需在泵的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度，可使吸入管阻力增大而流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为100mm ，排出管直径为50mm ，孔板流量计孔口直径为35mm ，测的流量计压差计读数为0.85mHg 吸入口真空表读数为550mmHg 时，离心泵恰发生气蚀现象。试求该流量下泵的允许气蚀余量和吸上真空度。已知水温为20℃，当地大气压为760mmHg 。解: 确定流速

A 0 /A 2 = (d 0/d 2)2 = (35/50)2 = 0.49

查20℃时水的有关物性常数 ρ= 998.2Kg/m 3 ,μ = 100.5×10-5 ,P V = 2.3346 Kpa 假设C 0 在常数区查图1-33得C 0 = 0.694则 u 0 = C 0 [2R(ρA -ρ)g/ρ]1/2 = 10.07m/s

u 2 = 0.49u 0 = 4.93 m/s

核算: Re = d 2u 2ρ/μ=2.46×105 > 2×105

∴假设成立

u 1= u 2(d 2 / d 1)2 = 1.23 m/s

允许气蚀余量 △h = (P 1- P 2)/ρg + u 12/2g P 1 = Pa - P 真空度 = 28.02 Kpa

△h = (28.02-2.3346)×103/998.2×9.81

= 2.7 m

允许吸上高度 H g =(P a - P V )/ρg - △h-∑Ηf ∵ 离心泵离槽面道路很短可以看作∑Ηf = 0 ∴ H g =(P a - P V )/ρg - △h

=(101.4 – 2.3346)×103

/(998.2×9.81) – 2.7 =7.42 m

7. 用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为 H=25—1×106Q 2 管路特性曲线方程可近似表示为 H=10+1×106Q 2 两式中Q 的单位为m 3/s ，H 的单位为m 。试问两泵如何组合才能使输液量最大？（输水过程为定态流动）分析：两台泵有串联和并联两种组合方法串联时单台泵的送水量即为管路中的总量，泵的压头为单台泵的两倍；并联时泵的压头即为单台泵的压头，单台送水量为管路总送水量的一半解：①串联 H e = 2H

10 + 1×105Q e 2 = 2×(25-1×106Q 2)

∴ Q e = 0.436×10-2m 2

②并联 Q = Q e /2

25-1×106× Q e 2 = 10 + 1×105( Q e /2)2

∴ Q e = 0.383×10-2m 2

总送水量 Q e '= 2 Q e = 0.765×10-2m 2/s

∴并联组合输送量大第三章机械分离和固体

流态化

2. 密度为2650kg/m 3的球型石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。解：（1）服从斯托克斯公式

查有关数据手册得到 20℃时空气的密度ρ= 1.205 Kg/m 3 ，粘度μ=1.81

×10-5 Pa ·s

要使颗粒服从斯托克斯公式，必须满足Re 〈 1 即

Re = du t ρ/μ〈 1 ，而 u t = d 2（ρs - ρ）g/18μ 由此可以得到 d 3〈 18 u 2/（ρs - ρ）ρg

∴最大颗粒直径d min = [18 u 2/（ρs - ρ）ρg]1/3

= [18×（1.81×10-5）2

/（2650-1.205）×9.81×1.205]

1/3

= 0.573×10-4m = 57.3μm

要使颗粒服从牛顿公式，必须满足 10 3〈 Re 〈 2×10 3即

10 3〈 Re = du t ρ/μ〈 2×10 3 ，而u t = 1.74[d （ρs - ρ）g/ρ] 由此可以得到 d 3 〉106μ2/［1.742ρ（ρs -ρ）g ］ ∴最小直径 d min = 0.001512 m = 1512 μm

3. 在底面积为40m 2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600m

3/h ，

固体的密度ρs =3600kg/m 3，操作条件下气体的密度ρ=1.06kg/m 3，粘度为3.4×10-5Pa ?s 。试求理论上完全除去的最小颗粒直径。解：根据生产能力计算出沉降速度

u t = V s /b ι= 3600/40 m/h = 0.025m/s

假设气体流处在滞流区则可以按 u t = d 2（ρs - ρ）g/18μ进行计算

∴ d 2

= 18μ/（ρs - ρ）g ·u t

可以得到 d = 0.175×10-4 m

核算Re = du t ρ/μ 〈 1 ，符合假设的滞流区

∴能完全除去的颗粒的最小直径 d = 0.175×10-4

m = 17.5 μm

4. 一多层降尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8μm ，密度为4000kg/m 3。除尘室长4.1m ，宽1.8m ，高4.2m ，气体温度为427℃，粘度为3.4Pa ?s ，密度为0.5kg/m 3。若每小时的炉气量为2160标准m 3，试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：假设沉降在滞流区，按u t = d 2（ρs - ρ）g/18μ计算其沉降速度 u t = (8×10-6)2×(4000-0.5)×9.8/(18×3.4×10-5)

= 41×10-4

m/s

核算Re = du t ρ/μ 〈 1 ，符合假设的滞流区把标准生产能力换算成47℃时的生产能力

V s = V (273 + 427)/273 = 5538.46m 3/h 由V s = blu t （n-1）得

n = V s / blu t -1 = 5538.46/（4.1×1.8×41×10-4×3600） - 1 =50.814 – 1 = 49.8

取n = 50 层，板间距 △h = H/（n + 1）= 4.2/51

= 0.0824m

= 82.4 mm

5. 含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m 3，气体流量为1000m 3/h ，粘度为3.6×10-5Pa ?s 密度为0.674kg/m 3，采用如图3-8所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为0.4m ，试估算其临界直径，分割粒径及压强降。解：(1) 临界直径

选用标准旋风分离器 Ne = 5 ，ξ= 8.0 B = D/4 ，h = D/2

由V s = bhu i 得 Bh = D/4 ·D/2 = V s /u i

∴ u i = 8 V s /D 2

根据d c = [9μB/(πNe ρs u i )]1/2 计算颗粒的临界直径

∴ d c = [9×3.6×10×0.25×0.4/(3.14×5×2300×13.889)]1/2

= 8.04×10-6 m = 8.04 μm （2）分割粒径

根据 d 50 = 0.27[μD/u t （ρs - ρ）]1/2 计算颗粒的分割粒径 ∴ d 50 = 0.27[3.6×10-5×0.4/(13.889×2300)]1/2

= 0.00573×10-3

m = 5.73μm

（3）压强降

根据 △P = ξ·ρu i 2/2 计算压强降

∴ △P = 8.0×0.674×13.8892/2 = 520 Pa

10.用一台BMS50/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固体质量分率为0.139，固相密度为2200kg/m 3，液相为水。每1m 3滤饼中含500kg 水，其余全为固

相。已知操作条件下的过滤常数K=2.72×10-5m/s ，q=3.45×10m 3/m 2

。滤框尺寸为810mm ×810mm ×25mm,共38个框。试求：（1）过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得的滤液体积：（2）过滤完毕用0.8m 清水洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同。解：（1）滤框内全部充满滤渣

滤饼表面积 A = （0.81）2×2×38 = 49.86 m

滤框容积 V 总 = （0.81）2×0.025×38 = 0.6233 m 3 已知 1m 3 的滤饼中含水：500/1000 = 0.5 m 3 含固体： 1 – 0.5 = 0.5 m 3

固体质量：0.5×2200 = 1100 Kg

设产生1m 3 的滤饼可以得到m 0 ，Kg （V 0 ，m 3

）的滤液，则 0.139 = 1100/（1100 + 50 + m ）

∴ m 0 = 6313 Kg 滤液的密度按水的密度考虑

V 0 = 0.314 m 3

∴ 形成0.6233 m 3 的滤饼即滤框全部充满时得到滤液体积

V =6.314×0.6233 = 3.935 m 3

则过滤终了时的单位面积滤液量为

q = V/A = 3.935/49.86 = 0.07892 m 3 /m 2

∵q e 2 = K θ e ∴θ e = q e 2 / K = （3.45×10-3）2 / 2.72×10-5

= 0.4376

由（q + q e ）2 = K （θ+θe ）得所需的过滤时间为 θ = （q + q e ）2 / K - θ e

= （0.07892 + 0.00345）2/2.72×10-5

0.4376

=249 s

⑵ 洗涤时间

V e = q e ×A = 3.45×10-3×49.86 = 0.172

由（dv/ d θ）Ww = KA 2 /8（θ+θe ）得

洗涤速率 = 2.72×10-5×（49.86）2/ 8×（3.935 + 0.172）

= 205×10-5

∴洗涤时间为：0.8/205×10-5

= 388s

12.在3×105Pa 的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行实验，测的过滤常数K=5×10-5m/s ，q=0.01m 3/m 2，又测得饼体积之比v=0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机处理此料浆，过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同。试求：（1）过滤至框内全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕以相当与滤液量1/10的清水进行洗涤，求洗涤时间；（3）若每次卸渣重装等全部辅助操作共需15min ，求每台过滤机的生产能力（以每小时平均可得多少m 3

滤饼计）。解：（1）框内全部充满滤渣滤饼表面积A =（0.81）2×2×38 = 49.86 m 2 滤框容积 V 总 =（0.81）2×0.025×38 = 0.6233 m 3 总共得到滤液体积 V = V 总/ν= 0.6233/0.08 = 7.79 m 3 则过滤终了时的单位面积滤液量为 q = V/A = 7.79/49.86 = 0.156 虚拟过滤时间 θ e = q e 2 / K = （0.01）2 / 5×10-5

= 2 s 由（q + q e ）2 = K （θ+θe ）得所需的过滤时间为 θ = （q + q e ）2 / K - θ e = （0.156 + 0.01）2/ 5×10-5 - 2 = 551 s ⑵ 洗涤时间 V e = q e ×A = 0.01×49.86 = 0.4986 由（dv/ d θ）Ww = KA 2

/8（θ+θe ）得洗涤速率 = 5×10-5×（49.86）2/ 8×（7.79 + 0.4986） = 187.46×10-5 清水体积：7.79/10 = 0.779 洗涤时间：0.779/187.46×10-5 = 416s 生产总时间T = 551 + 416 + 15×60 = 1867 s 生产能力 Q = 3600 V 总 / T = 3600×0.6233/ 1867 = 1.202 m 3/h 13.某悬浮液中固相质量分率为9.3%，固相密度为3000kg/m 3，液相为水。在一小型压滤机中测得此悬浮液的物料特性常数k=1.1×10-4m 2

（s ?atm ），滤饼的空隙率为40%。现采用一台GP5-1.75型转筒真空过滤机进行生产（此过滤机的转鼓直径为1.75m ，长度为0.98m ，过滤面积为5m 2，浸没角度为120o），转速为0.5r/min ，操作真空度为80.0kPa 。已知滤饼不可压缩，过滤介质可以忽略。试求此过滤机的生产能力及滤饼厚度。解：形成的1m 的滤饼中含液相： 0.4 m 3

固相： 0.6 m 3 设产生1m 3 的滤饼可以得到m 0 ，Kg （V 0 ，m 3）的滤液，则 0.093 = 0.6×3000/（0.6×3000 + 0.4×103

+ m 0 ） ∴ m 0 = 17154.84 Kg 滤液的密度按水的密度考虑 V 0 = 17.155 m 3

由K = 2k △P 得过滤常数 K = 2×1.1×10-4

×80.1/101.5 = 17.36×10-5 过滤机每转一周的过滤时间 θ= 60ψ/n = 60×120/0.5×360 = 40 s ∵介质阻力忽略 ∴V e = 0 ，θ e = 0 ∴转筒每转一周所的滤液体积 V 液 = （KA 2θ）1/2 = （17.36×52×40）1/2= 0.4167 m 3

生产能力 Q = nV = 0.5×60×0.4167 = 12.51 m 3/ h 每转一周所得的滤饼的体积 V 饼 = 0.4167/17.155 = 0.02429 m 3

滤饼的厚度 δ= V 饼 /A = 0.02429/5 = 0.00486 m = 4.86 mm 第四章传热 1. 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t 1为1150℃，钢板外表面温度t 4为30℃，又测得通过炉臂的热损失为300W/m 2，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：b 1 = 0.2 m ，λ1= 1.07w/（m ·℃）绝缘层： b 2 = 0.1 m ，λ2= 0.14 w/（m ?℃）钢： b 3 = 0.006 m ，λ3= 45 w/（m ?℃）根据多层平壁热传导速率公式 Q = (t 1-t n )/Σ(b i /S λi ) 和 q = Q/S 得 q = (t 1-t n )/Σ(b i /λi ) = 1242 w/m 3

这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R '

q ' = (t 1-t n )/[Σ(b i /S λi ) + R ' ] = 300 R ' = 2.83 m ?℃/W 3.直径为Ф603m 的钢管用30mm 厚的软木包扎，其外又用100mm 的保温灰包扎，以作为绝热层。现测的钢管外壁面温度为-110℃，绝缘采纳感外表温度10℃。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（m ?℃）。试求每米长的冷量损失。解：钢管的温度比绝热层低，此管为一传冷管根据多层圆筒壁热传导速率公式Q = (t 1-t n )/Σ(b i /S λi )

t 1 = -110℃ ， t n = t 3 = 10℃ b 1 = 0.03 m ，b 2 = 0.1 m

λ= 0.043 w/（m ?℃），λ= 0.07 w/（m ?℃）

Q = -25 W

6. 在并流换热器中，用水冷却油。水的进出口温度分别为15℃，40℃，油的进出口温度分别为150℃和100℃。现生产任务要求油的出口温度降至80℃℃，假设油和水的流量，进出口温度及物性不变，若换热器的管长为1m ，试求此换热器的管长

增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。

解：根据题意列出关系式：

热流体（油）：T 1=150℃ → T 2=100℃

冷流体（水）：t 1=15℃ → t 2=40℃

现在要求：热流体（油）：T 1=150℃ → T 2=80℃

冷流体（水）：t 1=15℃ → t 2=？

开始： Q= W h C ph （T 1 - T 2 ）=50 W h C ph =W c C pc （t 2-t 1）=25W c C pc

=K 0S 0Γtm

Γt m =（Γt 1- Γt 2）/ln （Γt 1/Γt 2）=（135-60）/ln （135/60）

=92.49

改变后： Q ，

=W h C ph （T 1 - T 2 ）=700 W h C ph

=W c C pc （t 2，-t 1）=（t 2，-15）W c C pc

=K 0S 0，Γtm ，

∴25/（t 2，-15）=50/70 ∴t 2，=50℃

Γt m ， =（Γt 1- Γt 2，）/ln （Γt 1/Γt 2，）=69.81 ∴Q/Q *= K 0S Γtm / K 0S ，Γtm ，= L Γtm / L ，Γtm ，=50/70

∴ L ，

=1.85L=1.85m

8.在下列各种管式换热器中，某溶液在管内流动并由20℃加热到50℃。加热介质在壳方流动，其进出口温度分别为100℃和60℃，试求下面各种情况下的平均温度差。 (1)壳方和管方均为单程的换热器。设两流体为逆流流动。 (2)壳方和管方分别为单程和四程的换热器。 (3)壳方和管方分别为二程和四程的换热器。

解：（1）热流体：T 1=243℃ → T 2=60℃ 冷流体：t 2=50℃ ← t 1=128℃

Γt 1=50℃ Γt 2=40℃

∴Γt m =（Γt 1- Γt 2）/ln （Γt 1/Γt 2）=44.8℃ （2）壳方和管方分别为单程和四程，则需计算平均温度差校正系数ψΓt ，

由已知条件计算得ψΓt =0.891

∴Γtm ，=ψΓt Γtm=0.891×44.8=39.9℃

（3）查图得，ψΓt =0.97 ∴Γtm ，=ψΓt Γtm=0.97×44.8=43.5℃

9.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ф252.5mm ，水走管方。

水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85 W/（m 2?℃）和1.70 W/（m 2

?℃）。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：T 1=80℃ → T 2=30℃

冷流体：t 2=50℃ ← t 1=20℃ Γt 1=30℃ Γt 2=100℃

∴Γt m =（Γt 1- Γt 2）/ln （Γt 1/Γt 2）=18.205℃

Q =W h C ph （T 1 - T 2 ）=1.9×103×1.25×50=118.75W 又Q= K 0S 0Γtm ，其中 1/ K 0 = d 0/αi d i +1/α0 解得K 0=0.486×103m 2?℃/W

∴0.486×103×18.205 S 0=118.75×103

∴S 0=13.4m 3 10.在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为ф192mm 的列管内流动。已知管内

水侧对流传热系数为3490 W/（m 2?℃），管外油侧对流传热系数为258 W/（m 2

?℃）。

换热器用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m 2

?℃/W ，油侧污垢热阻0.000176m 2?℃/W 。管壁导热系数λ为45 W/（m ?℃），试求：（1）基于管外表面的总传热系数；（2）产生污垢后热阻增加的百分比。解：（1）1/K 0 =d 0/αi d i +1/α0+R si d 0/d i +R s0+bd 0/λd m

=19/（3490×15）+0.00026×19/15+0.000176+（0.002×19）/（45×16.9）+1/258

∴K 0 =208 m 2

?℃/W （2）产生污垢后增加的总热阻： d 0/αi d i + R s0=19/（3490×15）+0.000176=0.00050533 产生污垢前的总热阻：

d 0/αi d i +1/α0+ bd 0/λd m =19/（3490×15）+（0.002×19）/（45×16.9）

+1/258

=0.0043

∴增加的百分比为：0.00050533/0.00429=11.8%

11.在一传热面积为50m 2

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出口温度不变的情况下，冷水出口温度增至45℃。试估算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αi 和α0分别相同；（3）忽略管壁热阻和热损失。解：换洗前：热流体：T 1=110℃ → T 2=60℃

冷流体：t 2=38℃ ← t 1=20℃ Γt 1=72℃ Γt 2=40℃

∴Γt m =（Γt 1- Γt 2）/ln （Γt 1/Γt 2）

=54.4℃

Q= W h C ph （T 1 - T 2 ）=50W h C ph

=W c C pc （t 2-t 1）=18W c C pc

=K 0S 0Γtm =54.4K 0S 0

代入数据计算得K 0=254 W/（m 2?℃）

换洗后：：热流体：T 1=110℃ → T 2=60℃

冷流体：t 2=38℃ ←

t 1=20℃

Γt 1=72℃ Γ

t 2=40℃

∴Γt m =（Γt 1- Γt 2）/ln

（Γt 1/Γt 2）=54.4℃

Q= W h C ph （T 1 - T 2 ）=

（100-T 2）W h C ph

=W c C pc （t 2-t 1）=25W c C pc

=K 0，S 0Γtm ，

∴50/（100-T 2）=18/25 →T 2=40.56℃

∴Γt m ， =（Γt 1，- Γt 2，）/ln （Γt 1，/

Γt 2，

）=35℃

Q= =W c C pc （t 2-t 1）= K 0，S 0Γtm ，代入数据计算得K 0，=548.3 W/（m 2?℃）

∴总污垢热阻为：1/ K 0-1/ K 0

，

=1/245-1/548.3

=2.1×

10-3 m 2?℃/W

17.在套管换热器中，一定流量的水在管内流动，温度从25℃升高到75℃，并测得内管水侧的对流传热系数为2000 W/（m 2?℃）。若相同体积流量的油品通过该换热器的内管而被加热，试求此时内管内油侧对流传热系数。假定两种情况下流体呈湍流流动。已知定性温度下物性如下：

ρ，kg/m 3 μ，Pa ?s c p ，kJ/（kg ?℃） λ，W/（m ?℃）

水 1000 0.54×10-3

4.17 0.65 油品 810

5.1×10-3 2.01 0.15

解：∵水为低粘度流体 ∴α=（0.023λ/d i ）（d i u ρ/μ）0.8（c p μ/λ）n

流体温度从25℃升到75℃取n=0.4 ∴α=258.47（d i u ρ/μ）0.8

∴（d i u ρ/μ）0.8=0.7879

油为高粘度液体，采用西德尔和塔特关联式

α，=（0.027λ/d i ）（d i u ρ/μ）0.8（c p μ/λ）1/3

Ψn 取Ψn =1.05

∴α，=0.027×0.15（d i u ρ/μ）0.8[810/（5.1×10）]0.8（2.01×5.1/0.15）

1/3

1.05

=203 W/（m 2?℃）

20.温度为90℃ 甲苯以1500kg/h 的流量通过蛇管而被冷却至30℃。蛇管直径为Ф57×3.5mm ，弯曲半径为0.6m ，试求甲苯对蛇管壁的对流传热系数。解：查有关资料的甲苯在60℃时的有关物性常数

μ= 0.375×10-3Pa ·s ，λ= 0.143 W/（m ?℃），ρ= 830Kg/m ，Cp =1.8376

KJ/(Kg ·℃)

Re = du ρ/μ= dQ/A μ = 0.05×1500×4/(3600×π×0.052

×0.4×

10-3)

= 26539.3 > 104 属于湍流范围

Pr = C P μ/λ = 1.8376×0.375/0.1423 = 4.84 α= 0.023λ/d i ×Re 0.8·Pr n ∵甲苯被冷却，取n = 0.3

计算α= 0.023×(0.1423/0.05)×(26539.3)0.8×(4.84)0.3 = 363.5 W/（m 2?℃）

由于流体在弯管内作强制对其传热系数可由 α'= α(1 + 1.77d i /r ') 来计算

∴α'= α(1 + 1.77d i /r ') = 363.5×（1 + 1.77×0.05/0.6）

= 417.14 W/（m 2

?℃）

23.流量为720kg/h 的常压饱和水蒸气在直立的列管换热器的列管外冷凝。换热器内列管直径为φ25×2.5mm ，长为2m 。列管外壁面温度为94℃。是按冷凝要求估算换热器的管数（设管内侧传热可满足要求）。换热器热损失可忽略。

解：查常压下水蒸气的有关物性数据：T=100℃ λ=68.27×10-2 W/（m ?℃） r=2258.4kJ/kg μ=0.282×10-3Pa ?s ρ=958kg/m 3

由汽化热计算传热速率 Q=w ?r=720/3600×2258.4×103=451.68×103 根据对流传热速率方程 Q=αS （t s -t w ）传热面积S=Q/α（t s -t w ）

∵Re=du ρ/μ=dw/A μ=36.139×103>1800 属于湍流 ∴α=0.0077（ρ2g λ3/μ2）Re 0.4=16908.5

∴S=451.68×103/[16908.5×（100-94）]=4.4522m n=s/πd 0L =4.4522/（3.14×0.025×2）=28根

24．实验测定列管换热器的总传热系数时，水在换热器的列管内作湍流流动，管外为饱和水蒸气冷凝。列管直径为ф25×2.5mm 的钢管组成。当水的流速为1m/s 时，测得基于管外表面积的总传热系数K 0为2115 W/（m 2?℃）；若其他条件不变，而水

的流速变为1.5m/s 时，测得K 0为2660 W/（m 2

?℃）。试求蒸汽冷凝传热系数。假设污垢热阻可忽略。

解：忽略污垢热阻，得

1/K 0=d 0/αi d i +1/α0+bd 0/λd m

内管水对钢管的热对流传热αi =（0.023λ/d i ）（d i u ρ/μ）0.8（c p μ/λ）0.4

=u 0.8×（0.023λ/d i ）（d i ρ/μ）0.8（c p μ/λ）0.4 ∴两次对流传热系数之比为αi /αi ，=（u/u ，）0.8=（1/1.5）0.8=0.723 ------（1）

查钢管在55℃的导热系数λ=50 W/（m ?℃），管壁热阻为：

bd 0/λd m = 0.000055785

∴1/2115 = 5/4αi + 1/α0 + 0.000055785 ---------（2） 1/2660 = 5/4αi ， + 1/α0 + 0.000055785 ---------（3）由上解得 α=14965.7 W/（m 2?℃）

第五章蒸馏

1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa ，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。

t （℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11

解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据

查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，

由于总压

P = 99kPa ，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *

)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x 图数据。

以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表

根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线

由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃

4.在常压下将某原料液组成为0.6（易挥发组分的摩尔）的两组溶液分别进行简单蒸馏和平衡蒸馏，若汽化率为1/3，试求两种情况下的斧液和馏出液组成。假设在操作范围内气液平衡关系可表示为y = 0.46x + 0.549 解：①简单蒸馏

由ln(W/F)=∫x xF dx/(y-x) 以及气液平衡关系y = 0.46x + 0.549

得ln(W/F)=∫x

xF dx/(0.549-0.54x)

= 0.54ln[(0.549-0.54x F )/(0.549-0.54x)]

∵汽化率1-q = 1/3则 q = 2/3 即 W/F = 2/3

∴ln(2/3) = 0.54ln[(0.549-0.54×0.6)/(0.549-0.54x)] 解得 x = 0.498 代入平衡关系式y = 0.46x + 0.549 得 y = 0.804 ②平衡蒸馏

由物料衡算 Fx F = Wx + Dy

D + W = F 将W/F = 2/3代入得到 x F = 2x/3 + y/3 代入平衡关系式得

x = 0.509 再次代入平衡关系式得 y = 0.783

5.在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。已知原料液流量F 为4000kg/h ，组成x F 为0.3（二硫化碳的质量分率，下同）。若要求釜液组成x W 不大于0.05，馏出液回收率为88％。试求馏出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。

解：馏出回收率 = Dx D /Fx F = 88％得馏出液的质量流量

Dx D = Fx F 88％ = 4000×0.3×0.88 = 1056kg/h

结合物料衡算 Fx F = Wx W + Dx D

D + W = F 得x D = 0.943

馏出液的摩尔流量 1056/(76×0.943) = 14.7kmol/h

以摩尔分率表示馏出液组成 x D = (0.943/76)/[(0.943/76)+(0.057/154)] = 0.97

8.某连续精馏操作中，已知精馏段 y = 0.723x + 0.263；提馏段y = 1.25x – 0.0187 若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比。解：露点进料 q = 0 即精馏段 y = 0.723x + 0.263 过（x D ，x D ）∴x D = 0.949 提馏段 y = 1.25x – 0.0187 过（x W ，x W ）∴x W = 0.0748 精馏段与y 轴交于[0 ，x D /（R+1）] 即 x D /（R+1）= 0.263 ∴R = 2.61 连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为（0.5345 ，0.6490） ∴ x F = 0.649 9.在常压连续精馏塔中，分离苯和甲苯的混合溶液。若原料为饱和液体，其中含苯0.5（摩尔分率，下同）。塔顶馏出液组成为0.9，塔底釜残液组成为0.1，回流比为2.0，试求理论板层数和加料板位置。苯-甲苯平衡数据见例1-1。解：常压下苯-甲苯相对挥发度α= 2.46 精馏段操作线方程 y = Rx/（R+1）= 2x/3 + 0.9/3 = 2x/3 + 0.3 精馏段 y 1 = x D = 0.9 由平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 得

x 1 = 0.7853 再由精馏段操作线方程 y = 2x/3 + 0.3 得

y 2 = 0.8236 依次得到x 2 = 0.6549 y 3 = 0.7366

x 3 = 0.5320 y 4 = 0.6547

x 4 = 0.4353 ∵x 4 ﹤ x F = 0.5 < x 3

精馏段需要板层数为3块

提馏段 x 1'

= x 4 = 0.4353

提馏段操作线方程 y = L 'x/（L '-W ）- Wx W /（L '

-W ）饱和液体进料 q = 1 L '/（L '

-W ）= （L+F ）/V = 1 + W/（3D ）由物料平衡 Fx F = Wx W + Dx D

D + W = F 代入数据可得 D = W

L '/（L '-W ）= 4/3 W/（L '-W ）= W/（L+D ）= W/3D = 1/3 即提馏段操作线方程 y ' = 4x '/3 – 0.1/3

∴y '

2= 0.5471

由平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 得 x '

2 = 0.3293

依次可以得到y '3= 0.4058 x '

3 = 0.2173

y '4= 0.2564 x '4 = 0.1229 y '5= 0.1306 x '

5 = 0.0576

∵ x '5 < x W = 0.1 < x 4'

∴ 提馏段段需要板层数为4块

∴理论板层数为 n = 3 + 4 + 1 = 8 块（包括再沸器）加料板应位于第三层板和第四层板之间

10.若原料液组成和热状况，分离要求，回流比及气液平衡关系都与习题9相同，但回流温度为20℃，试求所需理论板层数。已知回流液的泡殿温度为83℃，平均汽化热为3.2×104kJ/kmol ，平均比热为140 kJ/(kmol ·℃)

解：回流温度改为20℃，低于泡点温度，为冷液体进料。即改变了q 的值精馏段不受q 影响，板层数依然是3块

提馏段由于q 的影响，使得 L '/（L '-W ）和 W/（L '-W ）发生了变化 q = （Q 1+Q 2）/ Q 2 = 1 + （Q 1/Q 2）

Q 1= C p ΓT = 140×（83-20）= 8820 kJ/kmol Q 2= 3.2×104kJ/kmol

∴ q = 1 + 8820/(3.2×104

)= 1.2756

L '/（L '-W ）=[V + W - F(1-q)]/[V - F(1-q)]

= [3D+W- F(1-q)]/[3D- F(1-q)] ∵D = W ，F = 2D 得 L '/（L '

-W ）= (1+q)/(0.5+q)= 1.2815

W/（L '

-W ）= D/[3D- F(1-q)]= 1/（1+2q ）= 0.2815 ∴ 提馏段操作线方程为 y = 1.2815x - 0.02815

x 1'= x 4 = 0.4353 代入操作线方程得 y 2' = 0.5297再由平衡关系式得到 x 2'= 0.3141 依次计算y 3'

= 0.3743 x 3'= 0.1956 y 4'

= 0.2225 x 4'= 0.1042 y 5' = 0.1054 x 5'

= 0.0457 ∵ x 5'

< x W = 0.1< x 4'

∴提馏段板层数为4

理论板层数为 3 + 4 + 1 = 8块（包括再沸器）

12.用一连续精馏塔分离由组分A ?B 组成的理想混合液。原料液中含A 0.44，馏出液中含A 0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最回流比为1.63，试说明原料液的热状况，并求出q 值。解：在最回流比下，操作线与q 线交点坐标（x q ，y q ）位于平衡线上；且q 线过（x F ，x F ）可以计算出q 线斜率即 q/(1-q)，这样就可以得到q 的值

由式1-47 R min = [(x D /x q )-α(1-x D )/(1-x q )]/（α-1）代入数据得

0.63 = [(0.957/x q )-2.5×(1-0.957)/(1-x q )]/（2.5-1） ∴x q = 0.366 或x q = 1.07（舍去）即 x q = 0.366 根据平衡关系式y = 2.5x/（1 + 1.5x ）得到y q = 0.591

q 线 y = qx/（q-1）- x F /（q-1）过（0.44，0.44），（0.366，0.591）

q/（q-1）= （0.591-0.44）/（0.366-0.44）得 q = 0.67 ∵ 0 < q < 1 ∴ 原料液为气液混合物

13.在连续精馏塔中分离某种组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同）的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易

挥发组分的回收率96％。若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79，试求：（1）操作

回流比和最小回流比；（2）若馏出液量为100kmol/h ，则原料液流量为多少？解：（1）在塔顶满足气液平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 代入已知数据

0.95 = 0.88α/[1 + 0.88(α-1)] ∴α= 2.591 第一块板的气相组成 y 1 = 2.591x 1/（1 + 1.591x 1） = 2.591×0.79/（1 + 1.591×0.79）= 0.907 在塔顶做物料衡算 V = L + D

Vy 1 = Lx L + Dx D 0.907（L + D ）= 0.88L + 0.95D ∴ L/D = 1.593 即回流比为 R = 1.593 由式1-47 R min = [(x D /x q )-α(1-x D )/(1-x q )]/（α-1）泡点进料 x q = x F ∴ R min = 1.031

（2）回收率Dx D /Fx F = 96％得到

F = 100×0.95/（0.5×0.96）= 197.92 kmol/h

化工原理课后习题答案上下册(钟理版)

下册第一章蒸馏解：总压 P=75mmHg=10kp 。由拉乌尔定律得出 0 A p x A ＋0 B p x B =P 所以 x A = 000B A B p p p p --；y A =p p A 00 00B A B p p p p --。因此所求得的t-x-y 数据如下： t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0. 2. 承接第一题，利用各组数据计算（1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。（2）以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组y i 值的最大相对误差。解：（1）对理想物系，有 α＝00B A p p 。所以可得出

t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326 算术平均值α= 9 ∑i α=1.318。α对i α的最大相对误差＝ %6.0%100)(max =?-α ααi 。（2）由x x x x y 318.01318.1)1(1+=-+= αα得出如下数据： t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差= =?i y y m ax )(0.3%。 3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: 95.5947 .32790195.16ln 0 -- =T p A 72 .6357.33280195.16ln 0 --=T p B 式中 0 p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。问:总压为60mmHg(绝压)时，A 与B 的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？解：由题意知 T A ==-- 0195.1660ln 47 .327995.59334.95K ＝61.8℃ T B ==--0195 .1660ln 57 .332872.63342.84K=69.69℃ 65℃时，算得0 A p ＝68.81mmHg ；0 B p =48.93 mmHg 。由0 A p x A ＋0 B p （1－x A ）=60得 x A ＝0.56， x B =0.44; y A =0 A p x A /60=0.64; y B =1-0.64=0.36。 4 无

化工原理下册答案

第五章蒸馏一、选择与填空 1、精馏操作的依据是混合液中各组分挥发度的差异。实现精馏操作的必要条件是塔顶液相回流和塔底上升蒸汽。 2、汽液两相呈平衡状态时，汽液两相温度_相同_，但液相组成_小于_汽相组成。 3、用相对挥发度α表达的汽液平衡方程可写为1(1)x y x αα= +-。根据α的大小，可用来判定用蒸馏方法分离的难易程度，若α=1则表示不能用普通的蒸馏方法分离该混合液。 4、在精馏操作中，若降低操作压强，则溶液的相对挥发度增加，塔顶温度降低，塔釜温度降低，从平衡角度分析对该分离过程有利。 5、某二元物系，相对挥发度α=3，在全回流条件下进行精馏操作，对第n 、n+1两层理论板，已知 y n =0.4，则 y n+1=_0.182_。全回流通常适用于开工阶段或实验研究。 6、精馏和蒸馏的区别在于精馏必须引入回流；平衡蒸馏和简单蒸馏的主要区别在于前者为连续的稳态过程而后者是间歇的非稳态过程。 7、精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因是塔底压强高和塔底难挥发组分含量高。

8、在总压为101.33kPa 、温度为85℃下，苯和甲苯的饱和蒸汽压分别为p A 0 =116.9kPa,p B 0 =46 kPa ，则相对挥发度α= 2.54，平衡时液相组成x A = 0.78 ，气相组成y A = 0.90 。 9、某精馏塔的精馏段操作线方程为y=0.72x+0.275，则该精馏塔的操作回流比为_2.371_，馏出液组成为_0.982_。 10、最小回流比的定义是在特定分离任务下理论板数为无限多时的回流比，适宜回流比通常取 1.1~2.0 R min 11、精馏塔进料可能有 5 种不同的热状况，当进料为气液混合物且气液摩尔比为2:3时，则进料热状况q 值为 0.6 。注：23() 550.6V V L V F V L V L I I I I I q I I I I -+-===-- 12、在塔的精馏段测得 x D =0.96、x 2=0.45、x 3=0.40（均为摩尔分率），已知R=3 ，α=2.5，则第三层塔板的气相默弗里效率 E MV _44.1%_。注：1 * 1 n n MV n n y y E y y ++-= - 13、在精馏塔设计中，若F 、x F 、q 、D 保持不变，若增加回流比R ，则x D 增加, x W 减小 ,V 增加,L/V 增加。 14、在精馏塔设计中，若F 、x F 、x D 、x W 及R 一定，进料由原来的饱和蒸气改为饱和液体，则所需理论板数N T 减小。精馏段上升蒸气量V 不变、下降液体量L 不变；

(完整版)化工原理下册习题及章节总结(陈敏恒版)

第八章课堂练习： 1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数E不变，H 不变，相平衡常数m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2，过程属于（B ） A、气膜控制 B、液膜控制 C、两相扩散控制 ②其气膜阻力（C）液膜阻力A、大于B、等于C、小于２、溶解度很大的气体，属于气膜控制３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m的直线时，则1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数E值很大，则说明该气体为难溶气体 5、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG，当(气膜阻力1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、G 、Ky 、Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG表征了（分离任务的难易）特性。 3、吸收因子A的定义式为L/（Gm），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当A<1时，塔高H=∞，则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。 6、液气比低于（L/G）min时，吸收操作能否进行？能此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元高度HOG将↑，总传质单元数NOG 将↓，操作线斜率（L/G）将不变。 8、若吸收剂入塔浓度x2降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。 9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组成x2增大，其它条件不变，则气相总传质单元高度将（ A ）。 A.不变 B.不确定 C.减小 D.增大吸收小结： 1、亨利定律、费克定律表达式 2、亨利系数与温度、压力的关系；E值随物系的特性及温度而异，单位与压强的单位一致；m与物系特性、温度、压力有关（无因次） 3、E、H、m之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程（并、逆流时）及在y~x图上的画法 6、出塔气体有一最小值，出塔液体有一最大值，及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高，有利于吸收减压和升温溶解度低，有利于解吸

化工原理课后答案

3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378 .081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11．如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～

化工原理答案下册

化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答（夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版）社,2011.8.）第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该溶液的平衡数据。温度C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9

饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以260.6℃时为例当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0 y 1 0.767 0.733 0.524 0 根据平衡数据绘出t-x-y曲线 3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。

化工原理课后习题解答

化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.）第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到：设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa =8.54×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa 2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/?的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P油≤σ螺解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N σ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P油≤σ螺得 n ≥ 6.23 取 n min= 7

至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附图所示。测得R1 = 400 mm ， R2 = 50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3= 50 mm。试求A﹑B 两处的表压强。分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a– a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记即：P A = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa 4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／?。试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1′和4－4′为等压面，2－2′和3－3′为等压面，且1－1′和2－2′的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Δh 在1－1′与2－2′截面之间

化工原理下册答案

化工原理（天津大学第二版）下册部分答案第8章 2. 在温度为25 ℃及总压为 kPa 的条件下，使含二氧化碳为%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数51066.1?=E kPa ，水溶液的密度为 kg/m 3。解：水溶液中CO 2的浓度为对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318 c ==kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==???=kPa 气相中CO 2的分压为 t 101.30.03kPa 3.039p p y ==?=kPa < *p 故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。以CO 2的分压表示的总传质推动力为 *(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ?=-=-=kPa 3. 在总压为 kPa 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0.032y =、3 1.06koml/m c =。气膜吸收系数k G =×10-6 kmol/(m 2skPa)，液膜吸收系数k L =×10-4 m/s 。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝ kmol/(m 3kPa)。（1）试计算以p ?、c ?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 t 1.06*(110.50.032)kPa 2.0740.725 c p p p p y H ?=-=- =?-=kPa 其对应的总吸收系数为 6G 1097.4-?=K kmol/(m 2skPa) 以液相组成差表示的总推动力为其对应的总吸收系数为（2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。 4. 在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为 kPa ，操作温度为25 ℃。在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为 kmol/(m 3kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为 kPa ，液相组成为 kmol/m 3，液膜吸收系数k L =×10-5 m/s ，气相总吸收系数K G ＝×10-5 kmol/(m 2skPa)。求该截面处（1）膜吸收系数k G 、k x 及k y ；（2）总吸收系数K L 、K X 及K Y ；（3）吸收速率。解：(1) 以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25 ℃时水的密度为 0.997=ρkg/m 3 溶液的总浓度为

化工原理下册课后思考题答案

第六章传热问题1.传热过程有哪三种基本方式答1．直接接触式、间壁式、蓄热式。问题2.传热按机理分为哪几种答2．传导、对流、热辐射。问题3.物体的导热系数与哪些主要因素有关答3．与物态、温度有关。问题4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿答4．流动流体的载热。问题5.自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热答5．加热面在下，制冷面在上。问题6.液体沸腾的必要条件有哪两个答6．过热度、汽化核心。问题7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作为什么答7．核状沸腾状态。以免设备烧毁。问题8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手答8．改善加热表面，提供更多的汽化核心；沸腾液体加添加剂，降低表面张力。问题9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体答9．避免其积累，提高α。问题10.为什么低温时热辐射往往可以忽略,而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式答10．因Q与温度四次方成正比，它对温度很敏感。问题11.影响辐射传热的主要因素有哪些答11．温度、黑度、角系数（几何位置）、面积大小、中间介质。问题12.为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数答12．①相变热远大于显热；②沸腾时汽泡搅动；蒸汽冷凝时液膜很薄。问题13.有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银制的。将刚烧开的水同时充满两壶。实测发现，陶壶内的水温下降比银壶中的快，这是为什么答13．陶瓷壶的黑度大，辐射散热快；银壶的黑度小，辐射散热慢。问题14.若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么答14．该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和，传热速率由该步骤所决定。问题15.传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些答15．K、qm1Cp1、qm2Cp2沿程不变；管、壳程均为单程。问题16.一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。用133℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃。若现欲增加50%的油处理量，有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油的出口温度不低于80℃，这个方案是否可行答16．可行。问题17.为什么一般情况下,逆流总是优于并流并流适用于哪些情况答17．逆流推动力Δtm大，载热体用量少。热敏物料加热，控制壁温以免过高。问题18.解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个答18．传热基本方程，热量衡算式，带有温变速率的热量衡算式。问题19.在换热器设计计算时，为什么要限制Ψ大于答19．当Ψ≤时，温差推动力损失太大，Δtm小，所需A变大，设备费用增加。第七章蒸发问题1.蒸发操作不同于一般换热过程的主要点有哪些答1．溶质常析出在加热面上形成垢层；热敏性物质停留时间不得过长；与其它单元操作相比节能更重要。问题2.提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪降低单程汽化率的目的是什么答2.不仅提高α，更重要在于降低单程汽化率。减缓结垢现象。问题3.为什么要尽可能扩大管内沸腾时的气液环状流动的区域答3.因该区域的给热系数α最大。

化工原理课后答案

3．在大气压力为的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=,R=。试计算容器中液面上方的表压。解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11．如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～

化工原理课后习题答案详解第四章.doc

第四章多组分系统热力学 4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。解：根据各组成表示的定义 4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C时的密度。求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。解：质量分数的定义为

4.3在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于和之间时，溶液的总体积。求：（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。解：根据定义

当时 4.460 ?C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。二者可形成理想液态混合物。若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 ?C 时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。解：质量分数与摩尔分数的关系为求得甲醇的摩尔分数为

根据Raoult定律 4.580 ?C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。两液体可形成理想液态混合物。若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 ?C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。解：根据Raoult定律 4.6在18 ?C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2 0.045 g，能溶解N2 0.02 g。现将 1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 ?C下的体积及其组成。设空气为理想气体混合物。其组成体积分数为：，

化工原理(下)练习题

化工原理（下）练习题一、填空 1. 精馏和普通蒸馏的根本区别在于；平衡蒸馏（闪蒸）与简单蒸馏（微分蒸馏）的区别是。 2. 双组分精馏，相对挥发度的定义为α＝___ ____，其值越表明两组分越。α＝1时，则两组分。 3.精馏的原理是，实现精馏操作的必要条件是和。 4.精馏计算中，q值的含义是___ ______，其它条件不变的情况下q值越_______表明精馏段理论塔板数越，q线方程的斜率(一般)越。当泡点进料时，q＝，q线方程的斜率＝。 5.最小回流比是指，适宜回流比通常取为倍最小回流比。 6. ____ 操作条件下，精馏段、提馏段的操作线与对角线重叠。此时传质推动力，所需理论塔板数。 7.精馏塔进料可能有种不同的热状况，对于泡点和露点进料，其进料热状况参数q值分别为和。 8. 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度，液相组成气相组成。 9. 精馏塔进料可能有种不同的热状况，当进料为气液混合物且气液摩尔比为2 : 3时，则进料热状况参数q值为。 10. 对一定组成的二元体系，精馏压力越大，则相对挥发度，塔操作温度，从平衡角度分析对该分离过程。 11．板式精馏塔的操作中，上升汽流的孔速对塔的稳定运行非常重要，适宜的孔速会使汽液两相充分混合，稳定地传质、传热；孔速偏离适宜范围则会导致塔的异常现象发生，其中当孔速

过低时可导致_________，而孔速过高时又可能导致________。 12. 对于不饱和空气，表示该空气的三个温度，即：干球温度t, 湿球温度t w和露点t d间的关系为___________; 对饱和空气则有____ _____。 13. 用相对挥发度α表达的气液平衡方程可写为，根据α的大小，可以用来，若α=1，则表示。14.吸收操作是依据，以达到分离混合物的目的。 15.若溶质在气相中的组成以分压p、液相中的组成以摩尔分数x表示，则亨利定律的表达式为，E称为，若E值很大，说明该气体为气体。 16.对低浓度溶质的气液平衡系统，当总压降低时，亨利系数E将，相平衡常数m 将，溶解度系数H将。在吸收过程中，K Y和k Y是以和为推动力的吸收系数，它们的单位是。 17含低浓度难溶气体的混合气，在逆流填料吸收塔内进行吸收操作，传质阻力主要存在于中；若增大液相湍动程度，则气相总体积吸收系数K Y a值将；若增加吸收剂的用量，其他操作条件不变，则气体出塔浓度Y2将，溶质A的吸收率将；若系统的总压强升高，则亨利系数E将，相平衡常数m 将。 18.亨利定律表达式p*＝E x，若某气体在水中的亨利系数E值很小，说明该气体为气体。 19．吸收过程中，若减小吸收剂用量，操作线的斜率，吸收推动力。20．双膜理论是将整个相际传质过程简化为。21. 脱吸因数S可表示为，它在Y—X图上的几何意义是。若分别以S1、S2，S3表示难溶、中等溶解度、易溶气体在吸收过程中的脱吸因数，吸收过程中操作条件相同，则应有S1 S2 S3。 22.不饱和湿空气预热可提高载湿的能力，此时H ，t ，φ，传热传质推动力。

化工原理课后答案

第一章 3.答案：p= 30.04kPa =0.296atm=3.06mH2O 该压力为表压常见错误：答成绝压 5.答案：图和推算过程略Δp=(ρHg - ρH2O) g (R1+R2)=228.4kPa 7.已知n=121 d=0.02m u=9 m/s T=313K p = 248.7 × 103 Pa M=29 g/mol 答案：(1) ρ = pM/RT = 2.77 kg/m3 q m =q vρ= n 0.785d2 u ρ =0.942 kg/s (2) q v = n 0.785d2 u = 0.343 m3/s (2) V0/V =(T0p)/(Tp0) = 2.14 q v0 =2.14 q v = 0.734 m3/s 常见错误：（1）n没有计入（2）p0按照98.7 × 103 pa计算 8. 已知d1=0.05m d2=0.068m q v=3.33×10-3 m3/s （1）q m1= q m2 =q vρ =6.09 kg/s (2) u1= q v1/(0.785d12) =1.70 m/s u2 = q v2/(0.785d22) =0.92 m/s (3) G1 = q m1/(0.785d12) =3105 kg/m2?s G2 = q m2/(0.785d22) =1679 kg/m2?s 常见错误：直径d算错 9. 图略 q v= 0.0167 m3/s d1= 0.2m d2= 0.1m u1= 0.532m/s u2= 2.127m/s (1) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 7.02×103 Pa p A-p B=0.5gρH2O +(ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m (2) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 2.13×103 Pa p A-p B= (ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m 所以R没有变化 12. 图略取高位储槽液面为1-1液面，管路出口为2-2截面，以出口为基准水平面已知q v= 0.00139 m3/s u1= 0 m/s u2 = 1.626 m/s p1= 0(表压) p2= 9.807×103 Pa(表压) 在1-1面和2-2面之间立柏努利方程Δz = 4.37m 注意：答题时出口侧的选择：为了便于统一，建议选择出口侧为2-2面，u2为管路中流体的流速，不为0，压力为出口容器的压力，不是管路内流体压力

化工原理上册课后习题及答案

第一章：流体流动二、本章思考题 1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？ 1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？ 1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？ 1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？ 1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？ 1-6何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？ 1-7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，Re 将如何变化？ 1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？ 1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？ 1-10摩擦系数λ与雷诺数Re 及相对粗糙度d / 的关联图分为4个区域。每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失f h 与流速u 的一次方成正比？哪个区域的 f h 与2 u 成正比？光滑管流动时的摩擦损失 f h 与u 的几次方成正比？ 1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？ 1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？三、本章例题例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽直径D 为3m ，油品密度为900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。试计算当右侧支管内油面向下移动30mm 后，贮槽中排放出油品的质量。解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm 时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出排放量。首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。设压差计中油面下移h 高度，槽内油面相应下移H 高度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。故当 1-1附图

化工原理下册计算答案

j06a10013 用不含溶质的吸收剂吸收某气体混合物中的可溶组分A，在操作条件下，相平衡关系为Y=mX。试证明：(L/V)min ＝mη，式中η为溶质A的吸收率。 j06a10103 一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A，入塔气体中含A 1%(摩尔比)，经吸收后溶质A 被回收了80%，此时水的用量为最小用量的1.5倍，平衡线的斜率为1，气相总传质单元高度为1m，试求填料层所需高度。 j06a10104 在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质A，进塔气体中溶质A的含量为8%（体积%），吸收率为98%，操作条件下的平衡关系为y=2.5x，取吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试求： ①水溶液的出塔浓度； ②若气相总传质单元高度为0.6 m，现有一填料层高为6m的塔，问该塔是否合用？注：计算中可用摩尔分率代替摩尔比，用混合气体量代替惰性气体量，用溶液量代替溶剂量。 j06a10105 在20℃和760 mmHg，用清水逆流吸收空气混合气中的氨。混合气中氨的分压为10mmHg，经吸收后氨的分压下降到0.051 mmHg。混合气体的处理量为1020kg/h，其平均分子量为28.8，操作条件下的平衡关系为y=0.755x。若吸收剂用量是最小用量的5 倍，求吸收剂的用量和气相总传质单元数。 j06a10106 在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂S 吸收混合气体中的可溶组分A。入塔气体中A的摩尔分率为0.03，要求吸收率为95%。已知操作条件下的解吸因数为0.8，物系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03(摩尔分率)。试计算： ①操作液气比为最小液气比的倍数； ②出塔液体的浓度； ③完成上述分离任务所需的气相总传质单元数N OG。 j06a10107 某厂有一填料层高为3m 的吸收塔，用水洗去尾气中的公害组分A。测得浓度数据如图，相平衡关系为y=1.15x。试求：该操作条件下，气相总传质单元高度H OG为多少m ？参见附图：j06a107.t j06a10108 总压100kN/m2，30℃时用水吸收氨，已知k G=3.84?10-6kmol/[m2·s(kN/m2)]， k L=1.83?10-4kmol/[m2·s(kmol/m3)]，且知x=0.05时与之平衡的p*=6.7kN/m2。求：k y、K x、K y。（液相总浓度C 按纯水计为55.6 kmol/m3） j06a10109 有一逆流填料吸收塔，塔径为0.5m，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。入塔(惰性/混合？？)气体量为100kmol/h，，溶质浓度为0.01（摩尔分率），回收率要求达到90% ，液气比为1.5，平衡关系y=x。试求： ①液体出塔浓度； ②测得气相总体积传质系数K y a=0.10kmol/（m3·s），问该塔填料层高度为多少？ (提示：N OG=1/(1-S)ln[(1-S)(y1-m x1)/(y2-m x2)+S]) j06b10011 当系统服从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍则与之平衡的气相浓度（或分压）(A) y 增大一倍；(B) p增大一倍；(C) y减小一倍；(D) p减小一倍。 j06b10019 按图示流程画出平衡线与操作线示意图： 1. ⑴低浓度气体吸收 2. ⑴低浓度气体吸收 ⑵部分吸收剂循环⑵气相串联

化工原理第二版(下册)夏清贾绍义课后习题解答带图资料

以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该溶液的平衡数据。温度 C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以260.6℃时为例当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0

化工原理课后习题答案

化工原理课后习题答案 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

第七章吸收 1,解：（1）008.0=* y 1047.018 100017101710=+=x （2）KPa P 9.301= H,E 不变，则2563.010 9.3011074.73 4 ??==P E m (3)0195.010 9.301109.53 3=??=* y 01047.0=x 2，解：09.0=y 05.0=x x y 97.0=* 同理也可用液相浓度进行判断 3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。现atm P 1=，,293k T = 故()( ) s m D G 2 52 17571071.11 .205.2112915.361293102 1212 1 --?=+?+?= HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M 粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积mol cm V A 33.286.247.3=+= 4，解:吸收速率方程()()()12A A BM A P P P P RTx D N --= 1和2表示气膜的水侧和气侧，A 和B 表示氨和空气 ()24.986.1002.962 1 m kN P BM =+=代入式 x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm. 5，解：查s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数下C 80，s cm s cm T T D D 2 5275 .175 .112121044.3344.029*******.0-?==??? ???=??? ? ??= C 80水的蒸汽压为kPa P 38.471=，02=P 时间s NA M t 21693 .041025.718224=???==-π 6,解：画图 7,解：塔低：6110315-?=y s m kg G 234.0=' 塔顶：621031-?=y 02=x 的NaOH 液含3100405.2m kgNaOH l g =? 的NaOH 液的比重＝液体的平均分子量：通过塔的物料衡算，得到()()ZA L y y P K A y y G m G m -=-21 如果NaOH 溶液相当浓，可设溶液面上2CO 蒸汽压可以忽略，即气相阻力控制传递过程。 ∴在塔顶的推动力6210310-?=-=y 在塔底的推动力61103150-?=-=y 对数平均推动力()()66 105.12231 3151031315--?=?-= -In L y y m 由上式得：()2351093.8m kN s m kmol a K G -?=

化工原理下册练习题答案

精馏练习一．选择题 1．蒸馏是利用各组分（）不同的特性实现分离的目的。 C A 溶解度； B 等规度； C 挥发度； D 调和度。 2．在二元混合液中，沸点低的组分称为（）组分。 C A 可挥发； B 不挥发； C 易挥发； D 难挥发。 3．（）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。 A A 液相回流； B 进料； C 侧线抽出； D 产品提纯。 4．在（）中溶液部分气化而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。 C A 冷凝器； B 蒸发器； C 再沸器； D 换热器。 5．再沸器的作用是提供一定量的（）流。 D A 上升物料； B 上升组分； C 上升产品； D 上升蒸气。 6．冷凝器的作用是提供（）产品及保证有适宜的液相回流。 B A 塔顶气相； B 塔顶液相； C 塔底气相； D 塔底液相。 7．冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的（）回流。 B A 气相； B 液相； C 固相； D 混合相。 8．在精馏塔中，原料液进入的那层板称为（）。 C A 浮阀板； B 喷射板； C 加料板； D 分离板。 9．在精馏塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（）。 B A 精馏段； B 提馏段； C 进料段； D 混合段。 10．某二元混合物，进料量为100 kmol/h ，x F = 0.6，要求塔顶x D 不小于0.9，则塔顶最大产量为（）。 B A 60 kmol/h ； B 66.7 kmol/h ； C 90 kmol/h ； D 100 kmol/h 。 11．精馏分离某二元混合物，规定分离要求为D x 、w x 。如进料分别为1F x 、2F x 时，其相应的最小回流比分别为1min R 、2min R 。当21F F x x >时，则（）。 A A ．2min 1min R R <； B ．2min 1min R R =； C ．2min 1min R R >； D ．min R 的大小无法确定 12．精馏的操作线为直线，主要是因为（）。 D A ．理论板假定； C. 理想物系； B ．塔顶泡点回流； D. 恒摩尔流假定 13．某二元理想物系，其中A 为易挥发组分。液相组成5.0=A x 时相应的泡点为1t ，气相组成3.0=A y 时相应的露点为2t ，则（） B A ．21t t =； B ．21t t <； C ．21t t >； D ．无法判断 14．某二元理想物系，其中A 为易挥发组分。液相组成5.0=A x 时泡点为1t ，与之相平衡的气相组成75.0=A y 时，相应的露点为2t ，则（）。 A