西南大学化工基础复习资料

第一章绪论例题详解【例1-1（物料衡算）】如图所示，浓度为20%（质量百分数，下同）的KNO3水溶液以1000kg/hr流量送入蒸发器，在某温度下蒸出一部分水而得到浓度为50%的KNO3水溶液，再送入结晶器冷却析出含有4%水分的KNO3晶体并不断取走。

浓度为%的KNO3饱和母液则返回蒸发器循环处理，该过程为连续稳定过程，试求：1、结晶产品量P，水分蒸发量W；2、循环母液量R，浓缩量S。

例题1-1图A解：1、衡算对象：总物料KNO3衡算范围：如图所示的用一条封闭的虚线所包围的部分衡算基准：单位时间--每小时列方程：凡是穿过封闭虚线进入的衡算范围的物料为入；凡是穿出封闭虚线排出的衡算范围的物料为出；总物料ΣMλ=ΣM出则F = W + P（1）同理，对KNO3= 0×W + P（1-4%）（2）将（1）（2）代入数据后组成方程组1000 = W + P1×1000 = P（1-4%）解这个方程组得：P = kg/hrW = kg/hr2、衡算对象的基准不变，改变衡算范围如图1-2B所示。

总物料S =R + PKNO3× S = × R + P（1-4%）将上两式代入数据联解得：R = kg/hrS = kg/hr 即为所求例题1-1图B应该指出，确定衡算范围是很重要的，如确定的衡算范围不当，无法求解。

一般来说，要尽量使已知条件和所求量穿越衡算范围，这样才能列入衡算方程中。

这种技巧可在今后的学习和练习中逐步掌握。

【例1-2 (热量衡算)】在一热交换器中用压强为136kpa的饱和蒸汽加热298k的空气，空气流量为1kg/s，蒸汽的流量为s，冷凝水在饱和温度381K下排出。

若取空气的平均比热为kg·k，试计算空气出口温度（热损失忽略不计）。

23例题1-2图解：过程如图所示：数量基准每秒钟蒸汽、空气的流量温度基准取进口空气温度298K，因而其焓为零，即H冷空气=0相态基准压强为136kpa的饱和蒸汽，查得其焓H蒸汽.281K =2690KJ/kg，同时查得H冷凝水281K =kg 衡算范围封闭虚线所示范围对此连续稳定过程ΣQ入=ΣQ出其中：ΣQ入=ΣQ蒸汽+ ΣQ冷空气=×H蒸汽 +1 × H冷空气ΣQ出=ΣQ热空气+ ΣQ冷凝水=1×（T-298）+ × H冷空气T：热空气温度将数据代入解得T=【例1-3（单位换算）】已知,试将此压强换算为SI单位。

解：1公斤（力）等于1千克质量的物体所受到的重力。

即1公斤（力）∴单位换算时，先从附录一中查出换算关系，后将换算关系代入原单位中即可进行单位换算。

在化工计算中，先用换算关系将各物理量不同单位制的数值换算成同一种单位制的数值，然后再进行计算，就能避免差错。

【例1-4（单位换算）】液体越过平顶堰上的液面高度可用以下经验式计算：式中，h-ow—堰上液面高度,in；qv—液体体积流量，gal/min；lw—堰长，in试求流量为s的液体越过长度为2米的平顶堰，堰上液面高度为多少米？1m = in ,1m3 = gal, 1min = 60s分析：此题是经验公式的单位换算，首先将所有已知量的单位换算成经验式中规定的单位，然后代入经验式中并计算结果，最后将以单位in表示的结果换算成以m表示的结果。

解：将已知量的单位换算成经验式中规定的单位：代入经验式，自测练习计算题1、7kgf/m2等于多少N/m2？多少Pa？m2；42、将1kcal/h换算成功率W。

3、4L/s是多少L/min？多少m3/h? 240L/min；h4、含水份52%的木材共120kg，经日光照晒，木材含水份降至25%，问：共失去水份多少千克？以上含水份均指质量百分数。

5、已知理想气体通用常数物理大气压·升/(摩尔·K)，试求采用J/(kmol·K)时R的数值。

8314J/(kmol·K)第二章流体的流动与输送例题详解【例题2-1（流体静力学）】U 型管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，如图所示，U型管压差计的指示液为水银，两U型管的连接管内充满水。

已知水银面与基准面的垂直距离分别为：，大气压强。

试求锅炉上方水蒸汽的压强。

解：………………………………静力学方程举例1…………………………5…………………………………………………式得：【例题2-2 流体静力学】水在附图所示的水平管内流动，在管壁A处连接一U形管压差计，指示液为汞，密度为13600kg/m3，U形管开口右支管的汞面上注入一小段水（此小段水的压强可忽略不计），当地大气压Pa为，水的密度取1000kg/m3，其它数据见附图，求A处的绝对压强为多少Pa？6静力学方程举例2（1）取U形管中处于同一水平面上的B、C、D三点，根据等压点的判定条件可得到PB=PC，PC=PD，于是可得PB=PC=PD（2）根据静力学基本方程式可得：于是A处的绝对压强：伯努利方程应用例题【例题2-3 确定流体流量】在某水平通风管段中，管直径自渐缩到。

为了粗略估算其中空气的流量，在锥形接头两端分别测得粗管截面1-1的表压为，细管截面的表压为。

空气流过锥形管的能量损失可以忽略，求空气的体积流量为若干？（设该物系可按不可压缩流体处理，空气密度取为）解：图【例2-3】示意图在1-1和2-2截面（水平管的基准面取通过管中心线的水平面）间列柏氏方程得：78式中：因为是水平管，……………【例题2-4 确定容器相对位置】用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽和反应器均与大气连通，要求料液在管内以的速度流动。

设料液在管内流动时的能量损失为（不包括出口的能量损失），试求高位槽的液面应比虹吸管的出口高出多少？解：9 【例2-4】示意图取高位槽液面为1-1截面，虹吸管出口内侧截面为2-2截面，并以2-2为基准面。

列柏氏方程得：式中：（表压），，∵1-1截面比2-2截面面积大得多，∴，而代入得：∴（即高位槽液面应比虹吸管出口，高）值得注意的是，本题下游截面2-2必定要选在管子出口内侧，这样才能与题给的不包括出口损失的总能量相适应。

【例题2-5 流动阻力计算】用φ108*4的钢管输送原油，输送量19T/hr，d原=,μ原=72Cp.原油从起点站油泵出口压力为61kg/cm3（表），终到处压力为1kg/cm3（表），若管子是水平安装的，局部阻力以直管阻力的10%计，试求原油输送的路程（输油管长度）是多少？分析：由于输油管是水平安装的，因而整个输送过程的压强降即为总阻力：管子的规格知道即知管内径，又知原油质量流量和密度（由比重而得），因此管内流速可得。

再计算雷诺数以判定流动型态后，摩擦系数λ即可求出。

把上述结果代入式（2-38）即可。

例2-12附图解：原油在管中的流速u=w/(Aρ)=(1900/3600)/××900)=s由于Re=duρ/μ=××900)/(72×10-3)=933所以管内的流体流动型态为层流因而摩擦系数λ＝64/Re=64/933=据题意:∑le=l/10代入式(2-38) : △Pf=λ·(l+∑le)/d· (u2ρ/2)(61-1)××104=×(l+/ × ×900)/2解得：l≈31×103m即原油输送的路程约为31公里。

自测练习一、填空题1、某设备的真空表读数为500mmHg，设备外环境大气压强为640mmHg，则它的绝对压强为1.866×104Pa。

2、在定态流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的2倍。

则细管内水的流速为粗管内流速的4倍。

二、单项选择题10111、判断流体流动类型的是（ ） A Eu 准数B Re 准数C ε/dD Δ答案：B2、流体在圆形直管内作定态流动，雷诺准数Re ＝1500，则其摩擦系数应为（ ）ABCD 无法确定答案：B3、在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是（ ） A 同一种流体内部 B 连通着的两种流体 C 同一种连续流体D 同一水平面上，同一种连续的流体12答案：D4、管路由直径为Φ57×的细管，逐渐扩大到Φ108×4mm 的粗管，若流体在细管内的流速为4m/s 。

则在粗管内的流速为（ ） A 2m/s B 1m/s C s D s答案：B三、问答题 1、质量流量、体积流量与流速u 三者之间的关系如何？三者之间可以用一个公式表示为2、如本题附图所示,利用高位槽将料液加入一常压操作的塔内,管道直径为φ56×3mm 需要的加料量为8m3/h,设液体的流动阻力损失为30J/kg 。

料液比重为，设高位槽内液面高度保持不变。

试求高位槽液面相对于管道出口的高度Z 。

13自测练习1-8 附图Z=第三章传热过程例题详解【例题3-1平壁导热】加热炉的平壁用耐火砖砌成，壁厚，测得壁的内表面温度为700℃，外表面温度为100℃，耐火砖的导热系数λ=m·k,求每小时每平方米壁面所传递的热量。

解：这是一个平面壁稳定热传导的问题，将式（3-3）移项得:将t1=700℃，t2=100℃，λ=m·k,b=代入：Q/A={(700-100)}/ = 1969w/m2 = 7088KJ/m2·hr【例3-2多层平壁导热】有一炉壁由下列三种材料组成：耐火砖λ1=m·℃b1=240mm保温砖λ2=m·℃b2=120mm建筑砖λ3=m·℃b3=240mm今测得内壁面温度为930℃，外壁面温度为70℃，求每平方米面积的壁面的热损失和各层接触面上的温度。

例3-2 附图解：14△t1=Q·R1=×=℃△t1=t1-t2故t2=t1-△t1==℃同理△t2=Q·R2=×=℃△t2=t2-t3 t3=t2-△t2=由以上计算可知：保温砖的导热系数小，故热阻大，虽然厚度小，但经过保温砖的温度降也大，有利于保温。

【例3-3单层圆筒壁导热】蒸汽管外径48mm，包扎的石棉泥保温层的λ为mK,保温层厚60mm。

与蒸汽管子接触的石棉层内层壁面温度为120℃,与周围空气接触的外壁面温度为30℃。

试求每米管长因传导而造成的热损失速率。

若保温层加厚到120mm，这时外壁温度随之降至25℃。

则热损失情况怎样？解：利用单层圆筒壁导热速率计算公式，将L移项：当保温层加厚到120mm时，求得：Q/L=m从式（3-8）可看出，对圆管壁而言，在其它条件相同时，（如△t相同，而λ随温度变化不大），传热速率与ln(r2/r1)成反比，因而绝热效果并不与绝热层厚度成正比地变化，本例就是很好的说明。