化工原理复习题

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molkgMyMiim/1086.281808.02876.032075.044085.03∴混合密度333/455.0)500273(31.81086.28103.101mkgRTpMmm2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2kg/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935kg/m3，计算相对误差。解：乙醇水溶液的混合密度7895.02.9985.012211aam3/36.881mkgm相对误差：%74.5%10093536.8811%100实实mmm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90kPa的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解：''真真绝pppppaakPappppaa7.73)853.101(90)(''真真4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900kg/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58kPa。试计算液面到下方测压口的距离。解：液面下测压口处压力ghpzgpp10mhgppgpghpz36.255.081.990010)4258(30101题4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800kg/m3和1000kg/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ghpghghppaa水水油21mhhhhh16.16.07.010008002121水油水水油（2）BAppDCppBDh1h2AC题5附图10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm和φ57×3.5mm。已知硫酸的密度为1831kg/m3，体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。解:(1)大管:mm476hkgVmss/1647918319smdVus/69.0068.0785.03600/9785.0221smkguG211/4.1263183169.0(2)小管:mm5.357质量流量不变hkgms/164792smdVus/27.105.0785.03600/9785.02222或:smdduu/27.1)5068(69.0)(222112smkguG222/4.2325183127.111．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1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（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1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～2-2’间列柏努力方程:fWupgZupgZ222221112121简化:gWuHf/)21(22m09.281.9)20121(题12附图114．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2.0MPa（表压），精馏塔内操作压力为1.3MPa（表压）。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m，管内径为140mm，丙烯密度为600kg/m3。现要求输送量为40×103kg/h，管路的全部能量损失为150J/kg（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1-1’与回流管出口外侧2-2’间列柏努力方程:feWupgZWupgZ222221112121简化:feWupgZWp2222121feWgZuppW2221221smdmus/2.114.0785.060036001040785.0232215081.9302.12160010)0.23.1(26eW题17附图20．如附图所示，用泵将20℃水从水池送至高位槽，槽内水面高出池内液面30m。输送量为30m3/h，此时管路的全部能量损失为40J/kg。设泵的效率为70％，试求泵所需的功率。解:在水池1面与高位槽2面间列柏努力方程:feWupgZWupgZ222221112121简化:feWgZW2kgJ/3.3344081.930kWWVWmPesese786.23.3341000360030kWPPe98.37.0786.2第三章传热1、某加热器外面包了一层厚为300mm的绝缘材料，该材料的导热系数为0.16W/（m℃），已测得该绝缘层外缘温度为30℃，距加热器外壁250mm处为75℃，试求加热器外壁面温度为多少？解：22321121bttbttAQC3007516.025.016.005.03075o21122321tbbttt2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成；耐火砖b1=230mm，1=1.05W/(m·℃)绝热砖b2=230mm，2=0.151W/(m·℃)建筑砖b3=240mm，3=0.93W/(m·℃)已知耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖界面处的温度为940℃，要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138℃，试求：（1）绝热层需几块绝热砖；（2）普通砖外侧温度为多少？解：（1）b2=?m442.09.273151.013894005.123.094010002222321121bbbttbttAQ230mmb2=442mm230×2mm则：绝热层需两块绝热砖。校核t2=?CCttoo1386.1059.273151.046.094022（2）t4=?C9.3493.024.06.1059.273o443343ttbttAQ3、Φ50×5㎜的不锈钢管，导热系数λ1＝16Ｗ／（ｍ·Ｋ），外面包裹厚度为30mm导热系数λ２＝0.2W/（ｍ·Ｋ）的石棉保温层。若钢管的内表面温度为623Ｋ，保温层外表面温度为373Ｋ，试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。解：已知钢管的内半径mm20252501r钢管的外半径mm252502r保温层的外半径mm5530253r根据式（3-12a），每米管长的热损失W39794.3014.015702555ln2.012025ln161)373623(12ln1ln1)(223212131rrrrttLQ由于是定态热传导，故各层传导的热量应该相等，可得到钢管外表面的温度t2。K6222025ln16112397623ln1212112rrlQtt16、每小时8000m3（标准状况）的空气在蒸汽加热器中从12℃被加热到42℃，压强为400kPa的饱和水蒸气在管外冷凝。若设备的热损失估计为热负荷的5%，试求该换热器的热负荷和蒸气用量。解：热量衡算：)(05.105.11222ttcmQQps冷查得标准状况下的空气物性参数kJ/kg5.2138kPa400C)kJ/(kg005.1kg/m293.1o3rcρp饱和水蒸气的潜热kW91)1242(005.13600293.1800005.105.1冷QQ蒸汽用量：kg/s0426.05.2138911rQms17、在一套管式换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K，冷却水进出口温度分别为290K和320K。试求冷却水消耗量。习题3-3附图解：由苯的定性温度K3252300350t，查苯的物性参数）（CkgkJ/84.1opc由苯计算热负荷kW115)300350(84.125.1)(2111TTcmQps由冷却水的定性温度K3052320290t，查水的物性参数）（CkgkJ/18.4opckg/s916.0)290320(18.4115)()(12221222ttcQmttcmQpsps18、在一列管式换热器中，将某溶液自15℃加热至40℃，载热体从120℃降至60℃。试计算换热器逆流和并流时的冷、热流体平均温度差。解：（1）逆流时平均温度差为C83.60)4580ln(4580)ln(o2121tttttm逆并流：C3.51)20105ln(20105)ln(o2121tttttm并19、在一单壳程、四管程的列管式换热器中，用水冷却油。冷却水在壳程流动，进出口温度分别为15℃和32℃。油的进、出口温度分别为100℃和40℃。试求两流体间的温度差。解：先按逆流时计算，逆流时平均温度差为C0.43)2568ln(2568)ln(o2121tttttm逆折流时的对数平均温度差为逆'mmtt其中),(PRfφ53.31532401001221ttTTR2.01510015321122tTttP由图3-27（a）查得9.0φ，故C7.380.439.0omt20、在一内管为18010mm的套管式换热器中，管程中热水流量为3000kg/h，进、出口温度分别为为90℃1206040158045120601540105201004032156825和60℃。壳程中冷却水的进、出口温度分别为20℃和50℃，总传热系数为2000W/(m2℃)。试求：（1）冷却水用量；（2）逆流流动时的平均温度差及管子的长度；（3）并流流动时的平均温度差及管子的长度；解：（1）水的比热C)kJ/(kg186.4opckg/h3000)2050(186.4)6090(186.43000)()()()(1222111212222111ttcTTcmmttcmTTcmppsspsps（2）逆流时平均温度差为4024040mt℃m32.218.014.331.1m31.14020003600)6090(10186.43000)()(2321112111dAltKTTcmAtKATTcmQmpsmps（3）并流时平均温度差为C8.30)1070ln(1070)ln(o2121tttttm逆m03.318.014.371.1m71.16.3020003600)6090(10186.43000)()(2321112111dAltKTTcmAtKATTcmQmpsmps21、在一内管为252.5mm的套管式换热器中，CO2气体在管程流动，对流传热系数为40W/(m2℃)。壳程中冷却水的对流传热系数为3000W/(m2℃)。试求：（1）总传热系数；（2）若管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（以外表面积计）解：m0025.0,m0225.0,m025.0,m02.012bdddmK)W/(m3000,K)W/(m402122