化工原理(郝晓刚、樊彩梅)课后答案

1、答案第一章 流体流动1-1在大气压强为98.710 Pa的地区，某真空精馏塔塔顶真空表的读数为13.310 Pa，试计算精馏塔塔顶内的绝对33压强与表压强。绝对压强：8.5410Pa；表压强：-13.310Pa33【解】由 绝对压强 = 大气压强真空度 得到：精馏塔塔顶的绝对压强P绝= 98.710Pa - 13.310Pa= 8.5410Pa333A123Ag1水32由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记R13BABg3Ag133B1-3用一复式形管压差计测定水流过管道上B两点的压差，压差计的指示液为水银，两段水银之间是水，今若测得h=1.2 m，h=1.3 m，R=0.9 m，R

2、=0.95 m，试求管道中、B两点间的压差P 为多少mmHg？（先推导关系式，再进行数1212P0p p p p p p 112233gh p11h42Hg11p p 11p gh p A121gRp p gh 即(a)2AH O211设2与3之间的高度差为，再根据静力学方程，有p gh p2H O23gR p p g(h R )BH O22223p p 因为其中，故由上两式可得33p 2gh p () g h R gR(b)H OBH O22222h h h R(c)211(2B11222，故由式(a)和式(d)得22PR(gh gR p 11B112222AB122的指示液，下部U管中装有

3、C的指示液，管与杯的直径之比为d/D。试证气罐中的压强p 可用下式计算：AB22aACC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，联立求表C1对于管右边 = gR+ ghC2A2 =gR + gh g(h+R)2表ACC1=gR gR+g（h-h）2ACC1当 = 0时，扩大室液面平齐 即 (D/2)(h-h)= (d/2)R22表21 ) / 2 D2则可得p p (BaACC1-5 硫酸流经由大小管组成的串联管路，硫酸密度为1830 kg/m，体积流量为2.510 m/s，大小管尺寸分别为 33D76mm4mm和57mm3.5mm，试分别计

4、算硫酸在大、小管u =0.69 m/s；质量流速：G =2324kg/ms；G =1263 kg/m中的质量流Cu =1.27m/s；小Rs222大小大【解】质量流量在大小管中是相等的，即hBm = m =V= 2.510 1830 =4.575kg/sRs小s大s1P1VA2小244V244小小大大1-6 20水以2.5m/s的流速流经382.5mm的水平管，此管以锥形管和另一53mm3mm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AB两截面的能量损失为1.5J/，求1-7 用压缩空气将密度为1100kg/m 的腐蚀性液体自低位槽送到高位

5、槽，两槽的液位恒定。管路直径均为603.5mm，3h =h h =1.18uR=45mm，21h=200mm P管差压计读数R为多少？压缩空气的压强P：1.2310Pa；压计读数512112f1222B1c1P-P=5.9510Pa4BCBBcCcP-P=（Zg+h Pa24BCu=4.27m/s压缩槽内表压 P=1.2310Pa5B1A（2）在B，D处取截面列柏努力方程，并取低截面为基准水平面0+u/2+P/= Z g+0+0+ +2BP=（79.81+1.18u+u-0.5u）1100=8.3510Pa2224BP-gh= Rg2B8.35104-11009.810.2=13.6109.8

6、1R2R=609.7mm21-8 密度为850kg/m，粘度为810 Pas的液体在内径为14mm的钢管内流动，溶液的流速为14710Pa，3液体流经多长的管子其压强才下降到127.510Pa？属于滞流型；与管轴的距离：r=4.9510 m；管长为14.95m3m2m2当=平均=0.5 = 0.5m/s 时,y=- 2p（0.5-1）=d/8=0.125 d222即 与管轴的距离 r=4.9510 m321A12B2f122Af损失能量h=（P- P）/=（147103-127.510）/850=22.943fAB摩擦系数与雷若准数之间满足=64/ Re2l=14.95m1-9某列管式换热器中

7、共有250根平行换热管。流经管内的总水量为144 t/h，平均水温为10，为了保证换热器的冷却效果，需使管内水流处于湍流状态，问对管内径有何要求？管内径39mm【解】 查附录可知，10水的黏度=1.305mPas即1.30510 Pas。156.2d3d0.039m或39mm即管内径应不大于39mm。1-10 90的水流进内径20 mm的管内，问当水的流速不超过哪一数值时流动才一定为层流？若管内流动的是90的空气，则此一数值应为多少？90的水：0.0326 m/s；90的空气：2.21 m/sdu【解】 层流2000Re90水=965.3kgm=0.31510 Pas103ms90空气=0.9

8、72kgm=2.1510 Pas20002.15105 2.21 ms0.020.9721-11流体通过圆管湍流动时，管截面的速度分布可按下面经验公式来表示：ur=umax（y/R）1/7，式中y为某点与壁面【拓展1-11】黏度为900kg/m10kg/s的流量在1143.5mm的管中作等温稳态流动，3【解】从半径为R的管内流动的流体中划分出来一个极薄的环形空间，其半径为，厚度为d，如本题附图所示。流体通过此环隙的体积流量通过整个管截面的体积流量为平均速度，即1-12 一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？1

9、6倍【解】根据哈根-泊谡叶公式，即31-13 在内径为100mm的钢管内输送一种溶液，流速为1.8m/s。溶液的密度为1100kg/m，黏度为2.1mPas。试求：（1）每100m10力损失：38.3kPa；压头损失：3.55m；沿程损失增大的百分率：42.3%3) 0.100(0.0005lu22d20.12fhff(2)腐蚀后，钢管=0.5mm，/=0.5/100=0.005，查图1-27得=0.0306或计算得6894300h h 或%沿程损失增大的百分率=fhff1-14 其他条件不变，若管内流速越大，则湍动程度越大，其阻力损失应越大。然而，雷诺数增大时摩擦系数却变小，两者是否有矛盾？

10、应如何解释？不矛盾l u2【解】 uu ( 1/2d 2fu)。完全湍流时，u越大，而不随Re变化，但u2 ，故越大。越小，但越大(因ffff1-15 设市场的钢管价格与其直径的1.37次方成正比，现拟将一定体积流量的流体输送某一段距离，试求采用两根小直在大管中为层流，则改用上述两根小管后其克服管路阻力所消耗的功率将为大管的几倍？若管内均为湍流（按柏拉修斯公N /N = 2；湍流时：N /N = 1.54小大小大V ( /d u2( /d us22小d小sN /N(d /d ) ( 2) 222小大大小 /Re，所以1/d1.25故1.251.25小大大小101.3310 Pa。流体流经烟囱时

11、的摩擦系数可取为 0.05，试求烟道气的3流量为若干截面kg/h。烟道气的流量：4.6210 kg/h4【解】烟囱底端为上游截面准水平面。在两截面间列泊式，即习题17附图式中由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按及 400计算，即与分别表示烟囱底部与顶端大气压强，即标准状况下空气的密度为 1.293、20时空气的密度为将以上各值代入泊式，解得1-17 210 kg 26.710 Pa34的真空度，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为 50 m，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 个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为 15 m。若泵效率为kW【解】在反应器液

12、面 11与管路出口内侧截面 22间列泊式。以截面 11为基准水平面，则式中将上列数值代入泊式，并整理得，并由本教材可查得各管件，阀门的当量长度分别为1-18 500 L/min的流量流过一根300 m的水平管，管壁的绝对粗糙度为0.05 6 m的压头可供克服流动的摩擦阻力，试求管径的最小尺寸。90.4mm将各已知值代入式a，并简化得与、有关，采用试差法，设 =0.021代入式b，算出。验算所设之 值是否正确。10水物性由本教材附录，则由及，查得 =0.021 ，故B均装有闸阀，两支路的管长均为5 200 mm。通过填料层的能量损失可分别折算为5u 与4u，式中u为气体在管内的流速m/s，气体在

13、122212AB的能量损失。V=0.147 m/s，V=0.153 m/s；AB的能量损失：279.25 J/Kg33A1-20 如附图所示，20软水由高位槽A分别流入反应器B和吸收塔C中，反应器B内的压力为50 kPa，吸收塔C中的真空度为10 kPa，总管为 57 mm3.5mm，管长（20+ Z）m，通向反应器、吸收塔C的管路均为 25 mm3.5mm，长A度分别为15 m和200.15 mm。如果要求向反应器供应0.314 kg/s的水，向吸收塔供应0.471 kg/s水，问Z至少为多少m？Z至少为11.4 mAA【解】 要完成向反应器B，吸收塔C的供水量要求，所需在z大小可A要求分别

14、沿支路A2求算z或分支点O处的机械能。A沿支路 1(通向 B)：已知 m=0.314kgs ，=1000kg m ，s1d20水的黏度=110 ZA10.314/1000u C/4)0.022B110.0075查图得=0.0383/d0.005，超出式(1-60)的适用范围11令分支点O处的机械能为EtO1501032B1000tBO11m /0.471/1000ms/4)0.022222223dd21查图得=0.03752p2 分支点O处的EC2tC2O220.022=110.7Jkg在E 、E 中较大者，即EtttO2OO2(m m )/(0.314 0.417)/1000对总管：u 0.

15、4msss( /4)d12 ( /4) 0.0522 0.4 21041 30.15500.003d0.100( 68)0.23 0.100(0.003d Re68)0.23 0.03142104在高位槽A液面与分支点O间列机械能衡算方程l u2 E d 2AtO20 zAAAAz=11.4mA1-21 1和管路2容器BB液面上方表压分别为0.5MPa，容器A中的盐酸输送到管路1、2长均为50 mPPAB12系数都可取为0.038。串联管路的输送能力；BAO【解】(1)球Vsp22AB12d25512已知l=l，故128 l 11(V2AB1dds25512116(V211502sV=0.00

16、283ms 或10.19mh33s在定量计算之前，首先定性分析一下。要想增大管路系统的输送能力，应当在阻力较大的管线上并联一管路，才能明显的降低整个系统的流动阻力。本题管路2管径较小，显然阻力较大，应当在管路2上并联一管线，即采用方案二。下面具体计算。方案一：在管路1上并联一长50m的管线，令其为管路3(见附图二)。习题1-21附图二pV22A2ds255320.5106 0.1 86V2252226s2s3f1f3V22132ds35513由于l=l，故135252311s3d55122d1s3s3s331s3s2333输送能力=V=0.00289ms 10.40mh )33s210.401

17、0.19输送能力增加百分率=100%2%50%10.19可见此方案不可行。方案二：在管路2上并联一长50m的管线，设其为管路3(见附图三)。沿管路1、2在液面A与B间列机械能衡算方程习题1-21附图三V22A55s2126V22115011502s2V +9.715V =8.578102f2f3V222ds25523由于d=d，故231s2s3V=0.005ms3V=V=0.0025ms3输送能力= V=0.005ms 或18mh331810.19输送能力增加的百分率=10.19可见此方案可行。显然，定量计算结果与定性分析结果一致。1-22 为测定空气流量，将皮托管插入直径为 1 m 的空气管

18、道中心，其压差大小用双液体微压计测定，指示液为氯苯（=1106 kg/m）和水（=1000 kg/m40，压力为101 48 mm时的330ww：7.08 kg/ss【解】 查附录六得空气=1.128kgm ，=1.9110 Pasv max9.4ms01.128dv19.41.128Re max5.55105max1.91105查图1-43得所以/v =0.85max=0.859.4=7.99ms m ( /4)d u ( /4)1 7.991.128 7.08kgs22s1-23 在 38mm2.5mm的管路中装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4mm，管中流动的是20的甲苯，采用角接取

19、压法用U管压差计测量孔板两侧的压强差，以水银为指示液，测压连接管中充满甲苯。现测得U管压差计的读数为600 mm，试计算管内甲苯的流量为若干kg/h。5.4310 kg/h3。甲苯在孔板处的流速为1-24 在 160 mm5mm的空气管道上安装一孔径为75 mm的标准孔板，孔板前空气压力为0.12 25。问当U形液柱压差计上指示的读数为145 mmHO时，流经管道空气的质量流量为多少kg/h？w：628 kg/h2s0.1210629【解】查附录六知=1.83510 Pas75021501A由0 查图1-45水平段知C=0.6250A1 2gR2gR( )29.810.1451000u C0C

20、0.625 28.12ms001.40500V ( /4)d u ( / 44722mh3s00m V 1.405 447 628 kghssd u00.07528.121.4051.615105校验：孔口处Re01.8351050d0.07554d0.1510A0 及Re再查图1-45，知C=0.625，与原取C=0.625相符。又孔板的压差为145mmHO。即1.42kPa，与孔板前空气压力A100211-25 用20水标定的某转子流量计，其转子为硬铅（=11000 kg/m20、101.33f下的空气流量，为此将转子换成形状相同、密度为 = 1150 kg/m的塑料转子，设流量系数C不变

21、，问在同一刻度下，空3fR气流量为水流量的多少倍？9.8倍pM 1.01310 295【解】RT 2(V C AfsR2ffsR2fV sV倍fairsfair第二章 流体输送机械2-1某水泵的吸入口与水池液面的垂直距离为3m，吸入管直径为50 mm的水煤气管（=0.2 mm）。管下端装有一带滤水网的底阀，泵吸入口处装有一真空表。底阀至真空表间的直管长8m，其间有一个90的标准弯头。操作是在20 进行。试估算：1）当泵的吸水量为20m/h时真空表的读数为多少？2）当泵的吸水量增加时，该真空表的读数是增加还是减小？真3列伯努利方程式，得因为=5.210 Pa41u211f ,01时，该真空表的读

22、数增加。2-2 m152kPa和24.73kPa，轴功率为2.45kW，转速为2900r/min，若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4 m，泵的进出口管径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略不计，试求该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。泵的效率：53.1%【解】取20时水的密度 = 998.2 Kg/m3u /2g + P/g + = u /2g + P/g + + Z2112f2f121该泵的效率 = QHg/N = 2618.46998.29.8/(2.45103600) = 53.1%32-3 要将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽，釜中的真空度pkPa（其中液体处于

23、沸腾状0p=pHH =0.87 =v0g986 kg/m，已知该泵的必需汽蚀余量=3.7m。试问该泵的安装位置是否适宜？该泵的安装位置不适宜因此，该泵的安装位置不适宜。2-4 拟用一台离心泵以15m/h的流量输送常温的清水，此流量下的允许吸上真空度H=5.6m。已知吸入管的管内径为3s75 mm，吸入管段的压头损失为0.5m。若泵的安装高度为4.0m，该泵能否正常操作？设当地大气压为98.1 kPa。该泵能正常工作【解】2-5 用例2-1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，可使吸入管的阻力增大而流量保持不变。若

24、离心泵的排出管直径为50mm，孔板流量计孔口直径为35mm，测的流量压差计读数为0.85 mmHg，吸入口真空表读数为550mmHg时离心泵恰好发生气蚀现象。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。允许气蚀余量：2.69 允许吸上真空度：7.48m20202查20时水的有关物性常数 = 998.2Kg/m，= 100.510 ，P= 2.3346 Kpa3V000A2221221121gafga2-6某离心水泵在转速为2900r/min下流量为50m/h时，对应的压头为32m，当泵的出口阀门全开时，管路特性方程为3H=20+0.410Q（Q的单位为

25、m/s）为了适应泵的特性，将管路上泵的出口阀门关小而改变管路特性。试求：(1) 关小53ee 关小阀门造成的压头损失占泵提供压头的百分数。管路特性方程：阀门损失占泵提供压头的百分数：13.4%；关小2H 206.2210 Q4ee管路特性方程的通式为H K BQ2ee式中的K=z+p/gB值则不同，以B表示，则有 2B6.22 s /m解得 B425关小阀门后管路特性方程为4ee（2）关小阀门后的压头损失关小阀门前管路要求的压头为 2H 0.4 5e因关小阀门而多损失的压头为H 3227.7 4.3mf4.3322-7 某离心泵压头与流量的关系可表示为：H=18 - 0.610Q（H单位为m，

26、Q单位为m/s）若用该泵从常压贮水池将水623抽到河道中，已知贮水池截面积为100m，池中水深7 2且与大气相通。管路系统的压头损失可表示为：H =0.410Q（H单位为m，Q单位为m/s）。试求将贮水池内水全部抽出所23fff贮水池和渠道均保持常压K=Z2ee =2 + 0.4106Q2222 取 Q 的平均值 Q把水抽完所需时间= V/Q = 55.6 h2-8 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：HQ，管路特性曲线方程可近似表示为：62H=10+110Q的单位为m/s，52e3e合分析：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

27、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】若采用串联：则H= 2He10 + 1105Q = 2(25-1106Q)22e Q=0.43610 m/s2e若采用并联：Q= Q/2e25-110 Qe=10 + 110(Q/2)2625e Q=0.38310 m/s2eee2-9某单级、单动往复压缩机，活塞直径为200 mm，每分钟往复300次，压缩机进口的气体温度为10、压强为100 kPa，排气压强为505kPa，排气量为0.6m5%，绝热总效率为70%，气体绝热指数为1.4，3T T (p / p )(1)/ 3 505/1001.4） 405K21

28、21输气量（即换算为进口气体状态）为V 6 283）（505 /3min第一冲程实际吸入气体体积为V V V /n 1.91/ 300 0.00637m314minr11 ) 11压缩机中活塞扫过体积（V-V）可由式2-48求得，即131130134即 S24p1N pV( ) 2 11 p301000a1 min1 1.411 1.91)=31.41 =6.55kW故压缩机功率为NN a 6.55/ 0.79.73kW第三章 非均相物系分离26h3pV32pd22p243 d h2333p12318d h2333ppd2ppp4-1一炉壁由三层不同材料组成，第一层为耐火砖，导热系数为1.7

29、W/(m)，允许最高温度为1450，第二层为绝热砖，导热系数为0.35 W/(m)，允许最高温度为1100，第三层为铁板，导热系数为40.7W/(m)，其厚度为6mm，2炉壁内表面温度为1350，外表面温度为220。在稳定状态下通过炉壁的热通量为4652 W/m，试问各层应该多厚时才能bq1b /2b 0.066m662因第二层绝热砖已达到最高温度，故第一层耐火砖的厚度不可再小，所以现在所得总厚为其最小厚度：b b b 92666164mm1234-2一根直径为60mm3mm的铝铜合金钢管，导热系数为45 W/(m)。用30mm厚的软木包扎，其外又用30mm厚的保温灰包扎作为绝热层。现测得钢管

30、内壁面温度为-110，绝热层外表面温度10。求每米管每小时散失的冷量。如将两层绝热材料位置互换，假设互换后管内壁温度及最外保温层表面温度不变，则传热量为多少？已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/（m)。解：t t1Q L41r1r1r4r311223111 两层互换位置后，热损失为Q L 41r11r 211223111 4-3一炉壁面由225mm厚的绝热转及225mm330K，R21.4itR iiiiRtRiiiit t t 112t 588.6K2t单位面积上的热损失qW /m21b114-4在外径为140mm的蒸汽管道外包扎一层厚度为50mm的保温层，以减少热损失。

31、蒸汽管外壁温度为180。保温层材料的导热系数与温度t的关系为=0.1+0.0002t(t的单位为，的单位为W(m)。若要求每米管长热损失造成-5的蒸汽冷凝量控制在9.8610kg/(ms)，试求保温层外侧面温度。解：查附录有180蒸汽的汽化热为2019.3kJ/kg，据蒸汽冷凝量有Q/L W r/L 9.8610 2019.310 199.1W m53t t2180tQ L 331r3r2112070lnln222t 233 2 24-5有直径为38mm2mm的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为1mm的水垢，水垢的导热系数=1.163 W/（m)。试计算水垢的热阻是黄铜热阻的多少倍？黄铜的导热系数

32、=110 W/（m)。3838 2，所以可以用算术平均半径计算导热面积。管长用L 表示时，黄铜管的热阻为bR 铜1d L11bb0.033L22R51.6垢R铜4-6冷却水在2m的钢管中以1m/s288K升至12252022998.2kg/m , 1.00410 Pas, 59.910 W/(m )342l2 4水被加热时，n=0.4 0.5990.015 0.4 7.02 4370W (m )0.023 Re Pr 0.023 1.49100.80.80.442d4-7空气以4m/s的流速通过75.5mm3.75mm的钢管，管长5m。空气入口温度为32，出口温度为3）若空气从管壁间得到的热量

33、为578 W，试计算钢管内壁平均温度。u 4m/s,d 0.068,l 5,t t 解：已知12（1）计算 空气的平均温度3068t m21.10kg/m , 1.91510 Pas, 2.82310 W(m)查附录得空气的物理性质352p4l573,560 18.7W 42d（2）空气流速增加一倍0.82 Q s t t（3）若空气从管壁得到的热量为 578W，计算钢管内壁平均温度用式计算钢管内壁的平均温度 t 。wwmS 51.07m2Q77.9wm4-8 已知影响壁面与流体间自然对流传热系数 的因素有：壁面的高度 L，壁面与流体间的温度差 t，流体的物性，即流体的密度 ，比热容 c，黏度

34、 ，导热系数 ，流体的体积膨胀系数和重力加速度的乘积 g。试应用量纲分析法求证pu=() KL g tabfpML TbcdMLea对 L：0=a+b+c+d-3e+2f对 ：-3=-2b-c-3d-2f对 T：-1=-d-f根据 定律 N=n-m=7-4=36 个未知数，4 个方程，设 b、f 已知，则c=-2b+fe=2ba=3b-1L c bfL g t32 K pbf代入原式整理得： 2 f 即4-9 有 160的机油以 0.3m/s 的速度在内径为 25mm =132W/（m)，=4.51310 Pas，=805.89 kg/m ，壁温下的黏度=5.51810 Pas，试求管长为 2

35、m 和 6m 的对3wl0.025RePe 133984d2l1 3 w 2dld6l1 31. 2d4-10 57mm3mm 2530kg/h的甲苯在环隙间流动，进口温度为 72，出口温度为 38。试求甲苯对内管外表面的对流传热系数。解：甲苯的温度 T =72，T =38，平均 T =5512m830kg/m , 3 s, 128(m),c 83 J/ 33pq q / 2530/830 3.05m /h3v1m1甲苯在环隙间的流速 u 的计算：套管的内管外径 d =0.038m，外管内径 d =0.051m213.05u 0.933m/s流速3600 0.051 .038224甲苯对内管外

36、表面的对流传热系数的计算：d d d 0.0510.038 0.013m套管环隙的当量直径e21l2d 0.013154 60du0.4.342. 4c34p W 42de4-11温度为90的甲苯以1500kg/h的流量通过蛇管而被冷却至57mm0.6m，试求甲苯对蛇管壁的对流传热系数。22由附录查得60C时甲苯的物性为830 kg/m，C1840 J/(kg)，=0.410 Pas，=0.12053wub2 d44iReb流体在弯管内流动时，由于受离心力的作用，增大了流体的湍动程度，使对流传热系数较直管内的大，此时可用下式计算对流传热系数，即diR直管中的对流传热系数，W (m2；d管内径，

37、m；i管子的弯曲半径，m。0.023 Re Pr 0.80.4di0.1205 0.02326539.3 6.11 W m C 395.5W m C0.80.4220.05 d 1 1iW m C W m C22R 4-12常压下温度为120的甲烷以10m/s 30，换热器外壳内径为 37 根19mm2mm =62.4W(m )23012022由附录查得 75 C 时甲烷的物性为0.717kg/m C1.70J/(kg)，=1.0310 Pas，=0.0300=0.367，冷却时n=0.33p224 0.0.224d 0.19370.019 0.0255el2.4 d.e1. e40. 2de

38、4-13 质量流量为 1650kg/h 的硝酸，在管径为 80mm2.5mm，长度为 3m 的水平管中流动。管外为 300kPa（绝对压力）的饱和水蒸气冷凝，使硝酸得到 3.810 W 的热量。试求水蒸气在水平管外冷凝时的对流传热系数。4 10000W / m ，估算壁温 t42w Q S t t300kPa（绝对压力）时，水蒸气饱和温度 t =133.3，用式s估算swQ3.84t t 133.3128S 0.3wst ts133.3t w131先假设 t =128，定性温度为膜温w22W冷凝水膜的物性参数查附录有934kg/m，=2.1610 Pas，=6.86103t=133.3时水的汽

39、化热r=216810J/kg3s水蒸气在水平管外冷凝时：311 g rd t 9.81 6.81 230.72521344 / m 0.22. 0.08 133.3o Q S t tswwQ3.84t t S 0.3ws.3假设 t=129，膜温ws22sw2323则22. 0.08 133.3oQ4，与假设相同。ws4-14水在大容器内沸腾，如果绝对压力保持在=200kPa，加热面温度保持130，试计算加热面上的热通量。解：P=200kPa，t=120.2，t=130， t=t-t=130-120.2=9.8swws0.123t p 0.1239.8 200100.5.33342Qq t 1

40、.1210 .8 1.110 W /m 110kW /m则4522S4-15载热体的流量为100的383K降至20的空气加热到250KPa的饱和水蒸气冷凝成401500q mkg/s解：3600（1）水蒸气冷凝：r=2258kJ/kg1500Q q r 2258 3600383283mT m333K（2）苯胺：2 c 2.19kJ / kgKp 1500Q q c T T 2.19383283 91.3kW放热量3600mp1220150t m85（3）空气加热：2p1.00915020 54.7kWmp212ss2185.196127.240 1063kW3600mps24-16 在管壳式换

41、热器中用冷水冷却油。水在直径为 l9mm2mm 的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为 3490W(m)，管外油侧对流传热系数为 258W(m)。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为220.00026m W，油侧污垢热阻为 0.000176m W。管壁导热系数 为 45W(m)。试求：(1)基于管外表面积的2211K d11oodosiiimod19R0.00026ddbd1191d4517258iiio4-17 在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为 15和 40，油的进、出口温度分别为 150和 100。现因生产任务要求油的出口温度降至 80，假设油和

42、水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为 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。1m12t tt278.变化后1ttm1215080Q q c tQQ，故变化前后传递的热量变化1.4Q物性数据不变时，由150100mpQ KStm，故变化前后 K不变时由t92.678.11.4KSt KSt S S11.41.85mmtmmm4-18 重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为 243和 128；终温分别为 167和 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它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性

43、和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽略。11 1221 m 4312tm1212 q c t t 122 212 mt22221222tm1222QmmQtt 22m4-19 某厂用 105加热至 115后送入再生塔。已知流量为 200m/h，溶液的密度为 1080kg/m，比热容为 2.93KJ/(Kg)，试求水蒸气消耗量，又设所用33传热器的总传热系数为 700 W(m)，试求所需的传热面积。2 2001080Q q c t t 2.93 115105 1758kJ /s解：3600mc pc21Q 1758q 36002.9210 kg/h蒸汽消耗量3r 2169mh 132.91

44、05 132.9115t 22.52ln132.9105132.9115mQ1758103S 111m3Kt70022.52m4-20 在一管壳式换热器中，用冷水将常压下纯苯蒸气冷凝成饱和液体。苯蒸气的体积流量为 1650mh，常压下苯的沸3点为 80.1，汽化热为 394kJ/kg。冷却水的进口温度为 20，流量为 36000kgh，水的平均比热容为 4.18KJ(kg)。若总传热系数K为 450W/(m)，试求换热器传热面积 S。假设换热器的热损失可忽略。2o解：苯蒸气的密度为oPMkg m3 2.692kg m3W 16502.692kg h 4441.8kg hhQ W4441.8 3

45、94kJ h 1.75 10 kJ h 4.86 10 W65h Q WC t t 353600c212t 2mtmQm 20m22450m4-21 一传热面积为 50m的单程管壳式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为 33 000kgh，2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口温度不变的情况下，冷水出口温度增到 45。试估算换热器清洗前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，水的平均比热容可取为 4.187kJ/(kg)；(2)可按平壁处理，两种工况下 和 分别相同；(3)忽略管壁热阻和热

46、损失。io解：求清洗前总传热系数K lnt CCm Q 3K W m C W m C22tm求清洗后传热系数K q c T T q c t t由热量衡算 12 21 q c T Tq c tt12 21q c T T1110 60T110mc pc2q ct t212112121C38.6C45330004.18710 45203221m C W 1.910 m C W2324-22 t =70。1122当冷流体的流量增加一倍时，试求两流体的出口温度和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数可视为相同，换热器121放12吸1212122T 2tQQm2m q c T T 2q c t 20

47、q c 100 TQ q c t t 2112 2 2用试差法得 t =63.8；T =59.8Q/Q=1.34224-23 一定流量的空气在蒸汽加热器中从 20加热到 180kPa 的饱和水蒸气在管外冷凝。现因生产要求空气流量增加20，而空气的进、出口温度不变。试问应采取什么措施才能完成任务。作出定 200kPa)解：绝压为 180kPa 的饱和水蒸气温度为 116.6 K 空蒸空t tq c t t )KSt s则原工况：21TtTt2p221m空12TtTt12p22q( ) 2 1.741空0.80.82q空2t t212p221空12TtTt 2q c ln1.741 S12p2空2

48、Tt2ln1TtT tln1T t21.741lnT80。 即加热蒸汽应上升为 200kPa。4-24 液态氨储存于壁面镀银的双层壁容器内，两壁间距较大。外壁表面温度为 20，内壁外表面温度为-180，镀银壁的黑度为 0.02，试求单位面积上因辐射而损失的冷量。4q c ,c222244224-25 黑度分别为 0.3 和 0.5 的两个大的平行板，其温度分别维持在 800和 370，在它们中间放一个两面的黑度皆为0.05 2）有辐射遮热板时，单位面积的传热量？（3）辐射遮热板的温度？4 TT14q c 222 c5.c 21.01 111 10.3 0.51 12 44q 1. /m22 3

49、24441232332cc 311 13c5.c 32011 324440.3334440./13233（注：红色字体标注部分对教材所给答案进行了修正，请核查）【6-1】 含有 8%（体积分数）22C H2解：混合气体按理想气体处理，则在气相中的分压为2p p y101.30.08kPa 8.104kPa总C H2为难溶于水的气体，故气液平衡关系符合亨利定律，并且溶液的密度可按纯水的密度计算。2查得 20水的密度为 =998.2kg/m3。*AS*S2c Akmol/m 3.65410 kmol/m*3335g/m3【6-2】 总压为 101.3 kPa温度为 20 350的水溶液接触。试判断

50、二氧化硫的传递方向，并计算以二氧化硫的分压和液相摩尔分数表示的总传质推动力。已知操作条件103 kPa ，水溶液的密度为 998.2kg/m0.0000986998.218稀溶液符合亨利定律，所以：p Ex 3.5510 0.0000986 0.35kPa*3pp，二氧化硫由气相向液相传递，进行吸收过程。用气相分压表示的总推动力为：pp 3.0390.352.689kPa与气相浓度相平衡的液相平衡浓度：p3.039x 0.000856E 3.55103用液相摩尔分数表示的总推动力为：xxCO22y 、221x p c X Y。、和m=305.9py mx 305.91.6510 5.04710

51、*4211x *1p p y 405.30.085kPa 34.45kPa1*5411kg/m31.6510 998.954c 3s3181s10 998.952.779*c *s33181sx11xX x 1.65104111x*11xX x 2.77910*41*11混合气的摩尔比为y1Y 11y 115.047102y*1Y 0.0532*1y 15.047101*21*2211*44411*11*2333311*11p 5kPa,c 2kmol/mAA552解：以分压表示吸收总推动力c2*A*AAA111 kKGLG11541.64510 (m skPa)/kmol52总传质速率1N

52、K (p p )16.0810 kmol/(m s)*621.645105AGAA液相阻力的分配111105L 5KG由计算结果可以看出此吸收过程为液相传质阻力控制过程。kPa及 20下，以清水吸收混合于空气中的甲醇蒸气。若在操作条件下平衡关系符合亨利定律，kmol/m。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为 6.5k-52。求该截面处:（1）膜吸收系数GGkkk 1.176 10 kmol/(m s)1.553 s k 3222y及xGxKKKK、LXxyK 5.6410 K 426K 1.14 32LxyK K 1.1410 kmol/(m s)22XYN 2AxL溶解度系数 H3S111kKG

53、GL11)421-526.5241042总 G11 H k k1()2.121.533105K（2）5LLG1.773 s/m5K 6LE m=p 总相平衡常数11 m k kKyyx1()8.76910 m s/kmol221K 1.1410 kmol/m s328.769102y2xyK c K 5.6410 kmol/m s62总XLK p K 101.31.12510 =1.1410 kmol/m s532Y总G（3）3N K (c c)5.6410 (12.972.615) 5.8410 kmol/m63AL 1000222的回收率为 90%。若吸收剂用量为理论最小用量的 1.5 2

54、的水溶液作为吸收剂时，欲保持二氧化硫回收率不变，吸收剂用量有何2在水中的平衡数据见下表。22气相中22220.00005620.000140.000280.000420.000560.000660.001580.00420.00770.01130.000840.00140.001970.00280.00420.0190.0350.0540.0840.138解 按题意进行组成换算：y1SOY 1进塔气体中出塔气体中的组成为的组成为1y 121SOY Y(1)0.099(10.9) 0.0099221V 由表中 X-Y数据，采用内插法得到与气相进口组成 相平衡的液相组成*1（1）12*12L1.2

55、L 1.21054 1265kmol/hminX1X X VYY)/L00.0026712651212（2）吸收率不变，即出塔气体中222YY12X X*12X1X X VYY)/L0.00030.0027139512122LXL111【6-7】 在填料塔中用循环溶剂吸收混合气中的溶质。进塔气体组成为 21.74g 溶y 0.86x。当液气比 L/V为 0.9 时，试求逆流的最大吸收率和出塔溶液的浓度。质/kg 溶液。操作条件下气液平衡关系为*已知溶质摩尔质量为 40kg/kmol，溶剂摩尔质量为 18kg/kmol。解：先将已知的气液相组成换算为摩尔比，即y1Y 11y 1121.7440

56、x 20.009921.74 100021.744018x2X 1x 122L，平衡线与操作线交点位置在塔顶，即V22y1yYY 1Y1V1(0.10010.008587)0.010.112L0.91122m【6-8】 在一直径为 1.2 的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。混合气的处理量为 200其中二氧化硫的体积分数为 5，要求回收率为 95，吸收剂用量为最小用量的 1.5 ，已知操作条件下气液平衡关系为mkmol/(m3 h),气相总体积吸收系数为 2205843V 200(1190/hY 11AX 1m1.21VYY) L 216.4/h1X X*12实际用水量L1.

57、5L 1.5216.4kmol/h 324.6kmol/h 324.618kg/h 5843kg/hminmV 1.2190S 0.702（2）填料层高度L324.61YN S)S1221SY 21005263N 0.702)0.7026.3660.764mOG 10.7020.00263V190H K a2Y4OGOGkmol/s，混合气入塔含氨 0.02kPa 101.3Z 6.0m12120.013921.3712 X ) X ) Y 112m11220.025V24VH K a 0.609my传质单元数Y Y N 21Y103m所需塔高ZH N 0.6099.84 6.0mOGOGCO

58、COm3/h【6-10】 用清水逆流吸收混合气体中的2，已知混合气体的流量为 300含量为2mY*1200X要求吸收率为 95，试求：130022.412Y2A1YY2XA21 mALV 22964/h1VV1X X YY)X Y 0.0640.953.33105LL1824121221ALLY XY X )1824X(0.06418243.3310 )5VV11YX103整理得mV 1200S L 18240.658（3）填料层高度1YN S)S1221SY 211N OG 10.6580.658)0.6585.8910.95Z N H 5.890.8mOGOGkPam 3【6-11】 一填

59、料吸收塔，在 28及 101.3下操作，用清水吸收 200氨-空气混合气中的氨，使其中氨含量由 53Y*1.4Xmm h30.00040.052630.0004V X 0.0376*m1X 0.80X 0.0301*11L12X X12111220.0030912mln1Y2VYY)Z12KY 38.50.7850.8 0.003092m3Z （2）吸收剂用量增大 10%时 L 1.1 13.34 14.67kmol/hVYY) 7.69(0.052630.0004)L14.67kmol/h12X XX 0121X 0.02741YY 0.05263 1.4 0.0274 0.01427111

60、220.00389VYY)Z1KYmAm。已知操作条件下气相总传质单元高度为 1.5 ，进塔混合气相AX组成为 Y*1.286）min7.67m（2）所需填料层高度？（ Z0.040.00530.04170.005330.001297122.804112YYYY 0.04170.005332.18120.0417/2.5*1211.2862.18minmV/L2.5/ 2.8040.892YSOG1N S)S121SY 2210.041700.892)0.89210.8920.0053305.11Z H N 1.55.117.67m故OGOG（3）其他条件不变，尾气组成为 0.0033 时的填