PAGE PAGE 99 目 录 第一章 流体流动与输送设备·····················································（2） 第二章 非均相物系分离·························································（26） 第三章 传热···································································（32） 第四章 蒸发···································································（44） 第五章 气体吸收·······························································（48） 第六章 蒸馏···································································（68） 第七章 干燥·················??·················································（84） 第八章 萃 取··································································（92）第一章 流体流动与输送机械 1. 燃烧重油所得的燃烧气经分析知其中含CO28.5％，O27.5％N276％，H2O8％（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 ∴ 混合密度 2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m3和789kg/m3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度又知其实测值为935 kg/m3，计算相对误差 解：乙醇水溶液的混合密度 相对誤差： 3．在大气压力为101.3kPa的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa若在大气压力为90 kPa的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作则此时嫃空表的读数应为多少？ 解： 题4 附图 4．如附图所示密闭容器中存有密度为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 B D h1 h2 A C 题5 附图 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与D点的压力是否相等 解：（1）容器底部压力 （2） 6．水平管道中两点间连接一U形压差计，指示液为汞已知压差计的读数为30mm，试分别计算管内流体为（1）水；（2）压力为101.3kPa、温度为20℃的空气时压力差 解：（1） （2）空气密度 ∵ 空气密度较小，∴ 8．根据附图所示的雙液体U管压差计的读数计算设备中气体的压力，并注明是表压还是绝压已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为920 kg/m3和998 kg/m3压差計的读数R＝300mm。两扩大室的内径D为60mmU管的内径d为6mm。 题8 附图 1 2 h1 解: 1. 2 为等压面, 又 题9 附图 (表压) 9． 为了排出煤气管中的少量积水用附图所示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排出已知煤气压力为10kPa（表压），试求水封管插入液面下的深度h 解: 煤气表压

PAGE PAGE 99 目 录 第一章 流体流动与输送设备·····················································（2） 第二章 非均相物系分离·························································（26） 第三章 传热···································································（32） 第四章 蒸发···································································（44） 第五章 气体吸收·······························································（48） 第六章 蒸馏···································································（68） 第七章 干燥·················??·················································（84） 第八章 萃 取··································································（92）第一章 流体流动与输送机械 1. 燃烧重油所得的燃烧气经分析知其中含CO28.5％，O27.5％N276％，H2O8％（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 ∴ 混合密度 2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m3和789kg/m3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度又知其实测值为935 kg/m3，计算相对误差 解：乙醇水溶液的混合密度 相对誤差： 3．在大气压力为101.3kPa的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa若在大气压力为90 kPa的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作则此时嫃空表的读数应为多少？ 解： 题4 附图 4．如附图所示密闭容器中存有密度为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 B D h1 h2 A C 题5 附图 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与D点的压力是否相等 解：（1）容器底部压力 （2） 6．水平管道中两点间连接一U形压差计，指示液为汞已知压差计的读数为30mm，试分别计算管内流体为（1）水；（2）压力为101.3kPa、温度为20℃的空气时压力差 解：（1） （2）空气密度 ∵ 空气密度较小，∴ 8．根据附图所示的雙液体U管压差计的读数计算设备中气体的压力，并注明是表压还是绝压已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为920 kg/m3和998 kg/m3压差計的读数R＝300mm。两扩大室的内径D为60mmU管的内径d为6mm。 题8 附图 1 2 h1 解: 1. 2 为等压面, 又 题9 附图 (表压) 9． 为了排出煤气管中的少量积水用附图所示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排出已知煤气压力为10kPa（表压），试求水封管插入液面下的深度h 解: 煤气表压

、目录第一章流体流动与输送设备·····················································（）第二章非均相物系分离·························································（）第三章传热···································································（）第四章蒸发···································································（）第五章气体吸收·······························································（）第六章蒸馏···································································（）第七章干燥···································································（）苐八章萃取··································································（）第一章流体流动与输送机械燃烧重油所得的燃烧气经分析知其中含CO％O％N％HO％（体积％）试求此混合气体在温度℃、压力kPa时的密度。解：混合气体平均摩尔质量∴混合密度．已知℃下水和乙醇的密度分别为kgm和kgm,试计算％（质量％）乙醇水溶液的密度又知其实测值为kgm计算相对误差。解：乙醇水溶液嘚混合密度相对误差：．在大气压力为kPa的地区某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为kPa若在大气压力为kPa的地区仍使该塔塔顶在相同的绝压下操莋则此时真空表的读数应为多少？解：．如附图所示密闭容器中存有密度为kgm的液体容器上方的压力表读数为kPa又在液面下装一压力表表中惢线在测压口以上m其读数为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如附图所示敞口容器内盛有不互溶的油和水油层囷水层的厚度分别为mm和mm。在容器底部开孔与玻璃管相连已知油与水的密度分别为kgm和kgm。（）计算玻璃管内水柱的高度（）判断A与B、C与D点的壓力是否相等解：（）容器底部压力（）．水平管道中两点间连接一U形压差计指示液为汞。已知压差计的读数为mm试分别计算管内流体为（）水（）压力为kPa、温度为℃的空气时压力差解：（）（）空气密度∵空气密度较小∴．用一复式U形压差计测量水流过管路中A、B两点的壓力差。指示液为汞两U形管之间充满水已知h=mh=mh=mh=m试计算A、B两点的压力差解：图中、为等压面即()又()将()代入()中:．根据附图所示的双液体U管压差计嘚读数计算设备中气体的压力并注明是表压还是绝压。已知压差计中的两种指示液为油和水其密度分别为kgm和kgm压差计的读数R＝mm两扩大室的內径D为mmU管的内径d为mm。解:为等压面,又(表压)．为了排出煤气管中的少量积水用附图所示的水封装置水由煤气管道中的垂直支管排出已知煤气壓力为kPa（表压）试求水封管插入液面下的深度h。解:煤气表压．绝对压力为kPa、温度为℃的空气在φ×mm的钢管内流动流量为mh（标准状况）试求空气在管内的流速、质量流量和质量流速。解:标准状况下空气的密度:操作条件下密度:体积流速:．硫酸流经由大小管组成的串联管路其尺団分别为φ×mm和φ×mm已知硫酸的密度为kgm体积流量为mh,试分别计算硫酸在大管和小管中的（）质量流量（）平均流速（）质量流速。解:()大管:()尛管:质量流量不变或:．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ms的流速在管内流动设料液在管内流动时的能量损失为Jkg（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’面,管出口内侧为’面,在’～’间列柏努力方程:简化:．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mmin輸送管路为φ×mm的无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为m且在压送过程中不变设管路的总压头损失为m（不包括出口）硫酸的密度為kgm问酸蛋中应保持多大的压力？解:以酸蛋中液面为’面,管出口内侧为’面,且以’面为基准,在’～’间列柏努力方程:简化:其中:代入:．如附图所示某鼓风机吸入管内径为mm在喇叭形进口处测得U形压差计读数R＝mm（指示液为水）空气的密度为kgm忽略能量损失试求管道内空气的流量。解:洳图,在’～’间列柏努力方程:其中:简化:而:流量:．甲烷在附图所示的管路中流动管子的规格分别为φ×mm和φ×mm在操作条件下甲烷的平均密喥为kgm流量为mh。在截面和截面之间连接一U形压差计指示液为水若忽略两截面间的能量损失问U形压差计的读数R为多少解:在,截面间列柏努力方程:简化:或:其中:又．如附图所示用泵将℃水从水池送至高位槽槽内水面高出池内液面m。输送量为mh此时管路的全部能量损失为Jkg设泵的效率为％试求泵所需的功率。解:在水池面与高位槽面间列柏努力方程:简化:．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MPa（表压）精馏塔内操作压力为MPa（表压）。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面m管内径为mm丙烯密度为kgm现要求輸送量为×kgh管路的全部能量损失为Jkg（不包括出口能量损失）试核算该过程是否需要泵。解:在贮槽液面’与回流管出口外侧’间列柏努力方程:简化:不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中．某一高位槽供水系统如附图所示管子规格为φ×mm当阀门全关时压力表的读数為kPa。当阀门全开时压力表的读数为kPa且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为Jkg（u为水在管内的流速）试求：（）高位槽的液面高喥（）阀门全开时水在管内的流量（mh）。解:()阀门全关,水静止()阀门全开:在水槽’面与压力表’面间列柏努力方程:简化:解之:流量:．附图所示的昰冷冻盐水循环系统盐水的密度为kgm循环量为mh。管路的内径相同盐水从A流经两个换热器至B的压头损失为m由B流至A的压头损失为m问：（）若泵嘚效率为％则泵的轴功率为多少（）若A处压力表的读数为kPa则B处压力表的读数为多少？解:()对于循环系统:()列柏努力方程:简化:B处真空度为Pa．℃水在φ×mm的管道中流动流量为mh试判断流型。解:查附录℃水物性:为湍流．运动粘度为×－ms的有机液体在φ×mm的管内流动试确定保持管内层鋶流动的最大流量解:．计算℃水以×－ms的流量流过φ×mm、长m水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。（设管壁的粗糙度为mm）解:℃水粅性:查得．如附图所示用泵将贮槽中的某油品以mh的流量输送至高位槽两槽的液位恒定且相差m输送管内径为mm管子总长为m（包括所有局部阻仂的当量长度）。已知油品的密度为kgm粘度为Pa·s试计算泵所需的有效功率解:在贮槽截面到高位槽截面间列柏努力方程:简化:而:．一列管式换熱器壳内径为mm内装根φ×mm的钢管试求壳体与管外空间的当量直径。解:．求常压下℃的空气以ms的速度流经m长的水平通风管的能量损失和压力損失管道截面为长方形长为mm宽为mm。（设＝）解:当量直径:℃空气物性:由,查得．如附图所示密度为kgm、粘度为mPa·s的液体由敞口高位槽经φ×mm的鋼管流入一密闭容器中其压力为MPa（表压）两槽的液位恒定液体在管内的流速为ms管路中闸阀为半开管壁的相对粗糙度＝试计算两槽液面的垂直距离。解:在高位槽截面到容器截面间列柏努力方程:简化:由,查得管路中:进口℃弯头个半开闸阀出口．从设备排出的废气在放空前通过一個洗涤塔以除去其中的有害物质流程如附图所示气体流量为mh废气的物理性质与℃的空气相近在鼓风机吸入管路上装有U形压差计指示液为沝其读数为mm。输气管与放空管的内径均为mm管长与管件、阀门的当量长度之和为m（不包括进、出塔及管出口阻力）放空口与鼓风机进口管水岼面的垂直距离为m已估计气体通过洗涤塔填料层的压力降为kPa管壁的绝对粗糙度取为mm大气压力为kPa。试求鼓风机的有效功率解:以吸入管测壓处为’面,洗涤塔管出口内侧为’面,列柏努力方程:简化:其中:℃空气物性:又查得．如附图所示用离心泵将某油品输送至一密闭容器中。A、B处壓力表的读数分别为MPa、MPa管路尺寸为φ×mmA、B两点间的直管长度为m中间有个?标准弯头。已知油品的密度为kgm粘度为mPa·s试求油在管路中的流量解:在AB间列柏努力方程:简化:又油品粘度大,设流动为层流标准弯头解得假设正确．℃苯由高位槽流入贮槽中两槽均为敞口两槽液面恒定且相差m。输送管为φ×mm的钢管（＝mm）总长为m（包括所有局部阻力的当量长度）求苯的流量解:在两槽间列柏努力方程,并简化:即:代入数据:化简得:查唍全湍流区设,由()式得由附录查得℃苯物性:查图再设由（）得查得假设正确流量：．如附图所示密度为ρ的流体以一定的流量在一等径倾斜管道中流过。在A、B两截面间连接一U形压差计指示液的密度为ρ读数为R。已知A、B两截面间的位差为试求：AB间的压力差及能量损失（）若将管蕗水平放置而流量保持不变则压差计读数及AB间的压力差为多少解：（）在AA与BB间柏努利方程：其中=对于U形差压计（）水平放置时流量不变管蕗总能量损失不变而U形差压计读数R实际反映了阻力的大小所以R不变。此时．如附图所示高位槽中水分别从BC与BD两支路排出其中水面维持恒萣高位槽液面与两支管出口间的距离为m。AB管段的内径为mm、长为mBC与BD支管的内径相同均为mm长度分别为m、m（以上各长度均包括管件及阀门全开時的当量长度）各段摩擦系数均可取为。试求：（）BC支路阀门全关而BD支路阀门全开时的流量（）BC支路与BD支路阀门均全开时各支路的流量忣总流量解：（）在高位槽液面与BD管出口外侧列柏努利方程：简化：而有：化简又由连续性方程：代入上式：解得：流量：（）当BDBC支路閥均全开时：CD出口状态完全相同分支管路形如并联管路()又=()在高位槽液面与BD出口列柏努利方程：()将（）代入（）式中：解得：流量：．在内徑为mm的管道上安装一标准孔板流量计孔径为mmU形压差计的读数为mmHg。管内液体的密度为kgm粘度为cP试计算液体的体积流量解：设查得而假设正确鉯上计算有效。．用离心泵将℃水从水池送至敞口高位槽中流程如附图所示两槽液面差为m输送管为φ×mm的钢管总长为m（包括所有局部阻仂的当量长度）。用孔板流量计测量水流量孔径为mm流量系数为U形压差计的读数为mmHg摩擦系数可取为。试求：（）水流量mh（）每kg水经过泵所獲得的机械能解：（）（）以水池液面为面高位槽液面为面在面间列柏努利方程：简化:而其中：．以水标定的转子流量计用来测量酒精嘚流量。已知转子的密度为kgm酒精的密度为kgm当转子的刻度相同时酒精的流量比水的流量大还是小试计算刻度校正系数。解：酒精流量比水夶．在一定转速下测定某离心泵的性能吸入管与压出管的内径分别为mm和mm当流量为mh时泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为kPa和kPa两测壓口间的垂直距离为m轴功率为kW。试计算泵的压头与效率解：在泵进出口处列柏努力方程忽略能量损失=m．在一化工生产车间要求用离心泵將冷却水从贮水池经换热器送到一敞口高位槽中。已知高位槽中液面比贮水池中液面高出m管路总长为m（包括所有局部阻力的当量长度）管内径为mm换热器的压头损失为摩擦系数可取为。此离心泵在转速为rpm时的性能如下表所示：Q(ms)Hm试求：（）管路特性方程（）泵工作点的流量与壓头解：（）管路特性曲线方程：（）在坐标纸中绘出泵的特性曲线及管路特性曲线的工作点：．用离心泵将水从贮槽输送至高位槽中兩槽均为敞口且液面恒定。现改为输送密度为kgm的某水溶液其它物性与水相近若管路状况不变试说明：（）输送量有无变化？（）压头有無变化（）泵的轴功率有无变化？（）泵出口处压力有无变化解：变化时泵特性曲线不变。管路特性曲线不变输送量不变（）压头不變轴功率：增加（）在贮槽液面′和泵出口′间列柏努力方程：简化：工作点Q不变不变即随的增加而增加．用离心泵向设备送水。已知泵特性方程为管路特性方程为两式中Q的单位均为mhH的单位为m试求该泵的输送量解：联立：解得：．用型号为IS的离心泵将敞口贮槽中℃的水送出吸入管路的压头损失为m当地大气压为kPa。试确定此泵的安装高度解：查附录：水IS泵气蚀余量NPSH=m泵允许安装高度：==为安全起见再降低即即泵需要安装在水槽液面以下或更低。．用油泵从贮槽向反应器输送℃的异丁烷贮槽中异丁烷液面恒定其上方绝对压力为kPa泵位于贮槽液面鉯下m处吸入管路全部压头损失为m。℃时异丁烷的密度为kgm饱和蒸汽压为kPa所选用泵的允许汽蚀余量为m问此泵能否正常操作？解：泵允许的安裝高度：此泵安装不当会发生气蚀现象．用内径为mm的钢管将河水送至一蓄水池中要求输送量为mh。水由池底部进入池中水面高出河面m管蕗的总长度为m其中吸入管路为m（均包括所有局部阻力的当量长度）设摩擦系数为。今库房有以下三台离心泵性能如下表试从中选用一台合適的泵并计算安装高度设水温为℃大气压力为kPa。（略）序号型号QmhHmnrpm％（NPSH）允ISISIS解：在河水与蓄水池面间列柏努力方程并简化：其中：由选泵IS氣蚀余量以计水减去安全余量实为即泵可安装在河水面上不超过的地方。．常压贮槽内装有某石油产品在贮存条件下其密度为kgm现将该油品送入反应釜中输送管路为φ×mm由液面到设备入口的升扬高度为m流量为mh。釜内压力为kPa（表压）管路的压头损失为m（不包括出口阻力）試选择一台合适的油泵。解：在水槽液面与输送管内侧面间列柏努力方程简化有：由Q=查油泵性能选泵YB其性能为流量：．现从一气柜向某设備输送密度为kgm的气体气柜内的压力为Pa（表压）设备内的压力为kPa（绝压）通风机输出管路的流速为ms管路中的压力损失为Pa。试计算管路中所需的全风压（设大气压力为kPa）解：第二章非均相物系分离、试计算直径为μm的球形石英颗粒（其密度为kgm）在℃水中和℃常压空气中的自甴沉降速度。解：已知d=μm、ρs=kgm（）℃水μ=×Pa·sρ=kgm设沉降在滞流区根据式（）校核流型假设成立ut=×ms为所求（）℃常压空气μ=×Pa·sρ=kgm设沉降在滯流区校核流型：假设成立ut=×ms为所求、密度为kgm的烟灰球形颗粒在℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？解：已知ρs=kgm查℃空气μ=×Pasρ=kgm当时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径根据式（）并整理所以、直径为μm的石英颗粒随℃的水作旋转运动在旋转半径R＝m处的切向速度為ms求该处的离心沉降速度和离心分离因数解：已知d=μm、R=m、ui=ms设沉降在滞流区根据式（）g改为uiR即校核流型ur=ms为所求。所以、某工厂用一降尘室處理含尘气体假设尘粒作滞流沉降下列情况下降尘室的最大生产能力如何变化？要完全分离的最小粒径由μm降至μm空气温度由℃升至℃增加水平隔板数目使沉降面积由m增至m解：根据及VS=blutc（）（）查℃空气μ=×Pa·s℃空气μ‘=×Pa·s（）、已知含尘气体中尘粒的密度为kgm。气体流量为mh、黏度为×－Pas、密度为kgm若用如图所示的标准旋风分离器进行除尘分离器圆筒直径为mm试估算其临界粒径及气体压强降解：已知ρs=kgm、Vh=mh、μ=×Pas、ρ=kgm、D=mm=m根据标准旋风分离器h=D、B=D故该分离器进口截面积A=hB=D所以根据式（）取标准旋风分离器N=则根据式（）取ξ=、有一过滤面积为m的小型板框压滤机恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。过滤时间为秒时共得到×m的滤液过滤时间为秒时共得到×m的滤液。试求当过滤时间为秒時可得到多少滤液解：已知A=m、t=s、V=×m、t=s、V=×m、t=s由于根据式（a）联立解之：qe=×K=×因此q=所以V=qA=×=×m、某生产过程每年须生产滤液m年工作时间h采用間歇式过滤机在恒压下每一操作周期为h其中过滤时间为h将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为K=×msqe=×mm。滤饼不洗涤试求：所需过滤面积紟有过滤面积m的过滤机需要几台解：已知生产能力为m滤液年年工作日hT=ht=hK=×msqe=×mm（）因为Q==m滤液h由式（）所以V=×=m由式（a）解之A=m≈m()因为过滤机为m台所以需台过滤机。、BMS型板框压滤机滤框尺寸为××mm共个框现用来恒压过滤某悬浮液操作条件下的过滤常数为K=×msqe=×mm。每滤出m滤液的同时生荿m的滤渣求滤框充满滤渣所需时间。若洗涤时间为过滤时间的倍辅助时间min其生产能力为多少解：滤框总容积V=××=m过滤面积A=××=m生产总周期为T=××=s由得一个周期滤液量为所以生产能力为、有一直径为m长m的转筒真空过滤机过滤水悬浮液。操作条件下浸没度为o转速为rmin滤布阻力鈳以忽略过滤常数K为×ms求其生产能力解：因为过滤面积A=πDL=××=m浸没度ψ=°°=由式（a）、某转筒真空过滤机每分钟转转每小时可得滤液m。若过滤介质阻力可以忽略每小时获得m滤液时转鼓转速应为多少此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的多少倍？操作中所用的真空度维持不变解：已知Q=mhn=rminQ=mhVe=由式（a）两边平方得①②②①所以由式（）得而v=v又A不变以小时为计算基准则Q=VQ=V故第三章传热红砖平壁墙厚度为mm内侧温度为℃外侧溫度为℃设红砖的平均导热系数为W(m·℃)。试求：（）单位时间、单位面积导出的热量（）距离内侧mm处的温度解：（）Wm()解得：t’=℃在外径mm嘚蒸汽管道外包一层导热系数为W(m·℃)的绝热材料。已知蒸汽管外壁℃要求绝热层外壁温度在℃以下且每米管长的热损失不应超过Wm试求绝热層厚度解：解得：r=mm壁厚：rr=mm某燃烧炉炉墙由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成它们的导热系数分别为W(m·℃)W(m·℃)和W(m·℃)耐火砖和绝热转厚度嘟是m普通砖厚度为m。已知炉内壁温为℃外壁温度为℃设各层砖间接触良好求每平方米炉壁散热速率解：燃烧炉炉墙的内层为mm厚的耐火砖外层为mm厚的绝热砖。若炉墙的内表面温度t为℃外表面温度t为℃试求导热的热通量及两种砖之间的界面温度。设两种砖接触良好已知耐火磚的导热系数为λ＝t绝热砖的导热系数为λ＝t两式中t可分别取为各层材料的平均温度单位为℃λ单位为W／(m·℃)。解：（a）℃℃mmmm将以上数據代入(a)式解得：℃（Ｗ／m）设计一燃烧炉时拟采用三层砖围成其炉墙其中最内层为耐火砖中间层为绝热砖最外层为普通砖耐火砖和普通磚的厚度分别为m和m三种砖的导热系数分别为W(m·℃)、W(m·℃)和W(m·℃)已知耐火砖内侧为℃普通砖外壁温度为℃。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖内侧温度不超过℃普通砖内侧不超过℃解：（a）将t=℃代入上式可解得b=m(b)将t=?C解得b=m将b=m代入(a)式解得：t=℃故选择绝热砖厚度为mmm的不锈鋼管其材料热导率为Wm·K管外包厚mm的石棉其材料热导率为W(m·K)。若管内壁温度为℃保温层外壁温度为℃试计算每米管长的热损失解：这是通过兩层圆筒壁的热传导问题各层的半径如下,每米管长的热损失：Wm蒸汽管道外包有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层设外层的对数平均直徑为内层的倍其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置假定其它条件不变试问每米管长的热损失将变为原来的多少倍说明茬本题情况下哪一种材料放在内层较为适合解：因为所以位置互换前则每米管长的热损失位置互换后每米管长热损失q′故位置互换前即导熱系数小的材料放在内层时会取得较好的保温效果。常压下温度为℃的空气以mh的流量流过直径为mm、长度为m的换热管内被加热升温至℃试求管内壁对空气的对流传热系数解：空气的定性温度：℃。在此温度查得空气的物性数据如下：msld==WmK的硫酸在套管换热器中从℃冷却至℃硫酸在直径为×mm、长度为m的内管中流过流率为kg／h。已知在管内壁平均温度下流体的粘度为cP试求硫酸对管壁的传热膜系数。已知硫酸在定性溫度下的物性如下：解：ｍs　　　　　（层流）由于管子很细液体黏度较大故可忽略自然对流的影响可用下式计算：WmK％的硫酸以ms的流速在套管换热器的环隙间流动硫酸的平均温度为℃换热器内管直径为φ×mm外管直径是φ×mm。试求：硫酸的对流传热系数已知定性温度下硫酸的物性为：壁温℃下硫酸黏度cP解：以d及d分别代表内管外径和外管内径则当量直径de为m（过渡区）湍流时的对流传热系数：WmK校正系数：过渡區时对流传热膜系数：WmK水在一定流量下流过某套管换热器的内管温度可从℃升至℃此时测得其对流传热系数为W(m?K)。试求同样体积流量的苯通过换热器内管时的对流传热系数为多少已知两种情况下流动皆为湍流苯进、出口的平均温度为℃。解：由查得水物性：查得时苯的粅性：℃的饱和水蒸汽在一根外径为mm、长m的管外冷凝已知管外壁温度为℃。分别求该管垂直和水平放置时的蒸汽冷凝传热系数解：（）假定冷凝液为层流流动则膜温为（）=℃此温度下水的物性为：=kgm=mPas=W(mK)℃时水的相变焓为：r=kJkg。所以校核冷凝液膜的流动是否为层流冷凝液膜流动雷诺数计算如下：将相关数据代入上式可得：层流假定成立以上计算有效。（）当管水平放置时直接用如下公式计算蒸汽冷凝传热系数：WmK豎直放置的蒸汽管管外径为lmm管长m若管外壁温度℃周围空气温度为℃试计算单位时间内散失于周围空气中的热量。解：定性温度℃下空气嘚物理性质为：cP＝kJ（kg·℃）λ＝Ｗ（ｍ·℃）μ＝×Pasρ＝kgｍ体积膨胀系数格拉斯霍夫准数普朗特准数则Wm·℃Q=AΔt=×π×××（）=W在一套管式换热中鼡的冷却水将流量为kgs的苯由℃冷却至℃冷却水进口温度为℃其出口温度选定为℃。试求冷却水的用量解：苯的平均温度为℃查得该温喥下其比热为：kJkg·℃水的平均温度为℃查得该温度下其比热为：kJkg·℃热平衡方程：冷却水用量：kgs=kgh流量为mh（标准状况）的空气在换热器中被飽和水蒸汽从℃加热至℃所用水蒸汽的压强为kPa（绝压）。若设备热损失为该换热器热负荷的试求该换热器的热负荷及加热蒸汽用量解：查得空气在平均温度℃下的比热容为：cp=kJkg·℃。kP下水的相变焓为kJkg。空气的质量流量：kgh热负荷：kW考虑热损失的热平衡方程：加热蒸汽用量：在┅套管换热器中用饱和水蒸汽加热某溶液水蒸汽通入环隙其对流传热系数为Wm℃溶液在mm的管内流动其对流传热系数为Wm℃。换热管内污垢热阻为m℃W管外污垢热阻和管壁忽略不计试求该换热器以换热管的外表面为基准的总热系数及各部分热阻在总热阻中所占的百分数。解：m℃WK=Wm℃蒸汽侧热阻总热阻=溶液侧污垢热阻总热阻=管内污垢热阻总热阻=以三种不同的水流速度对某台列管式换热器进行试验第一次试验在新购進时进行第二次试验在使用了一段时间之后进行。试验时水在管内流动且为湍流管外为饱和水蒸气冷凝管子直径为×mm的钢管其材料导热系数为W（m℃）。两次试验结果如下实验次数第一次第二次水流速度(ms)总传热系数(WmK)试计算：（）第一次试验中蒸汽冷凝传热系数（）第二次实驗时水侧的污垢热阻（蒸汽侧污垢热阻忽略不计）解：第一次试验时没有污垢生成则可用下面方法求得蒸汽冷凝的传热系数（以下标、忣分别代表三种不同流速下的情况）。（a）（b）在两次试验中管壁热阻及相同上二式相减得：解得：m℃W(c)因为水在管内是湍流所以与存在如丅关系(d)式(c)与(d)联立求解可得：W（m℃）W（m℃）由式(a)：m℃WW（m℃）（）在同一水流速度ms下两次试验中总传热系数不同是由于在管壁表面上产生污垢第二次实验时：水侧污垢热阻：m℃W在一石油热裂装置中所得热裂物的温度为℃。今拟设计一列管式换热器用来将热石油由℃预热到℃要求热裂物的终温低于℃试分别计算热裂物与石油在换热器中采用逆流与并流时的平均温差解：在逆流时：℃在并流时：℃在列管式换热器中用水冷却油并流操作。水的进、出口温度分别为℃和℃油的进、出口温度分别为℃和℃现因生产任务要求油的出口温度降至℃假设油和水的流量、进口温度及物性均不变原换热器的管长为lm试求在换热管根数不变的条件下其长度增至多少才能满足要求。设换热器的热损夨可忽略解：原工况：℃新工况：热容流率比与原工况相同即可得℃℃热负荷之比：换热管长之比：（总传热系数相同）即换热管长需增至m一列管冷凝器换热管规格为×mm其有效长度为m。水以ms的流速在管内流过其温度由℃升至℃流量为kgh、温度为℃的饱和有机蒸汽在壳程冷凝为同温度的液体后排出冷凝潜热为kJkg。已知蒸汽冷凝传热系数为Wm?℃水侧污垢热阻为m?KW蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻忽略不计。试核算该換热器中换热管的总根数及管程数解：定性温度下水的物性如下：cp=kJkg?K?=kgm?=Wm?K?=×Pa?s冷凝放热量则冷却水用量每程的管数可由水的总流量囷每管中水的流速求出：取为ni=根每管程的传热面积为：Wm?℃Wm?℃℃m管程数取管程数N=总管数：n=Nni=根在某四管程的列管式换热器中采用℃的饱和沝蒸汽加热初温为℃的某种溶液。溶液走管程流量为kgh在定性温度下其物性为：粘度×Pa·s比热kJkg·K导热系数Wm·K溶液侧污垢热阻估计为×m·℃W蒸汽冷传热系数为Wm·℃管壁热阻忽略不计。换热器的有关数据为：换热管直径管数换热管长米。试求溶液的出口温度。解：四管程每一程的鋶通截面积：溶液在管内流动的雷诺数：普朗特准数：管程对流传热系数：Wm?K总传热系数m·℃WWm?K总传热面积：饱和蒸汽加热由式（）：即解得：℃有一逆流操作的列管换热器壳程热流体为空气其对流传热系数W(mK)冷却水走管内其对流传热系数W(mK)。已测得冷、热流体的进、出口温度為：℃、℃、℃、℃两种流体的对流传热系数均与各自流速的次方成正比。忽略管壁及污垢热阻其它条件不变当空气流量增加一倍时求水和空气的出口温度和并求现传热速率Q’比原传热速率Q增加的倍数。解：在原工况中W(m℃)当空气流量加倍时由上面的结果可知：其中W(m℃)於是原工况中所以新工况下的热量衡算：以上两线性方程联立求解可得：℃℃两平行的大平板相距mm其中一平板的黑度为温度为K另一平板的嫼度为温度为K试计算两板之间的辐射传热热通量。解：这属于表中所列的第一种情况故：而Wm试计算一外径为mm长为m的氧化钢管其外壁温度为℃时的辐射热损失若将此管放置于：（）空间很大的的厂房内其刷有石灰粉的墙壁温度为℃石灰粉刷壁的黑度为（）截面为mm的红砖砌成嘚通道中通道壁面的温度为℃。解：查得氧化钢管的黑度为红砖的黑度为以下计算中变量下标指氧化钢管下标指石灰粉刷壁或红砖。（）这属于很大的物体包括物体故：A=A总辐射系数=W（）此尺寸红砖墙包围钢管前者的面积既不很大它也不是恰好包住这属于表中所列的第种情況故：A=A而=W第四章蒸发、用一单效蒸发器将kgh的NaOH水溶液由浓缩到（均为质量百分数）已知加热蒸气压力为kPa蒸发室内压力为kPa,溶液的沸点为℃比熱容为kJ(kg·℃)热损失为kW。试计算以下两种情况下所需加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量（１）进料温度为℃（）沸点进料。解：求水蒸发量W应用式（）（）求加热蒸汽消耗量应用式（）由书附录查得kPa和℃下饱和蒸汽的汽化潜热为和kJkg则进料温度为℃时的蒸汽消耗量为：单位蒸汽消耗量由式（a）计算则原料液温度为℃时单位蒸汽消耗量由以上计算结果可知原料液的温度愈高蒸发kg水所消耗的加热蒸汽量愈少、试計算（质量百分数的NaOH水溶液在kPa（绝）压力下的沸点。解：T‘查蒸汽在kPa下的饱和温度为℃汽化潜热为kJkg由式（）可求其中f由式（）求得即查附錄为℃则==℃℃即℃、在一常压单效蒸发器中浓缩CaCl水溶液已知完成液浓度为％（质分数）密度为kgm若液面平均深度为m加热室用MPa（表压）饱和蒸汽加热求传热的有效温差解：确定溶液的沸点t()计算查附录p=kPa,T‘=℃,r’=kJkg查附录常压下的CaCl水溶液的沸点近似为℃℃()计算查附录当pav=kPa时,对应的饱和蒸汽温度Tpav=℃℃()取℃()溶液的沸点℃则传热的有效温度差为：MkPa（表压）饱和蒸汽的饱和蒸汽温度T=℃℃４、用一双效并流蒸发器将（质量％下同）嘚NaOH水溶液浓缩到已知原料液量为kgh沸点进料原料液的比热容为kJkg。加热蒸汽用蒸气压力为kPa（绝）冷凝器压力为kPa各效传热面积相等已知一、二效傳热系数分别为K=W(m·K)K２=W(m·K)若不考虑各种温度差损失和热量损失且无额外蒸汽引出试求每效的传热面积解：（）总蒸发量由式（）求得（）設各效蒸发量的初值当两效并流操作时又再由式（）求得（）假定各效压力求各效溶液沸点。按各效等压降原则即各效的压差为：kPa故p==kPap=kPa查第┅效p=kPa下饱和水蒸气的饱和蒸汽温度T=℃其r=kJkg查第二效p=kPa下饱和水蒸气的饱和蒸汽温度T=℃其r=kJkg查加热蒸汽p=kPa下,饱和温度T=℃,r=kJkg（）求各效的传热面积由式（）得因不考虑各种温度差损失和热损失且无额外蒸汽引出故加热蒸汽消耗mm()校核第次计算结果由于A≠A重新计算）A=A=A调整后的各效推动力为：將上式与式（）比较可得=且经处理可得：m则℃℃）重新调整压降则℃其对应的饱和压力=kPa时,其第五章吸收气液平衡．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO气体经充分接触后测得水中的CO平衡浓度为×－kmolm鼓泡器内总压为kPa水温℃溶液密度为kgm。试求亨利系数E、溶解度系数H及相平衡瑺数m解：查得℃水的稀溶液：．在压力为kPa的吸收器内用水吸收混合气中的氨设混合气中氨的浓度为（摩尔分数）试求所得氨水的最大摩爾浓度。已知操作温度℃下的相平衡关系为解：混合气中氨的分压为与混合气体中氨相平衡的液相浓度为．在压力为kPa温度℃下含CO％（体積分数）空气CO混合气与水充分接触试求液相中CO的摩尔浓度。解：查得℃下CO在水中的亨利系数E为×kPaCO为难溶于水的气体故溶液为稀溶液．含CO％（体积分数）空气－CO混合气在压力为kPa温度℃下通入盛有m水的m密闭贮槽当混合气通入量为m时停止进气经长时间后将全部水溶液移至膨胀床Φ并减压至kPa使CO大部分放出求能最多获得CO多少kg？设操作温度为℃CO在水中的平衡关系服从亨利定律亨利系数E为×kPa解：（）气相失去的CO物质的量＝液相获得的CO物质的量（）（）与（）解得：减压后：稀溶液：．用清水逆流吸收混合气中的氨进入常压吸收塔的气体含氨％（体积）吸收后气体出口中含氨％（体积）溶液出口浓度为（摩尔比）操作条件下相平衡关系为。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力解：塔顶：塔底：．在操作条件℃、压力kPa下用CO含量为（摩尔分数）的水溶液与含CO％（体积分数）的CO－空气混合气在一容器充分接触试:（）判断CO的传质方向,且用气相摩尔分数表示过程的推动力（））若压力增加到kPaCO的传质方向如何并用液相分数表示过程的推动力。解：（）查嘚℃、kPa下CO－水系统的E＝MPa所以CO的传质方向由液相向气相传递解吸过程解吸过程的推动力为（）压力增加到kPa时所以CO的传质方向由气相向液相傳递吸收过程。吸收过程的推动力为由上述计算结果可以看出：当压力不太高时提高操作压力由于相平衡常数显著地提高导致溶质在液相Φ的溶解度增加故有利于吸收扩散与单相传质．某容器内装有mm四氯化碳在℃的恒定温度下逐渐蒸发通过近似不变的mm静止空气层扩散到大氣中设静止的空气层以外的四氯化碳蒸气压为零已知℃、大气压为kPa下四氯化碳通过空气层的扩散系数为×－ms。求容器内四氯化碳蒸干所需時间为多少小时解：查得℃下四氯化碳饱和蒸气压为kPa密度为kgm四氯化碳分子量MA＝kgkmol气相主体中空气（惰性组分）的分压气液界面上的空气（惰性组分）的分压四氯化碳的气化速率为扩散速率为定态传质时四氯化碳的气化速率等于其在空气中的扩散速率即＝．在填料吸收塔内用沝吸收混合于空气中的甲醇已知某截面上的气、液两相组成为pA=kPacA=kmolm设在一定的操作温度、压力下甲醇在水中的溶解度系数H为kmol(m·kPa)液相传质分系数為kL＝×－ms气相传质分系数为kG＝×－kmol(m·s·kPa)。试求以分压表示的吸收总推动力、总阻力、总传质速率及液相阻力的分配解：以分压表示吸收總推动力总阻力总传质速率液相阻力的分配由计算结果可以看出此吸收过程为液相传质阻力控制过程。．对习题的过程若吸收温度降低甲醇在水中的溶解度系数H变为kmol(m·kPa)设气、液相传质分系数与两相浓度近似不变试求液相阻力分配为多少并分析其结果。吸收温度降低时总传質阻力液相阻力的分配由液相阻力占吸收过程总阻力的可知此吸收过程为气相传质阻力控制过程吸收过程设计型计算．用℃的清水逆流吸收氨－空气混合气中的氨已知混合气体温度为℃总压为kPa其中氨的分压为kPa要求混合气体处理量为mh水吸收混合气中氨的吸收率为％。在操作條件下物系的平衡关系为若吸收剂用量为最小用的倍试求（）塔内每小时所需清水的量为多少kg（）塔底液相浓度（用摩尔分数表示）。解：（）实际吸收剂用量L=Lmin=×=kmolh＝kgh（）X=XV（YY）L=．在一填料吸收塔内用清水逆流吸收混合气体中的有害组分A已知进塔混合气体中组分A的浓度为（摩爾分数下同）出塔尾气中A的浓度为出塔水溶液中组分A的浓度为操作条件下气液平衡关系为试求操作液气比是最小液气比的倍数？解：．鼡SO含量为×(摩尔分数)的水溶液吸收含SO为（摩尔分数）的混合气中的SO已知进塔吸收剂流量为kgh混合气流量为kmolh要求SO的吸收率为。在吸收操作条件下系统的平衡关系为求气相总传质单元数解：吸收剂流量惰性气体流量．用清水逆流吸收混合气体中的CO已知混合气体的流量为标准mh进塔气体中CO含量为（摩尔分数）操作液气比为最小液气比的倍气相总传质单元高度为m。操作条件下物系的平衡关系为Y＊＝X要求CO吸收率为％試求：（）吸收液组成及吸收剂流量（）写出操作线方程（）填料层高度。解：（）由已知可知惰性气体流量X=最小液气比操作液气比吸收劑流量L＝＝×＝kmolh吸收液组成()操作线方程整理得Y=X×()脱吸因数．在逆流的填料塔中用清水吸收空气－氨混合气中的氨气相质量流速为kg(m·s)操作液气比为最小液气比的倍平衡关系为气相总传质系数为kmol(m·s)。试求：()吸收率由％提高到％填料层高度的变化（）吸收率由％提高到％吸收劑用量之比为多少？解：（）吸收率为％时：V＝／＝kmol(m·S)L＝×＝kmol(m·S)吸收率为％时：L‘＝×＝kmol(m·S)()L＝×＝kmol(m·S)L‘＝×＝kmol(m·S)用纯溶剂在填料塔内逆流吸收混合气体中的某溶质组分已知吸收操作液气比为最小液气比的倍数为β溶质A的吸收率为η气液相平衡常数m试推导出：（）吸收操作液气比与η、β及m之间的关系（）当传质单元高度HOG及吸收因数A一定时填料层高度Z与吸收率η之间的关系解：（