化工原理作业

第一章流体流动

I.本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960kg/m3的油品，油面高于罐底9.6m，油面上方为常压.在^侧壁

的下部有一直径为760mm的圆孔，其中心距罐底800mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工

作应力取32.23X106Pa，问至少需要几个螺钉？答:至少要8个

2.列管换热器的管束由121根25nlmX2.5nmi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50C,压强为196X103Pa(表压)，当地大气压为98.7X103Pa。

试求：(1)空气的质量流星；(2)操作条件下空气的体积流量；(3)将(2)计算结果换算为标准状

况下空气的体积流量。

答：(1)1.09kg/s(2)0.343m7s(3)0.843m3/s

3.高位槽内的水面高于地面8m,水从108X4mm的管道中流此管路出口高于地面2m.在本题特定条件下，

水流经系统的能量损失可按£hf=6.5u2计算(不包括出口阻力损失)，其中

u为水在管内的流速,m/s。试计算(l)A-A'截面处水的流速；(2)水的流量，以m3/h计。答:

(1)2.9m/s(2)82m3/h

4.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

路的直径为76mmX2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66X103Pa；水流经吸入管与排水

管(不包括喷头)的能量损失可分别按Ehf』=2u2与Ehf,2=10u2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98.07X103Pa(表压)。试求泵的有效功率。答:⑴Nc=2.26kw

5.本题附图所示为冷冻盐水循环系统.盐水的密度为.l()()kg/m3,循环量为3.m3/h.管路的直径相

同,盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.1J/k.,由B流至A的能量损失为4.J/kg,

试计算(1)若泵的效率为70%时，泵的轴功率为若干kw.⑵若A处的压强表读数为245.2X10.Pa

时.B处的压强表读数为若干.

答:(l)2.31kw(2)6.2X104Pa(表压)

第二章流体输送机械

1.在用水测定离心泵性能实验中，当流量为26m3/h时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数

分别为152kPa和24.7kPa,轴力率为2.45kw,转速为2900r/min.若真空表和压强表两侧压口间

的垂直距离分别为0.4m,泵的进、出口管径相同，两侧压口间管路流动阻力可忽略不计.试计算

该泵的效率,并列出该效率下泵的性能。答:泵的效率为53.1%

2.用3B33A型离心泵从敞口水槽中将70℃清水输送到它处，槽内液面恒定.输水量为

35-45m3/h，在最大流量下吸入管路的压头损失为1m，液体在吸入管路中的动压头可忽略。

试求：离心泵的允许安装高度.当地大气压为98.1kPao在输水量范围下泵的允许吸上真空度

为6.4m和5.0n］。答出产1.0田

3.用离心泵从敞口贮槽向密闭高位槽输送清水，两槽液面恒定。输水量为40nl3/上.两槽液面

间垂直距离为12m,管径为102nlmX4mm,管长（包括所有局部阻力的当量长度）为100m,密闭

高位槽内的表压强为9.81X104Pa，流动在阻力平方区，摩擦系数为0.015。

试求：（1）管路特性方程；（2）泵的压头。

答：（l）h*=22+1.689X10,Q.（Q,的单位为nr'/s）；（2）11=24.1m

4.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-lX106Q2管路

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特性曲线方程可近似表示为K.=1O+1X1OQ.两式中的Q的单位为m'/s,H的单位为m.

试问：两泵如何组合才能使输液量大？（输水过程为定态流动）答：并联组合输送量大

第三章非均相物系的分离

1.在底面枳为402除尘室内回收气体中的球形固体颗粒.气体的处理量为3600m3/h，固体

的密度s=3000kg/m3，操作条件下气体的密度=1.06kg/m3,黏度为2X10-5Pa（s。

试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。答:d=17.5m

2、用一多层降尘室出去炉气中的矿尘.矿尘最小粒径为8m,密度为4000kg/m3.除尘室长4.1

m、宽1.8m、高4.2m,气体温度为427c黏度为3.4X10・5Pa（s,密度为0.5kg/m3c若每小时

的炉气量为2160标准m3,试确定降尘室内隔板的间距及层数。答:h=82.7mmn=51

3.在实验室用一片过滤面积为0.1口2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，滤叶

内部真空度为500mmHg.过漉5min得滤液1L,又过滤5min得滤液0.6L.若在过滤5min,

可再得滤液多少?答:可再得滤液0.473L

4.用叶滤机处理某种悬浮液,先以等速过滤20min，得滤液2m3.随即保持当时的压强差

在过滤40min，问共得滤液多少（m3）?若该叶滤机每次卸渣、重装等全部辅助操作共需20

min，求滤液日产量.滤布阻力可忽略。答：V=4.472m3,日产滤液80.5m3

第四章传热

1.直径为60mmX3mm的钢管用30mm厚的软木包扎淇外有用100mm厚的保温灰包扎，以

作为绝热层.现测得钢管外壁面温度为・110℃，绝热层外表面温度10℃,已知软木和保温灰的

导热系数分别为0.043和0.07W/（m（℃），试求每米管长的冷量损失量。答：=-25W/m

2.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157℃.若维持两种油的流量和初温不变，而将两种流体改为逆流，试求比时流体的

平均温度差及它门的终温.假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化,换热器

的热损失可以忽略。答:△tm=49.7℃

3.在逆流换热器中，用初温为2()℃的水将1.25kg/s的液体(比热容为1.9kJ/(kg(℃)、密度为85()

kg/m3)，由80℃冷却到30c.换热器的列管直径为25mmX2.5mm，水走管方.水侧和液体恻的

对流传热系数分别为0.85kW/(m2(℃),污垢热阻可忽略.若水的出口温度不能高于50C,试求

换热器的传热面积。答:S0=13.9m2

4.在一传热面积为50m2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⑴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1和0分别相同；(3)忽略管壁热阻和热损

失。答：LRs=1.925X10-3m2(VC/W

5、两平行的大平板放置在空气中，相距为5mm。一平板的黑度为0.1,温度为350K；另一平

板的黑度为0.05,温度为300K。若将第一板加涂层，使其黑度变为0.025,试计算由此引起的

传热量变化的百分率。假设两板间对流传热可以忽略。答：2.5%

第一章(下册)蒸馆

1.在连续精微塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。已知原料液流量为4000kg/h,

组成为0.3(二硫化碳的质量分数，下同)。若要求釜液的组成不大于0.05,偏出液回收率为

88%o试求储出液的流量和组成，分别以摩尔流量和摩尔分数来表示。

答:D=14.3kmol/h,xd=0.97

2.某连续精镭操作中，已知操作线方程为:精锚段y=0.723x+0.263;提饰段y=1.25x—0.0187若

原料液于露点温度下进入精镭塔中，试求：原料液、储出液和釜残液的组成及回流比。

答：R=2.61xd=O.95xw=0.0748xF=0.65

3.用一连续精储塔分离由组分A.B所组成的理想混合液，原料液中含有A0.44,做出液中含

有A0.957(以上均为摩尔分数)。已知溶液的平均相对挥发度为2.5,最小回流比为1.63,试

说明原料液的热状况，并求出q值。答：气液混合物q=2/3

4、在连续精循塔中分离某组成为0.5(易挥发组分的摩尔分数，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。塔顶馆出液中易挥发组分的回收率为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；(1)若流出液量为

lOOkmol/h,则原料液流量为多少？答：R=1.593Rmin=1.032F=198kmol/h

5.在常压连续精镭塔中分离两组分理想溶液。原料液加热到泡点后从塔顶加入，原料液的

组成为0.20(摩尔分数，下同)。提储塔由蒸储釜和一块实际板构成。现测得塔顶偏出液中易

挥发组分的回收率为80%。且播出液的组成为0.28,物系的相对挥发度为2.5°试求：釜残液

的组成和该层塔板的板效率(用气相表示)。蒸储釜可视为一层理论板。

答:xw=0.094Emv=65.5%

第二章(下册)吸收

1.从手册中查得l()1.33kPa、25c时，若l()()g水中含氨1g,则此溶液上方氨气平均分压为0.987

kPao已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H(kmol/(m3(kPa))及相平衡

常数m。答:H=0.590kmol/(n)3(kPa)m=0.928

2.在101.33kPa、27℃下用水吸收混于空气中的甲醺蒸汽，甲醛在气、液两相中的组成都很低,

平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数H=1.955kmol/(m3(kPa),气膜吸收系数kG=1.55X

10-5kmol/(m2(s(kPa),液膜吸收系数kL=2.08X10-5kmol/(m2(s(kmol/m3),试求总吸收系数

KG并计算气膜阻力在总阻力中所占的百分数。

答：KG=1.122X10-5kmol/(m2(s(kPa)气膜阻力为总阻力的72.3%

3..在逆流操作的吸收塔中，于•101.33kPa、25c下用清水吸收混合气体中的H2S,将其组成由

2%降至0.1%(体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数E=5.52X104kPa.若取吸收剂用量为

理论最小用量的1.2倍，试计算操作液气比及出口液相组成XI。

答：=622Xl=3.12X10-5=62.2XI'=3.12X10-4

4..在101.325kPa下用水吸收混于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为0.1,混合气体于40℃下

进入塔底，体积流量为0.556m3/s,空塔气速为1.2m/s。吸收剂用量为理论最小用量的1.1倍,

氨的吸收率为95%,且已估算出塔内气相体积吸收总系数KYa的平均值0.1112kmol/(m3(s).

在操作条件下的气液平衡关系为Y*=2.6X,试求塔径及填料层高度.

答:D=0.77mZ=5.23m

5.在吸收塔中用清水吸收混合气体中的SO2,气体流量为.00.m3(标准)/h,其中，SO2占10%,

要求SO2的回收率为95%。气、液逆流接触，在塔操作条件下SO2在两相间的平衡关系近似

为Y*=26.7X.试求：(1)若取用水量为最小用量的1.5倍,用水量应为多少？(2)在上述

条件下，用图解法求所需的理论塔板.（3）如仍用（2）中求出的理论板数，而要求回收率

从95%提高至98%,用水量应增加到多少？

答：（1）L=7650kmol/h（2）NT=5.5（3）L=9390kmol/h

6.在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态燃中的H2S,进塔气相含H2S2.91

（体积），要求吸收率不低于99%,操作温度300K,压强为101.33kPa平衡关系为Y*=2X,进

塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H2s组成为0.013kmol[H2S）/kmoI,（溶剂）。已知单位塔截面

积上单位时间流过的情性气体量为0.015kmol/（m2（s）,气相体积吸收总系数为0.000395

kmol/（m2（s（kPa）,求所需填料层高度。

答：z=7.8m

第四章（下册）液■液萃取

1.25C醋酸（A）—庚醇-3（B）一水（S）的平衡数据如本题附表所示。

试求：（1）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标系上绘出分配曲线。

（2）由50kg醋酸、50kg庚醇-3和100kg水组成的混合液的坐标点的位置。混合液经过充分

混合而静置分层后，确定平衡的两液层的组成和质量。（3）上述两液层的分配系数kA及选择

性系数。（4）从上述混合液中蒸出多少公斤水方能成为均相混合液？

答：（2）混合液组成：25%A,25%B,5（）%S,E相：yA=0.27yB=（）.（）lE=126kg

R相:XA=0.20XB=0.74R=74kg（3）kA=1.35夕=100

2.在单级萃取装置中，用纯水萃取含醋酸30%（质量分数，下同）的醋酸一庚醇-3混合液10（）kg,

要求萃余相中醋酸组成不大于10%。操作条件下的平衡数据见习题1。试求：（1）水的用量

为若干公斤？（2）萃余相的量及醋酸的萃余率（即萃余相中的醋酸占原料液中醋酸的百

分数）。答：（1）S=1283kg（2）R=807kg（3）萃余率=26.9%

3、在25℃下，用甲异丁基甲酮（MIBK）从含丙酮40%（质量分数）的水溶液中萃取丙酮。

原料液的流量为1500kg/h,试求：（1）当要求在单级萃取装置中获得最大组成的萃取液时，萃

取剂的用量为若干（kg/h）?（2）若将（1）求得的萃取剂的用量分作两等份进行两级错流

萃取，试求最终萃余相的流量和组成。（3）比较（1）（2）两种操作方式中丙酮的回收率（即

萃出率）操作条件下的平衡数据见本题附表。

答：（l）S=760kg/h,（2）R2=1020kg/hx2=0.18（3）级A=59.4%两极错流A=69.4%

第五章（下册）干燥

1.已知湿空气的总压强为50kPa,温度为60℃,相对湿度为40%试求：（11湿空气中

水汽的分压；（2）湿度；（3）湿空气的密度。

答：（1）p=7.97kPa（2）=0.118kg/kg绝干气，（3）H=0.493kg/m3湿空气

2.干球温度为2（）℃,湿度为0.009kg水/kg绝干空气的湿空气通过预热器加热到5（）℃后，在

送至