化工原理上册课后习题.docx
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化工原理上册课后习题
化工原理(上册)课后习题
1、某湿物料原含水量为10%,在干燥器内干燥至含水量为%。
试求
每吨湿物料除去的水量。
解:
方法一:
设G1=1t=1000Kg。
已知w1=10%、w2=%
物料衡算:
?
1G1?
W?
(G1?
W)?
% 解:
W=90Kg
方法二:
G1(1?
?
)?
(G1?
W)(1?
?
2)
1 解:
W=90Kg
2、采用两个连续操作的串联蒸发器以浓缩NaOH水溶液,每小时有10吨12%的NaOH水溶液送入第一个蒸发器,经浓缩后的NaOH水溶液再送入第二个蒸发器进一步浓缩至50%的碱液排出。
若每个蒸发器蒸发水量相等,试求送入第二个蒸发器的溶液量及其组成。
WF0=104kg/hω0=12%F1=F0-Wω1WF2=F0-2Wω2=50%
解:
不变组份衡算式
第一蒸发器第二蒸发器F0?
0?
F2?
2?
104?
?
(104?
2W)?
?
W?
3800kg/h
?
F1?
F0?
W?
10000?
3800?
6200kg/h
以第一蒸发器为衡算范围:
F0?
0?
F1?
1?
104?
?
6200?
1?
?
1?
%
3、一间壁式换热器用冷却水将间壁另一侧1500kg/h、800C的某有机液体冷却到400C,冷却
0
水的初温为300C,出口温度为350C,已知该有机液体的平均定压比热容为/。
试求冷却水用量。
解:
C?
?
(kg?
C)
水0?
C 1500p液(t?
o?
to)?
W?
C?
水(t?
1?
t1)
?
W?
3956Kg/h
第一章
1、试求氨在和160C下的密度。
已知当地大气压强为100kPa。
解:
3?
?
10?
100?
2650kPaP绝
P ?
?
绝MRTH240?
2650?
17?
?
289N220CO32CO27CH412、某气柜内压强为Mpa(表压),温度为400C,混合气体中各组分的体积百分数为:
vi%试求混合气的密度。
当地大气压强为100kPa。
解:
P3?
?
10?
100?
175kPa绝M?
40?
2?
20?
28?
32?
28?
7?
44?
1?
16?
100PM175
?
31387kPa地区,仍要求塔顶绝压维持在相同数值下操作,问此时真空表读数应为多少kPa?
3、在大气压强为100kPa地区,某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为90kPa。
若在大气压强为
解:
P真?
P大?
P绝?
100?
P绝?
10kPa?
P大?
P绝?
77kPa
P?
真4、计算20°C下苯和甲苯等体积混合时的密度及平均分子量。
设苯—甲苯混合液为理想溶液。
解:
20°C
等体积时?
苯?
879kg/m3?
甲苯?
867kg/m?
?
m1?
m2879?
867m879?
867?
?
873kg/m3 M?
l?
?
/mo867v2n879?
78925、用普通U形管压差计测量原油通过孔板时的压降,指示液为汞,原油密度为860kg/m3,
压差计上测得的读数为。
计算原油通过孔板时的压强降,kPa解?
P?
(?
汞-?
油)
gR=(13600-860)
6、一敞口烧杯底部有一层深度为51mm的常温水,水面上方有深度为120mm的油层,大
气压强为745mmHg柱,温度为30°C,已知油的密度为820kg/m。
试求烧杯底部所受的绝对压强,kPa
解:
3P?
P?
?
P油?
P?
?
油gR?
?
油gh1?
?
水gh2
?
13600820
7、如图所示,用连续液体分离器分离互相不溶的混合液。
混合液中心管进入,依靠两液 的密度差在器内分层,密度为860kg/m的有机液体通过上液面溢流口流出,密度
3
1050kg/m3的水溶液通过U形管排出。
若要求维持两液层分界面离溢流口的距离为2m,问液封高度z0为多少m?
解:
P0?
P油gR1?
P0?
?
水gR2 ?
R2?
860?
9.?
812?
1050?
、用来测量气体导管中某截面上的压强,压差计的一侧与导管测点相连,另一
侧敞口。
已知大气压强为750mmHg,指示液为水和轻油,它们的密度分别为
1000kg/m3和860kg/m3,压差计读数为150mm。
试求被测气体导管截面上的绝对压强?
解:
P1?
P0?
(?
水-?
油gR)
?
P1?
?
汞g?
?
(1000?
860)?
g?
?
9、一异径串联管路,小管内径为φ50mm,大管内径为φ100mm。
水小管流向大管,其体积流量为15m3/h,试分别计算水在大管和小管中的质量流量;平均流速;质量流速。
解:
解:
(1)大管:
Ws?
Vs15?
1000?
15000kg/h u1?
Vs15/3600?
?
/s?
G1?
u11000?
/m?
s
(2)小管:
质量流量不变Ws2?
15000kg/h
u2?
Vs15/3600?
?
/s?
)?
()?
/sd2502或:
u2?
u1( G2?
u21000?
2123kg/m?
s
10、水以17m/h的流量经一水平扩大管段,小官内径d1?
40mm,大管内径d2?
80mm,。
如图所示的倒U形管压差计上的读数R为170mm。
求水流经1、2截面间扩大管段的阻力损失为多少J/kg。
3
u22p2u12u22p1?
p2u12p1解:
gz1?
?
?
gz2hf?
?
hf2?
2?
22?
u1?
17/360017/3600?
/su?
?
/sp2?
p1?
?
gR hf/kg
211、某一高位槽供水系统如附图所示,高位槽高于地面8m,管子规格为φ108×。
u2埋于地面以下1m,出口管高出地面2m。
能量损失可以表示为?
hf?
45()J/kg。
试求:
水在管内的流量。
欲使水量增加10%,应将高位槽的液面增高多少m?
;
解:
(1)
p112?
u12?
Z2g?
2?
u2?
?
hf?
2?
21212?
6?
?
0?
0?
0?
0?
u2?
45?
u2226?
?
u?
23Z1g?
?
Vs?
36003p16?
?
/h23
(2)Vs'/h
u'?
/3600?
/sz?
23?
?
z?
?
2?
8?
?
12、如图所示水槽,页面恒定,底部引出管为?
108?
4无缝钢管。
当阀门A全闭时,近阀
门处的玻璃管中水位高为h为1m,当阀门调至一定开度时,h降为400mm,此时水在该系统中的阻力损失为300mm水柱,试求管中谁的流量,m/h 解:
u?
0
3z?
0pp?
1m后z?
0?
?
g?
g?
hf/g?
?
u?
2/s
?
Vs?
3600/h
13、25℃水在φ76×3mm的管道中流动,流量为30m3/h,试判断流型;若保证管内流体作层流流动,则管内最大平均流速应为多少。
解:
查附录25℃水物性:
?
?
/m3,?
?
30Vs3600?
u?
?
m/s?
Re?
du10?
4000?
?
10?
2000?
du?
为湍流
u?
u?
/s
?
10?
315、某输液管输送20°C某有机液体,其密度为1022kg/m3,粘度为。
管子为热轧
无缝钢管?
57?
,要求输液量为1m/h,管子总长为10m。
试求:
①流过此管的阻力损失,J/kg;②若改用无缝钢管?
25?
,阻力损失为多少J/kg?
钢管的绝对粗糙度可取为解:
3?
?
102k2g30Pa?
sVS?
1m3/hL?
?
le?
10mm/u?
?
1?
3d?
50mm?
VS1/3600?
?
/s u?
?
①Re?
?
du?
?
1022?
?
136001681?
10?
3
?
?
6464hfd?
22?
/kg
②u?
VS1/3600102?
20./sRe?
?
420?
?
1?
?
/d?
?
5
20
Lhfd?
22?
/kg
16、水以?
10m/s的流量流过内径为50mm的铸造管。
操作条件下的粘度为
?
s,密度为992kg/m3。
求水通过75m水平管段的阻力损失,J/kg
?
35u?
?
10Pa?
s解:
VS?
?
10?
3m3/sd?
?
33?
?
9921kg/m3
?
10?
3L?
75mu/s
?
?
du9924?
?
10?
?
10?
?
/d?
?
查得?
?
?
hfd?
22?
/kg
17、某液体流过普通普通热轧无缝钢管?
273?
管壁粗糙度为,管长为150mm,
允许阻力损失为液柱。
已知该液体的运动粘度为?
10m/s,试确定其体积流量,m/h
3?
62lu2 解:
Hfu2?
d2gm/s 设?
?
则u?
Re?
du1 查得?
?
?
?
10
?
10?
6 进入完全平方区则u?
ms Vh?
3600381mh
18、原油以/h流过一普通热轧无缝钢管,总管长为530m,允许阻力损失为80J/kg,
原油在操作条件下的密度为890kg/m,粘度为?
s。
管壁粗糙度可取为。
试选择适宜的管子规格。
?
?
80 解:
u?
3600?
7则u?
设?
?
d8904?
?
10?
?
10查得?
?
d97 Re?
设?
?
d?
则u?
?
?
8904?
?
10?
?
10查得?
?
d104 Re?
d?
104m?
114?
4
19、如图示用泵将贮槽中的某油品以40m/h的流量输送到高位槽。
两槽的液位差为20m。
输送管内径为100mm,管子总长为450mm。
试计算泵所需的有效功率。
设两槽液面恒定。
油品的密度为890kg/m3,粘度为?
s。
解:
u?
?
1.?
48905Re3600?
?
41J9kg?
?
hf?
?
z1gWe?
Z2ghf
2?
2?
?
?
20?
?
2?
419?
J61k6g
Pe?
we?
vs?
616?
89?
040?
3600320、用玻璃虹吸管将槽内某酸溶液自吸出来,溶液密度为1200kg/m,粘度为玻璃
虹吸管内径为25mm,总长为4m,其上有两个90标准弯头。
若要使输液量不小于
?
10?
3m3/s,高位槽液面至少要比出口高出多少m?
设高位槽内液面恒定。
?
10?
解:
u51.?
021200?
4703.6?
?
?
?
?
hf?
(g)?
?
?
?
h?
2?
、某流体在光滑圆形直管内作湍流流动,总管长和管径均不变,而流量增加为原来的两倍,
问因流动阻力而产生的阻力损失为原来的多少倍?
摩擦系数可用柏拉修斯公式计算。
解
:
lu2hfd21
?
?
u?
VSA
VS2?
2VS1?
U2?
2U1
Re2?
2Re1?
?
2?
第二章
2?
?
?
hf2?
hf1?
?
4?
1、某离心泵在转速为1450r/min下用20°C清水做性能试验,测得流量为240m/h,入
口真空泵的读数为,出口压强表读数为,两表间垂直距离为。
试求此时对应的扬程值。
解:
3?
?
(?
)?
10P?
P1 He?
hO?
2
?
?
、某离心泵输水时得到下列数据:
转速n?
1450r/min,流量Q=60m/h,扬程H=52m,
轴功率N=。
试求:
此泵的效率;若要求流量增加至80m/h,转速应增加多少?
并估算此时相应的扬程和功率。
解:
?
?
33NNe?
QQH?
h8n?
1?
1?
?
n2?
1933rminNn2Q26
64NnH2n2216?
()?
?
H2?
2?
(2)3?
?
N2?
927n1N1n1H13、用内径为106mmd镀锌钢管输送20°C的水溶液。
管路中直管
长度为180mm,全部管件、阀门等的局部阻力的当量长度为60mm,摩擦系数可取为。
要求液体低位槽送入高位槽,两槽均敞口且液面维持恒定,两液面见垂直距离为
16m,试列出该管路的特性方程。
解:
A?
?
z?
3?
P?
16m?
g Hf?
?
(l?
le)u2d?
2g?
?
(180?
60)Q?
()
?
2
B?
?
240?
?
10?
3?
2?
?
3600?
?
32?
16?
?
10QHe35.已知某离心清水泵在一定转速下的特性方程为:
H?
?
15Q2式中Q为m/min。
此泵安装在一管路系统中,要求输送贮罐中密度为1200kg/m3的液体至高位槽中,罐与槽中的液位差为10m,且两槽均与大气想通。
已知当流量为14?
10m/s时,所需扬程为20m。
试求该泵在管路中的工作点。
解:
设管路H?
10?
BQ2
20?
10?
B(14?
10?
3?
60)2?
B?
?
Q?
10?
① H?
?
15Q2②联立①②解Q2?
?
Q?
H?
6.将密度为1500kg/m3的硝酸地面贮槽送入反应釜。
流量为7m/h,反应器内液面与
贮槽液面间垂直距离为8m,釜内液面上方压强为200kPa,贮槽液面上方为常
压,管路阻力损失为30kPa。
试选择一台耐腐蚀泵,并估算泵的轴功率。
3?
33(200?
30)?
103?
依据Q?
7m3hH?
解:
He?
8?
1500?
选40F?
26型
7?
1500?
?
N?
3600?
.某厂将50C重油地下贮油罐送往车间高位槽,流量为40t/h,升扬高度为20m,
油管总长为300m(包括局部阻力的当量长度在内)。
输送管采用无缝钢管?
108?
4。
已
3知50C下重油密度为890kg/m,粘度为187mPa?
s。
试选择一台适宜的油泵。
解:
Q?
Re?
40?
103Q?
u?
?
89036064?
756.4?
?
?
uRelu2He?
20 所以应选80Y60
d2
第三章
1.试计算直径为50?
m的球形石英颗粒,在20C水中和20C常压空气中的自沉降速度。
解:
在水中
ut?
gdp2()p18up?
Ret?
du1成立2u 在空气中
ut?
gdp2()18u?
Ret?
du2成立u2.求密度为2150kg/m3的烟灰球粒在20C空气中作层流沉降的最大直径?
解:
dp?
g()pguut?
34.温度为200C的常压烟道气,以/s的流量,送入长?
宽?
高为10m?
2m?
2m的降尘室。
已知烟尘密度为4880kg/m3,求可以完全分离下来的最小烟尘的直径。
V1810?
5?
?
?
?
28?
m?
tc?
S?
解;dPe?
BL2?
(?
p?
?
)?
(4880?
?
dpc?
?
tc28?
10?
62成立?
?
1029.过滤面积为的小型板框压滤机,恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。
过滤时间为50秒时,共获得?
10?
3m3滤液。
问过滤时间为200秒时,共获得多少滤液?
?
10?
?
10?
3?
2?
?
10q210?
2解:
q110?
3k?
?
10?
5?
200秒时q2?
2?
?
10?
3q?
200?
?
10?
5
q?
V?
qA10?
3m3
10.BMS50/810-25型板框压滤机,滤框尺寸为810?
810?
25mm,共36个框,现用来恒压过滤某悬浮液。
操作条件下的过滤常数K为?
103
3
?
5m2/s,qe为?
10?
3m,每滤出
1m滤液同时,生成滤渣。
求滤框充满滤渣所需的时间.解;V?
?
A总=?
2?
36?
V总=?
?
36?
V2?
2VVe?
KA2t
23?
?
210?
310?
5?
?
t?
283s
第四章
3.某蒸汽管外径为159mm,管外保温材料的导热系数/m?
C,蒸汽管外壁温度为150C。
要求保温层外壁温度不超过50C,每米管长的热损失不超过200
W/m,问保温层厚度应为多少?
解
:
t?
t1?
t2150?
50?
?
1000C?
?
0t22Q?
t150?
50?
?
200?
159?
2?
llnr2r1ln/2159?
2?
ln
1594.?
76?
3的钢管外包一层厚30mm的软木后,又包一层厚30mm的石棉。
软木和石棉的导热系数分别为W/m?
C和W/m?
C。
已知管内壁温度为-110C,最外侧温度为10C求每米管道所损失的冷量。
解
:
t1?
t4Q?
110?
10?
2?
?
2/mr386898rrlln/45?
ln/?
ln//?
1?
ln3/?
2ln4/?
3353868r1r2r36.常压空气在内径为20mm的管内20C加热至100C,空气的平均流速为12m/s,试求水与空气侧的对流给热系数。
解:
t?
60c
?
?
/m3cp?
/kg/m2?
C
?
1210?
?
1010?
5Re?
?
103?
?
10?
5Pr?
?
(?
104)?
/m2?
C
.水以m/s的流速在长3m的?
25?
的管内20C加热至40C,试求水与管壁
之间的对流给热系数?
若水流量增大50%,对流给热系数为多少?
解:
C?
?
/p?
?
103J/(kg?
C)
?
?
(m2?
C)
10?
3Pa?
s
104pr?
(?
104)?
?
103W/m2?
C
?
8.在常压下用套管换热器将空气20C加热至100C,空气以60kg/h的流量流过套管环隙,已知内管?
57?
,外管?
83?
,求空气的对流给热系数?
解:
t?
20?
100?
60C查?
?
/m3、CP?
?
103J/(kg?
C)22?
?
(?
C、?
)?
?
10?
5Pa?
s、Pr?
de?
d2?
d1?
19mmRe?
de?
u?
de?
?
60?
?
36004?
7942?
2300
?
(d22?
d12)?
?
10?
56?
105?
f?
1?
?
Prde?
?
f(m2?
C)
9.某种粘稠液体以/s的流速在内径为50mm,长4m的管内流过,若管外用蒸汽加热,试求管壁对流体的给热系数。
已知液体的物性数据为:
?
?
900kg/m3,
Cp?
/kg?
C,?
?
/m?
C,s。
解:
Re?
du900?
1350?
2300
?
1036700?
?
Pr?
?
13502492?
10l4cp24923?
?
/m2?
C(Re?
Pr?
)3()W?
11.温度为52C的饱和蒸汽在长3m,外径为32mm,的单根黄铜管表面上冷凝,铜管垂直放置,管外壁温度为20C,试求每小时苯蒸气的冷凝量?
若将管水平放置,苯蒸气的冷凝量为多少?
解:
已知
ts?
52C
tW?
48Cd0?
32mm
tm?
52?
48?
50C查得?
?
850kg(m?
C)?
?
(m2?
C)2u?
?
10?
3Pa?
s
cP?
(kg?
C)52C时,r?
394kJkg
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2g?
3r1水平放置:
?
?
()4?
2462W(m2?
C)
d0?
t?
Q?
?
A?
t?
Wr?
W?
垂直放置:
假设
24623?
4?
3394?
10Re?
2000
()42462?
(m2?
C)?
Re?
4?
l?
t?
?
2000r?
W
13.流体的质量流量为1000kg/h,试计算以下各过程中流体放出或得到的热量。
①煤油自130C降至40C,取煤油比热容为/kg?
C;
1000?
?
103?
(130?
40)?
?
104W解:
Q?
3600②比热容为/kg?
C的NaOH溶液,从30C加热至100C;
1000?
?
103?
70?
?
104W解:
Q?
3600③常压下将30C的空气加热至140C;
1000?
?
103?
(140?
30)?
?
104W解:
Q?
3600
④常压下100C的水汽化为同温度的饱和水蒸气;
1000?
2258?
103?
?
105W解;Q?
3600⑤100C的饱和水蒸气冷凝,冷却为50C的水。
1000?
(2258?
103?
?
103?
50)?
?
105W解:
Q?
360015.在一套管换热器中,内管为?
57?
的钢管,流量为2500kg/h,平均比热容为
/kg?
C的热液体在内管中从90C冷却为50C,环隙中冷水从20C被加热至
40C,已知总传热系数为200W/m?
C,试求;①冷却水用量,kg/h②并流流动时的平均温度差及所需的套管长度,m;③逆流流动时平均温度差及所需的套管长度,m。
解:
①
2WC?
T?
WC?
thPhhcPc1?
2500?
?
(90?
50)?
Wc?
?
(40?
20)
?
Wc?
2500?
?
(90?
50)?
2390kgh
?
(40?
20)②并流:
?
0?
tm?
t1?
90?
20?
70C?
t2?
50?
40?
1C70?
10?
70ln102500?
?
(90?
50)?
103/3600Q?
WhCPh?
Th?
KA?
tm?
A?
?
9m2200?
A?
?
d0l?
l?
③逆流:
?
A?
d09?
530?
40C20?
tm?
t1?
90?
40?
50C?
t2?
50?
20?
3C2500?
?
40?
103 l?
3600?
200?
40?
?
16.一列管式换热器,管子直径为?
25?
,管内流体的对流给热系数为W/m?
K,管外流体的给热系数为2000W/m?
K,已知两流体均为湍流换热,取钢管导热系数
22?
?
45W/m2?
K,管内外两侧污垢热阻为?
K/W,试问;①传热系数K及各部
分热阻的分配;②若管内流体流量提高一倍,传热系数有何变化?
③若管外流体流量提高一倍,传热系数有何变化?
解:
?
11?
?
d?
Rso?
K?
0?
dmRd?
dd?
dSiii?
?
252020 ?
K?
(m2?
K)
?
i?
所以
i?
流量增加一倍,流速增加一倍,
R增加倍,
2?
?
112525K?
?
K?
?
20(?
?
2928.17)W1111KK?
?
17.一传热面积为15m的列管换热器,壳程用110C的饱和水蒸气将管程某溶液20C4加热至80C,溶液的处理量为?
10kg/h,比热容为4kJ/kg?
C,试求此操作条件
2下的传热系数?
?
10490?
30?
4?
103?
(80?
20)?
?
106W?
tm逆?
解:
Q?
?
?
710 Ktm15?
(?
C)20.某换热器的传热面积为30m,用100C的饱和水蒸气加热物料,物料的进口温度为30C,流量为2kg/s,平均比热容为4kJ/kg?
C,换热器的传热系数为125W/m?
C,求;①物料出口温度,②水蒸气的冷凝量,kg/h。
解:
Q?
2?
4?
103?
(t2?
30)
2
?
tm?
(100?
t1)?
(100?
t2)?
?
t2t1
70100?
t1lnln100?
t2100?
t23tm?
2?
4?
10?
(t2?
30)?
125?
30?
Q?
KA?
?
3070ln100?
t22t?
ln7012?
530
100?
t22?
4?
310t2?
Q?
2?
4?
103?
(?
30)?
?
105W
Q?
Wh3?
225?
81?
0Wh?
?
kg33h4221.363K的丁醇在逆流换热器中被冷却至323K,换热器的面积为30m,传热系数为
150W/m2?
k。
已知丁醇流量为2000kg/h,冷却水的进口温度为303K,试求冷却水的流
量和出口温度。
解
:
2000?
?
103?
(363?
323)Q?
WhCPh(T1?
T2)104W36006?
Q?
KA?
tm?
?
tm?
1?
4?
1C
.5363?
t2?
20?
tm?
?
试差:
t2?
343K时,?
tm?
20C
363?
t2ln20
22.一定流量的物料在蒸汽加热器中从20C加热至40C,物料在管内为湍流,对流给热系数为1000W/m?
C,温度为100C的饱和水蒸气在管外冷凝,对流给热系数为
2t22?
353K?
tm?
ttt?
350K时,?
tm?
?
352K时,?
tm?
?
时,?
tm?
22
104W/m2?
C。
现生产要求将物料流量增大一倍,求;①物料出口温度为多少?
②蒸汽冷
凝量增加多少?
设管壁和污垢热阻可略。
32、流量为30kg/s的某油品在列管换热器壳程流过,从150°
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