1、第一章 流体流动过程与输送机械 习题 1.A 地某化工厂的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为 610mmHg ，设备移至异地 B 操作时，若要求塔内维持相同的操作压强，真空表读数有何变化？（ A地平均大气压强为 640mmHg ， B 地平均大气压强为 760mmHg ） 解： A 地： B 地： 2.在稳态流动系统中，水连续的由粗到细流经一个变径管路，粗管内径是细管的两倍，求细管内水的流速是粗管内的几倍。 解：稳态流动 4.如图所示，一高位水池内径 D 为 1.5m （有效），池底连 144mm 4mm 的排水管，管路 长 330m、，总损失压头为 6m 求管路出水口的体积流量。 解：取出口
2、管中心线为基准面，取高位水池 1-1截面，管路出口处 2-2截面。 smvghgpgvZhgpgvZvfe/98.160200002.62222222221211 hmsmAvq v /32.1 0 3/0 2 8 7.010)81 4 4(498.1 332322 m m H gPPPPP AA 30610-640 绝绝绝真mmHgPPP BB 7 3 003-7 6 0 绝真412 22212221221121vddvvAvvAqq v5.如图所示，有一连续稳态流动管路系统，粗管截面积为细管截面积的 5倍，在管路系统中去 1、 2、 3、 4、 5 五个截面（如图所示）， 1 点截面处的平
3、均流速为1 1ms ，表压强为 120KPa，泵的压头为 8m ，输送的液体密度为 1000 3kg m ，试计算： （ 1）若不考虑管路阻力损失，求各点截面的位压头、静压头、动压头和总压头。 （ 2）若整个管路阻力所产生的压强降为 2m 液柱，求 5 点截面的位压头、静压头、动压头和总压头。 解：以地面为基准面 (或以泵中心线为基准面都可以 ) （ 1）由 1-1 截面可知 2-2 截面 3-3 截面 mgggpgvZ 05.232205.011001202 112 1211 ）（mhgpgvZHegpgvZ f 05.313005.0122 22221211 2322333 5,1 vvA
4、vAvmZ 2 23 2325 25 0.05 1.25 ,2231.05 ,31.5 1.25 1 28.8v v mggmp mg 总 压 头mgvgvmZ 25.122,6 23244 4-4 截面 5-5 截面 （ 2） 7.常压下，用泵将敞口容器中的油品以 36 31mh 的流量输送到敞口高位槽中，管出口在高位槽液面下，两槽的液面差为 25m ，输送管为 76mm 3mm，直管长度为 100m ，各种管件的当量长度为 150m ，摩擦粗力系数 为 0.023，泵的效率为 60，求泵的实际功率。（油品的密度为 960 3kg m ） 解：基准面取低位槽页面 10.某离心泵以 20的水进
5、行性能测试，测得体积流量为 720 31mh ，泵出口压力表读数为 0.4MPa（表压），泵入口处真空表读数为 210mmHg，压力表和真空表之间的垂直距离为 410mm，吸入管和压出管内径分别为 350mm 和 300mm。mhgHehgpgvZHegpgvZffv 64.533.283 4 4.025225000222222221211 smdqv v /6.207.043 6 0 0364 222 mgvd llh ef 3.2881.92 6.207.0 )1 5 01 0 0(0 2 3.02)( 22 kwgHqP eve 42.86.01 0 0 03 6 0 0 64.5381
6、.996036)1 0 0 03 6 0 0/( mgpm 8.23625.15.31,05.31 4 总压头mgvgvmZ 05.022,6 22255 mgpm 25605.05.31,05.31 5 总压头mgvgvmZ 05.022,6 22255 mgpm 23605.005.29,05.292-05.31 5 总压头试求此泵产生的压头。 解： 第二章 传热 习题 1 用 100 的水蒸气加热 38 mm2.5 mm 钢管内的盐溶液，盐溶液的流量为 500 kg h-1,比定压 热容为 2 093.5 J.kg-1.K-1，由 20 加热到 50 ， 盐 =930 W m-2 K-1
7、， 蒸汽 =5 815 w.m-2 K-1，钢管的 =46. 52 w.m-1.K-1.求加热钢管多少米（ 以管外表面计算）。设忽略热损失，可按 平面壁 考虑 。 解： 盐溶液在热交换中无相态变化 0 .4 4 0 0 (210- 2 1 0 1 0 0 2 7 .6 (760P M P a KP aP m m H g KP a 出进表 ） ，表 ） ，22720 2 .8 3 /3 6 0 0 0 .34720 2 .0 8 /3 6 0 0 0 .3 54v m sv m s出进，2203 2 224 0 0 2 7 . 6 1 0 2 . 8 3 - 2 . 0 80 . 4 1 4 4
8、 . 2 69 9 8 . 2 9 . 8 1 2 9 . 8 1p p v vH e hggm 出 进 出 进（ ）123- .65.7 6 89 3 0152.46105.25 8 1 811111 kmwK盐蒸汽总83.635080ln50-1 0 0-20-1 0 0ln2121 ）（）（tttttm wttCq apam 92.8 7 2 2)2050(5.2 0 9 33 6 0 05 0 012, mlllrtKAtKA mm49.183.6365.7 6 8 92.8 7 2 21023814.322 3 2采 用 传热面积为 4.48 m2 的换热器进行溶剂苯 和某水溶液间的
9、逆流换 热，苯的流量为 3 600kg.h-1，比定压热容为 1.88 kJ Kg-1 K-1，由 80 冷却到 50 ，水溶液由 20 加热到 30 ，忽略热损失，求总传热系数 K。 解： 忽略热损失： 3.有一厚度为 480 mm 的普通砖墙，高温侧为 200 ，在此温度下的导热系数为0.614 W.m-1 K-1；低温侧为 30 ，在此温度时的导热系数为 0.52 W m-1 K-1。试求单位时间通过单位传热面积 (l m2)的热量为多少。 解： 4为减少热损失，设备外壁包一层厚度为 200 mm 均匀保温材料，导热系数为0.163W.m-1 K-1，保温材料外缘温度为 30 ，为测量设
10、备壁面温度，将温度计从外面插入保温层 50 mm，测得其温度为 75 ，试计算设备外壁温度和单位时间每平方米保温层向外散失的热量。 解： 5.有 =60 mm3mm的常压蒸气管（钢管），其导热系数为 50 W. m-1 K-1，外包40 mm 厚的石绵泥，其导热 系数为 0.12W.m-1 K-1。蒸气管内壁为 110 ，石棉泥外壁为 20 。试求每秒钟每米管路散失的热量。 解： 1121 5 6 7.02 52.06 1 4.02 kmWWttA 8.2 0 0)302 0 0(148.0 5 6 7.0)( 21 kwTTcq apam 4.56)5080(88.13 6 0 03 6 0
11、 0)( 21,1 KmWtAKtKA mm 23 /55.3 2 11 5 2.3948.4 104.5621005.0 30-752.0 30-)()(1123213122321131ttttttAttAtt， 211121 1 7 9.02,5.282 30272 mlrAmmrrr mmm 121212=80- 30 = 50 = 50- 20 = 3050- 30= 39.12550l n l n30mttttttt 逆 流 ： ，6.在 100 mm5 mm 的钢管中有 134 的饱和水蒸气流动，若管外包有 30 mm厚 玻璃棉，其导热系数为 0.05W m-1 K-1，当外界气温
12、为 15时，若空气对保温层的给热系数为 8W.m-1 K-1，忽略钢管内饱和水蒸气对钢管的给热系数和钢管壁很小的热阻，试求保温层外壁温度。 解：稳态传热，保温层内的导热速率 =保温层与空气的对流给热速率 7.反应釜的釜壁为钢板，厚 5 mm( =50W.m-1 K-1)，黏附在内壁的污垢厚 0.5 mm（ =50W.m-1 K-1）。反应釜附有夹套，用饱和水蒸气加热。釜体钢板外表面（与蒸汽接触）为 150 ，内壁面 130。试求单位时间每平方米面积所传导的热量。并与没有污垢层和釜体为不锈钢（有污垢）、铜（有污垢）的情况进行比较（设壁面温度不变）。 (其中不锈钢 =14W.m-1 K-1；铜 =
13、400W.m-1 K-1) 解： 无污垢： 2223232 296.0,21.473070ln 3070ln mAmmrrrrrmm kwAtiii89.792 9 6.012.004.01 7 9.0500 0 3.0201 1 0)( 23.32)1 3 4(0 6 5.0203.0 05.0)15(08.0282,2),( 2tttlrAlrAtTAttA mmm 空 ,652 80502,80,50 1221 mmrrrmmrmmr m wAtiii43-3- 108.15.0105.0501051 3 01 5 0)( wAtiii53- 100.2501051 3 01 5 0)(
14、 wAtiii43-3- 104.15.0105.0141051 3 01 5 0)( 不锈钢有污垢： 铜有污垢： 8.用 134.2的饱和水蒸气加热 48 mm 3mm 钢管内的某溶剂，由 20加热到75，溶剂的体积流量为 6m3.h-1, ，密度为 1080kg.m-3 ，比定压热容为2.9kJ Kg-1 K-1，求单位时间（每秒钟）消耗的蒸汽的量。 解： 9在某一化工生产流程中，换热器采用一种高温流体来预热原料液，将原料由25预热到 180；而高温流体经过换热，由 300降至 200。试计算采用逆流操作与并流操作时的平均温度差，并进行比较。 解： 逆流： 并流： 10.列管式换热器由若千
15、根长 3m、外径 25 mm 的钢管组成。要求将流量为 1.25 kg s -1 流体从 350冷却到 300。 290的 B 流体在管内与 A 流体作逆流流动。已知 B 侧和 A 侧的给热系数分别为 0 .85 kW m-2 K-1 和 1. 70 kW M-2 K-1，管壁和污垢热阻可忽略。若 B 流体出口温度为 320，求所需管子的根数。已知A 的 Cp=l. 9 kJ Kg-1 K-1， =880 kg m-3。 解： 1232k11111 0 5 6 7 / .110 .8 5 1 .7KW m K 钢 管 壁 和 污 垢 热 阻 可 忽 略wAtiii43-3- 109 7 5.1
16、5.0105.04 0 01051 3 01 5 0)( , , 2 1 ,()6 108 0 2.9 ( 75 20) 216 5.2 436000.1 33 /a m p a b mbmbmq c t t qqq k g s 解 得29.97202 7 5ln202 7 5ln2121 tttttm8.1 4 51 2 01 7 5ln1 2 01 7 5ln2121 tttttm30 1018.2ln 12121 1 2 2 2 112m12根 据 题 意 ： T =350 ， T =300t =290 ， t =320逆 流 操 作 ， 则t T t ， t T tttttt()0 .
17、 2 3 5 52m a p aQ q C K AAA n r L 1 2 mT T t代 入 ， 则则 可 求 出 ： n=49 根12.用 300kpa 的饱和蒸汽（ 134）通人夹套式换热器夹套，使甲苯沸腾蒸发。甲苯的沸点为 110.6，汽化热为 363.5kJ Kg-1,，换热器的传热面积为 1m2，每小时汽化 200kg 甲苯。求换热器的总传热系数 K。如果换热器的热损失为换热量的 10%，求每小时消耗多少千克饱和水蒸气。 解： 13.某单程列管式换热器内置直径为 25 mm 2. 5 mm 的钢管柬。操作过程中，苯在换热 器的管内流动，流量为 1.25kg.s-1，温度由 80冷却
18、到 30；冷却水在管间与苯呈逆流流动，进口温度为 20，出口温度为 50，已知水侧和苯侧的给热系数分别为 l 400W m -2 K-1 和 0.75 W m -2 K-1，污垢和换热器的热损失可以忽略，试求换热器的传热面积。苯的平均比定压热容为 l.9kJ Kg-1 K-1 ，管 壁材料的导热系数为 45W m -2 K-1。 解： kwq m 2.205.3633600200 甲苯kmkwtAKtKA mm ./86.0)6.110134(1 2.20 2 设备设备hkgskgqqmm/89.36/01.01.2 1 6 8 %)101(2.201.2 1 6 8%101 ）（甲苯水kmw
19、K 2321/74.075.0145105.21 4 0 01111 1KWttcq apma 75.1 1 8)30-809.125.1)( 12, （第四章习题 1采用精馏操作分离正庚烷 正辛烷混合物，精馏塔的塔底压力为101. 7 kPa，塔顶压力为 100. 6 kPa。已知正庚烷 (A)和正辛烷 (B)的饱和蒸气压为 温度 / 90 98.5 100 105 110 115 120 126 pA/kPa 78.5 101.3 106.0 121.6 139.3 158.9 182.2 pB/kPa 33.9 44.8 47.2 55.3 64.3 74.1 86.1 101.3 如果
20、正庚烷 正辛烷混合物服从拉乌尔定律和道尔顿分压定律，试求： (1)塔底温度分别为 115和 120时，塔底液体组成； (2)塔顶温度分别为 100和 105时，塔顶馏出物组成。 解：（ 1） 塔底： 115 120 （ 2）塔顶 100 2.181030ln)2030()5080(ln2121 tttttm3 321 1 8 .7 5 1 0 8 .8 1 7 1 00 .7 4 1 8 .2mmKA tAmKt 设 备设 备AAA xPP 675.0,325.0)1(1.749.1587.101-1 BAAAABAABAxxxxxPxPPPP解得）（836.0,164.0)1(861827.
21、101 BAAA xxxx 解得09.0,91.0)1(2.471066.100-1 BAAAABAABAxxxxxPxPPPP解得）（105 2设正庚烷 正辛烷混合物可视为理想混合液，根据上题所给数据，计算在 101. 3 kPa 下气液平衡组成，并分别绘出 t-x-y 相图和 y-x相图。 3求不同温度下正庚烷与正辛烷的相对挥发度，用平均挥发度求平衡时的气相组成 y 与液相组成 x 的关系，并与前题的计算绪果进行比较。 4在连续精馏塔内每小时精馏含乙醇 10%（质量分数，下同）的水溶液 2000 kg。要求塔顶馏出液中乙醇含量为 96%，塔底斧液中含乙醇 2%，保持回流比 R=4，试 求回流量。 解： 5已知连续精馏塔操作线方程为 精馏段 y=0.723x+0.263 提馏段 y=1.25x-0.0187 若泡点进料，试求原料液、馏出液及塔底釜液的组成及回流比。 04.0,96.0 BAAA yp xpy32.0,68.0)1(3.556.1216.100 BAAA xxxx 解得17.0,83.0 BAAA yp xpyWDWDF 2 0 0 0hkgWhKgDWDWxDxFx WDF/8.1829,/2.170%2%96%102000解得hkgDLDLR /8.6802.17044
