化工原理习题课
化工原理课后习题答案
第一章流体流动1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。
已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。
解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到：设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa=8.54×103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉4. 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距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／㎥。
试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。
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1－1´和4－4´为等压面，2－2´和3－3´为等压面，且1－1´和2－2´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Δh在1－1´与2－2´截面之间P1 = P2 + ρ水银gR∵P1 = P4，P2 = P3且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)ｈ= 0.418ｍ6. 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ｐ。
化工原理课后习题(参考答案)
解
x
1 / 17 0.0105 1 / 17 100 / 18
p* 798 E＝ 76 kPa x 0.0105 1 / 17 c 0.584 kmol / m3 (100 1) / 998 .2
0.584 H c / p 0.73kmol /(m3 kPa) 0.798 y * 798 / 100 10 3 7.98 10 3
1 1 m K Y k Y kY
1 m 比较 与 kY kX
（2）
N A KY Y Y *
5-15Байду номын сангаас在一吸收塔中，用清水在总压为0.1MPa、温度20oC条件下吸收混合 气体中的CO2，将其组成从2%降至0.1%（摩尔分数）。20oC时CO2水溶 液的亨利系数为E=144MPa。吸收剂用量为最小用量的1.2倍。试求（1） 液-气比L/G及溶液出口组成X1；（2）总压改为1MPa时的L/G及溶液出口 组成X1 解：（1）
qm qm1 qm 2 20 10 30t / h 30000 kg / h
qv qm / 30000 / 998 .2 30.05m3 / h 流速为 v 1.0m / s
d
4qv 4 30.05 0.103 m 103 mm v 3600 1.0
G(Y1 Y2 ) L( X 1 X 2 )
Y1 Y2 L G min X 1,max X 2
通过
算出最小液气比：（L/G）min
（2）解题过程类似于（1）小题
0.01 1.8 10 4 解 x1 0.01 1 997 / 18
p1 1.662 10 5 1.8 10 4 29.92 kPa
化工原理传热习题课
Q
t2
t m
练习3： 无相变的冷、热流体在列管式换热器中进行换热， 今若将单管程变成双管程，而其它操作参数不变， 试定性分析K、Q、T2、t2、tm的变化趋势。
t1 T2 T1 t2
答： u , h1 , K ，
T2 , t 2 , t m , Q
双管程列管式
套管式
K： K 不变 Q： Q 排除法
t2 h1、h2不变 T2： T2 t m t m
t2：
T1 T2
0
A
练习2： 在一列管式换热器中用饱和水蒸汽预热某有机溶液（无相 变），蒸汽走壳程，今若蒸汽压力变大，而其它操作参数 不变，试定性分析K、Q、t2、tm的变化趋势。
蒸汽温度 T
h2=3.5kW/m2K cp=4.187 kJ/kgK 216kg/h
Q 8.4 kJ s
油 216kg/h T1=150℃ cp=2.0 kJ/kgK， h1=1.5 kW/m2K
T 2=80℃ t1=20℃
t2 53.4C
K 0.894kW m 2 K (以外表面为基准)
tm，并
解：（1）Q w r 2100 2232 1302kw 凝 3600 Q 1302 Q wct W＝ ＝ ＝4.146kg/s ct 4.187 90－ 15 （ 2）
A实 85.4m
2
A需 A实
换热面积够用
四管程列管式
【例7-5】(P) 在一逆流换热器中将热气体从150℃冷却 至60℃，气体流经管内，冷却剂为水，温度从15℃升 至35℃，气侧给热系数为50W /(m2· ℃)，水侧给热系数 为5000W /(m2· ℃), 现工厂扩大生产能力，气体的流量 增加25%，冷却水的进口温度不变，忽略管壁和污垢 热阻，试求： ⑴ 冷却水的流量不变，气体的出口温度和冷却水 的出口温度； ⑵ 气体流量增加后，拟通过调节冷却水的流量以 使气体出口温度保持在60℃不变，调节后水的流量 和冷却水的出口温度。
化工原理第一章习题课
局部阻力系数ζ （进口为0.5，出口为1） 当量长度le 4.非圆形管当量直径
4A de C
管内湍流 Re 2000
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
例：为了测出平直等径管AD上某泄漏点M的位置，采用 如图所示的方法，在A、B、C、D四处各安装一个压力表， 并使LAB=LCD 。现已知AD段、AB段管长及4个压力表读 数，且管内流体处于完全湍流区。试用上述已知量确定泄 漏点M的位置，并求泄漏量点总流量的百分数。
2.ρ——流体密度，kg/m3（平均值）
P1 P2 3.柏式应用于可压缩流体， P1 0.2 用平均压强来计算ρm代入
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
w f w f w f ——管路总阻力，J/kg
'
1.静止流体或理想流体 w f 0
( Hg ) g
Hf , ab；
( Hg ) g
Hf , cd ;
机械能衡算方程
u 2 P we gz wf 2
J/kg
P
Байду номын сангаас
——静压能（流动力），J/kg
1.△P——两截面上压强差，若两容器开口，△P=0 绝压，表压，真空度（负表压）的概念 流体静力学基方方程式
P Pa gh
U形管压差计测两截面（容器）总势能差
gz P R( A ) g
如图所示，贮槽内水位维持不变。管路直径100mm，管路 上装有一个闸阀，距管口入口端15m处安有以水银为指示 液的U形管压差计。测压点与管路出口端之间的直管长度为 20m。求1）当闸阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm， 当闸阀部分开启时，测得R=400mm，h=1400mm。摩擦系 数可取0.025。问每小时流量？2）当闸阀全开时，U管压差 计的静压强为若干？闸阀全开时，le/d=15，摩擦系数不变。
化工原理(二)习题课
饱和蒸汽，塔顶采用全凝器且为泡点回流，塔釜用间接
蒸汽加热。已知两组分间的平均相对挥发度为3.0，精馏 段操作线方程为，塔顶产品中易挥发组分的回收率为 0.95，试求： （1） 操作回流比、塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率； （2） 塔底产品的流量和塔底产品中易挥发组分的摩尔分率
（4） 最小回流比； （5） 提馏段操作线方程和q线方程； （6） 塔顶第2块理论板上升蒸汽的组成；
（1）水分蒸发量及干燥产品量；
（2）干燥器出口处空气的温度以及新鲜空气的用量（m3/；
（3）预热器的加热量（不计热损失）； （4）在I-H 图上定性表示出预热及 干燥过程中空气状态的变化图。
（7） 若塔顶第1块实际板的液相默弗里板效率为
0.7，求塔顶第2块实际板上升蒸汽的组成。
3、用常压连续干燥器干燥处理量为900 kg/h的湿物料， 要求湿物料含水量由10%降至2%（均为湿基）。干燥介 质为温度t0= 25 ℃，湿度H0= 0.011 kg/(kg干空气) 的新 鲜空气。空气经预热器加热至t1= 110 ℃后进入干燥器， 经过理想干燥过程后，在干燥器出口处空气的湿度为 0.023 kg/(kg干空气)。试求：
(1) 吸收剂用量（kg/h）及出塔洗油中苯的含量； (2)气相总体积传质系数Kya；
(3) 所需填料层高度，m；
(4)增大填料层高度，若其它操作条件不变， 定性分析出塔气组成和塔底吸收液组成的变化情况， 并图示操作线的变化。
2、
用一精馏塔分离某二元理想混合物，进料量为
100kmol/h，其中易挥发组分的摩尔分率为0.4，进料为
1、在一填料塔中，用含苯0.0001（摩尔分数，下同）的
洗油逆流吸收混合气体中的苯。已知混合气体的流量为 2400m3/h（标准状态），进塔气中含苯0.06，要求苯的 吸收率为90%。该塔塔径为0.6m， 操作条件下的平衡关 系为ye=24x，气相总传质单元高度为1.36m，实际操作 液气比为最小液气比的1.3倍，洗油摩尔质量为 170kg/kmol。试求：
化工原理第一章习题课(李鑫)
【例2-2】
• 解：（1）两槽液面的高度差H • 在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏 努利方程，以贮槽液面为基准水平面0-0´ ， • 得：
2 u32 p3 u 2 p2 gH2 gH h f , 23 2 2
H
• • • • •
3
3
【例2-5】 将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为 大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头 损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔 入口处高出多少米？
用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽， 如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ 38×3mm的无缝钢 管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。 设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？
流体能自动从高（机械能）能位 流向低（机械能）能位
2 4.32J / kg
6.92 2 9.81 1 14.13J / kg 2 2 u p (表) p 2 (表) 2 2
9.81
1
1
Et2<Et3
小管中的水自下而上流动。
1m 2 4
大气
2 2 2 4
1m
喉径
2 4
2
2
2
u4 2 9.81 1 4.43m / s 大气 u2=（d4/ d2）2 u4 =（1/ 0.8）2 4.43=6.92m/s 2 u2 p 2 ( 表 ) 4 1-1 与 2-2 间 gz 1 2
1m
p 2 (表)
化工原理习题课
3.某敞口高位槽送水的管路如图所示，所有管径均为50mm， 某敞口高位槽送水的管路如图所示，所有管径均为 某敞口高位槽送水的管路如图所示 ， 管长L 管长 OC=45m， LCB=15m（均包括所有局部阻力当量长 ， （ ），当阀 全关， 当阀a全关 打开时， 度），当阀 全关，阀b打开时，压力表 B的读数为 打开时 压力表P 2.4×104Pa。假设阻力系数 均为 均为0.03，水的密度为 × 。假设阻力系数λ均为 ， 1000kg/m3。 （1）试计算B管道 ）试计算 管道 （CB段）的流速； 段 的流速； （2）若维持阀 的开度 ）若维持阀b的开度 不变，逐渐打开阀a， 不变，逐渐打开阀 ， 直到CB、 两管中流 直到 、CD两管中流 速相等，此时B管的流 速相等，此时 管的流 速又为多少？ 速又为多少？
化工原理习题课
流体流动及流体输送机章
1.用离心泵把 ℃的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持 用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部， 用离心泵把 恒定。各部分相对位置如本题附图所示。 恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 Φ76mm×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 × ，在操作条件下， 24.66×103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量 × ；水流经吸入管与排出管（不包括喷头） 计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出 损失可分别按与 计算，由于管径不变，故式中 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 管的流速 。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa × 表压）。 （表压）。 试求：（ ）水在管内的 试求：（1） ：（ 流速u；（ ；（2） 流速 ；（ ）泵的有效 功率；（ ；（3） 功率；（ ）已知泵的效 率为60%，求操作条件下 率为 ， 泵的轴功率。 泵的轴功率。
化工原理上册课后习题及答案
第一章：流体流动二、本章思考题1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？1-6何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？1-7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，将如何变化？1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？1-10摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度的关联图分为4个区域。
每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失与流速的一次方成正比？哪个区域的与成正比？光滑管流动时的摩擦损失与的几次方成正比？1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？三、本章例题例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。
已知贮槽直径D为3m，油品密度为900kg/m3。
压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。
已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。
试计算当右侧支管内油面向下移动30mm后，贮槽中排放出油品的质量。
HH1DR11CEFBA10mn11-1附图解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出排放量。
m首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。
化工原理第一章习题课
化工原理第一章习题课(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一、概念题1．某封闭容器内盛有水，水面上方压强为p 0，如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为R 1、R 2和R 3，试判断： 1）R 1 R 2（＞，＜，＝）； 2）R 3 0（＞，＜，＝）；3）若水面压强p 0增大，则R 1 R 2 R 3 有何变化（变大、变小，不变）2．如图所示，水从内径为d 1的管段流向内径为d 2管段，已知122d d =，d 1管段流体流动的速度头为，m h 7.01=，忽略流经AB 段的能量损失，则=2h m ，=3h m 。
3．如图所示，管中水的流向为A →B ，流经AB 段的能量损失可忽略，则p 1与p 2的关系为 。
21)p p A > m p p B 5.0)21+> m p p C 5.0)21-> 21)p p D <4．圆形直管内，Vs 一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的 倍，高度湍流时，h f 是原值的 倍（忽略管壁相对粗糙度的影响）。
5．某水平直管中，输水时流量为Vs ，今改为输2Vs 的有机物，且水μμ2=，水ρρ5.0=，设两种输液下，流体均处于高度湍流状态，则阻力损失为水的倍；管路两端压差为水的 倍。
6．已知图示均匀直管管路中输送水，在A 、B 两测压点间装一U 形管压差计，指示液为水银，读数为R （图示为正）。
则： 1）R 0（>，=，<）2）A 、B 两点的压差p ∆= Pa 。
)()ρρ-i Rg A gh Rg B i ρρρ+-)() )()ρρρ--i Rg gh C gh Rg D i ρρρ--)()3）流体流经A 、B 点间的阻力损失f h 为 J/kg 。
4）若将水管水平放置，U 形管压差计仍竖直，则R ，p ∆ ，f h 有何变化7．在垂直安装的水管中，装有水银压差计，管段很短，1，2两点间阻力可近似认为等于阀门阻力，如图所示，试讨论：1）当阀门全开，阀门阻力可忽略时，1p 2p （＞，＜，＝）；2）当阀门关小，阀门阻力较大时，1p 2p （＞，＜，＝），R （变大，变小，不变）；3）若流量不变，而流向改为向上流动时，则两压力表的读数差p ∆，R ；（变大，变小，不变）。
化工原理习题课
PM
Et2
ZM
g
(
L2 d
M2
1) u2 2
（4）
当阀关小时，式（4）中u减小，而ξM-2增大，因此难以由式（4） 直接判断出PM的变化趋势，使分析过程变得复杂。因此适当的选 取衡算范围以避免式中同时出现两个或两个以上的变量成相反变
化的情况。
例3 如图所示，高位水箱下面接一φ32x2.5的水管，将水引向
一楼某车间，其中，ABC段管长为15m。假设摩擦系数λ约为 0.025，球心阀全开及半开时的阻力系数分别为6.4和9.5，其他 局部阻力损失可忽略。试问：
（1）当球心阀全开时，一楼 水管内水的流量为多少？
（2）今若在c处接一相同直径 的管子（如图虚线所示）， 也装有同样的球心阀且全 开，以便将水引向离底层 3m处的二楼。计算当一楼水管上阀门全开或半开时， 一、二楼水管及总管内水的流量各为多少？
例4 一油田用φ600X25、长L= 100km 水平铺设的管线将原 油输送至某炼油厂油库。已知原油粘度μ= 0.187Pa.s 密度ρ=890kgm3。因油管允许承受的最高压力为6MPa
（表压），故全程需设：两个泵站，如图所示。第一个泵 站设在油田处，试问要使油管达到最大输送能力，第二 个泵站应设在何处？此时输送量为多少？假设局部阻力 损失忽略不计，管壁绝对粗糙度ε=0.1m
PN
Et2
ZN
g
(
L2 d
N2
1)
u2 2
(3)
当阀门关小时，式（3）中等号右边除u减小外，其余各量均不变，
且
(
L2 d
N
化工原理-习题-课件PPT
P0
gZ0
0
∴3-3’截面的总势能大于2-2’截面的总势能，水能被
吸入管路中。 求每小时从池中吸入的水量 柏努利方程
求管中流速u
在池面与玻璃管出口内侧间列柏努利方程式：
34
gZ3
u3 2 2
P3
gZ 2
P2
u22 2
式中：
Z3 0m， Z2 3m
u3 0
P3
0(表压） P2
57.08J
/ kg
2
)
130.8 - 9.81 3 - 9.871000
91560Pa
从计算结果可见：P2>P3>P4 ，而P4<P5<P6，这是由于流 体在管内流动时，位能和静压能相互转换的结果。
30
5）流向的判断 在φ45×3mm的管路上装一文丘里管，文丘里管
上游接一压强表，其读数为137.5kPa，管内水的流速 u1=1.3m/s，文丘里管的喉径为10mm，文丘里管喉部 一内径为15mm的玻璃管，玻璃管下端插入水池中，池 内水面到管中心线的垂直距离为3m，若将水视为理想 流体，试判断池中水能否被吸入管中？若能吸入，再求 每小时吸入的水量为多少m3/h？
gZ1
u2 1 2
P1
gZ 2
u2 2 2
P2
式中： Z1=Z2=0
P1=3335Pa（表压） ，P2= - 4905Pa（表压 ）
m
M T0 Pm 22.4 TP0
10
29 273[101330 1/ 2(3335 4905)]
22.4
293101330
1.20kg / m3
u12
3335
P1 P 水 gh
P2 P 水g(h R)
化工原理习题课
H损 h损g 1.50779.8114.79J / Kg
在11'和2 2'截面之间列柏努利方:程
Z1
u12 2g
p1
g
Z 2
u22 2g
p2
g
hf
Z1 1.52 1.50771.62m 29.81
• 14.如图为一并联管路,于B点处分为两支,在C点处 又会合为一条管路,图中所标管长均包括局部阻力 的当量长度,总管路中液体流量为60m3/h,则液体在 两支管中的流量分别为多少?(两支管的摩擦系数均 可取为0.02)
C.通过改变泵的组合方式(串联和并联)达到流量调节的目 的,此时,无论串联或并联,组合后泵的总效率与单台效率 一样
D.泵的组合方式中,并联组合流量总是优于串联组合流量.
• 3.倘若关小离心泵的出口阀门,减小泵的输 液量,此时将会引起_____.
• 甲:泵的扬程增大,轴功率下降 • 乙:泵的输液阻力及轴功率均增大. • 丙:泵的扬程及轴功率均下降.
• 4.倘若开大离心泵的出口阀门,提高泵的输 液量,会引起_____.
• A.泵的效率提高 B.泵的效率降低
• C.泵的效率可能提高也可能降低
• D.泵的效率只决定于泵的结构及泵的转速, 与流量变化无关.
• 5.在某单泵输液管路中,并联一台同型号的 离心泵,单泵与并联双泵的输液效果是____.
• A.并联的输液量是单泵的两倍
• C.往复泵的输液能力只决定于活塞的位移,与管路情况无 关,而往复泵提供的压头只决定于管路情况
• D.往复泵的流量调节可采用出口阀门调节,旁路调节,改变 曲柄转速和活塞行程调节.
• E.使用出口阀门不但不能改变往复泵的流量,而且很危险, 在出口阀门完全关闭下,泵缸内的压强将急剧上升,严重时 将导致机件破损或电机烧毁.
化工原理课后习题(第四章)
第4章 传热4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为,K mW 05.111--⋅⋅=λ厚度 mm 230=b ；绝热砖的热导率为11K m W 151.0--⋅⋅=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0--⋅⋅=λ。
若耐火砖内侧温度为C 10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。
试求：（1）绝热砖的厚度。
绝热砖的尺寸为：mm 230mm 113mm 65⨯⨯; (2) 普通砖外测的温度。
普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5⨯⨯。
(答： ⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344︒=t )解：⑴第一层：1121λb t t A Q -= 第二层：2232λb t t AQ -= ⇒()()32222111t t b t t b -=-λλ⇒()()130940151.0940100023.005.12-=-b ⇒m 446.02=b因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2b 取m 460.0，校核：()()3940460.0151.0940100023.005.1t -=- ⇒C 3.1053︒=t ；⑵()()43332111t t b t t b -=-λλ⇒C 6.344︒=t 。
4-2、某工厂用mm 5mm 170⨯φ的无缝钢管输送水蒸气。
为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚mm 30的矿渣棉，其热导率为11K m 0.065W --⋅⋅ ;第二层为厚mm 30的石棉灰，其热导率为11K m 0.21W --⋅⋅。
管内壁温度为C 3000，保温层外表面温度为C 400。
管道长m 50。
试求该管道的散热量。
无缝钢管热导率为11K m 45W --⋅⋅ （答：kW 2.14=Q ）解：已知：11棉K m 0.065W --⋅⋅=λ，11灰K m 0.21W --⋅⋅=λ查表得：11K m W 54--⋅⋅=钢λ()34323212141ln 1ln 1ln 12d d d d d d t t lQ λλλπ++-= 其中：0606.016.017.0ln ln 12==d d ，302.017.023.0ln ln 23==d d ， 231.023.029.0ln ln34==d d()1m W 28421.0231.0065.0302.0450606.0403002-⋅=++-=πlQ ， kW 2.14W 1042.1502844=⨯=⨯=Q 。
化工原理第3章_习题课和要求和思考题
化工原理第3章_习题课和要求和思考题(学生)(总4页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第三章传热基本要求1. 掌握的内容：（1）热传导基本原理，一维定常傅里叶定律及其应用，平壁及园筒壁一维定常热传导计算及分析；（2）对流传热基本原理，牛顿冷却定律，影响对流传热的主要因；。
（3）无相变管内强制对流传热系数关联式及其应用，Nu、Re、Pr、Gr等准数的物理意义及计算，正确选用对流传热系数计算式，注意其用法、使用条件；（4）传热计算：传热速率方程与热负荷计算，平均传热温差计算，总传热系数计算及分析，污垢热阻及壁温计算，传热面积计算，加热与冷却程度计算，强化传热途径。
2. 熟悉的内容：（1）对流传热系数经验式建立的一般方法；（2）蒸汽冷凝、液体沸腾对流传热系数计算；（3）热辐射基本概念及两灰体间辐射传热计算；（4）列管式换热器结构特点及选型计算。
3. 了解的内容：（1）加热剂、冷却剂的种类及选用；（2）各种常用换热器的结构特点及应用；（3）高温设备热损失计算。
思考题1．传热速率方程有哪几种各有什么特点分别写出它们的表达式并指出相应的推动力和热阻。
2．何谓热负荷与传热速率热量衡算式与速率方程式的差别是什么3．如图所示为冷热流体通过两层厚度相等的串联平壁进行传热时的温度分布曲线，问：（1）两平壁的导热系数1与2哪个大（2）间壁两侧的传热膜1与2哪个大（3）若将间壁改为单层薄金属壁，平均壁温接近哪一侧流体的温度4．试分别用傅立叶定律、牛顿冷却定律说明导热系数及对流传热系数的物理意义，它们分别与哪些因素有关5．在什么情况下，管道外壁设置保温层反而增大热损失6．在包有内外两层相同厚度保温材料的圆形管道上，导热系数小的材料应包在哪一层，为什么7．某人将一盘热水和一盘冷水同时放入冰箱，发现热水比冷水冷却速度快，如何解释这一现象8．试述流动状态对对流传热的影响9．分别说明强制对流和自然对流的成因，其强度用什么准数决定10．层流及湍流流动时热量如何由管壁传向流体，试分别说明其热量传递机理。
化工原理II 习题课 共30页PPT资料
3、在一填料层高度为6m的吸收塔中，用清 水逆流吸收混合气中的丙酮。已知进塔气体流
率90kmol/h，丙酮体积分数5%，丙酮回收 率可达90%，平衡关系y*=2.0x，操作液气 比是最小液气比的1.5倍，塔径800mm。试 求：(1)NOG；(2) Kya； (3)其他条件不变， 填料层高度增加3m,丙酮回收率变为多少
包括所有局部阻力的当量长度)。，摩擦系数取0.025。试求：
（1）管路特性方程；（2）离心泵工作扬程和流量；（3）
离心泵入口真空表读数。
2
2’
8m
2m
1
1’
如图示一输水系统，管路直径为Φ80×2mm, 当流量为
36m3/h时，吸入管路的总压头损失为0.6m，排出管路的
总压头损失为0.8m，吸入管轴线到U型管左侧汞面的垂直
用离心泵把密度为1000kg/m3的水从开口贮槽送至表压为
19.62 kPa密闭容器，贮槽和容器的水位差保持8m恒定，泵
安装高度2m，如图所示。离心泵特性曲线方 H251800qV20
程 q V m3 / s
，（ ， ），管道均为Φ108×4mm
的钢管，阀门全开，吸入管路长20m，排出管路长80m (均
有一套管式换热器，管径为Φ89×3.5 mm，流量为 2000 Kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在 环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数α1为230 W/(m2·K)，平均比热容Cp1为1.86 kJ/(kg·℃)；水的 对流传热系数α2为290 W/(m2·K)，平均比热容Cp2为 4.178 kJ/(kg·℃)。忽略污垢阻力，碳钢热导率λ＝45 W/(m2·K)。试求：(1)冷却水消耗量qm2；(2) 总传热 系数K；(3)逆流操作时所需要的管长。
化工原理课后习题答案(全)
绪论1解：换算因数： 1.010********/==⋅=⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅sm kg s m s cm g sN m scm g spa scm g∴1g ⋅cm -1⋅s -1=0.1pa ⋅s 2.解：51001325.1Paatm ⨯= 1m N Pa 2=⋅- 1m N J =⋅ 3310m L -= ∴2321001325.1m J m N m N atm L ⨯=⋅⋅⋅⋅⋅⋅-∴21001325.1J atm L ⨯=⋅以J ·mol -1·K -1表示R 的值R =0.08206×1.01325×102 J ﹒mol -1﹒K -1=8.315 J ﹒mol -1﹒K -1第一章 流体流动1. 表压=－真空度=－4.8×104Pa 绝压=5.3×104 Pa2.解：设右侧水面到B ′点高为h 3，根据流体静力学基本方程可知P B =P B ′ 则ρ油gh 2=ρ水gh 3mm mkg mmm kg h 4921000600820h 3323=⋅⨯⋅==--水油ρρ h=h 1+h 3=892mm5解:以图中截面a-a ′为等压面，则P 啊=Pa ′ρ油g(h 1+h 0)=ρ油g(h 2-R+h 0) + ρ水银gR （h 0为水银压差计高液面与容器底部的高度差） ∴ h 2=h 1 + R - ρ水银R/ρ油 = 4 +0.2-13600*0.2/860 = 1.04m6解：h=P(表压)/ ρ水g =81.9*10001000*10 =1.02 m7.解：由公式AVsu =可得 Vs=uA=u πd 2/4=0.8×π×(57-3.5×2)2×10-6/4=1.57×10-3m 3/sWs=Vs ρ=1.57×10-3×1840=2.89kg/ss m kg u AWsG ⋅=⨯===2/147218408.0ρ 9解：以地面以下的水管所在的平面为基准水平面，则：fh Pu gz u P gz ∑+++=++ρρ2222211122Z 1=9m, u 1=0, P 1=P 2=P 0 ,Z 2=4m,u 2=u∴9.81*9=9.81*4+222u +40*222u∴u=1.55m/s,Vs=uA=1.55*3.1415926*0.0252=10.95m3/h 若Vs'=Vs*(1+25%)=1.25Vs,则u'=1.25u=1.9375m/s ∴Z 1-Z 2=7.86m,即将水箱再升高7.86-5=2.86m 10解:Vs=8m3/h 时，该系统管路中水的流速为u 1=4Vs/3600πd 2=4*8/3600*3.1415926*0.0532=1.008m/s以压力表处为截面1-1'，水箱液面为截面2-2'，并以截面1-1'为基准水平面，则：f h Pu gz u P gz ∑+++=++ρρ2222211122Z2-Z1=24m P2=0 u2=0∴P1=(234.93+∑h f )*1000而3424.5001.01000*008.1*053.0Re===μρduε/d=0.2/53=0.00377查表得λ=0.0282 ∴∑h f = （h f + ξ）﹒u 12/2 =（0.0282*100/0.053 + 1）* 1.0082/2 =27.54J/Kg ∴P 1=(234.93+27.54)*1000=0.262MPa即压力表的读数为0.262MPa 时才能满足进水量为8m3/h 的需要。
化工原理习题课
2qe q K q 2
所以
K q 2 5 103 300 0.752 qe 0.625 2q 2 0.75
2013-2-16
（1）列0－0与2－2截面柏努利方程： Z0＋P0/ρｇ＋ｕ00 /2ｇ＝Z2＋P2/ρｇ＋ｕ22 /2ｇ＋∑ｈf 以2－2截面为基准面，Z2＝0，u0＝0，P0＝P2 ∴4＝ｕ22 /2ｇ＋3ｕ22 /2ｇ＝4×ｕ22 /2g 解得 ｕ2＝4.43 m.s-1 ∴V＝ｕA＝0.785×0.12×4.43 ＝0.0348 m3.s-1＝125 m3.h-1
20 3600 h f =120J/kg u2 1.97m/s 2 0.785 0.06 1.972 120 26670 246.9J/kg We 15 9.81 2 1200
m 泵的有效功率Ne为： Ne=We· s
2013-2-16
20 1200 ws V s 6.67 kg/s 3600
2013-2-16
• 冷却水用量 • ｗh Cph (T1 -T2 )＝ｗc Cpc(t2 -t1 ) • 3500×2.38×(100-60)＝ｗc× 4.17×(50-40) • ｗc ＝7990kg.h-1 • Δt逆＝(50-20)/ｌｎ(50/20)＝32.75℃ • Δt并＝(60-10)/ｌｎ(60/10)＝27.91℃ • Q＝KAΔtm • Q＝7990×4.17×(50-40)=3.332×106kJ.h-1 • ∴ A＝3.332×105/[(1800/1000)×32.75×3600] • ＝1.57 (m2) • πｄ0 ｌ＝1.57 • 3.14×0.18×ｌ＝1.57 ∴ ｌ逆＝2.77(m ) • A并＝3.332×106/[(1800/1000)×27.91×3600]＝1.84 (m2) • 3.14×0.18×ｌ并＝1.84 ∴ ｌ并＝3.26 (m )
化工原理习题课
非均相物系的分离习题课
已知某板框过滤机有26个框，边长为 810×810×45mm，过滤推动力为0.3MPa，过 滤常数为5.5×10-5m2/s, v=0.065m3/m3, qe=0.012m3/m2, 辅助时间为40min,求： 1.推导过滤机最大生产能力时过滤时间、洗涤时间、 辅助时间关系； 2.当用0.1倍滤液量的洗水进行洗涤，求滤框充满 滤饼时生产能力； 3.当过滤后不洗涤，最大生产能力。
四.在逆流操作的填料吸收塔内,用纯溶剂吸 收混合气体中可溶组分.已知吸收剂用量 为最小用量的1.5倍,气相总传质单元高度 HOG=1.11m,操作条件下气、液平衡关 系为y=mx。要求溶质的回收率为90%. 试求:1.所需填料层高度.2.在填料塔内, 若将混合气体的流率增加10%,液体量及 气液相进塔浓度不变,求溶质的回收率.已 知Kya∝G0.7.
非均相物系的分离习题课
流量为1m3/s的20℃常压含尘气体在进入反应器 四.流量为 流量为 的 ℃ 之前需要尽可能除去尘粒并且升温到400 ℃.已知 之前需要尽可能除去尘粒并且升温到 已知 固粒密度ρ 固粒密度 p=1800kg/m3,降尘室底面积为 65m2.求: 求 1.先除尘后升温理论上能除去的最小颗粒直径 先除尘后升温理论上能除去的最小颗粒直径; 先除尘后升温理论上能除去的最小颗粒直径 2.先升温后除尘理论上能除去的最小颗粒直径 先升温后除尘理论上能除去的最小颗粒直径; 先升温后除尘理论上能除去的最小颗粒直径 3.欲更彻底地除区尘粒 对原降尘室应如何改造 欲更彻底地除区尘粒,对原降尘室应如何改造 欲更彻底地除区尘粒 20℃：气体密度 ℃ 气体密度1.205kg/m3, 黏度1.81×10-5Pa.s; 黏度 × 60 ℃:气体密度 气体密度0.524kg/m3, 气体密度 黏度3.31×10-5Pa.s． 黏度 × ．
化工原理-精馏习题课
第一章 蒸馏1、 熟悉气液平衡方程、精馏段操作线方程、提馏段操作线方程和q 线方程的表达形式并能进行计算；2、 能根据物料进料状况列出q 线方程并用于计算，从而根据q 线方程、进料组成还有气液平衡方程计算出点（x q ，y q ），再进一步计算出最小回流比R min ；例如饱和液相进料（泡点进料）时，q 线方程式x=x F ，即x q =x F ；而饱和蒸汽进料时，q 线方程式y=x F ，即y q =x F 。
3、 掌握通过质量分数换算成摩尔分数以及摩尔流量的方法，要特别注意摩尔流量计算时应该用每一个组分的流量乘以它们的摩尔分数而不是质量分数。
习题1：书上P71页课后习题第5题；分析：本题的考察重点是质量分数与摩尔分数之间的转换，这个转换大家一定要注意，很多同学在此常会出错。
在此我们采用直接将原料组成和原料流量都转换成摩尔量来进行计算，首先还是先列出所有题目给出的已知量，为了便于区分，建议大家以后再表示质量分数的时候可以使用w 来表示，而表示摩尔分数时使用x 来表示：① 根据题目已知：w F =0.3，F=4000kg/h ，w w =0.05，另外还可以知道二硫化碳的分子量Mcs 2=76，四氯化碳的分子量Mccl 4=154根据这些条件可以先将进料和塔底组成转换成摩尔组成② =+F x =二硫化碳摩尔量二硫化碳质量分数二硫化碳分子量总摩尔量二硫化碳质量分数二硫化碳分子量四氯化碳质量分数四氯化碳分子量0376=0.4650376+1-03154F x =..（.） ③ 同理可以求出塔底组成00576=0.096400576+1-005154W x =..（.） ④ 对于原料液的质量流量转换为摩尔流量有两种方法，第一种是分别用二硫化碳和四氯化碳各自的质量流量除以各自的分子量然后求和，即()40001-0.340000.3+=33.971kmol/h 76154F ⨯⨯=第二种是用总质量流量除以混合物平均分子量，而这种方法也是同学们最容易出错的地方，因为这里平均分子量应该是用二硫化碳和四氯化碳各自的摩尔分数乘以各自的分子量后求和，而不是用质量分数乘以各自的分子量求和，这样是很多同学计算有误的原因，因此正确的求法是 ()0.46576+1-0.465154=117.73=4000117.73=33.976kmol/hM F =⨯⨯⑤ 上面弄正确后，下面的步骤就比较简单，利用物料衡算以及回收率就可以求出来，方程组如下：+=0.88F D WD F F D WFx Dx Wx Dx Fx ==+=回收率上述方程组里面所有的组XX 已经转变为摩尔组成，所有的流量也都变为摩尔流量了，这样计算就不会再有问题了。
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例4 一油田用φ600X25、长L= 100km 水平铺设的管线将原 油输送至某炼油厂油库。已知原油粘度μ= 0.187Pa.s 密度ρ=890kgm3。因油管允许承受的最高压力为6MPa
（表压），故全程需设：两个泵站，如图所示。第一个泵 站设在油田处，试问要使油管达到最大输送能力，第二 个泵站应设在何处？此时输送量为多少？假设局部阻力 损失忽略不计，管壁绝对粗糙度ε=0.1m
又管长L1、L2于管径d也不变，所以λ变化不大可视为常数。 但阀门关小时∑ξ增大，故由式（1）可知u减小，即管内流量v 减小。 （2）M处压力表读数变化分析 由截面1-1’ 和M点所在的截面的机械能间的机械能衡算式可知
PM
E t1
ZM g
(
L1 d
1M
1)
u2 2
(2)
当阀门关小时，式（2）中等号右边除u减小外，其余量均不变，故PM增大。 （3）N处压力表读数变化分析
头高出2m，容器A内液面恒定。试求：
1、管路系统要求泵的压头He; 2、容器A中液面至泵入口的
垂直距离h0。
1
1’
2
2
A
h
例2
如图所示,高位槽A内的液体通过一等径管流向槽B。
1
在管线上装有阀门，阀门前、后M、N处分别安装压力 表。假设槽A、B液面维持不变，阀门前后管长分别为
p1
1‘
p2
2
2‘
l1、l2。现将阀门关小，试分析管内流量及M、N处压力
的流速下降，反之亦然。 2、在其他条件不变时，关小阀门必将导致阀前（或阀上游）
静压强的上升以及阀后（或阀下游）静压强下降，反之亦然。
讨论：用机械能衡算式分析管路某出静压强的变化时，不宜将 局部阻力系数已起变化的部分包括在衡算式内。如题中分析M处压 力变化时，若在M点所处截面与2-2’截面间列机械能衡算式：
例5 用往复泵将某种粘稠液体从敞口贮槽B送至密闭容器A内，用 旁路调节流量。主管上装有孔板流量计C，其孔径d0=30mm, 孔流系数C0=0.63；主管直径为φ66x3mm,DA管段长度（包括 所有局部阻力当量长度）为80m；旁路管直径为φ38x3mm,其 长度（包括局部阻力当量长度）为50m。被输送液体粘度为100 mPa.s,密度为1100kg/m2;U型管压差计读数R=0.3m,指示液为水银； A槽内液面上方压强表读数为49kPa。已知主管和支管中流型相 同。试求
1、支管中液体流量，m3/h; 2、泵的轴功率（η=85%），kW.。 注：计算时可忽略从贮槽液面至D截面 之间主管段的流动阻力。
例6 用离心泵向E、F两个敞口高位槽送水，管路系统如图所示
已知：所有管路内径均为33mm，摩擦系数为0.028，A、B管段 的长度（含所有局部阻力的当量长度）为100m，泵出口处压强表 读数为294kPa，各槽内的也面恒定。试计算：
PM
Et2
ZM
g
(
L2 d
M2
1) u2 2
当阀关小时，式（4）中u减小，而ξM-2增大，因此难以由式（4） 直接判断出PM的变化趋势，使分析过程变得复杂。因此适当的选 取衡算范围以避免式中同时出现两个或两个以上的变量成相反变
化的情况。
（4）
例3 如图所示，高位水箱下面接一φ32x2.5的水管，将水引向
一楼某车间，其中，ABC段管长为15m。假设摩擦系数λ约为 0.025，球心阀全开及半开时的阻力系数分别为6.4和9.5，其他 局部阻力损失可忽略。试问：
（1）当球心阀全开时，一楼 水管内水的流量为多少？
（2）今若在c处接一相同直径 的管子（如图虚线所示）， 也装有同样的球心阀且全 开，以便将水引向离底层 3m处的二楼。计算当一楼水管上阀门全开或半开时， 一、二楼水管及总管内水的流量各为多少？
表读书如何变化。 解：
M
N
（1）管内流量变化分析，阀门管小后，管内流量将变小。证明如下：
在两槽液面1-1’与2-2’间列机械能衡算式：
式中
Et1
Et
2
[L1 dL2 Nhomakorabea]
u2 2
Et1
Z1
g
p1
u2 2
Et
2
Z2
g
p2
u2 2
当阀门关小时，Z1、Z2、p1、p2均不变，u1≈u2≈0(槽截面＞＞管截面），故两截面处 的总机械能Et1、Et2不变；
1、当泵只向E槽供水，而 不向F槽供水、F槽内的水也不向 E槽倒灌（通过调节阀门V1与 V2的开度实现),此时管内流速 和BC段的长度（含所有局部 阻力的当量长度）为若干；
2、欲同时向E、F两槽供水， 试定性分析如何调节两阀门 的开度？
例7 某转子流量计，出厂时用标准状况下的空气进行标定，其刻
度范围为10~50m3/h，试计算： 1、用该转子流量计测定20℃的co2流量，其体积流量范围为 若干？ 2、用该流量计测定20 ℃的NH3流量，其体积流量范围 为若干？ 3、现欲将CO2的测量上限保持在50m3/h，应对转子作何 简单加工？ 注：当地大气压为：101.33kPa。
例1
本题附图所示为液体循环系统，即液体由密闭容器A进入
离心泵，又由泵送回容器A 。液体循环量为1.8m3/h,液体密度 为750kg／m3；输送管路系统为内径25mm的碳钢管，从容器 内液面至泵入口的压头损失为0.55m，泵出口至容器A液面的
全部压头损失为1.6m，泵入口处静压头比容器A液面上方静压
同理，由N点所在的截面和截面2-2’间的机械能衡算式可知
PN
Et2
ZN
g
(
L2 d
N2
1)
u2 2
(3)
当阀门关小时，式（3）中等号右边除u减小外，其余各量均不变，
且 出口局(部阻Ld力2 系数ξ0=1N）2，故1P恒)n减大小于。零（因为∑ξn-2中至少包含一个
结论： 1、在其他条件不变时，管内任何局部阻力的增大将使该管内