西南大学0069《化工基础》

西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷类别：网教

课程名称【编号】：化工基础【 0069】 A卷

大作业满分：100 分

以下题中选做四题，每题25分。请写出每一步计算依据和过程。

一、（流体流动与输送）如图为冷冻盐水循环系统示意图。盐水的密度为1100kg/m3，

循环流量为36m3/hr。从A处到B处的总摩擦阻力损失为98.1J/kg，从B处到A处的为49.0J/kg。管径不变。

求：1. 泵的有效功率；2. 若A处的压强表的读数为2.5kg/cm2，求B处压强表的读数为多少kg/cm2。

解：（1）在循环管路中任选某截面为1-1’，并兼为截面2-2’（意即流体由截面1-1’出发，完成一个流动循环后达到截面2-2’）。在两截面间列柏努利方程式。

因截面为1-1’与截面2-2’重合，所以u1 = u2，p1 = p2，Z1 = Z2

上式可简化为we = Σhf =ΣhfAB + ΣhfBA = 98.1 + 49 = 147.1 J/kg

流体的质量流量ws = Vs·ρ=36×1100/3600 = 11 kg/s

功率N= we·ws/η=147.1×11/0.7 = 2312 W （2）B处压强表的读数

在两压强表所在的截面位置A与截面B之间列柏努利方程式，并通过截面A中心作基准水平面，得

式中ZA = 0，ZB = 7 m，uA = uB，pA = 245.2×103 Pa，ΣhfAB = 98.1 J/kg

将以上数据代入柏努利方程式，解得

pB = 245.2×103 –（9.81×7 + 98.1）×1100 = 61753 Pa = 61.8×103 Pa

二、（流体流动与输送）质量浓度为16200kg/h的25%氯化钠（NaCl）水溶液在φ50×3mm 的钢管中流过。已知水溶液的密度为1186kg/m3，粘度为2.3×10-3Pa·s。求（1）判断该

水溶液的流动类型。（2）计算在滞流时的最大流速

滞

m ax

u。

解：

（1）算出R e准数后即可判断流动类型

①5.2

497

.2

1186

)

044

.0(

4

3600

16200

2

≈

=

⨯

=

=

π

ρ

ω

A

s

u m/s

②56722

10

3.2

1186

5.2

044

.0

3

=

⨯

⨯

⨯

=

=

-

μ

ρ

du

R

e

(2分) 流型为滞流

（2）求

滞

m ax

u

滞流时，R e准数最大值为2000，相应的流速即为

滞

m ax

u

μ

ρ

滞

max

du

R

e

=（1分）代入已知值后

2000

10

3.2

1186

044

.0

3

max=

⨯

⨯

⨯

-

滞

u

，解得088

.0

max

=

滞

u m/s

三、（传热）某炉壁由下列三种材料组成，内层是耐火砖，()℃.

/

4.1

1

m

W

=

λ，mm

b230

1

=；中间是保温砖，()℃.

/

15

.0

2

m

W

=

λ，mm

b115

2

=；最外层是建筑砖，()℃.

/

8.0

3

m

W

=

λ，mm

b230

3

=。今测得其内壁温度℃

900

1

=

t，外壁温度℃

80

4

=

t。求（1）通过炉墙单位面

积的热损失2/m W 。（2）各层的温差。（3）各层接触面的温度。（假设各层接触良好） 解：设2t 为耐火砖和保温砖之间接触面的温度。

3t 为保温砖和建筑砖之间接触面的温度。 （1） 由多层平壁定态热传导公式可以导出q ：

23

3221141673288.0767.0164.08208.023.015.0115.04.123.080900m

W b b b t t S Q q =++=++-=+

+-==

λλλ

（2）1t ∆、2t ∆、3t ∆分别为耐火砖层，保温砖层和建筑砖层的温差。因是多层平壁的定态热传导，故q q q q ===321（1分）

由1

11λb t q ∆=可得，℃6.1104

.123

.0673111=⨯

==∆λb q t ℃0.51615

.0115

.0673.

2

2

2=⨯

==∆λb q t ℃5.1938

.023

.0673.

3

3

3=⨯

==∆λb q t （3）℃4.7896.110900112=-=∆-=t t t

℃4.2730.5164.789223=-=∆-=t t t

四、（传热）有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm ×3.5mm ，流量为2000kg/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αh =230W/（m 2·K ），水的对流传热系数αc =290W/（m 2·K ）。忽略污垢热阻。试求：1）冷却水消耗量；2）并流和逆流操作时所需传热面积。题中碳钢的导热系数为λ=45W/（m ·K ）。

解 ①苯的平均温度65250

80=+=

T ℃，比热容c ph =1.86×103J/（kg ·K ）

苯的流量W h =2000kg/h ，水的平均温度25

23515=+=t ℃，比热容c pc =4.178×103J/（kg ·K ）。热量

衡算式为

)

()(1221t t c W T T c W Q pc c ph h -=-= （忽略热损失）

热负荷

4

3101.3)5080(1086.136002000

⨯=-⨯⨯⨯=

Q W

冷却水消耗量 1335)1535(10178.43600101.3)(3

412=-⨯⨯⨯⨯=-=t t c Q W pc c kg/h

②以内表面积S i 为基准的总传热系数为K i ，碳钢的导热系数λ=45W/（m ·K ）

089.0290082

.00855.045082.00035.0230

111⨯+

⨯⨯+=++=o c i m i h i d d d bd K αλα =4.35×10－

3+7.46×10－

5+3.18×10－3

=7.54×10－3m 2·K/W

K i =133W/（m 2·K ），本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。

并流操作 80 50

2.341565ln 15

65=-=

并m t ∆℃

传热面积

81.62.34133101.34

=⨯⨯==并并

m i i t K Q S ∆m 2

逆流操作 80 50 40235

45=+=

逆m t ∆℃

传热面积

83.540133101.34

=⨯⨯==逆逆

m i i t K Q S ∆m 2

因逆并

逆并故i i m m S S t t >∆<∆,。 17

.1==并

逆

逆并m m i i t t S S ∆∆

五、（精馏）一连续精馏塔，泡点进料。已知操作线方程如下：

精馏段 y = 0.8 x + 0.172 提馏段 y = 1.3 x – 0.018

求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。 解：由精馏段操作线方程

，得 R = 4； ，得 x D = 0.86