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1998年(共四大题二十五小题)一．选择题（20分，每一选择2分）2．如右图管中充满水,U形差压计的读数为零,则_____。(A)管内流体肯定处于静止状态;(B)管内流体肯定从1流向2;(C)管内流体肯定从2流向1;(D)[管充满水，且Ｒ=0，则]分析：Ｒ值表示流速变化和阻损．若管中溶液静止，则Ｒ读数为0．若１→２，Δu20,hf0,可能;2→1,Δu20,hf0,R不可能为0;故结论：管中溶液或静止或由流向下2.5．冷水与热水通过间壁换热器换热,现冷水的流量增大,但保持其它进口条件不变,则传热平均推动力Δtm及传热速率Q的变化为_____(A)Δtm增大、Q增大;(B)Δtm变化趋势不定、Q增大;(C)Δtm增大、Q不变;(D)Δtm下降、Q下降。[mS2↑,t1,T1、ms1不变，Δtm及Ｑ变化？]分析：Q=ms1cp1(T1-T2)=ms2cp2(t1-t2)=KAΔtmCR=[(mscp)1]/(mscp)2↓,NTU=(KA)/(mscp)1↑ε↑，ε=(T1-T2)/(T1-t1),T2↓→Q↑Q↑,K↑→Δtm不定。7．如右图吸收、解吸联合操作,若吸收塔的气体处理量增大,但保持其它操作条件不变,(1)吸收塔的出塔气体浓度___(A)增大;(B)不变;(C)减小;(D)其变化趋势不定。(2)解吸塔的出塔气体浓度____(A)增大;(B)不变;(C)减小;(D)其变化趋势不定.[吸收、解吸联合操作，G1↑,其他条件不变，则ya1,yb2如何变化？]Anlysis:本题结合1/A～NOG,1/S～NOL图解法与反证法。首先对吸收塔而言，1/A=(mG1)/L↑,NOG=h/(HOG)=h,Kya/G1∝1/G10.2↓，由图知Ｃ1↓(yb1-m1xa)/(yc1-m1xc)=C1～①，xb=xa+G1/L(yb1-ya1)～②对解吸塔而言，1/S、NOL都不改变，故：B1=(xb-yb2/m2)/(xa-yb2/m2)不发生变化。由衡算式L/G2=(yb2-ya2)/(xb-xa)=B2不变∴xb=B1xa+(1-B1)yb2/m2～③,xb=xa+(yb2-ya2)/B2～④联立③，④两式得：（B1-1）xa+[(1-B1)/m2-1/B1]yb2+(ya2)/(B2)=0～⑤(1)假设ya1不变。由①式，dC1/dxa=[m1(yb1-ya1)]/(ya1-m1xa)20∴C１↓①xa↓在⑤式中，B1-1=[m(xb-xa)]/(m2xa-yb2),xbxa,ya*yb2即B1-10(1-B1)/m2-1/B2=(xa-xb)·[1/(ya*-yb2)-1/(ya2-yb2)]0∴xa↓⑤yb2↓∴xa↓,ya2不变，yb2↓,NOL不变，L/G2不变.2211吸收塔解吸塔由图b知，不存在适当的“2”线满足上述所有条件。∴假设不成立，即ya1要发生变化。(2)假设ya1↓①xa?1°设xa不变，与①式矛盾;2°设xa↑,与C1=1+(yb1-yc1)/(ya1-m1xa)↓知xa↑矛盾∴xa↓②xb↓⑤`yb2↓∴xa↓,ya2不变,yb2↓,NOL,L/G2不变，同假设（１）∴ya1↑由图c知，NOG↓，操作线远离平衡线，则xb↓.由③④两式整理，得yb2=[B1ya2-(1-B1)B2xb]/[B1-(1-B1)B2/m2]其中B1ya2-(1-B1)B2xb0,(1-B1)B20,B1-(1-B1)B2/m20∴xb↓→yb2↑综合前述过程，知ya1↑，yb2↑9．一操作中精馏塔,若保持F、xF、q、V′(塔釜上升蒸汽量)不变,而增大回流比R,则____。(A)xD增大、xW增大;(B)xD增大、xW下降;(C)xD增大、xW不变;(D)xD下降、xW下降。[F、xF、q、V′不变，R↑,则xD,xW?]分析：V′=V-（1-q）F不变，V=(R+1)D不变，D↓W↑,L/V=R/(R+1)↑,L′=V′+W↑L′/V′↑,NT不变，→xD↑,xW↑二．填空题（20分，每空1分）1．一离心泵组成如右图的输水系统,当阀门A关小时,则流量QB____;流量QC____;压力PA____;PB____[Ａ阀关小，QB、QC、PA、PB?]分析：Ａ关小，ζA↑→QA↓、QC↓→PA↑、PB↑→QB↑∴QB↑,QC↓,PA↑,PB↑三、分析题（10分）1．为回收高温气体B中的热量,采用如右图流程:气体B先与循环水传热,使其水温升高然后再与低温气体A传热,使气体A的温度升高。实际操作结果表明:当保持气体A、B的流量及其进口温度不变,而增大循环水量,则循环水的最高温度tw1将下降。请分析其内在原因。(提示:综请分析其内在原因。(提示:综合运用传热单元数法和平均推动力法)[mSA、mSB、t1、T1均不变，而变W↑,则TW1↓,为什么？]分析：两个换热器串联传热，通过循环水进行冷却和加热,Q1=Q2对换热器1而言，ε1=(Tw1-Tw2)/(Tw1-t1)CR1=(WCpw)/(mSACpA)↑,NTU1=KA/WCpw,k↑∝u0.8↑W↑∴NTU1↓pBQBPAQACQCATw1低温气体At1t2Tw2T2高温气体BT1循环水∴ε1↓若TW1↑,则TW2=(1-ε1)(Tw1-t1)+t1↑,且TW2↑TW1↑∴Q1=WCpw(TW1-TW2)↑=Q2↑对换热器2而言Q2=mSBCpB(T1-T2)↑→T2↓又∵Δtm2≈[(T1-Tw1)+(T2-Tw2)]/2↓Q2=KaΔtm2,因k受影响甚小，∴Q2↓与假设矛盾∴TW1↓，即循环水量增加时，TW1降低。四．计算题（50分）1．（10分）拟在直径为1m的填料塔中用清水逆流吸收空气混合物中的可溶组分,混合气的处理量为30kmol/h,气液相平衡关系为y=2x。已知该可溶组分的进口浓度为8%(摩尔百分数,下同),现要求其出口浓度不大于1%,取操作液气比L/G=2,此时气相总体积传质系数Kya=0.0186kmol/m3s。试求:(1)操作液气比为最小液气比的多少倍?(2)所需的填料层高度。[D=1m,xa=0,G=30,y=2x,yb=8%,ya≤1%,L/G=2,Kya=0.0186，求:（L/G）/(L/G）min=?h=?)]SoLu:取ya=1%,代入计算吸收率φ=(yb-ya)/yb=0.875(L/G)min=(yb-ya)/(xb*-xa)=mφ=1.75∴(L/G)/（L/G）min=1.1431/A=mG/L=1,Δym=Δya=Δyb,NOG=(yb-ya)/Δyb=(yb-ya)/Δya=7HOG=G/(kyaF)=0.57m,h=HOG·NOG=4m即(L/G)/(L/G)min=1.143,h=4m。2．（10分）用连续器干燥含水1.5%(湿基)的物料,干燥器器对湿物料的处理能力G1=2.56kg/s。物料进口温度为25℃;产品出温度35℃,其中含水0.2%(湿基)。绝干物料的比热为1.842kJ/kgK。原湿空气的湿度为0.0165kg/kg,在预热器内加热到95℃后再送入干燥器,干燥器中不再补充热量。已知空气离开干燥器时干球温度为65℃,干燥器的热损失为586kJ/kg汽化水。试求:(1)干燥产品流率;(2)空气消耗速率(kg干空气/s)。[w1=1.5%,G1=2.56,tm1=25℃,tm2=35℃,w2=0.2%,CS=1.842,H0=0.0165,t1=95℃,Qd=0t2=65℃,Qι=586W,求：（１）G2;（２）L]SOLU:G2=G1(w1-w2)/(1-w2)=2.5267kg/s,W=G1-G2=0.03335ι=L/W=1/(H2-H1),(t2-t1)/(H2-H1)=(Δ-r0)/CH1,其中Δ＝（Cιtm1+qd）-(qm+qe),qm=(G2/W)CM(tm2-tm1),CM=w2Cι+(1-w2)CS∴Δ＝－1880,ι=140,L=Wι=4.67kg/s∴G2=2.5267kg/s,L=4.67kg/s3．（15分）在连续精馏塔中分离苯-甲苯溶液,塔釜间接蒸汽加热,塔顶全凝器,泡点回流。进料中含苯35%(摩尔百分数,下同),进料量为100kmol/h,以饱和蒸汽状态进入第三块板。已知塔顶馏出液量为40kmol/h,系统的相对挥发度为2.5,精馏段操作方程为y=0.8x+0.16,各板的板效率均为1。试求:(1)塔顶、塔底的出料组成;(2)提馏段的操作线方程;(3)离开第四块板的液相组成。[xF=0.35,F=100,q=0,D=40,а=2.5,精馏线y=0.8x+0.16---(2),Em=1.求①xD,xW;②提馏线方程；③x4]SOLU:由精馏线方程y=0.8x+0.16,R/(R+1)=0.8∴R=4,xD/(R+1)=0.16→xD=0.8又W/F=(xD-xF)/(xD-xW)→xW=0.05L′=L+qf=L=RD=160,V′=V-(1-q)F=V-F=100W=F-D=60∴y=L′x/V′-Wxw/V′=1.6x-0.03---(3)平衡线方程y=аx/[1+(а-1)x]=2.5x/(1+1.5x)---(1)y1=xD=0.8（１）x1=0.6154（２）y2=0.65232（１）x2=0.4145（２）y3=0.4916（１）x3=0.2789（３）y4=0.4163（１）x4=0.2219∴xＤ=0.8,xW=0.05,提馏段方程y=1.6x-0.03;x4=0.22194．（15分）如下图所示,用管路连接水槽A、B、C。已知管径都为Φ32×2.5,点O至槽A、B、C的管长分别为6m、3m、5m(包括进出口、弯头及三通管件的局部当量长度),三槽水面维持恒定:支管OC上有一闸阀K,全开时的阻力系数为0.17,管的摩擦因数估计为0.02,流体为常温水。试求:(1)闸阀的局部阻力系数为多少时OB管段的流速为零?当闸阀全开时各管段内水的流向和流量。[Φ32×2.5,LOA=6,LOB=3,LOC=5,ζ开=0.17,λ=0.02,求：(1）ζ=?,uOB=0;（2）全开时,流向及流量?]SOLU:(1)uOB=0时,水由Ａ→Ｃ,在Ａ－Ｃ面间进行衡算EtA=EtC+WfAC:gΔz=[λ(LAO+LCO)/d+ζ]u2/2,即5g=(ζ+0.85)·u2/2---①在A-O面间进行衡算EtA=EtO+WfAO:gΔz′=(pO-pA)/ρ+λLAOu2/2d,po=pB=pA∴u=[(2gΔz′)/(λLAo/d+1)]0.5代入①式,解出ζ=2.96(2)K全开时，设水B→0,在Ａ－Ｃ间衡算EtA=Etc+WfAo+WfBO:5g=λLAOuAO2/2d+(λLCO/d+ζ)·uCO2/2∴5g=2.22u2AO+1.94uCO2---(1)BC间衡算EtA=Et0+WfAO+Wfoc:3g=λLbO/d(ubo2/2)+1.94·uco2∴３g=1.11uBO2+1.94uCO2---(2)又uCO＝uAO＋uBO---(3)解(1)(2)(3)得uCO=3.85m/s,uBO=0.819m/s,uAO=3.03m/s流向B→O,A→O,O→C;VCO=7.93m3/h,VBO=1.69m3/h,VAO=6.242m3/hA2m5mBOKC