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化工原理总结与复习题.doc

计算题:

1、把内径为20mm 、长度为2m 的塑料管,弯成倒U 形,作为虹吸管使用。液体密度为1000kg/m 3,

粘度为1mPa?s ,为保持稳定流动,使槽内液面恒定。要想使流量为2m 3/h ,虹吸管出口端距

离槽内液面的距离h 需要多少米?(光滑管λ=0.0235,回弯头ζ=1.5,突然缩小ζ=0.5)

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2、如图所示常温下操作的水槽,下面的出水管直径为?57mm ×3.5mm 。当出水阀全关闭时,压力表读数为30.4kPa ,而阀门开启后,压力表读数降至20.3kPa 。设压力表之前管路中的

压头损失为0.5m 水柱,试求水的流量为多少m 3/h 。

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3、如图所示,有一高位槽输水系统,管径为?57mm ×3.5mm 。已知水在管路中流动的机械能损失为2

452u h f ?=∑,试求水的流量为多少m 3/h ?欲使水的流量增加10%,应将高位槽水面升高多少米?

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4、有一台离心泵的额定流量为16.8m 3/h ,扬程为18m 。试问此泵能否将密度为1060kg/m 3,

流量为250L/min 的液体,从敞口储槽向上输送到表压为30kPa 的设备中?敞口储槽与高位设备的液位垂直距离为8.5m 。管路的管径为?75.5mm ×3.75mm ,管长为124m (包括直管长度和所有管件的当量长度),摩擦系数为0.02。

5、某工厂用?170mm ×5mm 的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失,在管外包两层绝热材料,第一层为厚30mm 的矿渣棉,其热导率为0.065W/(m ?K);第二层为厚30mm 的石灰棉,其热导率为0.21W/(m ?K)。管内壁温度为300℃,保温层外表面温度为40℃。管路长60m 。求该管路的散热量。

6、某离心泵在转速为1450r/min 时,水的流量为18m 3/h ,扬程为20m 水柱。试求:(1)泵

的有效功率,水的密度为1000kg/m 3;(2)若将泵的转速调节到1250r/min 时,泵的流量与

扬程将变为多少?

7、有直径为?38mm ×2mm 的黄铜冷却管,假如管内生成厚度为1mm 的水垢,水垢的热导率为λ=1.163W/(m ?℃)。试计算水垢的热阻是黄铜热阻的多少倍。黄铜的热导率λ=110 W/(m ?℃)。

8、有一外径为100mm 的水蒸气管,水蒸气的温度为160℃。为了减少热量损失,在管外包覆厚度各为25mm 的A 、B 两层绝热材料保温层,A 与B 的热导率分别为0.15与0.05W/(m ?K),试计算哪一种材料放在内层好。周围空气温度为20℃,保温层外表面对周围空气的对

流(包括热辐射)传热系数α=15W/(m 2?℃)。保温层内表面温度在两种情况下都等于水

蒸气温度。

9、在一单程列管式换热器中,欲用水将15000kg/h 的煤油从140℃冷却到40℃,水的进、出口温度分别为30℃和40℃,两流体逆流流动。煤油的平均比热容为2.3kJ/(kg ?℃),水

的平均比热容为4.187 kJ/(kg ?℃)。若换热器的总传热系数为300W/(m 2?℃),试求:(1)

冷却水的流量;(2)换热器的对数平均温度差Δt m ;(3)换热器的传热面积A 。

10、在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气,两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期,冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃,使用一年后,由于污垢热阻的影响,在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下,冷却水出口温度降至38℃,试求:(1)空气出口温度为多少?(2)总传热系数为原来的多少倍?(3)若使冷却水加大一倍,空气流量及两流体进口温度不变,冷热流体的出口温度各为多少?(α水>>α空气)(4)冷却水流量加大后,换热器的传热速率有何变化?

11、有一换热器,管内通90℃的热流体,膜系数1α为1100C m ??2

/W ,管外有某种液体沸腾,沸点为50℃,膜系数2α为5800C m ??2

/W 。试求以下两种情况下的壁温:(1)管壁清洁无垢 ;(2)外侧有污垢产生,污垢热阻为0.005W /2

C m ??。

12、如图所示,在一细金属管中的水保持25℃,在管的上口有大量

干空气(温度25℃,总压101.325kPa )流过,管中的水气化后在管

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中的空气中扩散,试计算在稳定状态下的气化速率。(25℃时水的饱

和蒸汽压为3.168kPa ,D =0.256cm 2/s )

13、在一吸收塔中,用清水在总压0.1MPa、温度20℃的条件下吸收混合气体中的CO2,将其组成从2%降至0.1%(莫尔分数)。20℃时CO2水溶液的亨利系数E=144MPa,吸收剂用量为最小用量的1.2倍。试求液气比及溶液出口组成。

14、某填料吸收塔进塔混合气体中含苯5%(体积百分数),其余为惰性气体。吸收塔操作压强为780mmHg,温度为25℃,进塔混合气体流量为1000m3/h,苯回收率为95%。吸收剂为不含苯的煤油,煤油耗用量为最小用量的1.5倍。气液逆流流动,系统平衡关系为Y=0.14X (式中Y、X均为摩尔比),气相体积总传质系数为K y a=125kmol/m3·h,煤油的平均分子量为170kg/kmol,塔径为0.6m。试求:(1)煤油的耗用量为多少kg/h?(2)煤油出塔浓度X1为多少?(3)填料层高度为多少m?(4)吸收塔每小时回收多少kmol苯?(5)欲提高回收率可采用哪些措施?并说明理由。

15、用清水在吸收塔中吸收混合气中的溶质A,吸收塔某截面上,气相主体中溶质A的分压为5kPa,液相中溶质A的莫尔分数为0.015。气膜传质系数k Y=2.5×10-5kmol/(m2?s),液膜传质系数k X=3.5×10-3kmol/(m2?s)。气液平衡关系符合亨利定律,相平衡常数m=0.7。总压为101.325kPa。试求气相总传质系数和溶质的传质速率,并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制。

16、在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含氨5%(体积)的空气—氨混合气中的氨,已知混合气量为2826m3/h(标准状况),气体空塔速度为1m/s,平衡关系为Y=1.2X,以摩尔比为推动力的气相体积总传质系数K Y a=180kmol/m3·h,吸收剂用量为最小用量的1.4倍,要求吸收率为98%,试求:(1)溶液的出口浓度X1(摩尔比);(2)气相总传质单元高度H OG;(3)气相总传质单元数N OG;

17、某连续操作的精馏塔,泡点进料。已知操作线方程如下:

精馏段y=0.8x+0.172 提馏段y=1.3x-0.018

试求塔顶液体回流比、馏出液组成、塔釜气相回流比、釜液组成、进料组成及q线方程。

18、用一精馏塔分离二元液体混合物,进料量100kmol/h,易挥发组分x F=0.5,泡点进料,得塔顶产品x D=0.9,塔底釜液x W=0.05(皆摩尔分率),操作回流比R=1.61,该物系平均相对挥发度α=2.25,塔顶为全凝器,求:

(1)塔顶和塔底的产品量(kmol/h);

(2)第一块塔板下降的液体组成x1为多少;

(3)写出提馏段操作线数值方程;

(4)最小回流比。

19、一精馏塔,原料液组成为0.5(摩尔分率),饱和蒸气进料,原料处理量为100kmol/h,塔顶、塔底产品量各为50kmol/h 。已知精馏段操作线程为y=0.833x+0.15,塔釜用间接蒸气加热,塔顶全凝器,泡点回流。试求:

(1)塔顶、塔底产品组成;

(2)全凝器中每小时冷凝蒸气量;

(3)蒸馏釜中每小时产生蒸气量

(4)若全塔平均α=3.0,塔顶第一块塔板默弗里效率E m l=0.6,求离开塔顶第二块塔板的气相组成。

20、在一连续操作的精馏塔中分离苯-甲苯溶液,其平均相对挥发度α=2.46。进料流量为250kmol/h,其中苯的莫尔分数为0.4,q=1.2。馏出液流量为100kmol/h,其中苯的莫尔分数为0.97。塔顶泡点回流,试计算(1)精馏段、提馏段操作线方程;(2)塔釜上一层理论板的下降液体组成。

21、在常压下连续操作精馏塔分离某双组分溶液。该物系的平均相对挥发度α=2.92。(1)离开塔顶第二理论板的液相组成x2=0.75,试求离开该板的气相组成;(2)离开第一理论板的液相组成x1=0.088,若精馏段的液气比为2/3,试计算离开第三层板的气相组成;(3)若为泡点回流,试求塔顶回流比;(4)精馏段操作线方程。

22、在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物,塔顶为全凝器,塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h,含苯0.4,要求塔顶馏出液中含苯0.9(以上均为摩尔分率),苯的回收率不低于90%,泡点进料,泡点回流。已知 =2.5,取回流比为最小回流比的1.5倍。试求:(1)塔顶产品量D、塔底残液量W及组成x W;(2)最小回流比;(3)精馏段操作线方程;(4)提馏段操作线方程;(5)若改用饱和蒸汽进料,仍用(4)中所用回流比,所需理论板数为多少?