化工原理课后答案.pdf

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1、化工原理课后答案化工原理课后答案1-141-14附图所示的是丙烯精馏塔的附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，回流系统， 丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为压力为 2.0MPa2.0MPa（表压）（表压） ，精馏塔内，精馏塔内操作压力为操作压力为 1.3MPa1.3MPa（表压）（表压） 。塔内。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面丙烯管出口处高出贮槽内液面 30m30m，管内径为，管内径为140mm140mm，丙烯密度为，丙烯密度为 600kg/m600kg/m3 3。现要求输送量。现要求输送量为为 404010103 3kg

2、/hkg/h， 管路的全部能量损失为管路的全部能量损失为 150J/kg150J/kg（不包括出口能量损失）（不包括出口能量损失） ，试核算该过程是否需，试核算该过程是否需要泵。要泵。解解: :在贮槽液面在贮槽液面 1-11-1与回流管出口外与回流管出口外侧侧 2-22-2间列柏努力方程间列柏努力方程: :1Z g pu21121题题 1414附图附图We Z2g p2p212u2 Wf2简化简化: :p1We Z2g p2 p112u2 Wf2Wems12u2 Z2g Wf2u22401030.785d60036001.2m/s20.7850.14(1.3 2.0)1061We1.22309

3、.811506002 721.6J /kg不需要泵不需要泵, ,液体在压力差的作用液体在压力差的作用下可自动回流至塔中下可自动回流至塔中1-161-16某一高位槽供水系统如附图所示，管子某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为规格为45452.52.5mmmm。 当阀门全关时，当阀门全关时， 压力表的压力表的读数为读数为 78kPa78kPa。当阀门全开时，当阀门全开时，压压力表的读数为力表的读数为 7575 kPakPa，且此时水，且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以槽液面至压力表处的能量损失可以表示为表示为Wf1 1h h u2J/kgJ/kg（u u 为水在管内的为水在管内的题题 16

4、16附图附图流速）流速） 。试求：。试求：（1 1）高位槽的液面高度；）高位槽的液面高度；（2 2）阀门全开时水在管内的流量（）阀门全开时水在管内的流量（mm3 3/h/h） 。解解: (1): (1) 阀门全关阀门全关, ,水静止水静止p ghp78103h 3 7.95mg10 9.81 (2) (2) 阀门全开阀门全开: :在水槽在水槽 1-11-1面与压力表面与压力表 2-22-2面间列柏努力方程面间列柏努力方程: :1Z g pu21121 Z2g p212u2 Wf2简化简化: :Z1g p212u2 Wf2751031227.959.81u2u210002解之解之: :u21.4

5、14m/sVs4d2u2 0.7850.0421.414 1.776103m3流流/s3量量/h: : 6.39m1-171-17附图所示的是冷冻盐水附图所示的是冷冻盐水循循环环系系统统。盐盐水水的的密密度度为为 11001100kg/mkg/m3 3，循环量为，循环量为 4545 mm3 3/h/h。管路的。管路的内径相同，盐水从内径相同，盐水从 A A 流经两个换热流经两个换热失为失为 12m12m，问：，问：（1 1）若泵的效率为）若泵的效率为 7070，则泵的轴功率为，则泵的轴功率为多少？多少？（2 2）若若 A A 处压力表的读数为处压力表的读数为 153kPa153kPa，则则 B

6、 B处压力表的读数为多少？处压力表的读数为多少？解解: (1): (1) 对于循环系统对于循环系统: :H h 912 21mef题题 1717附图附图器至器至 B B 的压头损失为的压头损失为 9m9m， 由由 B B 流至流至 A A 的压头损的压头损Pe HeVsg 214511009.81 2.83kW3600轴功率:P Pe2.83 4.04kW0.7 (2) (2)A B列柏努力方程列柏努力方程: :p1ug2gAA2A ZApB12uB ZB hfABg2g hfABpp简化简化: : ZggBB15310 pB3 pB11009.81(79) 19656pa(表)B B 处真空

7、度为处真空度为 19656 Pa19656 Pa。1-231-23计算计算 1010水以水以 2.72.71010mm3 3/s /s 的流量的流量流过流过57573.5mm3.5mm、 长长20m20m水平钢管的能量损失、水平钢管的能量损失、压压头头损损失及压失及压 力力损损失。失。 （设设管管壁的粗壁的粗 糙糙度为度为0.5mm0.5mm）解解: :Vs2.7103u 1.376m/s0.785d20.7850.0523 3 10 10水物性水物性: : 999.7kg/m ,331.305103pas40.05999.71.376 5.2710Re du1.305100.5 0.01d5

8、0查得查得 0.038l u2201.3762Wf 0.03814.47J /kgd 20.052fhPf Wf/ g 1.475m Wf 14465.7Pa1-251-25如附图所示，如附图所示，用泵将贮槽中用泵将贮槽中 2020的水的水以以 40m40m3 3/h/h 的流量输送至高位槽。两槽的液位恒的流量输送至高位槽。两槽的液位恒定，且相差定，且相差 20m20m，输送管内径为，输送管内径为 100mm100mm，管子，管子总长为总长为 80m80m（包括所有局部阻力的当量长度）（包括所有局部阻力的当量长度） 。已知水的密度为已知水的密度为998.2kg/m998.2kg/m3 3，粘度

9、为，粘度为 1.001.005 51010-3-3PaPa s s，试计算泵所需的有效功率。，试计算泵所需的有效功率。=0.2=0.2解解: :Re 40qV36001.415m/su 20.7850.12d4du0.1998.21.415140542 200031.00510题题 2323附图附图/d=/d=0.2/100=0. 0020.2/100=0. 002 0.023在贮槽在贮槽 1 1 截面到高位槽截面到高位槽 2 2 截面间列柏努力方截面间列柏努力方程程: :1Z g pu21121We Z2g p212u2 Wf2简化简化: :W而而: :e Z2g Wfl leu2801.4

10、152Wf 0.02318.42J /kgd20.12We 209.8118.42 214.6J /kgNe WemsWeVs 214.6240998.2 2380W 2.4kW36001-281-28如附图所示，密度为如附图所示，密度为 800800 kg/mkg/m3 3、粘、粘度为度为 1.5 mPa1.5 mPa s s 的液体，的液体， 由敞口由敞口高位槽经高位槽经1141144 4mmmm 的钢管的钢管题题 2626附图附图流入一密闭容器中，流入一密闭容器中，其压力为其压力为 0.16MPa0.16MPa（表压）（表压） ，两槽的液位恒定。液体在管内的流速为两槽的液位恒定。液体在管

11、内的流速为 1.5m/s1.5m/s，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度 d0.0020.002，试计算两槽液面的垂直距离，试计算两槽液面的垂直距离z。解解: :在高位槽在高位槽1 1截面到容器截面到容器2 2截面间列柏截面间列柏努力方程努力方程: :Z1g p1p112u12 Z2g 2u2 Wf22Zg p2简化简化: :Re du Wfd0.1068001.5 8.4810431.510由由 0.002 , ,查得查得 0.026管路中管路中: :进口进口 0.5 90 90弯头弯头 0.75 2 2个个半开闸阀半开闸阀 4.5出口出口1lu230160

12、1.52Wf ( ) (0.026 0.5 20.75 4.51)d20.1062 60.87J /kg0.16106Z ( Wf)/ g (60.87)/9.81 26.6m800p21-311-31 粘度为粘度为 30cP30cP、密度为、密度为900kg/m900kg/m3 3的某油品自的某油品自容容器器 A A 流流过过内内径径40mm40mm 的管路进入的管路进入容器容器 B B 。两容器均。两容器均为敞口，为敞口， 液面视为不液面视为不变。管路中有一阀变。管路中有一阀门，阀前管长门，阀前管长 50m50m，阀后管长阀后管长 20m20m （均包（均包括所有局部阻力的当量长度）括所有

13、局部阻力的当量长度） 。当阀门全关时，。当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为阀前后的压力表读数分别为8.83kPa8.83kPa和和4.42kPa4.42kPa。现将阀门打开至现将阀门打开至 1/41/4 开度，阀门阻力的当量长度开度，阀门阻力的当量长度为为 30m30m。试求：管路中油品的流量。试求：管路中油品的流量。解：阀关闭时流体静止，由静力学基本方程解：阀关闭时流体静止，由静力学基本方程可得：可得：p1 pa8.83103zA10g9009.81p21 pa4.42103zB 5g9009.81mmmm当阀打开当阀打开1 4开度时，在开度时，在 AAAA与与 BBBB截面间截面间列柏

14、努利方程：列柏努利方程：z其中：其中：12pA12pBg u z g uB WfAAB22pA pB 0( (表压表压) )，uA uB 0则则 有有（a a）l leu2(zA zB)g Wfd2由于该油品的粘度较大，可设其流动为层流，由于该油品的粘度较大，可设其流动为层流，则则6464Redu代入式（代入式（a a） ，有，有64l leu232(l le)u(zA zB)g dud2d2d2(zA zB)g0.042900(105)9.81u 0.736332(l le)323010(5030 20)m/sm/s校核：校核：假设成立。假设成立。Re du0.049000.736 883.

15、2 200030103油品的流量：油品的流量：qV2d u 0.7850.0420.736 9.244104m3/s 3.328m3/h4阻力对管内流阻力对管内流响：响：动动 的的 影影阀门开度减小时：阀门开度减小时：（1 1）阀关小，阀门局部阻力增大，流速）阀关小，阀门局部阻力增大，流速u u, ,即流量下降。即流量下降。（2 2）在）在 1111 与与 AAAA 截面间列柏努利方程：截面间列柏努利方程：12p12pz1g u11 zAg uAA Wf1A22简化得简化得或或12pz1g uAA Wf1A2l1u12z1g (1)d2pA显然，阀关小后显然，阀关小后 u uA A，p pA

16、A，即阀前压力增，即阀前压力增加。加。（3 3）同理，在）同理，在 BBBB与与 2222截面间列柏截面间列柏努利方程，可得：努利方程，可得：阀关小后阀关小后 u uB B， p pB B， 即阀后压力减即阀后压力减小。小。由此可得结论：由此可得结论：（1 1） 当阀门关小时，当阀门关小时， 其局部阻力增大，其局部阻力增大， 将使将使管路中流量减小；管路中流量减小；（2 2） 下游阻力的增大使上游压力增加；下游阻力的增大使上游压力增加；（3 3） 上游阻力的增大使下游压力下降。上游阻力的增大使下游压力下降。可见，可见，管路中任一处的变化，管路中任一处的变化，必将带来总体的必将带来总体的变化，因

17、此必须将管路系统当作整体考虑。变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。1-361-36 用离心泵将用离心泵将 2020水从水池送至敞口高位水从水池送至敞口高位槽中，流程如附图所示，两槽液面差为槽中，流程如附图所示，两槽液面差为 12m12m。输。输送管为送管为57573.53.5mmmm 的钢管，的钢管，吸入管路总长为吸入管路总长为 2020mm， 压出管路压出管路总长总长 155155（包括所有局部阻力（包括所有局部阻力的当量长度）的当量长度） 。用孔板流量计测。用孔板流量计测量水流量，量水流量，孔径为孔径为 2020mmmm，流量流量系数为系数为 0.610.61， U U 形压差计的读数形

18、压差计的读数为为0000mmHgmmHg。摩擦系数可取为。摩擦系数可取为 0.020.02。试求：。试求：（1 1）水流量，）水流量，mm3 3/h/h；（2 2）每）每 kgkg 水经过泵所获得的机械能。水经过泵所获得的机械能。（3 3）泵入口处真空表的读数。）泵入口处真空表的读数。解：解： （1 1）Vs12题题 3636附图附图C0A02Rg(0 )20.69.81(13600998.2)998.23 0.610.7850.022 2.331103m3s8.39mh（2 2）以水池液面为）以水池液面为11面，高位槽液面面，高位槽液面为为2 2面，面， 在在11 2 2面间列柏努利面间列柏

19、努利方程：方程：p112p12u1 Z1g We2u2 Z2g Wf22e简化简化: :W Zg Wf而而l leu2Wfd2其中：其中：Vs2.331103u 1.19m22s0.785d0.7850.052201.192Wf 0.02 49.7Jkg0.052eW 129.8149.7 167.4Jkg（3 3）以水池液面为）以水池液面为11面，泵入口为面，泵入口为33面，面，在在11 33面间列柏努利方程：面间列柏努利方程：p12p112u1 Z1g 3u3 Z3g Wf22Z1 0,u1 0,Z31.5m,u31.19m/sl 12201.192Wf d 2u 0.020.052 5.

20、66J / Kgp1 p312u3 Z3g Wf21.1921.59.815.66 21.023J /kg2p1 p3 21.0239.81 20.6kPa1-391-39在一定转速下测定某离心泵的性能，在一定转速下测定某离心泵的性能，吸吸入管与压出管的内径分别为入管与压出管的内径分别为 70mm70mm 和和 50mm50mm。 当当流量为流量为 30 m30 m3 3/h/h 时，泵入口处真空表与出口处压时，泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为力表的读数分别为 40kPa40kPa 和和 215kPa215kPa，两测压口，两测压口间的垂直距离为间的垂直距离为 0.4m0.4m，轴功率

21、为，轴功率为3.45kW3.45kW。试计。试计算泵的压头与效率。算泵的压头与效率。解：解：30qV3600 2.166mu1s20.7850.072d14损失；损失；u23600 4.246ms0.7850.05230在泵进出口处列柏努力方程，在泵进出口处列柏努力方程， 忽略能量忽略能量p1p1212u1 Z1 He2u2 Z2g2gg2gHep2 p112(u2u12) Zg2g(215 40)103122(4.246 2.116 ) 0.4329.8110 9.81=27.07m=27.07mNe QHg 30e1039.8127.07 2.213kW36002.213100% 100%

22、 64.1% NN3.45第二章第二章非均相物系分离非均相物系分离1 1、试计算直径为、试计算直径为 3030mm 的球形石英颗粒（其的球形石英颗粒（其密度为密度为 2650kg/ m2650kg/ m3 3） ， 在在 2020水中和水中和 2020常压空常压空气中的自由沉降速度。气中的自由沉降速度。解：已知解：已知 d d=30=30mm、s s=2650kg/m=2650kg/m3 3（ 1 1 ） 2020 水水=1.01=1.01 1010-3-3PaPas s=998kg/m=998kg/m3 3设沉降在滞流区，根据式（设沉降在滞流区，根据式（2-152-15）d2(s)g(301

23、06)2(2650998)9.814ut 8.0210m/s318181.0110校核流型校核流型Retdut301068.02104998 2.38102(104 2)31.0110假设成立，假设成立，u ut t=8.02=8.021010-4-4m/sm/s 为所求为所求（2 2） 2020常压空气常压空气=1.81=1.811010-5-5PaPas s=1.21kg/m=1.21kg/m3 3设沉降在滞流区设沉降在滞流区d2(s)g(30106)2(26501.21)9.812ut 7.1810m/s518181.8110校核流型：校核流型：Retdut301067.181021.2

24、14 0.144(10 2)51.8110假设成立，假设成立，u ut t=7.18=7.181010-2-2m/sm/s 为所求。为所求。2 2、密度为、密度为 2150kg/2150kg/ mm3 3的烟灰球形颗粒在的烟灰球形颗粒在2020空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？少？解：已知解：已知s s=2150kg/m=2150kg/m3 3查查 2020空气空气=1.81=1.811010-5-5Pa.sPa.s=1.21kg/m=1.21kg/m3 3当当Retdut 2时是颗粒在空气中滞流沉降的时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（最大粒径，

25、根据式（2-152-15）并整理）并整理d3(s)gdut 2218d 3所以所以36236(1.81105)23 7.73105m 77.3m(s)g(2150 1.21)9.811.213 3、直径为、直径为1010mm 的石英颗粒随的石英颗粒随 2020的水作的水作旋转运动，在旋转半径旋转运动，在旋转半径 R R0.05m0.05m 处的切向速度处的切向速度为为 12m/s12m/s， ，求该处的离心沉降速度和离心分离，求该处的离心沉降速度和离心分离因数。因数。解：解： 已知已知 d d=10=10mm、 R R=0.05m=0.05m 、 u ui i=12m/s=12m/s设沉降在滞

26、流区，设沉降在滞流区， 根据式根据式 （2-152-15） g g 改为改为 u ui i/ / R R即即d2(s) ui21010(2650998)122ur 0.0262m/s 2.62cm/s18R0.05181.01103校核流型校核流型Retdur1050.0262998 0.259(104 2)31.0110u ur r=0.0262m/s=0.0262m/s 为所求。为所求。所以所以ui2122Kc 294Rg0.059.816 6、有一过滤面积为、有一过滤面积为 0.093m0.093m2 2的小型板框压滤的小型板框压滤机，机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。恒压过滤含有碳

27、酸钙颗粒的水悬浮液。过滤过滤时间为时间为 5050 秒时，共得到秒时，共得到 2.272.271010-3-3 m m3 3的滤液；的滤液；过滤时间为过滤时间为 100100 秒时。秒时。 共得到共得到 3.353.351010-3-3 m m3 3的滤的滤液。液。试求当过滤时间为试求当过滤时间为 200200 秒时，秒时，可得到多少滤可得到多少滤液？液？解：已知解：已知 A A=0.093m=0.093m2 2、t t1 1=50s=50s 、V V1 1=2.27=2.271010-3-3mm3 3、t t2 2=100s=100s 、V V2 2=3.35=3.351010-3-3mm3

28、 3、t t3 3=200s=200s由于由于V12.27103q1 24.41103A0.093V23.35103q2 36.02103A0.093根据式（根据式（2-38a2-38a）q12 2qeq1 Kt1q 2qeq2 Kt222(24.41103)2 224.41103qe 50K(36.0210 ) 236.0210qe100K323联立解之：联立解之：q qe e=4.14=4.141010-3-3K K=1.596=1.5961010-5-5因此因此2q3 24.14103q3 2001.596105q q3 3=0.0525=0.0525所所 以以V V3 3= =q q3

29、 3A A=0.0525=0.0525 0.093=4.880.093=4.88 1010-3-3mm3 3第三章第三章传热传热1. 1.有一加热器有一加热器, ,为了减少热损失为了减少热损失, ,在壁外面包一层在壁外面包一层绝热材料绝热材料, ,厚度为厚度为 300mm,300mm,导热系数为导热系数为0.16w/(m.k),0.16w/(m.k),已测得绝热层外侧温度为已测得绝热层外侧温度为3030, ,在插在插入绝热层入绝热层 50mm50mm 处测得温度为处测得温度为 7575. .试求加热器试求加热器外壁面温度外壁面温度. .解：解：t2t21 1=75=75, t, t3 3=30

30、=30, ,=0.16w/(m.k)=0.16w/(m.k)t1t2t2t3b1b2t17575300.250.050.160.16t1 45575 300q 2. 2. 设计一燃烧炉时拟采用三层砖围成其炉墙，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，其中最内层为耐火砖，中间层为绝热砖，中间层为绝热砖，最外层最外层为普通砖。耐火砖和普通砖的厚度分别为为普通砖。耐火砖和普通砖的厚度分别为 0.5m0.5m和和 0.25m0.25m，三种砖的导热系数分别为，三种砖的导热系数分别为 1.021.02W/(mW/(m) )、0.14 W/(m0.14 W/(m) )和和 0.92 W/

31、(m0.92 W/(m) )，已，已知耐火砖内侧为知耐火砖内侧为 10001000，普通砖外壁温度为，普通砖外壁温度为3535。 试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热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砖内侧温度不超过 940940，普通砖内侧不超过，普通砖内侧不超过138138。解：解：q q b b10001000 t t2 2t t1 1 t t4 4t t t t10001000 3535 1 12 2 b b0 0. .5 5b bb b1 1b b0 0. .5 50 0. .25251 1 2 2 2 2 3 31 1. .02021 1. .02020 0. .

32、14140 0. .9292 1 1 1 1 2 2 3 3（a a）将将 t t2 2=940=940代入上式，可解得代入上式，可解得 b b2 2=0.997m=0.997mq q t t 3535t t t tt t1 1 t t4 410001000 3535 3 3 3 34 4 b b2 20 0. .2525b b3 3b b1 1b b2 2b b3 30 0. .5 50 0. .2525 0 0. .92921 1. .02020 0. .14140 0. .9292 1 1 2 2 3 3 3 3(b)(b)将将 t t3 3=138=138C C 解得解得 b b2 2

33、=0.250m=0.250m将将 b b2 2=0.250m=0.250m 代入代入(a)(a)式解得：式解得：t t2 2=814.4=814.4故选择绝热砖厚度为故选择绝热砖厚度为 0.25m0.25m3. 3.50 5mmmm的不锈钢管，热导率的不锈钢管，热导率1 1=16W/m=16W/mK K；管管 外外 包包 厚厚 30mm30mm 的的 石石 棉棉 ， 热热 导导 率率 为为 2=2=0.25W/(m0.25W/(mK)K)。 若管内壁温度为若管内壁温度为350350， 保温层保温层外壁温度为外壁温度为100100，试计算每米管长的热损失及，试计算每米管长的热损失及钢管外表面的温

34、度；钢管外表面的温度；解：解：这是通过两层圆筒壁的热传导问题，这是通过两层圆筒壁的热传导问题，各层的各层的半径如下半径如下管内半径r1 20mm 0.02m, ,管外半径r2 25mm 0.025m损损失失：管外半径 保温层厚度r3 0.0250.03 0.055m每每米米管管长长的的热热2(t1t3)Q23.14(350100) 3971251551r21r3llnlnlnln1r12r216200.2225W/mW/m2(t1t3)Qr1r1lln2ln31r12r2t tt1t2359t2t 1002321r21r2125155lnlnlnln1r11r116200.2225t2 349

35、6.6.冷却水在冷却水在 2525 2.5mm2.5mm、长度为、长度为2m2m 的钢管中的钢管中以以 1m/s1m/s 的流速流动，其进出口温度分别的流速流动，其进出口温度分别 2020和和5050，试求管内壁对水的对流传热系数。，试求管内壁对水的对流传热系数。50 35。在此温度查。在此温度查解：空气的定性温度：解：空气的定性温度：t 202得水的物性数据如下：得水的物性数据如下：cp 4.174kJ/kgK 994kg/m3u 1， 62.57 102W/m K， 7.28105Pasm/sm/sdu0.021994 27307 10000572.810cp 4.87Re Pr l/d=

36、2/0.02=100l/d=2/0.02=1000.80.462.571020.8 0.023RePr 0.023273074.870.4d0.02 0.719535401.88 4788W /(m2)3-153-15 载热体流量为载热体流量为 1500kg/h1500kg/h，试计算各过程中，试计算各过程中载热体放出或得到的热量。载热体放出或得到的热量。 （1 1）100100的饱和蒸的饱和蒸汽冷凝成汽冷凝成 100100的水；的水； （2 2）110110的苯胺降温至的苯胺降温至1010； （3 3）比热容为）比热容为 3.77kJ/(kg3.77kJ/(kgK)K)的的 NaOHNaOH

37、 溶溶液从液从 370K370K 冷却到冷却到 290K290K； （4 4）常压下）常压下 150150的空的空气冷却至气冷却至 2020； （5 5）压力为）压力为 147.1kPa147.1kPa 的饱和蒸的饱和蒸汽冷凝，并降温至。汽冷凝，并降温至。1500kg /s,r 2258kJ /kg36001500Q qmr 2258 941kW3600383283(2)Tm 333Kcp 2.19kJ /(kgK)21500Q qmcp(T1T2) 2.19(383283) 91.3kW3600(2)NaOHcp 3.77kJ /(kgK)(1)qm15003.77(370290) 126k

38、W360020150(4)tm85cp1.009kJ /(kg)21500Q qmcp(t1t2) 1.009(15020) 54.7kW3600(5)p 147.1kPats111,r 2230kJ /kgQ qmcp(T1T2) t2 50cp 4.2kJ /(kg)Q qmr cp(t1t2)1500(22304.261) 1035.9kW.3600tm1115080.523-173-17 在在 一一 套套 管管 式式 换换 热热 器器 中中 ， 用用 冷冷 却却 水水 将将1.25kg/s1.25kg/s 的苯由的苯由 350K350K 冷却至冷却至 300K300K， 冷却水进出冷却

39、水进出口温度分别为口温度分别为 290K290K 和和 320K320K。 试求冷却水消耗量。试求冷却水消耗量。350300 325Kcp11.83kJ /(kgK)2Q qm1cp1(T1T2) 1.251.83(350300) 114.3kW解： Tm290320 305cp 4.174kJ /(kg)2Q114.3qm 0.91kg/scp2(t1t2)4.17430tm3-183-18 在一列管式换热器中，将某液体自在一列管式换热器中，将某液体自 1515加热至加热至 4040，热载体从，热载体从 120120降至降至 6060. .试计算换试计算换热器中逆流和并流时冷热流体的平均温度

40、差。热器中逆流和并流时冷热流体的平均温度差。解：逆流解：逆流解：逆流：t112040 80,t2 6015 45tmt1t2804535 60.8t1800.5753lnlnt245t1t21052085 51.3t11051.658lnlnt220并流t112015 105,t2 6040 20tm12126 60 03-203-20 在一内管为在一内管为0 0 2525 2.5mm2.5mm 的套管式换热器中，的套管式换热器中，管程中管程中热水流量为热水流量为 3000kg/h3000kg/h，进出口温度分别为，进出口温度分别为 9090和和 6060；壳程中冷却水的进出口温度分别为；壳程

41、中冷却水的进出口温度分别为2020和和 5050，以外表面为基准的总传热系数为，以外表面为基准的总传热系数为2000W/(m2000W/(m2 2),),试求：试求： （1 1）冷却水的用量；）冷却水的用量； （2 2）逆流流动时平均温度差及管子的长度；逆流流动时平均温度差及管子的长度； （3 3）并流并流流动时平均温度差及管子的长度。流动时平均温度差及管子的长度。解：Q qm1cp1(T1T2) qm2cp2(t1t2)cp1 4.19kJ /kg,cp2 4.174kJ /kg30004.19(9060) qm24.174(5020)kg/hqm2 3011逆流：t1 9050 40,t2

42、 6020 40tm 4030004.1910330Q1.309m2Q KStm S 3600200040Ktm1.309s 2.315md3.14180103并流t1 9020 70,t2 6050 10s dl l tmt1t2701060 30.76701.95t1lnln10t230004.1910330Q1.703m2S 3600200030.76Ktml 1.703s 3.01m3d3.1418010吸收吸收2 2向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的COCO2 2气体，经充分接触后，测得水中的气体，经充分接触后，测得水中的 COCO2 2平平衡浓

43、度为衡浓度为 2.8752.8751010kmol/mkmol/m3 3， 鼓泡器内总压为鼓泡器内总压为101.3kPa101.3kPa，水温，水温 3030，溶液密度为，溶液密度为 1000 kg/m1000 kg/m3 3。试求亨利系数试求亨利系数 E E、溶解度系数、溶解度系数 H H 及相平衡常数及相平衡常数mm。解：解：2 2查得查得 3030，水的，水的pp*s 4.2kPaA p ps101.34.2 97.1kPa稀溶液：稀溶液：c MS1000 55.56kmol/m318cA2.875102x 5.17104c55.56p*97.15E A1.87610 kPa4x5.17

44、10cA2.875102H * 2.96104kmol/(kPam3)97.1pAE1.876105m 1852p101.35 5用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸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收塔的气体含氨 6 6（体积）（体积） ，吸收后气体出口，吸收后气体出口中含氨中含氨 0.40.4 （体积）（体积） ， 溶液出口浓度为溶液出口浓度为 0.0120.012 （摩（摩尔比）尔比） ，操作条件下相平衡关系为，操作条件下相平衡关系为Y解：解：Y1y10.06 0.0641 y110.06* 2.52X。试用。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。气相摩尔比表示

45、塔顶和塔底处吸收的推动力。Y2* 2.52X2 2.520 0Y1* 2.52X1 2.520.012 0.03024Y2y20.004 0.004021 y210.004塔顶：塔顶：塔底：塔底：Y2 Y2Y2* 0.00402 0.00402Y1Y1Y1* 0.0640.03024 0.0347. 7.在温度为在温度为 2020、总压为、总压为 101.3kPa101.3kPa 的条件下，的条件下，SOSO2 2与空气混合气缓慢地沿着某碱溶液的液面与空气混合气缓慢地沿着某碱溶液的液面流过，空气不溶于某碱溶液。流过，空气不溶于某碱溶液。SOSO2 2透过透过 1mm1mm 厚厚的静止空气层扩散

46、到某碱溶液中，混合气体中的静止空气层扩散到某碱溶液中，混合气体中SOSO2 2的摩尔分率为的摩尔分率为 0.20.2， SOSO2 2到达某碱溶液液面上到达某碱溶液液面上立即被吸收，故相界面上立即被吸收，故相界面上 SOSO2 2的浓度可忽略不的浓度可忽略不计。计。已知温度已知温度 2020时，时，SOSO2 2在空气中的扩散系数在空气中的扩散系数为为 0.18cm0.18cm2 2/s /s。试求。试求 SOSO2 2的传质速率为多少？的传质速率为多少？解解 : :SOSO2 2通过静止空气层扩散到某碱溶液液面通过静止空气层扩散到某碱溶液液面属单向扩散，可用式属单向扩散，可用式NADp(pA

47、1 pA2)RTzpBm。已已 知知 ： SOSO2 2在在 空空 气气 中中 的的 扩扩 散散 系系 数数D D=0.18cm=0.18cm2 2/s=1.8/s=1.81010-5-5mm2 2/s /s扩散距离扩散距离 z z=1mm=0.001m=1mm=0.001m，气相总压，气相总压p p=101.3kPa=101.3kPa气气 相相 主主 体体 中中 溶溶 质质SOSO2 2的的 分分 压压p pA1A1= =pypyA1A1=101.3=101.30.2=20.27kPa0.2=20.27kPa气液界面上气液界面上 SOSO2 2的分压的分压 p pA2A2=0=0所以，所以，

48、 气相主体中空气气相主体中空气 （惰性组分）（惰性组分） 的分压的分压 p pB1B1= =p pp pA1A1=101.3=101.320.27=81.06kPa20.27=81.06kPa气液界面上的空气（惰性组分）的分压气液界面上的空气（惰性组分）的分压 p pB2B2= =p pp pA2A2=101.3=101.30=101.3kPa0=101.3kPa空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为：空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为：pBmpB2 pB1plnB2pB181.06 90.8kPa= =101.3101.3ln81.06代入式代入式NADp(pA1 pA2)RTzpB

49、m，得，得NADp(pA1 pA2)RTzpBm= =1.8105101.3(20.27 0)8.3142930.00190.8=1.67=1.671010-4-4kmol/(mkmol/(m2 2s) s)1010 用用 2020的清水逆流吸收氨空气混合气中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的氨，已知混合气体温度为 2020，总压为，总压为 101.3101.3kPakPa，其中氨的分压为，其中氨的分压为 1.01331.0133 kPakPa，要求混合气，要求混合气体处理量为体处理量为 773m773m3 3/h/h，水吸收混合气中氨的吸收，水吸收混合气中氨的吸收率为率为

50、 9999。在操作条件下物系的平衡关系为。在操作条件下物系的平衡关系为Y* 0.757X，若吸收剂用量为最小用的，若吸收剂用量为最小用的 2 2 倍，试求倍，试求（1 1）塔内每小时所需清水的量为多少）塔内每小时所需清水的量为多少 kgkg？（？（2 2）塔底液相浓度（用摩尔分数表示）塔底液相浓度（用摩尔分数表示） 。解：解：（1 1）Y1pA1.0133 0.01pB101.31.0133Y2 Y1(1) 0.01(10.99) 1104V 773273(10.01) 31.8kmol/h29322.4LminVY1Y231.8(0.010.0001) 23.8kmol/h0.01X1* X