化工原理习题解答祁存谦.pdf

1 祁存谦 丁楠 吕树申 化工原理习题解答化工原理习题解答 第 1 章 流体流动 第 2 章 流体输送 第 3 章 沉降过滤 第 4 章 传热 第 5 章 蒸发 第 6 章 蒸馏 第 7 章 吸收 第 9 章 干燥 第 8 章 萃取 第 10 章 流态化 广州 中山大学化工学院（510275） 2008/09/28 2 第 1 章 流体流动 1-1容器 A 中气体的表压力为60kPa，容器 B 中的气体的真空度为Pa102 . 1 4 。试分 别求出 A、B 二容器中气体的绝对压力为若干Pa。该处环境大气压等于标准大气压。 （答： A,160kPa；B,88kPa ） 解：取标准大气压为kPa100，所以得到： kPa16010060 A P； kPa8812100 B P。 1-2某设备进、出口的表压分别为 12kPa-和157kPa，当地大气压为101.3kPa，试 求此设备进、出口的压力差为多少Pa。 (答：169kPa-) 解：kPa16915712 出进 PPP。 1-3为了排除煤气管中的少量积水，用如图示水封设备，水由煤气管道上的垂直支管排 出，已知煤气压力为10kPa（表压） 。问水封管插入液面下的深度h最小应为若干？ （答： m02. 1） 解：m02. 1 8 . 910 1010 3 3 g P H 习题 1-3 附图 1-4某一套管换热器，其内管为mm,25. 3mm5 .33外管为mm5 . 3mm60。内管 流过密度为 3 m1150kg ，流量为 1 h5000kg 的冷冻盐水。管隙间流着压力（绝压）为 MPa5 . 0，平均温度为C00，流量为 1 h160kg 的气体。标准状态下气体密度为 3 m1.2kg ，试求气体和液体的流速分别为若干 1 sm ？ （ 答： 1 L sm11. 2U ； 1 g s5.69mU ） 习题 1-4 附图 解：mm27225. 35 .33 内 d，mm5325 . 360 外 d； 对液体： 1 22 sm11. 2 027. 01150 3600/50004 4 / 内 d m A V u ll l l l ； 对气体： 0 1 0 1 P P 3 5 6 0 10 1 mkg92. 5 1001325. 1 105 . 02 . 1 P P ， 3 22 4 内外内外 DdAAAg 2322 m1032. 10335. 0053. 0 4 ， 1 3 sm69. 5 92. 51032. 1 3600/160 / g gg g g g A m A V u 。 1-5C250水在内径为50mm的管内流动，流速为 1 s2m 。试求雷诺准数为若干？ （ 答： 5 1012. 1 ） 解： 5 1012. 1Re du 。 （C250下水的，查物性手册） 1-6 （1）设流量为 1 s4L ，水温C200，管径为mm5 . 3mm57，试判断流动类型。 （2）条件与上相同，但管中流过的是某种油类，油的运动黏度为 12 scm4.4 ，试判断流 动类型。 （答： （1） 5 1001. 1，湍流 ；(2) 2000231，层流） 解：mm5025 . 357d， 1 2 3 2 sm04. 2 05. 0 10444 d q A q u VV ， 查物性手册得C200下水的密度和粘度分别为： 3 mkg2 .998 ，sPa10004. 1 3 ， 40001001. 1 10004. 1 04. 205. 02 .998 Re 5 3 du 所以流体在管内的流动类型为湍流； 2000231 104 . 4 04. 205. 0 Re 4 dudu 所以流体在管内的流动类型为层流。 1-7密度为 3 m1800kg 的某液体经一内径为mm60的管道输送到某处，若其流速为 1 s8m. 0 ，求该液体的体积流量 13 hm ，质量流量 1 skg 和质量流速 12 smkg 。 （答： 13 hm148 ； 1 skg074 ； 12 smkg1440 ） 解： 4 8 . 006. 0 4 22 ud AuqV 13133 hm148sm1026. 2 ， 13 skg07418001026. 2 Vm qq， 122 smkg1440)06. 00785/(07. 4/ Aqu mm 。 1-8有一输水管路，C200的水从主管向两支管流动，主管内水的流速为 1 sm06. 1 ， 支 管 1 与 支 管 2 的 水 流 量 分 别 为 13 hkg1020 与 13 hkg1010 。 支 管 为 mm5 . 3mm89。试求： （1）主管的内径； （2）支管 1 内水的流速。 (答： （1）0.1md ； （2） 1 s1.053m ) 习题 1-8 附图 4 解：Auq， 21 qqq 23 3 m1088. 7 06. 12 .998 3600/10)1020( u q A ， 4 2 d A m1 . 0 1088. 744 3 A d； 11 Auq， 4 2 3 1 1 1025 . 3892 .998 3600/10204 A q u 12 smkg053. 1 。 1-9已知水在管中流动。在截面 1 处的流速为 1 s0.5m 。管内径为0.2m，由于水的 压力产生水柱高为1m；在截面 2 处管内径为0.1m。试计算在截面 1、2 处产生水柱高度差 h为多少？（忽略水由 1 到 2 处的能量损失） （答：0.191m） 习题 1-9 附图 解： 1 2 2 2 1 12 sm2 1 . 0 2 . 0 5 . 0 d d uu， 对截面 1 与截面 2 列伯努利方程： g P g u g P g u 2 2 21 2 1 22 g uu g PP 2 _ 2 1 2 221 ， ghPPP 21 ， m191. 0 8 . 92 5 . 02 2 _ 22 2 1 2 221 g uu g PP g P h 。 1-10图示吸液装置中，吸入管尺寸为mm5 . 2mm32，管的下端位于水面下m2， 并装有底阀及拦污网， 该处的局部压头损失为 g u 2 8 2 。 若截面2-2处的真空度为kPa2 .39， 由1-1截面至2-2截面的压头损失为 g u 22 1 2 。求： （1）吸入管中水的流量， 13 hm ;（2） 吸入口1-1处的表压。 (答： （1） 13 h2.95m ； （2）Pa101.04 4 ) 5 习题 1-10 附图 解：以水面为基准面，在基准面与1-1截面间列伯努利方程： f h uP gZ uP gZ 22 2 11 1 2 00 0 ， 0 0 Z,0 0 P（表压） ，0 0 u，m2 1 Z， g u hf 2 8 2 1 ， 代入上式得： g uuP 2 8 2 8 . 920 2 1 2 11 2 962.19 2 11 uP 在1-1截面与2-2截面间列伯努利方程： 21 2 22 2 2 11 1 22 f h uP gZ uP gZ ， m2 1 Z， 21 uu ，m3 2 Z，kPa2 .39 2 P（表压） ， g u hf 22 1 2 1 21 ， 代入上式得： 41000 102 .39 8 . 95 1 2 1 3 uP 由与解得： 1 1 sm43. 1 u， 1 2 1 4 udAuqV 134 2 hm95. 4360043. 11025 . 232 4 ； 由式可以解得： Pa1004. 1 4 1 P。 1-11在图示装置中，出水管直径为mm5 . 3mm57 。当阀门全闭时，压力表读数为 30.4kPa,而在阀门开启后，压力表读数降至20.3kPa，设总压头损失为0.5m（水柱） ，求 水的流量为若干 13 hm ? ( 答： 13 h22.8m ) 6 习题 1-11 附图 解： 取水面为00截面， 压力表处为11截面， 以压力表管中心线为基准面。 故0 0 P， 0 1 Z。 当阀门全关闭时：kPa4 .30 1 P， 由流体静力学原理得： 1 1 0 0 P gZ P gZ m1 . 3 8 . 91000 104 .30 3 1 0 g P Z ， 当阀门打开后，在00截面与11截面间列伯努利方程： f h g u g P Z g u g P Z 22 2 11 1 2 00 0 式中0 0 u，kPa3 .20 1 P，水柱m5 . 0hf， 1 1 sm22. 3 u， 1 2 1 4 udAuqV 13 2 hm8 .223600 4 22. 325 . 357 。 1-12 在水平管道中， 水的流量为 13-3 sm102.5 ,已知管内径cm5 . 25cm, 21 dd, 及1m 1 h。若忽略能量损失，问联接于该管收缩断面上的水管，可将水自容器内吸上高度 2 h为多少？ （ 答：0.234m ） 习题 1-12 附图 解： 1 2 3 2 1 sm27. 1 05. 0 105 . 244 d q A q u VV ， 1 2 2 2 1 12 sm08. 5 025. 0 05. 0 27. 1 d d uu， 以管中心线为基准面，取 1 d处为1-1面， 2 d处为2-2面，在1-1 面与2-2面 间列伯努利方程： 7 g u g P Z g u g P Z 22 2 22 2 2 11 1 ， 又有0 21 ZZ g uu g PP 2 2 1 2 221 ， m234. 01 8 . 92 27. 108. 5 2 22 1 2 1 2 22 2 h g uu g P h 。 1-13求常压下C350的空气以 1 sm21 的流速流经m120长的水平通风管的能量损失， 管道截面为长方形，高300mm，宽200mm。 （0005. 0 d 设） （答：66.1m气柱， 这个答案与读图很有关系） 解： m24. 0 2 . 03 . 02 2 . 03 . 04 2 4 ba ab de， 5 6 108 . 1 1035.18 1224. 01465. 1 Re deu ， 由0005. 0 d ，查图得018. 0， 气柱m1 .66 8 . 92 12 24. 0 120 018. 0 2 22 g u de l hf。 1-14如图所示，某一输油管路未装流量计，但在 A 与 B 点压力表读数分别为 MPa47. 1 A p,MPa43. 1 B p。 试 估 计 管 路 中 油 之 流 量 。 已 知 管 路 尺 寸 为 mm4mm89的无缝钢管，A、B 两点间长度为m40，其间还有 6 个 0 90弯头，油的密 度为 3 m820kg ，黏度为smPa121。 （答： 13 h17.6m ） 习题 1-14 附图 解：取 A 点的水平面为基准面，在 A 与 B 间列伯努利方程： f BB B AA A h uP gZ uP gZ 22 22 式中： BA uu，0 A Z，m15 . 05 . 1 B Z BA Bf PP gZh 1 6 kgJ98.38 820 1043. 147. 1 8 . 91 ， 8 2 2 u d ll h e f ， 代入得： 2 2 91.351 2 356 081. 0 40 98.38u u 111. 0 2 u ， 假设为层流，则： uudu 117. 0 820081. 0 101216464 Re 64 3 ， 将代入中得： 1 sm949. 0 u， 校核Re 6 .522 10121 952. 0081. 0820 Re 3 du 与假设相符， 13 2 hm6 .173600949. 0081. 0 4 AuqV。 1-15水从水塔用mm4mm108有缝钢管引至车间的低位水槽中，水槽与水塔的液 位差为12m，管路长度为150m（包括管件的当量长度） 。水温为C120，试求此管路输水 量为若干 13 hm （设002. 0 d ） 。 （答： 13 hm3 .72 ） 解：由C12t查得：sPa00124. 0， 取低位水槽水面为基准面，在低位水槽和水塔间列伯努利方程： f BB B AA A h uP gZ uP gZ 22 22 式中：m12 BA ZZ， BA PP ， BA uu 2 2 u d l hZZg fBA 21 . 0 150 12 2 u g 157. 0 2 u， u udu 4 1006. 8 00124. 0 1 . 04 .999 Re ， 由002. 0 d 查图并用试差法求得： 024. 0， 1 sm56. 2 u， 13 2 hm3 .72360056. 21 . 0 4 AuqV。 1-16在管径为mm8mm325的管道中心装一皮托管，以测定管道中流过的空气流 量，空气温度为C210，压力为Pa1047. 1 5 （绝压） ，用斜管压差计测量，其读数为 O200mmH2。斜管压差计的倾斜角度为20度。问这时空气质量流量为若干？ （答： 1 s2.98kg ） 9 解：mm4 .6820sin200sinRR， 3 5 5 mkg75. 1 212731001. 1 293. 12731047. 1 TP TP ， 0 max 2gR u 1 sm7 .27 75. 1 75. 110000684. 08 . 92 ， 5 5 m a x m a x 103 . 8 1081. 1 7 .27309. 075. 1 Re du ， 查图得：82. 0 max u u ， 1 max sm7 .227 .2782. 082. 0 uu， 1 2 sk98. 275. 17 .22309. 0 4 gAuqm 。 1-17密度为 3 m1000kg 的液体，以 1 s319kg 的流量流经一内径为0.5m的管道， 该液体的黏度为smPa29. 1 ,若流过孔板的压力降不超过24.5kPa,问孔板的孔径为若干? (答：m3 . 0 0 d) 解： P dCqV 2 4 2 00 式中： 13 sm319. 0 1000 319 m V q q，kPa5 .24P， 3 mkg1000 495. 5 1000 105 .242 4 319. 0 3 2 00 dC 06. 0 495. 5 319. 0 2 00 dC， 2 0 2 0 2 1 02 4 25. 0 d d d d ， 查图并用试差法得：36. 0 2 ，67. 0 0 C， 故m3 . 0 0 d， 验证： A dqdu V Re 5 2 3 103 . 6 5 . 01029. 1 319. 05 . 010004 （在直线段） ， 所以得到：m3 . 0 0 d。 第 2 章 流体输送 2-1某离心泵以C150水进行泵性能实验，体积流量为 13 h540m ，泵出口压力表读 数为kPa350，泵入口真空表读数为30kPa。若压力表和真空表测压截面间的垂直距离为 350mm，吸入管和压出管内径分别为350mm及310mm，试求泵的扬程。 （ 答：39.2m） 10 解： 1313 sm15. 0hm540 V q， 1 2 2 2 sm99. 1 31. 0 15. 04 A q u V ， 1 2 1 1 sm56. 1 35. 0 15. 04 A q u V ， g uu g P g P h g uu HHhH 22 2 1 2 221 0 2 1 2 2 210 m2 .39 8 . 92 56. 199. 1 8 . 91000 1030 8 . 91000 10350 35. 0 2233 。 2-2在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一个高位槽。 已知高位槽液面比贮水池液面高出10m，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为 400m，管内径为75mm，换热器的压头损失为 g u 2 32 2 ，在上述条件下摩擦系数可取为 03. 0，离心泵在转速 1 minr2900 n时的 V qH 特性曲线数据如下表所示。 13 sm/ V q 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 m/H 26 25.5 24.5 23 21 18.5 15.5 12 8.5 试 求： （1 ）管 路特性曲 线； （ 2 ）泵 的工作点 及其 相应流 量及 压头 。 （答 ： 13 s0.0045m20m,H V q） 解：设管路特性曲线为 2 V BqAH， 2 22 8 . 910 8 . 92 32 075. 0 400 03. 010 2 32u u g u d l ZH ， 2075. 0 4 VV q A q u 代入上式得： 2 5 4 2 2 1003. 510 075. 0 16 8 . 910 V V q q H ， 计算列表如下： 13 sm/ V q 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 m/H 10 10.5 12 14.5 18 22.6 28.1 34.6 42.2 作泵的特性曲线和管路特性曲线图得： 11 由图可以看出，泵的工作点为两条特性曲线的交点。 工作点：m20H， 13 sm0045. 0 V q。 2-3某离心泵的额定流量为 13 h16.8m ，扬程为18m。试问此泵是否能将密度为 3 m1060kg 、流量为 13 h15m 的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa的设备中， 敞口贮槽与高位设备的液位的垂直距离为8.5m。已知管路的管径为mm75. 3mm5 .75， 管长为124m（包括直管长度与所有管件的当量长度） ，摩擦系数为0.03。 （答：此 泵合用） 解： 1 2 sm15. 1 3600200375. 00755. 0 154 A q u V 18mm1 .15 8 . 92 15. 1 068. 0 124 03. 0 8 . 91060 1030 5 . 8 2 232 g u d l g P ZH 离心泵的送液能力和扬程都大于管路系统所要求的，故此泵合用。 2-4由山上的湖泊中引水至某贮水池，湖面比贮水池面高出m45，管道流量达到 13 sm085. 0 ,试选择管直径为多少？假定所选管道的磨檫系数0.02。经长期使用，输 水管内壁锈蚀，其磨檫阻力系数增大至0.03。问此时水的流量减至若干？（答： m235. 0d， 13 sm069. 0 v q） 解： 222 11. 0085. 044 ddd q A q u VV ， 因为水在管内的流速一般取 1 sm31 ，我们取 1 sm2 u， 此时：m235. 0 2 11. 0 d，选用mm19273的热轧无缝钢管。 在湖面和贮水池面之间列伯努利方程得： f h uP gZ uP gZ 22 2 22 2 2 11 1 式中：m45 1 Z， 21 PP ， 21 uu ，0 2 Z， g u d l hf 2 2 2 g u d l 2 45 2 ，又 2 4 d q A q u VV 12 2 22 2 11VV qq， 13 1 2 1 2 sm069. 0085. 0 03. 0 02. 0 VV qq 2-4由山上的湖泊中引水至某贮水池，湖面地面高出 45m，管道总长 4000m （包括直 管长度和局部阻力当量长度） ，要求流量达到 13 sm085.0 。若使用新铸铁管，其 摩擦阻力系数0.02，则铸铁内径需多大？经长期使用，铸铁管内壁腐蚀，其摩擦阻力 系数增大至0.03，问此时水流量减至若干？ 解：在湖面和贮水池面之间列伯努利方程得： g u d l g u g p Z g u g p Z 222 22 22 2 2 11 1 因为 0 21 pp（表压） ，0, 0 21 uu 所以 g u d2 4000 02.045 2 （1） 因为085. 0 4 2 udV 所以 2 1082. 0 d u 代入式(1)得 00106. 0 5 d 所以md254. 0: 当0.03时,代入式(1)得 g u 20254 4000 03. 045 2 1 367. 1 smu 132 0692. 0367. 10254785. 0 smV 2-5 某工艺装置的部分流程如下图所示。已知各段管路均为3.5mm57mm的无缝钢 管，AB 段和 BD 段的总长度（包括直管与局部阻力当量长度）均为00m2，BC 段总长度 为20m1。管中流体密度为 3 mkg800 ,管内流动状况均处于阻力平方区，且0.025， 其它条件如图所示，试计算泵的流量和扬程。 （答：34.0mH， 13 hm8 .16 v q） 图 2-27 习题 2-5 附图 解：以地面为基准面。 13 在 E 和 F 之间列伯努利方程得： FE f FF F EE E h g u g P Z g u g P Z 22 22 其中：RZZ FE ， FE PP ， FE uu， g u h F FE f 2 2 R g uF 2 2 1 sm00. 1 5 . 4 23. 08 . 922 gR uF， 即在 BD 段中流体的流速 1 sm00. 1 u， 在 B 与右侧贮液器之间列伯努利方程得： rB f rr r BB B h g u g P Z g u g P Z 22 22 在 B 与 C 之间列伯努利方程得： CB f CC C BB B h g u g P Z g u g P Z 22 22 由得： CB f CC C rB f rr r h g u g P Zh g u g P Z 22 22 其中：m4 r Z，Pa1001. 1 5 r P，0 r u，m5 .14 C Z， Pa1001. 1 760 94 5 C P， g u h D rB f 205. 0 200 025. 0 2 ， g u h C rB f 205. 0 120 025. 0 2 8 . 9205. 0 120 025. 0 8 . 928 . 9800760 1001. 194 5 .14 8 . 92 00. 1 05. 0 200 025. 00 8 . 9800 1001. 1 4 22 525 CC uu 2 1 . 31 .160 .22 C u 1 sm38. 1 1 . 3 1 .160 .22 C u， 由分支管路特性知： DCB ududud 222 1 sm38. 200. 138. 1 B u， 在 B 与左侧贮液器之间列伯努利方程得： H g u g P Zh g u g P Z ll l lB f BB B 22 22 其中：m4 l Z，Pa1001. 1 5 l P，0 l u， g u h B lB f 205. 0 200 025. 0 2 ， m0 .22 2 2 g u g P Z BB B m0 .340 8 . 9800 1001. 1 4 8 . 92 38. 2 05. 0 200 025. 00 .22 52 H 泵的流量 13 2 2 hm8 .16360038. 205. 0 44 BV udAuq 14 第 3 章 沉降过滤 3-1、 试求直径m70， 密度为 3 m650kg2 的球形石英粒子， 在C200水中及在C200 空气中的沉降速度。 （答： 13 sm1038. 4 ， 11 sm1097. 3 ） 解：在C20水中的沉降速度 先假定此沉降属层流区，可按斯托克斯定律求 t u， 查表得C20水的 3 mkg2 .998 ，sPa10004. 1 3 ， 13 3 2 62 sm1038. 4 10004. 118 8 . 92 .99826501070 18 gd u s t 复核：147. 0 10004. 1 2 .9981079. 61070 Re 3 36 t t du 与假定相符； 在C20空气中的沉降速度 先假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求 t u， 查表得C20空气的 3 mkg205. 1 ，sPa1081. 1 5 ， 1 5 2 62 sm39. 0 1081. 118 8 . 9205. 126501070 18 gd u s t 复核：182. 1 1081. 1 205. 139. 01070 Re 5 6 t t du 与假定不符， 再设该沉降属于过渡区，按艾伦定律求 t u， 6 . 0 Re27. 0 t s t gd u 6 . 0 6 82. 1 205. 1 8 . 9205. 126501070 27. 0 111 1097. 3sm397. 0 sm 复核：864. 1 1081. 1 205. 1397. 01070 Re 5 6 t t du 属于过渡区， 与假定相符。 3-2、有一玉米淀粉水悬浮液，温度C200，淀粉颗粒平均直径为m15，淀粉颗粒吸 水后的密度为 3 mkg1020 ，试求颗粒的沉降速度。 （答： 16 sm1066. 2 t u） 解：先假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求 t u， 已知：mmd 6 101515 ， 3 1020 mkg s ， 查表得 20的水的 3 2 .998 mkg，sPa 3 10004. 1， 16 3 262 1066. 2 10004. 118 8 . 9)2 .9981020()1015( 18 sm gd u s t 检验 et R值： 15 11096. 3 10005. 1 2 .9981066. 21015 5 3 66 t et du R 计算结果表明，与假设相符，故算得的 16 1066. 2 smut正确。 3-3、密度为 3 mkg2650 的球形石英微粒在C200空气中自由沉降，计算服从斯托克 斯公式的最大微粒直径及服从牛顿公式的最小微粒直径。 （答：m3 .57，m1510） 解：层流区Re的上限值：1Re tc t ud ， 18 2 gd d u sc c t 查表得C20空气的 3 mkg205. 1 ，sPa1081. 1 5 ， 3 2 18 g d s p m57.3m1073. 5 8 . 9205. 1205. 12650 1081. 118 5 3 2 5 湍流区Re的下限值：1000Re tc t ud ， gd d u sc c t 74. 1 1000 3 26 2 1074. 1 g d s p m5101m10510. 1 8 . 9205. 1205. 12650 1081. 11074. 1 3 3 2 56 2 3-4、气流中悬浮某种球形微粒，其中最小微粒为 10m，沉降处于斯托克斯定律区。 今用一多层隔板降尘室以分离此气体悬浮物。已知降尘室长度10m，宽度5m，共21层， 每层高100mm，气体密度为 3 mkg1 . 1 ，粘度cp0218. 0，微粒密度为 3 m000kg4 。 试问： （1）为保证最小微粒的完全沉降，可允许的最大气流速度为多少？（2）此降沉室最 多每小时能处理多少 3 m 气体？（答： 1 sm1 ， 13 hm37800 ） 解： 1 3 2 62 sm01. 0 100218. 018 8 . 91 . 140001010 18 gd u s t 水平流速 1 sm1 1 . 0 10 01. 0 H l uu t ； 13 hm37800360001. 021510 tV Auq。 3-5、一除尘室用以除去炉气中的硫铁矿尘粒。矿尘最小粒径m8，密度为 3 m000kg4 。除尘室内长4.1m，宽1.8m，高4.2m。室内温度为C274 0 ，在此温度下 炉气的黏度为sPa104 . 3 5 ，密度为 3 m.5kg0 。若每小时需处理炉气2160标准 3 m， 试计算除尘室隔板间的距离及除尘室的层数。 （答：m084. 0，50） 解： 13 sm54. 1 273 427273 3600 2160 V q， 16 水平流速 1 sm20. 0 2 . 48 . 1 54. 1 bH q u V ， 假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求 t u， 13 5 2 62 sm101 . 4 104 . 318 8 . 95 . 04000108 18 gd u s t ， 每层间距m084. 01 . 4 20. 0 101 . 4 3 l u u h t ， 层数50 084. 0 2 . 4 h H n， 复核：1108 . 4 104 . 3 5 . 0101 . 4108 4 5 36 t et du R与假定相符。 3-6、用一个截面为矩形的沟槽，从炼油厂的废水中分离所含的油滴。拟回收直径为 m200以上的油滴。槽的宽度为4.5m，深度为0.8m。在出口端，除油后的水可不断从下 部排出，而汇聚成层的油则从顶部移去。油的密度为 3 m70kg8 ，水温为C200。若每分 钟处理废水 3 m 20，求所需槽的长度L。 （答：m6 .26L） 解：假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求 t u， 查表得 20的水的 3 2 .998 mkg，sPa 3 10004. 1， 13 3 2 62 sm1079. 2 10004. 118 8 . 92 .99887010200 18 gd u s t 负号代表油滴向上运动， 复核：1557. 0 10004. 1 2 .9981079. 210200 3 36 t et du R与假定相符， 油滴从槽底升至表面所需的时间s287 1079. 2 8 . 0 3 t， 故废水在槽中通过的时间应大于s287，即： 废水在槽内通过的时间287 8 . 05 . 4 60/20 L t m6 .26L 3-7、过滤含20%（质量）固相的水悬浮液，得到 3 15m滤液。滤渣内含有30%水分。 求所得干滤渣的量。 （答：kg4200） 解：设悬浮液量 1 G，湿滤渣量 2 G，干滤渣量30. 01 23 GG 100015 21 GG 30. 0120. 0 231 GGG 由上面两式可得：kg21000 1 G，kg6000 2 G，kg4200 3 G。 3-8、用一台25-BMS50/810型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固相质量分率为 0.139， 固相密度为 3 m200kg2 ， 液相为水。 每一 3 m滤饼中含500kg水， 其余全为固相。 已知操作条件下的过滤常数 125 sm1072. 2 K， 233 mm1045. 3 e q。滤框尺寸 为mm25810，共38个框。试求： （1）过滤到滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得滤 液体积； （2）过滤完毕用 3 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。 （答：min04. 4， 3 m88. 3，min38. 6） 17 解：滤框尺寸：mm25810810，共38个框， 框内实际总容积为 3 m615. 0， 滤饼体积等于全部滤框内的实际总容积即 3 m615. 0， 滤饼中含水量kg5 .307500615. 0，体积为 3 m3075. 0， 滤饼中固相体积 3 m3075. 03075. 0615. 0， 滤饼中固相质量kg9845 .3075 .676， 悬浮液的质量kg91.4866139. 0/5 .676， 滤液的质量kg91.388298491.4866 滤液的体积 3 m88. 31000/91.3882V， 过滤面积 2 9 .4923881. 081. 0mA， 单位面积的滤液量 23 mm0778. 09 .49/8829. 3 q， 由 ee Kqq 2 式中： 125 sm1072. 2 K， 233 mm1045. 3 e q， K qe e 2 4.04mins2 .242（过滤时间） 清洗时间 6.28mins383 9 .491072. 2 8 . 01045. 30178. 088 5 3 KA Vqq we w 。 第 4 章 传热 4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为,KmW05. 1 11 厚度 mm230b；绝热砖的热导率为 11 KmW151. 0 ；普通砖的热导率为 11 KmW93. 0 。若耐火砖内侧温度为C10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度 为C9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C1300 (假设每两种砖之间接触良好界面 上的温度相等) 。试求： （1）绝热砖的厚度。绝热砖的尺寸为：mm230mm113mm65; (2) 普 通 砖 外 测 的 温 度 。 普 通 砖 的 尺 寸 为 ：mm240mm1200mm5。 ( 答 ： m460. 0 2 b；C6 .34 4 t ) 解：第一层： 1 1 21 b tt A Q 第二层： 2 2 32 b tt A Q 32 2 2 21 1 1 tt b tt b 130940 151. 0 9401000 23. 0 05. 1 2 b m446. 0 2 b 因为绝热砖尺寸厚度为mm230，故绝热砖层厚度 2 b取m460. 0， 18 校核： 3 940 460. 0 151. 0 9401000 23. 0 05. 1 t C3 .105 3 t； 43 3 3 21 1 1 tt b tt b C6 .34 4 t。 4-2、某工厂用mm5mm170的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在 管外包两层绝热材料：第一层为厚mm30的矿渣棉，其热导率为 11 Km0.065W ;第二 层为厚mm30的石棉灰，其热导率为 11 Km0.21W 。管内壁温度为C3000，保温层外 表面温度为C400。 管道长m50。 试求该管道的散热量。 无缝钢管热导率为 11 Km45W （答：kW2 .14Q） 解：已知： 11 棉 Km0.065W ， 11 灰 Km0.21W 查表得： 11 KmW54 钢 3 4 32 3 21 2 1 41 ln 1 ln 1 ln 1 2 d d d d d d tt l Q 其中：0606. 0 16. 0 17. 0 lnln 1 2 d d ， 302. 0 17. 0 23. 0 lnln 2 3 d d ， 231. 0 23. 0 29. 0 lnln 3 4 d d 1 mW284 21. 0 231. 0 065. 0 302. 0 45 0606. 0 403002 l Q ， kW2 .14W1042. 150284 4 Q。 4-3、冷却水在mm1mm19，长为m0 . 2的钢管中以 1 s1m 的流速通过。水温由 88K2升至K298。求管壁对水的对流传热系数。 (答： 12 Km4260W ) 解：设为湍流 水的定性温度K293 2 298288 t， 查表得： 11 CkgkJ183. 4 p c， 11 KmW5985. 0 ， sPa10004. 1 3 ， 3 mkg2 .998 ， m2l，m017. 0d， 507 .117 017. 0 2 d l ， 44 6 101069. 1 10004. 1 2 .9981017. 0 Re du 与假设相符， 19 01. 7 5985. 0 10004. 110183. 4 Pr 33 p c ， 4 . 08 . 0 PrRe023. 0 d 12 4 . 0 8 . 0 4 KmW426001. 71069. 1 017. 0 5985. 0 023. 0 。 4-4、空气以 1 s4m 的流速通过一mm75. 3mm5 .75的钢管，管长20m。空气入口 温度为C320，出口为C680。试计算空气与管壁间的对流传热