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化工原理上册习题 绪论 1、热空气与冷凝水间的总传热系数K 值约为 42.99kcal/(m 2 h) ，试从基本 单位开始换算，将K 值的单位改为W/(m 2 ) 。 2、密度是单位体积物质具有的质量。在以下两种单位制中，物质密度的 单位分别为： SI kg/m 3 米制重力单位 kgfs 2 /m 4 常温下水的密度为 1000kg/m 3 ，试从基本单位开始换算，将该值换算为米制 重力单位的数值。 3、甲烷的饱和蒸气压与温度的关系符合下面经验公式： 1gp=6.421 261 352 +t 式中 P 饱和蒸气压， mmHg； t温度，。 今需将式中的 P 的单位改为 Pa，温度单位改为 K，试对该式加以变换。 4、将 A、 B、 C、 D四组分各为 0.25(摩尔分率,下同) 的某混合溶液,以 1000kmol/h 的流量送入精镏塔内分离,得到塔顶与塔釜两股产品,进料中全部 A 组分、96%B 组分及 4%C 组分存于塔顶产品中；全部 D 组分存于塔釜产品中。试计算塔顶与 塔釜产品的流量及其组成。 5、将密度为 810kg/m 3 的油与密度为 1000 kg/m 3 的水充分混合成为均匀的乳 浊液，测得乳浊液的密度为 950 kg/m 3。 。试求乳浊液中油的质量分率。水和油混 合后体积无变化。 6、每小时将 200 kg 过热氨气（压强为 1200kPa）从 95冷却、冷凝为饱和 液氨。已知冷凝温度为 30。采用冷冻盐水为冷凝、冷却剂，离开时为 10。 求每小时盐水的用量。 热损失可以忽略不计。 数据： 95过热氨气的焓， kJ/kg 1647 30饱和液氨的焓， kJ/kg 323 2盐水的焓， kJ/kg 6.8 10盐水的焓， kJ/kg 34 第一章 流体流动 1、某设备上真空表的读数为 13.310 3 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 98.710 3 Pa。 2、在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为 960 kg/m 3 的油品，油面高于罐底 9.6 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760mm的圆孔，其中心距 罐底 800mm，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 10 3 Pa,问至少需要几个螺钉? 3、某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如本题附图所示。测得R 1 =400mm， R 2 =50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连 通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3 =50 mm。试求A 、B 两处的表压强。 习题 2 附图 习 习题 3 附图 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 820 kg/m 3 。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。 水 压缩空气 煤油 习题 4 附图 5、用本题附图中串联U 管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，管压差 计的指示液为水银，两U 管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距 离分别为： h 1 =2.3m、 h 2 =1.2m、 h 3 =2.5m及h 4 =1.4m。锅中水面与基准面的垂直距 离 h 5 =3m。大气压强Pa=99.3 10 3 Pa。试求锅炉上方水蒸气的压强 P。 （分别以 Pa 和kgf/cm 2 来计量）。 习题 6 附图 习题 5 附图 6、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 。压 差计中以油和水为指示液，其密度分别为 920 kg/m 3 及 998 kg/m 3 ，U 管中油、水 交界面高度差R=300mm 。两扩大室的内径D 均为 60mm，U 管内径d为 6mm。 当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。 7、列管换热器的管束由 121 根252.5mm 的钢管组成。空气以 9m/s速度 在列管内流动。空气在管内的平均温度为 50、压强为 19610 3 Pa（表压） ，当 地大气压为 98.710 3 Pa。试求：（1）空气的质量流量；（2）操作条件下空气的 体积流量；（3）将（2）的计算结果换算为标准状况下空气的体积流量。 8、高位槽内的水面高于地面 8m，水从 1084mm 的管道中流出，管路出 习题 8 附图 口高于地面 2m。在本题条件下，水流经系统的能量损失可按 h f =6.5u 2 计算， 其中u为水在管内的流速， m/s。试计算： （1）AA 截面处水的流速；（2）水的流量，以 m 3 /h计。 9、 20 的水以 2.5 m/s 的流速流经 382.5mm 的水平管,此管以锥形管与 另一 533mm 的水平管相连。如本题附图所示,在锥形管两侧 A、 B 处各插入 一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经 A 、 B 两截面间的能量损失为 1.5 J/ kg ,求两玻璃管的水面差( 以 mm 计), 并在本题附图中画出两玻璃管中水面的 相对位置。 习题 9 附图 10、用离心泵把 20的水从贮槽送至水洗塔顶部 ,槽内水位维持恒定。各部 分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为762.5mm ，在操作条件下，泵 入口处真空表的读数为 24.6610 3 Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头） 的能量损失可分别按 f,1 =2u 2 与 f,2 =10u 2 计算，由于管径不变，故式中u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 98.0710 3 Pa(表压). 试求 泵的有效功率。 习题 10 附图 11、本题附图所示的贮槽内径D 为 2m，槽底与内径d 0 为 32 mm的钢管相连， 槽内无液体补充，其液面高度h 1 为 2m（以管子中心线为基准） 。液体在本题管内 流动时的全部能量损失可按h f =20u 2 公式计算，式中u为液体在管内的流速 m/s。 试求当槽内液面下降 1 m时所需的时 间。 习题 11 附图 习 习题 12 附图 12、本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为 1100 kg/m 3 ，循环量 为 36 m 3 /h。管路的直径相同，盐水由A 流经两个换热器而至B 的能量损失为 98.1J/ kg, 由B 流至A 的能量损失为 49 J/ kg，试计算：（1）若泵的效率为 70%时,泵的轴 功率为若干KW? （2）若 A处的压强表读数为 245.210 3 Pa时， B处的压强表读数 为若干Pa ？ 13、用压缩空气将密度为 1100 kg/m 3 的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两 槽的液面维持恒定。管路直径均为603.5mm ，其它尺寸见本题附图。各管段 的能量损失为h f,AB =hB f , CD =u ，h 2 f,BC =1.18u 。压差计中的指示液均为水银。 试求当R 2 1 =45mm， h=200mm时： （ 1）压缩空气的压强P 1 为若干？（ 2） U管压差 计读数 R 2 为多少？ 习题 13 附图 14、在实验室中，用玻璃管输送 20的 70%醋酸。管内径为 1.5cm，流量为 10 kg/min。用 SI 和物理单位各算一次雷诺准数，并指出流型。 15、在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置 U 管 压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为 10800kg/h 时， U 管压差计 读数 R 为 100mm。粗、细管的直径分别为 603.5mm 与 423mm 。计算： （ 1） 1kg 水流经两截面间的能量损失； （2 ）与该能量损失相当的压强降为若干 Pa？ 习题 15 附图 16、密度为 850 kg/m 3 、粘度为 810 3 Pas的液体在内径为 14mm的钢管内流 动，溶液的流速为 1m/s。试计算： （ 1）雷诺准数，并指出属于何种流型； （ 2） 局部速度等于平均速度处与管轴的距离； （ 3）该管路为水平管，若上游压强为 14710 3 Pa，液体流经多长的管子其压强才下降到 127.510 3 Pa? 17、流体通过圆管湍流流动时，管截面的速度分布可按下面经验公式来表示： u r =u max ( R y ) 7 1 式中y 为某点与壁面的距离，即 y=R r。 试求其平均速度u 与最大速度 u max 的比值。 18、一定量的液体在圆形直管内作滞流流动。若管长及液体物性不变，而管 径减至原有的 2 1 ，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？ 19、内截面为 1000 1200mm的矩形烟囱的高度为 30m。平均分子量为 30kg/kmol、平均温度为 400的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持 49Pa的真 空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定植，大气温度为 20，地面处的 大气压强为 101.3310 3 Pa。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为 0.05，试求烟道 气的流量为若干kg/h ？ 20、每小时将 210 4 kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽（见本题附图）。 反应器液面上方保持 26.710 3 Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压强。管道 为764mm 的钢管，总长为 50m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计 （局部阻力系数为 4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为 15m。 若泵的效率为 0.7，求泵的轴功率。 溶液的密度为 1073kg/m 3 ，粘度为 6.310 -4 Pas。管壁绝对粗糙度可取为 0.3mm。 习题 20 附图 习题 21 附图 21、从设备送出的废气中含有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗 涤器，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为 3600 m 3 /h （在操作条件下），其物理性质与 50的空气基本相同。如本题附图所示，气体 进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U 管压差计，其读数为 30mm。输气 管与放空管的内径均为 250 mm，管长与管件、阀门的当量长度之和为 50 mm（不 包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口的垂直距离为 20m，已估计 气体通过塔内填料层的压强降为 1.96 10 3 Pa。管壁的绝对粗糙度可取为 0.15mm，大气压强为 101.3310 3 Pa。求鼓风机的有效功率。 22、如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为 100mm 的 钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端 15m 处安有以水银为指 示液的 U 管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满 了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为 20m。 （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。摩擦系数可取为 0.025，管路入口处的局部阻力系 数取为 0.5。问每小时从管中流出水若干立方米。 （ 2）当闸阀全开时，U 管压差计测压处的静压强为若干（Pa ，表压）。闸阀 全开时 l e /d15，摩擦系数仍可取为 0.025。 习题 22 附图 23、10的水以 500L/min 的流量流过一根长为 300m 的水平管，管壁的绝 对粗糙度为 0.05mm。有 6m 的压头可供克服流动的摩擦阻力，试求管径的最小 尺寸。 24、某油品的密度为 800 / m 3 、粘度为 41cP，由附图中所示的A 槽送至 B 槽，A 槽的液面比B 槽的液面高 1.5m。输送管径为893.5mm 、长 50m（包括 阀门的当量长度），进、出口损失可忽略。试求：（1）油的流量（ m 3 /h）；（2）若 调节阀门的开度，使油的流量减少 20%，此时阀门的当量长度为若干（ m）？ 习题 24 附图 25、在两座尺寸相同的吸收塔内，各填充不同的填料，并以相同的管路并联 组合。每条支管上均装有闸阀，两支路的管长均为 5m（包括除了闸阀以外的管 件局部阻力的当量长度），管内径为 200mm。通过填料层的能量损失可分别折算 为 5u 1 2 与 4 u 2 2 ，式中 u为气体在管内的流速 m/s。气体在支管内流动的摩擦系数 =0.02。管路的气体总流量为0.3 m 3 /s。试求：（1）当两阀全开时，两塔的通气量； （2）附图中AB的能量损失。 习题 25 附图 习题 26 附图 26、用离心泵将 20水经总管分别送至A 、B 容器内，总管流量为 89 m 3 /h， 总管直径为127 5 mm 。原出口压强表读数为 1.9310 5 Pa，容器 B内水面上方 表压为 1kgf/cm 2 。 总管的流动阻力可忽略， 各设备间的相对位置如本题附图所示。 试求：（1）离心泵的有效压头He ；（2）两支管的压头损失H f,o-A 、H f,o-B 。 B 27、用效率为 80%的齿轮泵将粘稠的液体从敞口槽送至密闭容器内，两者液 面均维持恒定，容器顶部压强表的读数为 3010 3 Pa。用旁路调节流量，其流程 如本题附图所示。主管流量为 14m 3 /h，管径为 663mm ，管长为 80m（包括所 有局部阻力的当量长度）。旁路的流量为 5m 3 /h，管径为322.5mm ，管长为 20m （包括除了阀门外的所有局部阻力的当量长度） 。两管路的流型相同，忽略贮槽 液面至分支点o之间的能量损失。被输送液体的粘度为 50mPas，密度为 1100kg/ m 3 。试计算：（1）泵的轴功率；（2）旁路阀门的阻力系数。 习题 28 附图 习题 27 附图 28、本题附图所示为一输水系统，高位槽的 水面维持恒定，水分别从 BC 至 BD 两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离均为 11m。AB 管段内径 为 38mm、长为 58m； BC 支管的内径为 32mm、长为 12.5m； BD 支管的内径为 26mm、长为 14m，各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。 AB 与 BC 管 主管 旁路 段的摩擦系数均可取为0.03。试计算： （1） 当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量为若干 m 3 /h？ （2） 当所有阀门全开时，两支管的排水量各为若干 m 3 /h？ BD支管的管壁 绝对粗糙度可取为 0.15mm，水的密度为 1000kg/ m 3 ，粘度为 0.001Pas。 29、在 382.5mm 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为 16.4mm 管中流动的是 20的甲苯，采用角接取压法用 U 管压差计测量孔板的压强差， 以水银为指示液，测压连接管中充满甲苯。现测得 U 管压差计的读数为 600mm， 试计算管中甲苯的流量为若干 kg/h？ 第二章 流体输送机械 1、在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为 26m 3 /h时，泵出口处压强表 和入口处真空表的读数分别为 152kPa和 24.7kPa，轴功率为 2.45kW，转速为 2900r/min。若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为 0.4m，泵的进、出口管 径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效 率下泵的性能。 2、用某离心泵以 40m 3 /h的流量将贮水池中 65的热水输送到凉水塔顶，并 经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的。已知水在进入喷头之前需要维 持 49kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高 6 m。吸入管路和排出管路中压头 损失分别为 1 m和 3 m，管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵， 并确定泵的安装高度。当地大气压按 101.33kPa计。 3、常压贮槽内盛有石油产品，其密度为 760 kg/ m 3 ，粘度小于 20cSt，在贮 存条件下饱和蒸汽压为 80kPa，现拟用 65Y-60B型油泵将此油品以 15m 3 /h的流量 送往表压强为 177kPa的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高 5 m，吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为 1 m和 4 m。试核算该泵是否合 用。 若油泵位于贮槽液面以下 1.2 m 处，问此泵能否正常操作？当地大气压按 101.33kPa 计。 4、欲用例 2-2 附图所示的管路系统测定离心泵的气蚀性能参数，则需在泵 的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度，可 使吸入管阻力增大而管内流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为 100mm，排 出管直径为 50mm，孔板流量计孔口直径为 35mm，测得流量计压差计读数为 0.85mHg，吸入口真空表读数为 550mmHg 时，离心泵恰发生气蚀现象，试求该 流量下泵的允许气蚀余量和吸上真空度。已知水温为 20，当地大气压为 760mmHg。 5、用水对某离心泵做实验，得到下列各实验数据： Q,L/min 0 100 200 300 400 500 H,m 37.2 38 37 34.5 31.8 28.5 若泵送液体的管路系统：管径为 764mm 、长为 355m（包括局部阻力的 当量长度），吸入和排出空间为常压设备，两者液面间垂直距离为 4.8m，摩擦系 数可取为 0.03。试求该泵在运转时的流量。若排出空间为密闭容器，其内压强为 129.5kPa（表压），再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水的相似。 6、某型号的离心泵，其压头与流量间的关系可表示为 H=180.610 6 Q 2 （H 单位为 m， Q单位为 m 3 /s） 若用该泵从常压贮水池将水抽送到渠道中，已知贮水池截面积为 100 m 2 ， 池中水深 7m。输水之初池内水面低于渠道水平面 2m，假设输水渠道水平面保持 不变，且与大气相通。管路系统的压头损失为H f =0.410 6 Q 2 （H f 单位为 m，Q 单 位为 m 3 /s）。试求将贮水池内水全部抽出所需的时间。 7、用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为 H=25110 6 Q 2 管路特性曲线方程可近似表示为 H e e =10110 5 Q e 2 两式中Q 的单位为 m 3 /s，H 的单位为 m。 试问两泵如何组合才能使输液量大？（输水过程为定态流动） 8、现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为 1250 kg/ m 3 的液体输 送到表压强为 1.2810 6 Pa的塔内，贮罐液面比塔入口低 10m，管路系统的总压 头损失为 2m。 已知泵的活塞直径为 70mm，冲程为 225mm， 往复次数为 200l/min， 泵的总效率和容积效率分别为 0.9 和 0.95。试求泵的实际流量、压头和轴功率。 9、用一往复泵将密度为 1200 kg/ m 3 的液体从A 池输送到B 槽中，A 池和B 槽 液面上方均为大气压。往复泵的流量为 5m 3 /h。输送开始时， B槽和A 池的液面高 度差为 10m。输送过程中，A 池液面不断下降，B 槽液面不断升高。输送管路管 内径为 30mm，长为 15m（包括局部阻力当量长度） 。A 池截面积为 12 m 2 ，B 槽 截面积为 4.15m 2 。液体在管中流动时摩擦系数为 0.04。试求把 25 m 3 液体从A 池 输送到B 槽所需的能量。 10、已知空气的最大输送量为 14500kg/h，在最大风量下输送系统所需的风 压为 1600Pa（以风机进口状态计）。由于工艺条件的要求，风机进口与温度为 40 、真空度为 196Pa 的设备连接。试选合适的离心通风机。当地大气压强为 93.3kPa。 11、15的空气直接由大气进入风机再通过内径为 800mm的水平管道送至 炉底，炉底的表压为 10.8kPa。空气输送量为 20000 m 3 /h（进口状态计） ，管长为 100m（包括局部阻力的当量长度） ，管壁绝对粗糙度可取为 0.3mm。现库存一台 离心通风机，其性能如下表所示。核算此风机是否合用？当地大气压为 101.33kPa。 转速，r/min 风压，Pa 风量， m 3 /h 1450 12650 21800 12、某单级双缸双动空气压缩机，活塞直径为 300mm，冲程为 200mm，每 分钟往复 480 次，压缩机的吸气压强为 9.80710 4 Pa，排气压强为 34.3210 4 Pa。 试计算该压缩机的排气量和轴功率。假设气缸的余隙系数为 8%，排气系数为容 积系数的 85%，绝热总效率为 0.7。空气的绝热指数为 1.4。 13、用三级压缩把 20的空气从 98.0710 3 kPa压缩到 62.810 5 Pa，设中 间冷却器能把送到后一级的空气冷却到 20，各级压缩比相等。试求： （1） 在各级的活塞冲程及往复次数相同情况下，各级气缸直径的比。 （2） 三级压缩所消耗的理论功（按绝热过程考虑，空气绝热指数为 1.4， 并以 1 kg 计）。 第三章 机械分离和固体流态化 1、取颗粒试样 500g，作筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第 1、 2 列，筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第 3 列，试求颗粒群 的平均直径。 习题 1 附表 筛号 筛孔尺寸， mm 截留量，g 筛号 筛孔尺寸， mm 截留量，g 10 14 20 28 35 48 1.651 1.168 0.833 0.589 0.417 0.295 0 20.0 40.0 80.0 130 110 65 100 150 200 270 0.208 0.147 0.104 0.074 0.053 60.0 30.0 15.0 10.0 5.0 共计 500 2、密度为 2650 kg/ m 3 的球形石英颗粒在 20空气中自由沉降，计算服从斯 托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。 3、在底面积为 40 m 2 的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理 量为 3600m 3 /h，固体的密度 s =3000 / m 3 ，操作条件下气体的密度=1. 06 / m 3 ，粘度为 210 -5 Pas。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。 4、用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为 8m，密度为 4000 / m 3 。除尘室长 4.1m，宽 1.8 m，高 4.2 m，气体温度为 427，粘度为 3.4 10 -5 Pas，密度为 0.5 / m 3 。若每小时的炉气量为 2160 标准 m 3 ，试确定降尘室 内隔板的间距及层数。 5、已知含尘气体中尘粒的密度为 2300 / m 3 ，气体流量为 1000 m 3 /h、粘 度为 3.610 -5 Pas、密度为 0.674 / m 3 ，采用如图 38 所示的标准型旋风分 离器进行除尘。若分离器圆筒直径为 0.4 m，试估算其临界粒径、分割粒径及压 强降。 6、某旋风分离器出口气体含尘量为 0.710 -3 / 标准m 3 ，气体流量为 5000 标准 m 3 /h，每小时捕集下来的灰尘量为 21.5 。出口气体中的灰尘粒度分布及 捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列于本题附表中： 试求：（1）除尘效率；（2）绘出该旋风分离器的粒级效率曲线 习题 6 附表 粒径范围， m 05 5 10 10 20 2030 30 40 40 50 50 在出口灰尘中所占的质量分率，% 16 25 29 20 7 2 1 在捕集的灰尘中所占的质量分率， % 4.4 11 26.6 20 18.7 11.3 3 7、在实验室用一片过滤面积为 0.1 m 2 的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进 行实验，滤叶内部真空度为 500mmHg。过滤 5min得滤液 1L，又过滤 5min得滤 液 0.6L。若再过滤 5min，可再得滤液多少？ 8、以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行实验，测得数据列 于本题附表中： 已知过滤面积为 0.093 m 2 ，试求：（1）过滤压强差为 103.0k Pa时的过滤常 数K 、q e 及 e ;（2）滤饼的压缩性指数s ；（3）若滤布阻力不变，试写出此滤浆在 过滤压强差为 196.2k Pa时的过滤方程式。 习题 8 附表 过滤压强差P kPa 过滤时间 S 滤液体积 V m 3 50 2.2710 -3 103.0 660 9.1010 -3 17.1 2.2710 -3 343.4 233 9.1010 -3 9、在实验室中用一个每边长 0.162m的小型滤框对CaCO 3 颗粒在水中的悬浮 液进行过滤实验。料浆温度为 19，其中CaCO 3 固体的质量分率为 0.0723。测得 每 1 m 3 滤饼烘干后的质量为 1602 。在过滤压强差为 275800Pa时所得的数据列 于本题附表中。 习题 9 附表 过滤时间 , s 1.8 4.2 7.5 11.2 15.4 20.5 26.7 33.4 41.0 48.8 57.7 67.2 77.3 88.7 滤液体积V, m 3 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 试求过滤介质的当量滤液体积V e ，滤饼的比阻r ，滤饼的空隙率及滤饼颗 粒的比表面积a 。已知CaCO 3 颗粒的密度为 2930 / m 3 ，其形状可视为圆球。 10、用一台BMS50/810-25 型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固相质量 分率为 0.139，固相密度为 2200 / m 3 ，液相为水。每 1 m 3 滤饼中含 500 水， 其余全为固相。已知操作条件下的过滤常数K=2.27 10 -5 m 2 /s, q e = 3.4510 -3 m 3 /m 2 。滤框尺寸为 810 mm810mm 25 mm ，共 38 个框。试求：（1）过滤至 滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得的滤液体积；（2）过滤完毕用 0.8 m 3 清水 洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同。 11、用叶滤机处理某种悬浮液，先以等速过滤 20min，得滤液 2 m 3 。随即保 持当时的压强差再过滤 40 min，问共得滤液多少 m 3 ？若该叶滤机每次卸渣、重 装等全部辅助操作共需 20 min，求滤液日产量。滤布阻力可以忽略。 12、在 310 5 Pa的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验，测得过 滤常数K=510 -5 m 2 /s, q e =0.01 m 3 /m 2 ，又测得滤饼体积与滤液体积之比 =0.08。 现拟用有 38 个框的BMY50/810-25 型板框压滤机处理此料浆，过滤推动力及所 用滤布也与实验用的相同。试求：（ 1）过滤至框内全部充满滤渣所需的时间；（2） 过滤完毕以相当于滤液量 1/10 的清水进行洗涤，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、 重装等全部辅助操作共需 15min，求每台过滤机的生产能力（以每小时平均可得 多少 m 3 滤饼计）。 13、某悬浮液中固相质量分率为 9.3%，固相密度为 3000kg/ m 3 ，液相为水。 在一小型压滤机中测得此悬浮液的物料特性常数 =1.110 -4 m 2 （satm ），滤饼 的空隙率为 40%。现采用一台GP5-1.75 型转筒真空过滤机进行生产（此过滤机 的转鼓直径为 1.75m，长度为 0.98m，过滤面积为 5 m 2 ，浸没角度为 120） ，转 速为 0.5r/min，操作真空度为 80.0kPa。已知滤饼不可压缩，过滤介质阻力可以 忽略。试求此过滤机的生产能力及滤饼厚度。 14、用板框过滤机在恒压差下过滤某种悬浮液，滤框边长为 0.65m，已测得 操作条件下的有关参数为：K=6 10 -5 m 2 /s、q e =0.01 m 3 /m 2 、 =0.1 m 3 / m 3 滤液。 滤饼不要求洗涤，其它辅助时间为 20min，要求过滤机的生产能力为 9 m 3 /h，试 计算：（1）至少需要几个滤框n？（2）框的厚度L 。 15、已知苯酐生产的催化剂用量为 37400kg，床径为 3.34m，进入设备的气 速为 0.4m/s，气体密度为 1.19 kg/ m 3 。采用侧缝锥帽型分布板，求分布板的开孔 率。 16、 平均粒径为 0.3mm的氯化钾球形颗粒在单层圆筒形流化床干燥器中进行 流化干燥。固相密度 s =1980 / m 3 。取流化速度为颗粒带出速度的 78%，试求 适宜的流化速度和流化数。干燥介质可按 60的常压空气查取物性参数。 第四章 传热 1、平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度和导热系数列于本题附表中。 习题 1 附表 序号 材料 厚度 b mm 导热系数 W/（m ） 1（内层） 2 3 耐火砖 绝缘砖 钢 200 100 6 1.07 0.14 45 若耐火砖层内表面的温度t 1 为 1150，钢板外表面温度t 4 为 30，又测得通 过炉壁的热损失为 300W/ m 2 ，试计算导热的热通量。若计算结果与实测的热损 失不符，试分析原因和计算附加热阻。 2、燃烧炉的内层为 460mm厚的耐火砖，外层为 230mm厚的绝缘砖。若炉 的内表面温度t 1 为 1400，外表面温度t 3 为 100。试求导热的热通量及两砖间 的界面温度。设两层砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为 1 =0.9+0.0007t，绝 缘砖的导热系数为 2 =0.3+0.0003t。两式中t 可分别取为各层材料的平均温度，单 位为， 单位为 W/（ m）。 3、直径为 603mm 的钢管用厚的软木包扎，其外又用 100mm 厚的保温 灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为 110，绝热层外表面温度 10。已知软木和保温灰的导热系数分别为 0.043 和 0.07 W/（ m），试求每米 管长的冷量损失量。 4、蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平 均直径为内层的两倍。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改变多少？说明在本题情况下，哪一 种材料包扎在内层较为适合？ 5、在一直径为 252.5mm 的蒸汽管道外，包扎一层导热系数为 0.8 W/ （ m）的保温层。保温层半径为 50mm。管内饱和蒸汽温度为 130，大气温 度为 30。试求保温层的临界半径。 假设管壁热阻和蒸汽侧对流热阻可以忽略。保温层外壁对大气的对流辐射 传热系数可按下式估计： T =9.4+0.052(t w t) 式中 T 对流辐射传热系数， W/（ m 2 ）； t w 保温层外壁表面温度，； t环境大气温度，。 并定性讨论管道未保温及不同保温层半径下单位管长热损失的情况。 6、在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为 15和 40， 油的进、出口温度分别为 150和 100。现因生产任务要求油的出口温度降至 80，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为 1m， 试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。 7、重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为 243 和 128；终温分别为 167和 157。若维持两种油的流量和初温不变，而 将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动 情况下，流体的物性和总传热系数均不变化、换热器的热损失可以忽略。 8、在下列各种列管式换热器中，某种溶液在管内流动并由 20加热到 50 。加热介质在壳方流动，其进、出口温度分别为 100和 60，试求下面各种 情况下的平均温度差。 （1） 壳方和管方均为单程的换热器。设两流体呈逆流流动。 （2） 壳方和管方分别为单程和四程的换热器。 （3） 壳方和管方分别为二程和四程的换热器。 9、在逆流换热器中，用初温为 20的水将 1.25kg/s的液体（比热容为 1.9kJ/kg、密度为 850kg/ m 3 ） ，由 80冷却到 30。换热器的列管直径为25 2.5mm ，水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为 0.85kW/（ m 2 ）和 1.70k W/（m 2 ），污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于 50，试求换热 器的传热面积。 10、在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为192mm 的列管内流动。 已知管内水侧对流传热系数为 3490 W/（ m 2 ），管外油侧对流传热系数为 258W/ （ m 2 ）。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为 0.00026m 2 /W，油侧污垢热阻为 0.000176m 2 /W。管壁导热系数 为 45W/ （ m） ，试求： （1 ）基于管外表面积的总传热系数； （ 2）产生污垢后热阻增加 的百分数。 11、在一传热面积为 50 m 2 的单程列管换热器中，用水冷却某种溶液。两流 体呈逆流流动。冷水的流量为 33000kg/h，温度油 20升至 38。溶液的温度由 110降至 60。若换热器清洗后，在两流体的流量和进口温度不变的情况下， 冷水出口温度增到 45。试估算换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻。假设： （1）两种情况下，流体物性可视为不变，水的平均比热容可取为 4.187kJ/（kg ）； （2）可按平壁处理，两种工况下 i 和 o 分别相同；（3）忽略管壁热阻和热损失。 12、在一单程列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油。温度为 160的饱和 蒸汽在壳程冷凝（排出时为饱和液体），原料油在管程流动，并由 20加热到 106 。列管换热器尺寸为：列管直径为192mm 、管长为 4m，共有 25 根管子。 若换热器的传热量为 125kW，蒸汽冷凝传热系数为 7000 W/（ m 2 ），油侧污垢 热阻可取为 0.0005m 2 /W，管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略，试求管内油侧 对流传热系数。 又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来总传热系数的 1.75 倍，试求油的出口温度。假设油的物性不变。 13、 90的正丁醇在逆流换热器中被冷却到 50。换热器的传热面积为 6m 2 ， 总传热系数为 230W/（ m 2 ） 。若正丁醇的流量为 1930kg/h，冷却介质为 18 的水，试求：（1）冷却水的出口温度；（2）冷却水的消耗量，以 m 3 /h表示。 14、在逆流换热器中，用冷油冷却热油。油的比热容均为 1.68kJ/（kg ）， 热油的流量为 3000kg/h，从 100冷却到 25。冷油从 20加热到 40。已知 总传热系数K o 随热油温度T 变化如下： 热油温度 T， 100 80 60 40 30 25 总传热系数K o ， W/（ m 2 ） 355 350 340 310 230 160 试求换热器的传热面积。 15、在一逆流套管换热器中，冷、热流体进行热交换。两流体的进、出口温 度分别为t 1 =20、t 2 =85，T 1 =100、T 2 =70。当冷流体的流量增加一倍时， 试求两流体的出口温度和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数可视为 相同，换热器热损失可忽略。 16、试用因次分析方法推导壁面和流体间自然对流传热系数的准数方程式。 已知为下列变量的函数，即 =f（ ，c p ， ， ， gt， ） l 17、在套管换热器中，一定流量的水在内管内流动，温度从 25升高到 75 ，并测得内管水侧的对流传热系数为 2000W/（ m 2 ） 。若相同体积流量的油 品通过该换热器的内管而被加热，试求此时内管内油侧对流传热系数。假设两种 情况下流体呈湍流流动。已知定性温度下流体物性如下： ，kg/ m 3 ，Pas c p ，kJ/ （kg ） ， W/（m ） 水 1000 0.54 10 -3 4.17 0.65 油品 810 5.1 10 -3 2.01 0.15 18、一定流量的空气在蒸汽加热器中从 20加热到 80。空气在换热器的 管内呈湍流流动。绝压为 180kPa 的饱和水蒸气在管外冷凝。现因生产要求空气 流量增加 20%，而空气的进、出口温度不变。试问应采取什么措施才能完成任务。 作出定量计算。假设管壁和污垢热阻均可忽略。 19、 98%的硫酸以 0.7m/s 的速度在套管换热器的空隙内流动，硫酸的平均温 度为 70，内管外壁的平均温度为 60。换热器的内管直径为 252.5mm ， 外管直径为 513 mm ，试求对流传热的热通量。 20、温度为 90的甲苯以 1500kg/h 的流量通过蛇管而被冷却至 30。蛇管 的直径为 573.5mm ，弯曲半径为 0.6m，试求甲苯对蛇管壁的对流传热系数。 21、常压下温度为 120的甲烷以 10m/s 的平均速度在列管换热器的管间沿 轴向流动。离开换热器时甲烷温度为 30，换热器外壳内径为 190mm，管束由 37 根 192 mm 的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。 22、室内水平放置表面温度相同、长度相等的两根圆管，管内通有饱和蒸汽。 两管均被空气的自然对流所冷却，假设两管间无相互影响。已知一管直径为另一 管的 5 倍，且两管的（G r P r ）值在 10 4 10 9 之间，试求两管热损失的比值。 23、流量为 720kg/h 的常压饱和水蒸气在直立的列管换热器的列管外冷凝。 换热器内列管直径为 252.5 mm ，长为 2m。列管外壁面温度为 94。试按冷 凝要求估算换热器的管数（设管内侧传热可满足要求）。换热器热损失可忽略。 24、实验测定列管换热器的总传热系数时，水在换热器的列管内作湍流流动， 管外为饱和水蒸气冷凝。列管由直径为252.5 mm 的钢管组成。当水的流速为 1m/s时，测得基于管外表面积的总传热系数 K o 为 2115W/（ m 2 ） ；若其它条件 不变，而水的速度变为 1.5m/s时，测得K o 为 2660W/（ m 2 ） 。试求蒸汽冷凝传 热系数。假设污垢热阻可忽略。 25、两平行的大平板，放置在空气中相距为 5mm，一平板的黑度为 0.1，温 度为 350K，另一平板的黑度为 0.05，温度为 300K。若将第一板加涂层，使其黑 度变为 0.025，试计算由此引起的传热量变化的百分率。假设两板间对流传热可 以忽略。 26、在管道中心装有热电偶以测量管内空气的温度。由于气体真实温度t 1 与 管壁温度t w 不相同，故测温元件与管壁间的辐射传热而引起测量误差。试推导出 计算测温误差（ t 1 t 1 * ）的关系式。式中 t 1 * 为测量值。并说明降低测温误差的方 法。假设热电偶的黑度为 ，空气与热电偶间的对流传热系数为。 27、在列管换热器中，用 120的饱和蒸汽将存放在常压贮槽中的温度为 20 、比热容为 2.09kJ/（kg ） 、质量为 210 4 kg的重油进行加热。采用输油能力 为 6000kg/h的油泵，将油从贮槽送往换热器，经加热后再返回贮槽中，油循环流 动。若要求经 4h后油温升高至 80，试计算换热器的传热面积。设加热过程中 K o 可取为 350 W/（ m 2 ），且在任何瞬间槽内温度总是均匀一致的。 28、欲用循环水将流量为 60 m 3 /h的粗苯液体从 80冷却到 35，循环水的 初温为 30，试设计适宜的列管式换热器。 第五章 蒸发 1、在单效中央循环管蒸发器内，将 10%NaOH 水溶液浓缩到 25%，分离室 内绝对压强为 15kPa，试求因溶液蒸气压下降而引起的沸点升高及相应的沸点。 2、上题的NaOH 水溶液在蒸发器加热管内的液层高度为 1.6m，操作条件下 溶液的密度为 1230 kg/ m 3 。试求因液柱静压强引起的沸点升高及溶液的沸点。 3、前两题的溶液在传热面积为 40 m 2 的蒸发器内，用绝对压强为 12 0kPa 的 饱和蒸汽加热。原料液于 40时进入蒸发器，测得总传热系数为 1300 W/（ m 2 ）， 热损失为总传热量的 20%，冷凝水在蒸汽温度下排除，试求： （1） 加热蒸汽消耗量； （2） 每小时能处理原料液的质量。 4、在单效蒸发器中，每小时将 10000kg的NaNO 3 水溶液从 5%浓缩到 25%。 原料液温度为 40。分离室的真空度为 60 kPa，加热蒸汽表压为 30 kPa。蒸发 器的总传热系数为 2000 W/（ m 2 ），热损失很小可以略去不计。试求蒸发器的 传热面积及加热蒸汽消耗量。设液柱静压强引起的温度差损失可以忽略。当地大 气压强为 101.33 kPa。 5、临时需要将 850kg/h的某种水溶液从 15%连续浓缩到 35%。现有一传热 面积为 10 m 2 的小型蒸发器可供使用。原料液在沸点下加入蒸发器，估计在操作 条件下溶液的各种温度差损失为 18。蒸发室的真空度为 80 kPa。假设蒸发器 的总传热系数为 1000 W/（ m 2 ），热损失可以忽略。试求加热蒸汽压强。当地 大气压强为 100 kPa。忽略溶液的稀释热效应。 6、在双效并流蒸发设备中，每小时蒸发 1000 kg 的 10%某种水溶液。第一 效完成液的浓度为 15%，第二效的为 30%。两效中溶液的沸点分别为 108和 95。试求溶液自第一效进入第二效时因温度降低而自蒸发的水量及自蒸发量占 第二效中总蒸发量的百分数。 7、欲设计一组三效并流蒸发系统，以将某种水溶液从 10%浓缩到 50%。进 料量为 22700kg/h，温度为 40。加热蒸汽温度为 121。末效二次蒸汽温度为 51.7。各效的总传热系数分别为K 1 =2840 W/（ m 2 ）， K 2 =1700 W/（ m 2 ）， K 3 =1135 W/（ m 2 ） 。各效溶液的比热容、汽化热均分别取为 4.186kJ/（kg ） 及 2326kJ/kg（即比热容和汽化热可视为不随温度和浓度而变）。假设各种温度差 损失和热损失均可忽略。试求： （1） 加热蒸汽消耗； （2） 蒸发器传热面积，最小与最大传热面积间相对偏差不得大于 3%； （3） 各效完成液的质量流量。 8、三效并流蒸发装置中，各效传热面积均为 140m 2 。今于该系统中将某种 水溶液从 5%连续浓缩到 40%。原料液温度为 90。加热蒸汽温度为 120，冷 凝水在饱和温度下排出。末效二次蒸汽温度为 40。各效的总传热系数分别为 K 1 =2950 W/（m 2 ）， K 2 =2670 W/（m 2 ）， K 3 =1360 W/（m 2 ）。溶液的比热 容均可取为 4.2 kJ/（ kg） 。假设各种温度差损失和蒸发器的热损失均可忽略。 试求原料液流量和加热蒸汽消耗量。 提示：本题要用试差法计算，建议先假设各效有效温度差的具体值。 9、在双效并流蒸发器内，将 10000kg/h的 10%NaOH水溶液浓缩到 50%。原 料液在第一效沸点下进入蒸发器，加热蒸汽温度为 150，冷凝器内温度为 49 。蒸发器加热管内液柱高度为 1.2m。 估计操作条件下溶液的密度为 1 =1100 kg/ m 3 及 2 =1500 kg/ m 3 ；总传热系数为： K 1 =3490 W/（ m 2 ）， K 2 =2900 W/（ m 2 ）。 若每小时从第一效的二次蒸汽中取出 700kg作为额外蒸汽，试求 （1） 加热蒸汽消耗量； （2） 蒸发器的传热面积。最小与最大传热面积间的相对偏差不得大于 3%。 忽略溶液的稀释热。假设各效冷凝水在饱和温度下排除。