1、 1 目 录 第一章 流体流动与输送 机械 （ 2） 第二章 非均相物系分离 （ 32） 第三章 传热 （ 42） 第四章 蒸发 （ 69） 第五章 气体 吸收 （ 73） 第六章 蒸馏 （ 95） 第七章 固体 干燥 （ 119）2 第一章 流体流动与输送 机械 1. 某烟道气的组成为 CO2 13， N2 76， H2O 11（体积），试求此混合气体在温度500 、压力 101.3kPa 时的密度。 解：混合气体平均摩尔质量 k g / m o l1098.2810)1811.02876.04413.0( 33 iim MyM 混合密度 333 k g / m457.0)500273(31
2、.8 1098.28103.101 RTpM mm2已知 20时苯和甲苯的密度分别为 879 kg/m3 和 867 kg/m3,试计算含苯 40及甲苯 60（质量）的混 合液密度。 解： 867 6.0879 4.01 2211 aam混合液密度 3kg/m8.871m 3某地区大气压力为 101.3kPa，一操作中的吸收塔塔内表压为 130kPa。若在大气压力为 75 kPa的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？ 解： 表表绝 ppppp aa k P a3.1 5 675)1 3 03.1 0 1)( （ 真表 aa pppp 4如附图所示，密闭容器中存有密度为
3、 900 kg/m3 的液体。容器上方的压力表读数为 42kPa，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上 0.55m，其读数为 58 kPa。试计算液面到下方测压口的距离。 解：液面下测压口处压力 ghpzgpp 10 题 4 附图 3 m36.255.081.9900 10)4258( 30101 hg ppg pghpz 5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为 700mm 和 600mm。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为 800 kg/m3 和 1000 kg/m3。 （ 1）计算玻璃管内水柱的 高度； （ 2）判断 A 与 B、 C
4、与 D 点的压力是否相等。 解：（ 1）容器底部压力 ghpghghpp aa 水水油 21 m16.16.07.010008002121 hhhhh 水油水 水油（ 2） BA pp DC pp 6为测得某容器内的压力，采用如图所示的 U 形压力计，指示液为水银。已知该液体密度为 900kg/m3， h=0.8m， R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。 解：如图， 1-2 为等压面。 ghpp 1 gRpp a 02 gRpghp a 0 则容器内表压： k P a0.5381.98.09 0 081.945.01 3 6 0 00 ghgRpp a 7如附图所示，水在管道中流动。为
5、测得 A-A 、 B-B截面的压力差，在管路上方安装一 U形压差计，指示液为水银。已知压差计的读数 R 180mm，试计算 A-A 、 B-B截面的压力差。已知水与水银的密度分别为 1000kg/m3 和 13600 kg/m3。 解 ：图中， 1-1 面与 2-2 面间为 静止、连续的同 种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即 11 pp ， 22 pp B D h1 h2 A C 题 5 附图 题 6 附图 1 2 4 又 gmpp A 1 gRRmgp gRpgRpp B 002021 )( 所以 gRRmgpgmp BA 0)( 整理得 gRpp BA )( 0 由此可见， U 形
6、压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数 R 有关，而与 U形压差计放置的位置无关。 代入数据 Pa2224918.081.9)100013600( BA pp 8用 U 形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差，指示液为水，密度为 1000kg/m3，读数 R 为 12mm。为了提高测量精度，改为双液体 U 管压差计，指示液 A 为含 40乙醇的水溶液，密度为 920 kg/m3，指示液 C 为煤油，密度为 850 kg/m3。问读数可以放大多少倍？此时读数为多少？ 解： 用 U 形压差计测量时，因被测流体为气体，则有 021 Rgpp 用双液体 U 管压差计测量时，有 )(
7、21 CAgRpp 因为所测压力差相同，联立以上二式，可得放大倍数 3.148 5 09 2 01 0 0 00 CARR 此时双液体 U 管的读数为 mm6.1 7 1123.143.14 RR 9图示为汽液直接混合式冷凝器， 水蒸气 与冷水相遇被冷凝为水，并沿气压管流至地沟排出。现已知真空表的读数为 78kPa，求气压管中水上升的高度 h。 解 : apghp 题 7 附图 题 9 附图 5 水柱高度 m95.781.910 10783 3 g pph a10硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为 76 4mm 和 57 3.5mm。已知硫酸的密度为 1830 kg/m3，体积流量为
8、 9m3/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 : mm476 k g /h1647018309 ss Vm m / s69.0068.0785.0 3600/9785.0 221 dVu ss)k g /( m7.1262183069.0 211 uG (2) 小管 : mm5.357 质量流量不变 kg/h164702 sm m / s27.105.07 8 5.0 3 6 0 0/97 8 5.0 2222 dVu s或 : m /s27.1)5068(69.0)( 222112 dduus)k g / ( m1.
9、2 3 2 41 8 3 027.1 222 uG 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 2-2 间列柏努力方程 : fWupgzupgz 22222111 2121 简化 : gWuHf /)21( 22 m09.281.9)20121( 12一水平管由内径分别为 33mm 及 47mm 的两段直管组成，水在
10、小管内以 2.5m/s 的速度流向大管，在接头两侧相距 1m 的 1、 2 两截面处各接一测压管，已知两截面间的压头损失为 70mmH2O，6 问两测压管中的水位哪一个高，相差多少？并作分析。 解： 1、 2 两截面间列柏努利方程： fhuggpzuggpz 22222111 2 12 1 其中： 21 zz m /s23.147335.2222112 dduu m17.007.0)5.223.1(81.92 1)(2 1 22212221 fhuugg pph 说明 2 截面处测压管中水位高。这是因为该处动能小，因而静压能高。 13 如附图 所示，用高位槽向一密闭容器送水，容器中的表压为 8
11、0kPa。已知输送管路为 5.348 mm 的钢管，管路系统的能量损失与流速的关系为 28.6 uWf （不包括出口能量损失），试求： （ 1） 水的流量； （ 2） 若需将流量增加 20，高位槽应提高多少 m？ 解：（ 1）如图在高位槽液面 1-1 与管出口内侧 2-2 间列柏努利方程 fWupgzupgz 22222111 2121 简化： fWupgz 2221 21（ 1） 即 22223 8.6211000 108081.910 uu 解得 m/s57.12 u 流量 /hm45.7/1007.257.10 4 1.07 8 5.04 333222 smudV S （ 2）流量增加
12、20，则 m/s88.157.12.12 u 此时有 fWupgz 2221 21 题 13 附图 10m 1 h 2 7 m78.1081.9/)88.18.688.1211000 1080( 2231 z即高位槽需提升 0.78m。 14附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为 2.0MPa（表压），精馏塔内操作压力为 1.3MPa（表压）。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面 30m，管内径为 140mm，丙烯密度为 600kg/m3。现要求输送量为 40 103kg/h，管路的全部能量损失为 150J/kg（不包括出口能量损失），试核算该过
13、程是否需要泵。 解 :在贮槽液面 1-1 与回流管出口外侧 2-2 间列柏努利方程 : fe WupgzWupgz 22222111 2121 简化 : fe WupgzWp 22221 21fe WgzuppW 22212 21m / s2.114.0785.06003 6 0 01040785.0 2322 dmu s 15081.9302.121600 10)0.23.1( 26 eWJ/kg6.721 不需要泵 ,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中 15用压缩空气将密闭容器中的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示。输送量为 2m3/h，输送管路为 37 3.5mm 的无缝钢管。两槽中液位
14、恒定。设管路的总压头损失为 1m（不包括出口），硫酸的密度为 1830 kg/m3。试计算压缩空气的压力。 解 : 以容器中液面为 1-1 面 ,管出口内侧为 2-2 面 ,且以1-1 面为基准 ,在 1-1 2-2 间列柏努力方程 : 题 14 附图 题 15 附图 8 fhzugpzuggp 22221211 2 12 1 简化 : fhzuggp 2221 21其中 : m /s786.003.0785.0 3 6 0 0/24222 dVu s 代入 : )21( 2221 fhzuggp )1127 8 6.081.92 1(81.91 8 3 0 2 )(kP234 a 表压 16
15、某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为 45 2.5mm。当阀门全关时，压力表的读数为 78kPa。当阀门全开时，压力表的读数为 75 kPa，且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为 2uWf J/kg（ u 为水在管内的流速）。试求： （ 1）高位槽的液面高度； （ 2）阀门全开时水在管内的流量（ m3/h）。 解 : (1) 阀门全关 ,水静止 ghp m95.781.910 10783 3 gph(2) 阀门全开 : 在水槽 1-1 面与压力表 2-2 面间列柏努力方程 : fWupgzupgz 22222111 2121 简化 : fWupgz 2221 2122223 211
16、 0 0 0107581.995.7 uu h 题 16 附图 1 9 解之 : m/s412.12 u 流量 : /sm10773.1412.104.0785.04 33222 udV s/hm38.6 3 17用泵将常压贮槽中的稀碱液送至蒸发器中浓缩，如附图所示。泵进口管为 89 3.5mm，碱液在其中的流速为1.5m/s；泵出口管为 76 3mm。贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离为 7m。碱液在管路中的能量损失为 40J/kg（不包括出口）蒸发器内碱液蒸发压力保持在 20kPa（表压），碱液的密度为 1100kg/m3。设泵的 效率为 58，试求该泵的轴功率。 解：取贮槽液面为
17、1-1 截面，蒸发器进料口管内侧为 2-2截面，且以 1-1 截面为基准面。 在 1-1 与 2-2 间列柏努利方程： fe WupgzWupgz 22222111 2121 （ a） 或 fe WppuugzzW 12212212 )(21)(（ b） 其中： z1=0； p1=0（表压）； u1 0 z2=7m； p2=20 103 Pa（表压） 已知泵入口管的尺寸及碱液流速，可根据连续性方程计算泵出口管中碱液的流速： 06.2)7082(5.1)( 2222 dduu 入入m/s =1100 kg/m3， Wf=40 J/kg 将以上各值代入（ b）式，可求得输送碱液所需的外加能量 1
18、2 9401 1 0 0102006.22181.9732 eWJ/kg 碱液的质量流量 题 17 附图 10 72.81 1 0 006.207.07 8 5.04 2222 udm skg/s 泵的有效功率 kW1 2 5.1W1 1 2 572.81 2 9 see mWN 泵的效率为 58%，则泵的轴功率 94.158.0125.1 eNNkW 18如附图所示，水以 15m3/h 的流量在倾斜管中流过，管内径由 100mm 缩小到 50mm。 A、 B两点的垂直距离为 0.1m。在两点间连接一 U 形压差计，指示剂为四氯化碳，其密度为 1590 kg/m3。若忽略流动阻力，试求： （
19、1） U 形管中两侧的指示剂液面哪侧高，相差多少 mm？ （ 2） 若保持流量及其 他 条件不变，而将管路改为水平放置，则压差计的读 数有何变化 ? 解：在 1-1 与 2-2 截面间列柏努利方程 fWupgzupgz 22222111 2121 其中： m / s5 3 1.01.07 8 5.0 3 6 0 0/157 8 5.0 2211 dVu Sm / s1 2 3.205.07 8 5.0 3 6 0 0/157 8 5.0 2222 dVu S mzz 1.012 0 fW )(21)( 21221221 uugzzpp （ 1） 0 9 3.3)5 3 1.01 2 3.2(5.081.91.0 22 由静力学基本方程： gRgzpgzp )()()( 02211 （ 2） m365.081.9)10001590( 1.081.910001000093.3)()()()()()(0212102211 gzzgppggzpgzpR题 18 附图
