高分子化工原理课后题及答案

1 1 第一章第一章 4. 4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相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槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的 距离距离 H H = 1m= 1m，U U 管压差计的指示液为水银，煤油的密管压差计的指示液为水银，煤油的密 度为度为 820Kg820Kg。试求当压差计读数。试求当压差计读数 R=68R=68mmmm 时，相界时，相界 面与油层的吹气管出口距离。面与油层的吹气管出口距离。 分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空分析：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，本题中气产生的压强，本题中 1 11 1 和和 4 44 4 为等压面，为等压面，2 22 2 和和 3 33 3 为等压面，且为等压面，且 1 11 1 和和 2 22 2 的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解的压强相等。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解：设插入油层气管的管口距油面高h h 在在 1 11 1 与与 2 22 2 截面之间截面之间 P P1 1 = P= P2 2 + + 水银水银gRgR P P1 1 = P= P4 4 ，P P2 2 = P= P3 3 且且 P P3 3 = = 煤油煤油g gh h ， P P4 4 = = 水水g g（H H- -h h）+ + 煤油煤油g g（h + hh + h） 联立这几个方程得到联立这几个方程得到 水银 水银gRgR = = 水水g g（H H- -h h）+ + 煤油煤油g g（h + hh + h）- -煤油煤油g gh h 即即 水银 水银gR =gR =水水gH + gH + 煤油煤油gh gh - -水水gh gh 带入数据带入数据 1.01.0 1010 1 1 - - 13.613.61010 0.068 = h(1.00.068 = h(1.01010 - -0.820.821010 ) ) = 0.418= 0.418 6. 6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，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。压差计中以油和水计算管路中气体的表压强。压差计中以油和水 为指示液，其密度分别为为指示液，其密度分别为 920920 3 3 ,998 ,998 3 3, ,管中油水交接面高度差 管中油水交接面高度差 R = 300 R = 300 ，两扩大室的内径，两扩大室的内径 D D 均为均为 60 60 ，管内径为，管内径为 6 6 。当。当 管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。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，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，选取解：由静力学基本原则，选取 1 11 1 为等压面， 为等压面， 对于管左边对于管左边 表 表 + + 油油g(hg(h1 1+R) = +R) = 1 1 对于管右边对于管右边 2 2 = = 水 水gR +gR + 油油ghgh2 2 2 2 表 表 = =水水gR + gR + 油油ghgh2 2 - -油油g(hg(h1 1+R)+R) = =水 水gR gR - - 油油gR +gR +油油g g（h h2 2- -h h1 1） 当当表 表= 0= 0 时，扩大室液面平齐时，扩大室液面平齐 即即 （D/2D/2） 2 2（ （h h2 2- -h h1 1）= = （d/2d/2） 2 2R R h h2 2- -h h1 1 = 3 mm= 3 mm 表 表= 2.57= 2.571010 2 2Pa Pa 8 .8 .高位槽内的水面高于地面高位槽内的水面高于地面 8m8m，水从水从1081084 4mmmm 的管道中流的管道中流 出出，管路出口高于地面管路出口高于地面 2 2m m。在本题特定条件下，水流经系统的。在本题特定条件下，水流经系统的 能量损失可按能量损失可按f f = 6.5 u= 6.5 u 2 2 计算，其中 计算，其中 u u 为水在管道的流速。为水在管道的流速。 试计算：试计算： A AA A 截面处水的流速； 截面处水的流速； 水的流量，以水的流量，以 m m 3 3/h /h 计。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 是高位槽是高位槽 1 11 1 , ,和出管口 和出管口 2 22 2 , , ,如图所示，选取地面为基准面。 如图所示，选取地面为基准面。 解：设水在水管中的流速为解：设水在水管中的流速为 u u ，在如图所示的，在如图所示的 1 11 1 , , ， ，2 22 2 , ,处列柏努力方程 处列柏努力方程 Z Z1 1 + 0 + + 0 + 1 1/ /= Z= Z2 2+ + 2 2 2 + 2 + 2 2/ / + + f f （Z Z1 1 - - Z Z2 2）g = ug = u 2 2/2 /2 + 6.5u+ 6.5u 2 2 代入数据代入数据 (8(8- -2)2)9.81 = 7u9.81 = 7u 2 2 , u = 2.9m/s , u = 2.9m/s 换算成体积流量换算成体积流量 V VS S = uA= 2.9 = uA= 2.9 /4 /4 0.10.1 2 2 36003600 = 82 m= 82 m 3 3/h /h 10.10.用离心泵把用离心泵把 2020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。管路的直径均为附图所示。管路的直径均为76762.5mm2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 24.6624.661010 Pa,Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量 损失可分别按损失可分别按f,1 f,1= =2u2u ，h hf,2f,2=10u=10u 2 2计算，由于管 计算，由于管 径不变，故式中径不变，故式中 u u 为吸入或排出管的流速为吸入或排出管的流速/s/s。排。排 水管与喷头连接处的压强为水管与喷头连接处的压强为 98.0798.071010 PaPa（表压） 。（表压） 。 试求泵的有效功率。试求泵的有效功率。 3 3 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，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。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：总能量损失解：总能量损失hf=hf=hf+hf+， ，1 1hfhf，2 2 u u1 1=u=u2 2=u=2u=u=2u 2 2+10u +10u =12u=12u 在截面与真空表处取截面作方程在截面与真空表处取截面作方程： z z0 0g+ug+u0 0 2 2/2+P /2+P0 0/ /=z=z1 1g+ug+u 2 2/2+ /2+P P1 1/ /+ +hfhf， ，1 1 （ P P0 0- -P P1 1）/ /= z= z1 1g+ug+u 2 2/2 + /2 +hfhf， ，1 1 u=2m/s u=2m/s w ws s=uA=uA=7.9kg/s =7.9kg/s 在真空表与排水管在真空表与排水管- -喷头连接处取截面喷头连接处取截面 z z1 1g+ug+u 2 2/2+P /2+P1 1/ /+W+We e=z=z2 2g+ug+u 2 2/2+P /2+P2 2/ /+ +hfhf， ，2 2 W We e= z= z2 2g+ug+u 2 2/2+P /2+P2 2/ /+ +hfhf， ，2 2（ z z1 1g+ug+u 2 2/2+P /2+P1 1/ /） =12.5=12.59.81+9.81+（98.07+24.6698.07+24.66）/998.2/998.21010 +10+102 2 =285.97J/kg =285.97J/kg N Ne e= W= We ew ws s=28=285.975.977.9=2.26kw7.9=2.26kw 13. 13. 用压缩空气将密度为用压缩空气将密度为 1100kg/m1100kg/m 3 3 的腐蚀性液体自低位槽送的腐蚀性液体自低位槽送 到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为60603.5mm3.5mm，其他，其他 尺寸见本题附图。各管段的能量损失为尺寸见本题附图。各管段的能量损失为f f， ，ABAB= =f f，CDCD=u=u 2 2， ， f f， ，BCBC=1.18u=1.18u 2 2。两压差计中的指示液均为水银。试求当 。两压差计中的指示液均为水银。试求当 R R1 1=45mm=45mm， h=200mmh=200mm 时： （时： （1 1）压缩空气的压强）压缩空气的压强 P P1 1为若干？（为若干？（2 2）U U 管差压计管差压计 读数读数 R R2 2为多少？为多少？ 解：对上下两槽取截面列柏努力方程解：对上下两槽取截面列柏努力方程 0+0+P0+0+P1 1/ /=Zg+0+P=Zg+0+P2 2/ /+ +f f P P1 1= Zg= Zg+0+P+0+P2 2 + +f f =10=109.819.811100+11001100+1100（2u2u 2 2+1.18u +1.18u 2 2） ） =107.91=107.911010 +3498u+3498u 在压强管的在压强管的 B B，C C 处去取截面，由流体静力学方程得处去取截面，由流体静力学方程得 P PB B+ +g g（x+Rx+R1 1）=P=Pc c + +g g（h hBC BC+x+x）+ +水银水银R R1 1g g P PB B+ +110011009.819.81（0.045+x0.045+x）=P=Pc c +1100+11009.819.81（5+x5+x）+13.6+13.61010 9.819.810.0450.045 P PB B- -P PC C=5.95=5.951010 4 4Pa Pa 在在 B B，C C 处取截面列柏努力方程处取截面列柏努力方程 0+u0+uB B /2+P/2+PB B/ /=Zg+u=Zg+uc c 2 2/2+P /2+PC C/ /+ +f f， ，BC BC 4 4 管径不变，管径不变，u ub b=u =u c c P PB B- -P PC C= =（Zg+Zg+f f， ，BCBC）=1100=1100（1.18u1.18u 2 2+5 +59.819.81）=5.95=5.951010 4 4Pa Pa u=4.27m/su=4.27m/s 压缩槽内表压压缩槽内表压 P P1 1=1.23=1.231010 5 5Pa Pa （2 2）在在 B B，D D 处取截面作柏努力方程处取截面作柏努力方程 0+u0+u 2 2/2+P /2+PB B/ /= Zg+0+0+= Zg+0+0+f f， ，BCBC+ +f f，CDCD P PB B= =（7 79.81+1.18u9.81+1.18u 2 2+u +u 2 2- -0.5u 0.5u 2 2） ）1100=8.351100=8.351010 4 4Pa Pa P PB B- -gh=gh=水银 水银R R2 2g g 8.358.351010 4 4- -1100 11009.819.810.2=13.60.2=13.61010 9.819.81R R2 2 R R2 2=609.7mm=609.7mm 20. 20. 每小时将每小时将 2 21010 kgkg 的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器 液面上方保持液面上方保持 26.726.71010 PaPa 的真空读，高位槽液面上方为大气压强。的真空读，高位槽液面上方为大气压强。 管道为的钢管，总长为管道为的钢管，总长为 50m50m，管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流，管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流 量计（局部阻力系数为量计（局部阻力系数为 4 4） ，） ，5 5 个标准弯头。反应器内液面与管路出个标准弯头。反应器内液面与管路出 口的距离为口的距离为 15m 15m 。若泵效率为。若泵效率为 0.70.7，求泵的轴功率。，求泵的轴功率。 解解： 流体的质量流速流体的质量流速 s s = 2= 21010 4 4/ /3600 = 5.56 kg/ 3600 = 5.56 kg/s s 流速流速 u u = =s s/(A/(A)=1.43m/s)=1.43m/s 雷偌准数雷偌准数 Re=duRe=du/ /= 165199 400= 165199 4000 0 查本书附图查本书附图 1 1- -2929 得得 5 5 个标准弯头的当量长度个标准弯头的当量长度: 5: 52.1=10.5m2.1=10.5m 2 2 个全开阀的当量长度个全开阀的当量长度: 2: 20.45 = 0.9m0.45 = 0.9m 局部阻力当量长度局部阻力当量长度 e e=10.5 + 0.9 = 11.4m=10.5 + 0.9 = 11.4m 假定假定 1/1/ 1/21/2=2 =2 lg(d /lg(d /) +1.14 = 2 ) +1.14 = 2 lg(68/0.3) + 1.14lg(68/0.3) + 1.14 = 0.029= 0.029 检验检验 d/(d/(ReRe 1/21/2) = 0.008 0.005 ) = 0.008 0.005 符合假定即符合假定即 =0.029=0.029 全流程阻力损失全流程阻力损失 = =( (+ + e e)/d )/d u u 2 2/2 + /2 + u u 2 2/2 /2 = 0.029= 0.029(50+11.4)/(68(50+11.4)/(681010 3 3) + 4 ) + 41.431.43 2 2/2 /2 = 30.863 J/Kg = 30.863 J/Kg 5 5 在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得 P P1 1/ /+ We = Zg + P+ We = Zg + P2 2/ /+ + We = Zg + (PWe = Zg + (P1 1- - P P2 2)/)/+ + = 15= 159.81 + 26.79.81 + 26.71010 3 3/1073 + 30.863 /1073 + 30.863 = 202.9 J/Kg= 202.9 J/Kg 有效功率有效功率 Ne = WeNe = Wes s = 202.9= 202.95.56 = 1.1285.56 = 1.1281010 3 3 轴功率轴功率 N = Ne/N = Ne/=1.128=1.1281010 3 3/0.7 = 1.61 /0.7 = 1.611010 3 3W W = 1.61KW = 1.61KW 2 23. 103. 10的水以的水以 500L/min 500L/min 的流量流过一根长为的流量流过一根长为 300m 300m 的水平管，管壁的绝对粗糙度为的水平管，管壁的绝对粗糙度为 0.050.05。 有有 6m 6m 的压头可供克服流动阻力，试求管径的最小尺寸。的压头可供克服流动阻力，试求管径的最小尺寸。 解解: :查表得查表得 1010时的水的密度时的水的密度= 999.7Kg/m= 999.7Kg/m 3 3 = 130.77= 130.771010 - -5 5 Pa Pas s u = Vu = Vs s/A = 10.85/A = 10.851010 - -3 3/d /d 2 2 f f = 6= 69.81 = 58.86J/Kg9.81 = 58.86J/Kg f f=(=(/d) u/d) u 2 2/2 = /2 =150 u150 u 2 2/d /d 假设为滞流假设为滞流= 64/Re = 64= 64/Re = 64/du/du H Hf fg gf f d d1.51.51010 - -3 3 检验得检验得 Re = 7051.22 2000 Re = 7051.22 2000 不符合假设不符合假设 为湍流为湍流 假设假设 Re = 9.7Re = 9.71010 4 4 即 即 dudu/ /= 9.7= 9.71010 4 4 d =8.34d =8.341010 - -2 2m m 则则/d = 0.0006 /d = 0.0006 查表得查表得= 0.021= 0.021 要使要使f fH Hf fg g 成立则成立则 150 150 u u 2 2/d /d58.8658.86 d d1.821.821010 - -2 2m m 6 6 26. 26. 用离心泵将用离心泵将 2020水经总管分别送至水经总管分别送至 A A，B B 容器内，总管流量为容器内，总管流量为 89m/h89m/h ，总管直径为，总管直径为 1271275mm5mm。原出口压强为。原出口压强为 1.931.931010 5 5Pa Pa，容器，容器 B B 内水面上方表压为内水面上方表压为 1kgf/cm1kgf/cm ，总管的流动阻，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： （力可忽略，各设备间的相对位置如本题附图所示。试求： （1 1）离心泵的有效压头）离心泵的有效压头 H H e e； ；（2 2）两）两 支管的压头损失支管的压头损失 H Hf f， ，o o- -A A ，H Hf f，o o- -B B，。 解： （解： （1 1）离心泵的有效压头）离心泵的有效压头 总管流速总管流速 u = Vu = Vs s/ /A A 而而 A = 3600A = 3600/4/4(117)(117) 2 2 1010 - -6 6 u = 2.3m/su = 2.3m/s 在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程 Z Z0 0g + We = ug + We = u 2 2/2 + P /2 + P0 0/ /+ +f f 总管流动阻力不计总管流动阻力不计f f=0=0 We = uWe = u 2 2/2 + P /2 + P0 0/ /- -Z Z0 0g g =2.3=2.3 2 2/2 +1.93 /2 +1.931010 5 5/998.2 /998.2 - -2 29.819.81 =176.38J/Kg=176.38J/Kg 有效压头有效压头 He = We/g = 17.98mHe = We/g = 17.98m 两支管的压头损失两支管的压头损失 在贮水槽和表面分别列伯努利方在贮水槽和表面分别列伯努利方程程 Z Z0 0g + We = Zg + We = Z1 1g + Pg + P1 1/ /+ + f1 f1 Z Z0 0g + We = Zg + We = Z2 2g + Pg + P2 2/ /+ + f2 f2 得到两支管的能量损失分别为得到两支管的能量损失分别为 f1 f1= Z= Z0 0g + We g + We (Z(Z1 1g + Pg + P1 1/ /) ) = 2= 29.81 + 176.38 9.81 + 176.38 (16(169.81 + 0)9.81 + 0) =39.04J/Kg=39.04J/Kg f2 f2=Z=Z0 0g + We g + We - - (Z(Z2 2g + Pg + P2 2/ /) ) =2=29.81 + 176.38 9.81 + 176.38 (8(89.81 + 101.339.81 + 101.331010 3 3/998.2) /998.2) =16.0 J=16.0 J/Kg/Kg 压头损失压头损失 H Hf1 f1 = = f1f1/g = 3.98 m/g = 3.98 m H Hf2 f2 = = f2f2/g = 1.63m/g = 1.63m 第二章第二章 3 3常压贮槽内盛有石油产品，其密度为常压贮槽内盛有石油产品，其密度为 760kg/m760kg/m ，粘度小于，粘度小于 20cSt20cSt，在贮槽条件下饱和蒸汽，在贮槽条件下饱和蒸汽 压为压为 80kPa80kPa，现拟用，现拟用 65Y65Y- -60B60B 型油泵将此油品以型油泵将此油品以 15m15m 流量送往表压强为流量送往表压强为 177kPa177kPa 的设备内。贮的设备内。贮 7 7 槽液面恒定， 设备的油品入口比贮槽液面高槽液面恒定， 设备的油品入口比贮槽液面高 5m5m， 吸入管路和排出管路的全部压头损失为， 吸入管路和排出管路的全部压头损失为 1m 1m 和和 4m 4m 。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下 1.2m1.2m 处，问此泵能否正常操作？处，问此泵能否正常操作？当地当地 大气压按大气压按 101.33kPa101.33kPa 计计. . 解解: : 查附录二十三查附录二十三 65Y65Y- -60B60B 型泵的特性参数如下型泵的特性参数如下 流量流量 Q = 19.8mQ = 19.8m 3 3/s, /s, 气蚀余量气蚀余量h=2.6 mh=2.6 m 扬程扬程 H = 38 mH = 38 m 允许吸上高度允许吸上高度 H Hg g = (P= (P0 0- - P PV V)/)/g g - - h h- -f,0 f,0- -1 1 = = - -0.74 m 0.74 m - -1.21.2 扬升高度扬升高度 Z = H Z = H - -f,0 f,0- -2 2 = 38 = 38 4 = 34m4 = 34m 如图在如图在 1 1- -1,21,2- -2 2 截面之间列方程截面之间列方程 u u1 1 2 2/2g + P /2g + P1 1/ /g + g + = u= u2 2 2 2/2g + P /2g + P2 2/ /g + g + f,1 f,1- -2 2 + + Z Z 其中其中 u u1 1 2 2/2g = u /2g = u2 2 2 2/2g = 0 /2g = 0 管路所需要的压头管路所需要的压头: : e e=(P=(P2 2 P P1 1)/)/g + g + Z + Z + f,1f,1- -2 2 = 33.74m Z = 34 m= 33.74m Z = 34 m 游品流量游品流量 Q Qm m = 15 m= 15 m 3 3/s Q = 19.8m /s Q = 19.8m 3 3/s /s 离心泵的流量离心泵的流量, ,扬升高度均大雨管路要求扬升高度均大雨管路要求, ,且安装高度有也低于最大允许吸上高度且安装高度有也低于最大允许吸上高度 因此因此, ,能正常工作能正常工作 8.8.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=25H=251 11010 6 6Q Q 管路 管路特性曲特性曲 线方程可近似表示为线方程可近似表示为 H=10+1H=10+11010 6 6Q Q 两式中两式中 Q Q 的单位为的单位为 m m /s/s，H H 的单位为的单位为 m m。 试问两泵试问两泵 如何组合才能使输液量最大？（输水过程为定态流动）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 半半 解解：串联串联 H He e = 2H= 2H 1010 + 1+ 11010 5 5Q Q e e 2 2 = 2 = 2(25(25- -1 11010 6 6Q Q2 2) ) Q Qe e= 0.436= 0.4361010 - -2 2m m2 2/s /s 并联并联 Q = Q = Q Qe e/2/2 2525- -1 11010 6 6 Q Qe e 2 2 = 10 + 1 = 10 + 11010 5 5( Q ( Qe e/2)/2) 2 2 Q Qe e = 0.383= 0.3831010 - -2 2m m2 2/s /s 8 8 总送水量总送水量 Q Qe e = 2 Q = 2 Qe e= 0.765= 0.7651010 - -2 2m m2 2/s /s 并联组合输送量大并联组合输送量大 第三章第三章 4.4.蒸汽管外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。蒸汽管外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。 其导热系数也为内层的两倍，若将两层材料互换位置，假定其他条件不变，试问每米管长的其导热系数也为内层的两倍，若将两层材料互换位置，假定其他条件不变，试问每米管长的 热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？ 解：根据题意，若令内层导热系数为，则外层导热系数为解：根据题意，若令内层导热系数为，则外层导热系数为 2 2 绝热层厚度相同绝热层厚度相同 ，均为，均为 b b，假设蒸汽管道半径为，假设蒸汽管道半径为 r r， 则两绝热层外半径分别为则两绝热层外半径分别为 r r1 1 = r + b = r + b ， r r2 2 = r + 2b= r + 2b 第一层保温层对数平均半径第一层保温层对数平均半径 r rm1 m1 = (r= (r1 1 - - r)/ln(rr)/ln(r1 1/r)/r) 第一层保温层对数平均半径第一层保温层对数平均半径 r rm2 m2 = (r= (r2 2r r1 1)/ln(r)/ln(r2 2/r/r1 1) ) r rm2 m2 = 2 r= 2 rm1m1 b/r = 1.618 b/r = 1.618 ，r rm1 m1 = 1.0396= 1.0396 两绝热层的对数平均面积（按两绝热层的对数平均面积（按 1 m1 m 管长计）管长计） S S m1 m1 = 2= 2r r m1m1L=2L=23.143.141.039b1.039b1=6.525b1=6.525b S S m2 m2 = 2= 2r r m2m2L=2L=23.143.142 21.039b1.039b1=13.05b1=13.05b Q = (tQ = (t1 1- -t tn n)/)/(b(bi i/S/S mi mii i) ) = (t= (t1 1- -t t3 3)/b/)/b/（1 1S S m1 m1）+ b/+ b/（2 2S S m2m2） =5.22=5.221 1（t t1 1- -t t3 3） 将两绝缘层互换后，将两绝缘层互换后， Q Q ， = (t = (t1 1- -t tn n)/)/(b(bi i/S/S mi mii i) ) = (t= (t1 1- -t t3 3)/b/)/b/（2 2S S m1 m1）+ b/+ b/（1 1S S m2m2） =4.35=4.351 1（t t1 1- -t t3 3） Q/QQ/Q * *=1.2 =1.2 导热系数大的应该包扎在内层。导热系数大的应该包扎在内层。 8.8.重油和原由在单程套换热器中呈并流流重油和原由在单程套换热器中呈并流流动，粮站油的初温分别为动，粮站油的初温分别为 243243和和 128128；终温分别；终温分别 为为 167167和和 157 157 。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体 的平均温度差及他们的终温。假设在两种流动情况下，流体的无性和总传热系数均不变，换的平均温度差及他们的终温。假设在两种流动情况下，流体的无性和总传热系数均不变，换 热器的热损失可以忽略。热器的热损失可以忽略。 解：由题意得：解：由题意得： 9 9 并流时：热流体（重油） ：并流时：热流体（重油） ：T T1 1=243=243 T T2 2=167=167 冷流体（原油） ：冷流体（原油） ：t t1 1=128=128 t t2 2=157=157 Q =WQ =Wh hC Cph ph（T T1 1 - - T T2 2 ）=76 W=76 Wh hC Cphph =W=Wc cC Cpc pc（t t2 2- -t t1 1）=29W=29Wc cC Cpcpc =K=K0 0S S0 0tmtm t tm m = =（t t1 1- - t t2 2）/ln/ln（t t1 1/ /t t2 2）=43=43 改为逆流后：热流体（重油） ：改为逆流后：热流体（重油） ：T T1 1=243=243 T T2 2 ，= =？ ？ 冷流体（原油） ：冷流体（原油） ：t t2 2 ，= =？ ？ t t1 1=128=128 同理：同理： Q Q ，=W =Wh hC Cph ph（T T1 1 - - T T2 2 ， ） ）= =（243243- - T T2 2 ， ）W Wh hC Cph ph =W=Wc cC Cpc pc（t t2 2 ，- -t t 1 1）= =（t t2 2 ，- -128 128）W Wc cC Cpc pc =K=K0 0S S0 0 ， tmtm ， 29/29/（t t2 2 ，- -128 128）=76/=76/（243243- - T T2 2 ， ） T T2 2 ，=578.45 =578.45- -2.62 t2.62 t2 2 ， - -（1 1） tmtm ，= =（243243- - t t2 2 ， ）- -（T T2 2 ，- -128 128）/ln/ln（243243- - t t2 2 ， ）/ /（T T2 2 ，- -128 128） -（2 2） 又又 Q/QQ/Q * *= = tm / tm / tmtm ，=29/ =29/（t t2 2 ，- -128 128） -（3 3） 由由（1 1） （） （2 2） （） （3 3）解得解得 t t2 2 ，=161.41 =161.41 T T2 2 ，=155.443 =155.443 tmtm ，=49.5 =49.5 10.10.在逆流换热器中，用初温为在逆流换热器中，用初温为 2020的水将的水将 1.25kg/s1.25kg/s 的液的液体（比热容为体（比热容为 1.9kJ/kg1.9kJ/kg ，密度，密度 为为 850kg/m850kg/m） ，由） ，由 8080冷却到冷却到 3030。换热器的列管直径为。换热器的列管直径为252.5mm252.5mm，水走管方。水侧和液体，水走管方。水侧和液体 侧的对流传热系数分别为侧的对流传热系数分别为 0.85 W/0.85 W/（m m 2 2 ）和 ）和 1.70 W/1.70 W/（m m 2 2 ） 。污垢热阻忽略。若水的出口 ） 。污垢热阻忽略。若水的出口 温度不能高于温度不能高于 5050，试求换热器的传热面积。，试求换热器的传热面积。 解：热流体：解：热流体：T T1 1=80=80 T T2 2=30=30 冷流体：冷流体：t t2 2=50=50 t t1 1=20=20 t t1 1=30=30 t t2 2=10=10 t tm m = =（t t1 1- - t t2 2）/ln/ln（t t1 1/ /t t2 2）=18.205=18.205 Q =WQ =Wh hC Cph ph（T T1 1 - - T T2 2 ）=1.9=1.91010 1.251.2550=118.75W50=118.75W 又又 Q= KQ= K0 0S S0 0tmtm，其中，其中 1/ K1/ K0 0 = d= d0 0/ /i id di i+1/+1/0 0 解得解得 K K0 0=0.486=0.4861010 m m 2 2 /W/W 0.4860.4861010 18.205 S18.205 S0 0=118.75=118.751010 S S0 0=13.4m=13.4m 1010 8.8.某连续精馏操作中，已知精馏段某连续精馏操作中，已知精馏段 y = 0.723x + 0.263y = 0.723x + 0.263；提馏段；提馏段 y = 1.25x y = 1.25x 0.01870.0187 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。的组成及回流比。 解：露点进料解：露点进料 q = 0 q = 0 即即 精馏段精馏段 y = 0.723x + 0.263 y = 0.723x + 0.263 过（过（x xD D ，x xD D）x xD D = 0.949= 0.949 提馏段提馏段 y = 1.25x y = 1.25x 0.0187 0.0187 过（过（x xW W ，x xW W）x xW W = 0.0748= 0.0748 精馏段与精馏段与 y y 轴交于轴交于0 0 ，x xD D/ /（R+1R+1） 即即 x xD D/ /（R+1R+1）= 0.263= 0.263 R = 2.61R = 2.61 连立连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为（精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为（0.5345 0.5345 ，0.64900.6490） x xF F = 0.649= 0.649 9.9.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 0.50.5（摩尔（摩尔 分率，下同） 。塔顶馏出液组成为分率，下同） 。塔顶馏出液组成为 0.90.9，塔底釜残液组成为，塔底釜残液组成为 0.10.1，回流比为，回流比为 2.02.0，试求理论板层，试求理论板层 数和加料板位置。苯数和加料板位置。苯- -甲苯平衡数据见例甲苯平衡数据见例 1 1- -1 1。 解：解： 常压下苯常压下苯- -甲苯相对挥发度甲苯相对挥发度= 2.46 = 2.46 精馏段操作线方程精馏段操作线方程 y = Rx/y = Rx/（R+1R+1）= 2x/3 + 0.9/3= 2x/3 + 0.9/3 = 2x/3 + 0.3= 2x/3 + 0.3 精精馏段馏段 y y1 1 = x= xD D = 0.9= 0.9 由平衡关系式由平衡关系式 y = y = x/1 +(x/1 +(- -1)x 1)x 得得 x x1 1 = 0.7853 = 0.7853 再由精馏段操作线方程再由精馏段操作线方程 y = 2x/3 + 0.3 y = 2x/3 + 0.3 得得 y y2 2 = 0.8236 = 0.8236 依次得到依次得到 x x2 2 = 0.6549 y= 0.6549