化工原理复习题及答案2011

P1/ρg=1mH2O,u1=1m.s

22

∴P1/ρg-P2/ρg=u2 /2g-u1 /2g

2 2-1

u2=u1(d1/d2)=1×(250/150)=2.78m.s ∴h=P1/ρg-P2/ρg

22

=2.78/(2×9.8 1)-1/(2×9.81) =0.343mH2O

*12. 某厂准备建一个降尘室来净化常压,温度为40℃的含尘空气流,气体进入降尘室的

-1-1

流速保持在0.15m.s,而微粒在室内的沉降速度为0.025m.s,现依厂房面积分配,降尘室只允许做成宽为3m,高为2m。问:(1)降尘室的最小长度应为多少m?(2)降尘室的最

3-1

大生产能力为多少标准m.h?(3)若因厂房面积有限,降尘室的长度仅允许为你计算的最小长度的一半,你认为应采取计什么措施来完成此净制任务? ***答案***

(1)求最小长度L

∵(L/u)≥(H/Ut )∴L≥(uH/Ut)=0.15×2/0.025=12m (2)最大生产能力V标

3-13-1

V实=AUt=LbUt=12×3×0.025=0.9m.s=3240 mh

3-1

V标=V实T标/T实=3240×273/(40+273)=2826m.h

(3)若L只能为原来的一半时,为完成同样的生产任务,可在降尘室中间加一隔板。

-1-1-1

13. 在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液,溶液量为1.4kg.s,比热为2kJ. kg.K,走内管(规格为φ25×2.5mm),从150℃ 冷却到100℃ 。冷却水走套管环隙,从25℃升温至60℃,

-1-1-2-1

水的比热为4.18kJ.kg.K。1. 已知溶液一侧的对流传热系数为1160w.m.K,冷却水一侧的

-2-1

对流传热系数为930 w. m.K,忽略管壁和污垢的热阻及热损失, 求以传热外表面积为基准

-1

的总传热系数K 和冷却水的用量(kg.h)。 2.计算内管的外表面积和管长。 ***答案***

5

溶液放热 Q=MsCp△T=1.4×2×1000×(150-100) =1.4×10w 1/K0=d0 / (αidi)+1/α

-3

=0.025/(1160×0.02)+1/930=2.15×10

-2-1

K0=464w.m.K

冷却水用量 Ms'=Q/[Cp'(t2-t1)]

5

=1.4×10/[4180(60-25)]

-1-1

=0.957kg.s=3445kg.h

△tm=[(150-60)-(100-25)]/ln[(150-60)/(100-25)]=82.3℃

5 2

A =Q/(K0△tm)=1.4×10/(464×82.3)=3.67m

l=A /(πd0 )=3.67/(π×0.025)=46.7m

*14. 在单效蒸发器中,每小时将2000kg的某种水溶液从10%连续浓缩至30%,蒸发操作

-2-2

的平均压强为0.4kgf.cm(绝压),溶液的沸点为80℃。加热蒸气的压强为2.0kgf.cm(绝

-1-1

压)。原料液的比热为3.77kJ.kg.K。热损失为12000w。忽略浓缩热。试求:(1)单位时间内蒸发的水分量;(2)分别求算原料温度为30℃和80℃时,单位时间内所需的加热蒸气

-2-2-1

量。 已知压强为0.4kgf.cm及2.0kgf.cm时饱和蒸气的气化潜热分别为2319 kJ.kg 及2206

-1-1-1

kJ.kg,饱和蒸汽焓分别为2635kJ.kg及2708kJ.kg 。 ***答案***

13

-1

(1)单位时间内蒸发的水分量W

-1

W=F(1-X0/X1)=2000(1-0.1/0.3)=1333kg .h (2)单位时间内加热蒸气量D D={F Cp(t1-t0)+wr’+Q损}/r 原料温度为30℃时蒸气消耗量为

D={2000×3.77(80-30)+1333×2319+12000×3.6}/2206

-1

=1600kg.h

单位蒸气消耗量为 D/w=1600/1333=1.2

同样,原料液温度为80℃时蒸气消耗量及单位蒸气消耗量分别为 D=(1333×2319+

-1

12000×3.6)/2206=1430 kg.h D/w=1430/1333=1.07

15. 某车间准备用一台离心泵将储槽内的热水送到敞口的高位槽内,已知管子规格为Φ60

-1-1

×3.5mm钢管,管内流速为2m.s,吸入管路的能量损失为19.6J.kg,压出管路的压头损失为4mH2O (均包括全部的局部阻力损失在内),其余参数见附图示。试求该泵提供的有效功率。

本题目有题图:titu168.bmp

***答案***

定储槽液面为1-1,且为基准面,高位槽液面为2-2,列柏式: 2 2

gZ1+(u1/2) +(p1 /ρ)+We = gZ2 +(u 2/2)+ (p2 /ρ)+Σhf

-1

∑hf =hf吸+hf压=19.6+4×9.807=58.84J.kg ∴ -100×133 /980 +we=8×9.81+58.84

-12 -1

∴ We=150 J.kg ; Ms=π/4×0.053×2×980 =4.3kg.s

∴ Ne=WeMs =.150 ×4.3 =649 W

16. 喷水泉的喷嘴为一截头圆锥体,其长度l=0.5m,其两端的直径d1=40mm,d2=20mm,

-2

竖直装置。若把表压为98.07kN.m的水引入喷嘴,而喷嘴的阻力损失为1.5mH2O,如不计

-3

空气阻力,试求喷出的流量和射流的上升高度。水的密度为1000kg.m。 ***答案***

14

本题目有题图:titu050.bmp

列1-1、2-2截面,以1-1面为基准的柏氏方程

2 2

Z1+(u1/2g) +(p1 /ρg) =Z2 +(u 2/2g)+(p2 /ρg) Z 1 =0 ; p 2=0 由连续性方程:

2 2

(π/4)d 1u1=(π/4)d2 u2

22

u1=(d1 /d2 )u2=(20/40)u2=u2 /4 P1 /ρg=10m , Z2 =0.5

22

10+1/2g×(u2 /4)=0.5+u2 /2g+1.5

22

8=u2 /2g-1/16×u2 /2g=(15/1 6)u2/2g

1/2 -1

∴ u2 =(8×9.81×2×16/15)=12.94 m.s

22

上升高度 H=u 2/(2×9.81)=(12.94) / (2×9.81)=8.53 m

-1-1

17. 某平壁工业炉的耐火砖厚度为0.213m,炉墙导热系数λ=1.038w.m.K。其外用导热

-1-1

系数为0.07w.m.K的绝热材料保温。炉内壁温度为980℃, 绝热层外壁温度为38℃,如允许

-2

最大热损失量为800w.m。求:(1)绝热层的厚度;(2)耐火砖与绝热层的分界处温度。 ***答案***

(1)q/A=(T1-T3)/(b1/λ1+b2/λ2)

=(980-38)/(0.213/1.038+b2 /0.07)=800 得:b2=0.068m

(2)q/A=(T1-T2)/(b1/λ1)

=(980-T2)/(0.213/1.038)=800 得:T2 =815℃

-1-1

18. 在φ57×3mm的蒸汽管(管材的λ1=45w.m.K)外壁包了一层25mm厚,导热系数λ2

-1-1

=0.2w.m.K的石棉层。蒸汽管的内壁温度为175℃, 石棉层外表面温度为50℃,试求每米

-1-1

蒸汽管单位时间所损失的热量。现欲在石棉层外再加一层导热系数为λ3=0.07w.m.K的氧化镁保温材料, 使热损失为原来的一半,设总温度差保持不变,试问此保温材料应多厚? ***答案***

①热损失的计算 t1 =175℃ t3 =50℃

Q=(t1 -t3 ) 2πL/((1/λ1) ×ln(r2 /r1 )+(1/λ2)×ln(r3 /r2) =(170-50)×2×3.14×L/(1/45×ln((57/2)/((57-6)/2) )+1/0.2×ln((57+50)/2)/(57/2))=239.1L(w) ② 温度差不变,设厚度为x Q' =Q/2

Q' =((Δt) 2πL)/(1/λ1 ×lnr2 /r1 +1/λ2 ×ln r3 /r2 +1/λ3 ×ln(r3 +x)/r3 )=Q/2

15

=(1/2) Δt×2πL/(1/λ1 ×ln(r2 /r1) + 1/λ2×ln(r3 /r2)) ∴ 1/λ1 lnr2 /r1 +1/λ2 lnr3 /r2+1/λ3 ln(r3 +x)/r3 =2(1/λ1 lnr2 /r1 +1/λ2 lnr3 /r2 ) ∴ 1/λ3 ln(r3 -x)/r3

=1/λ1ln(r2 /r1)+1/λ2lnr3 /r2 +1/0.07×ln(107/2+x) /(107/2) = 1/45×ln(57/2)/((57-6)/2)+1/0.2×ln((57+50)/2)/(57/2)

∴ x=13.2(mm)

19. 湿度为0.02的湿空气在预热器中加热到120℃后通入绝热常压 (总压P=760mmHg)干燥器,离开干燥器时空气的温度为49℃。求离开干燥器时空气的露点温度td 。水的饱和蒸汽压数据如下:

温度t,℃ 30 35 40 45 50 55 60 蒸汽压P,mmHg 31.8 42.18 55.3 78.9 92.5 118.0 149.4 ***答案***

-1

I1=(1.01+1.88×0.02 )×120+2490×0.02=175.5kJ.kg绝干气 绝热干燥器中 I1 =I2

175.5=(1.01+1.88H2 )×49+2490H2 →H2 =0.0488 PS,td=H2 P/(0.622+H2 )

=0.0488×760/(0.622+0.0488)=55.3mmHg

由水蒸汽表 td =40℃

20. 如附图所示,高位水槽液面恒定,距地面10m,水从Φ108×4mm钢管流出。钢管出口中心线与地面的距离为2m,管路的总阻力(包括进、出口等局部阻力损失)可按∑h

2 -1-1

=16.15uJ.kg计算,式中u为水在管内的流速(m.s)。求

-13-1

(1)A-A'截面处的流速m.s?(2)水的流量为多少m.h?

本题目有题图:titu172.bmp

***答案***

(1)定水槽液面为1-1,管出口外侧为2-2,以地面为基准面,则:

22

Z1g + P1 /ρ+ u1/2 = Z2g +P2 /ρ + u2/2 + ∑h

2

10×9.807+0+0=2×9.807+0+(0.5+16.15)u

-1

∴ u=2.2m.s

-1

∵ 水在管内连续流动 dA=d , ∴ uA=u=2.2m.s

23-1

(2)V=3600π×(0.1)×2.2/4=62.17m.h

21. 40℃水由高位槽经异径收缩管向下流动,为保证水在流经收缩管时不产生气化现象,

-2

收缩管的管径应限制在多大?(不考虑流动阻力损失)。当地大气压为97kN.m,40℃水的

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