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1、化工原理习题-复习用【1-32】如习题1-32附图所示，有黏度为.17?mPa s 、密度为/3765kg m 的液体，从高位槽经直径为mm mm ?1144的钢管流入表压为016MPa 的密闭低位槽中。液体在钢管中的流速为m/1s ，钢管的相对粗糙度/0002=d ，管路上的阀门当量长度50=e l d 。两液槽的液面保持不变，试求两槽液面的垂直距离H 。解 在高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算H ，以低位槽液面为基准面。,.p p Pa u u =?=61212（0表压）01610，两槽流速 0， ,/,.120管内流速1管径0106=Z H Z u m s d m液体密度/.33
2、765，黏度1710-=?kg m Pa s 雷诺数.Re .430106176547710湍流1710-?=?du/.0002，查得00267=d 管长30160190=+=l m ，阀门50=el d，高位槽的管入口05=，低位槽管出口=1，90弯头.075= 222+?=+ ?e l l p uH g d g .62021101901002675005107523976598101062981?=+?+?= ?m 【1-33】如习题1-33附图所示，用离心泵从河边的吸水站将20的河水送至水塔。水塔进水口到河水水面的垂直高度为34.5m 。管路为1144mm mm ?的钢管，管长1800m
3、 ，包括全部管路长度及管件的当量长度。若泵的流量为/m h 330，试求水从泵获得的外加机械能为多少？钢管的相对粗糙度.0002=d。解 水在20时./39982=kg m ，.3100410Pa s -=? .,0106 1800e d m l l m =+=流量 /330=V q m h 流速 / ./(.)2230360009448010644Vq u m s d =? .Re .43010609448998299610100410-?=?du 湍流 查得.00252= 摩擦阻力损失./.2218000944800252191202162e f l l u h J kg d +=?=以河
4、水水面为基准面，从河水水面至水塔处的水管出口之间列伯努利方程。 外加机械能 ./22209448345981191530 22f u W Zgh J kg =+=?+= 习题1-33附图【4-24】在一套管换热器中，内管中流体的对流传热系数()21200W m K =?，内管外侧流体的对流传热系数()22350W m K =?。已知两种流体均在湍流条件下进行换热。试回答下列两个问题：(1)假设内管中流体流速增加一倍；(2)假设内管外侧流体流速增加两倍。其他条件不变，试问总传热系数增加多少？以百分数表示。管壁热阻及污垢热阻可不计。解 已知(),()2212200 350W m K W m K =
5、?=? (1) 内管中流体流速增加一倍，112u u =()()./u W m K u ?=? ?0808211112021348/()21212202150=127 202150K W m K ?=?+ ()/K W m K ?=?+21212348350174 348350 .174127037127K K K -= 增加37% (2) ()().,u u u W m K u ?=?=? ?080822222223 3503843 /()K W m K ?=?+21212202143162 202143 .1621270276127K K K -= 增加27. 6% 增大小者，对增大K 有
6、利。【4-25】 有一套管式换热器，内管为573mm mm ?，外管为1144mm mm ?。内管中有流量为/4000kg h 的苯被加热，进口温度为50，出口温度为80。套管的环隙中有绝对压力为200kPa 的饱和水蒸气冷凝放热，冷凝的对流传热系数为/()W m K ?4210。已知内管的内表面污垢热阻为./202104m K W ?，管壁热阻及管外侧污垢热阻均不计。试计算：(1)加热水蒸气用量；(2)管壁对苯的对流传热系数；(3)完成上述处理量所需套管的有效长度；(4)由于某种原因，加热水蒸气的绝对压力降至140kPa 。这时，苯出口温度有何变化？应为多少度（设苯的对流传热系数值不变，平均
7、温度差可用算术平均值计算）。解 苯,1250 80 t t =平均温度,/()2508065 18402m p t c J kg K +=?，/24000m q kg h = 热负荷()222140001840（8050）61330 3600m p Q q c t t W =-=?-= (1) 水蒸气用量1m q,./2021202,2205 p kPa T r kJ kg =./136133000278100 220510m Q q kg s kg h r =? (2) 苯的对流传热系数()/,.,.3832 038 013 kg m mPa s W m K =?=?()./.u m s =
8、?240000654 360083202114 .Re .4300510654832731003810du -?=? 湍流 Pr .3184003810538013p c -?=苯被加热 .04n =.Re Pr 08040023d=()().(.)./.W m K =?=?04408202100237310538893 0051(3)管长 l()()/,./422221110 893 00004W m K W m K R m K W =?=?=?以管内表面积A 1为基准/() (211141)2211621 1100511100004893005710d K W m K d R d =?+
9、.1122120250702, 120280402t T t t T t ?=-=-=?=-=-= (702402) 5522m t += .26133018 621552m Q A m K t =? .A l m d =?18112 0051(4) 水蒸气绝对压力140p kPa =时，苯的出口温度2t 。140p kPa =时，.1092T = ()()() (2210925010924000)184050=6211836002t t -+-?-? .752t = 【5-16】用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收99%。入塔的混合气中含苯2%（摩尔分数）；入塔的煤油中含苯0.02
10、%（摩尔分数）。溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50，压力为100kPa ，相平衡关系为*.036Y X =，气相总传质系数.()30015Y K a kmolm s =?。入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为.()20215kmol m s ?。试求填料塔的填料层高度，气相总传质单元数用对数平均推动力法及吸收因数法的计算式计算。解 (1)气相总传质单元高度OG H 计算 入塔混合气的流量G .kmol (m s)20215 =?= ().,.310020215 Y y K a kmol m s =?惰性气体流量 ()()G G y .kmol (m s)2110015100202147
11、=-=?-=? .00147098 0015OG Y G H m K a = (2) 气相总传质单元数OG H 计算 .111002002041098y Y y =-，回收率099= ()().4211= 002041099= 20410Y Y -=-?.,.2220210202102x X x =吸收因数法计算OG N*.110020403600567X Y m =*min (1212)00204000020415151505360056700002Y Y L L G G X X -?=?=?= ?-? (036)06720536mG L = ln 1222111OG Y mX mG mG
12、N mG L Y mX L L?-?=-+? ?-?-().l n . (100204036000021067206721067202102040360000212) ?-?=-+ ?-?= 对数平均推动力法计算OG N 1212Y Y LG X X -=- /1212Y Y X X L G-=+ (002040000204) 00002021790536-=+=*.110360037900136Y mX =?= *.22036000020210072Y mX =?= *.311100204001366810Y Y Y -?=-=?*.333222021410007210013210Y Y Y
13、 -?=?-?=?.ln ln .3331212681001321016910680132m Y Y Y Y Y -?-?-?=? (123) 0020400002041216910OG m Y Y N Y -=? (3)填料层高度Z 计算 .09812118OG OG Z H N m =?= 【5-17】混合气含CO 2体积分数为10%，其余为空气。在30、2MPa 下用水吸收，使CO 2的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成41610X -=?（摩尔比）。混合气体处理量为/32240m h （按标准状态，.,27315 101325K Pa ），塔径为1.5m 。亨利系数188E MPa =，液相体积总传质系数(/)3350L K a kmol m h kmol m ?=?，。试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。解 (1)用水量计算 .,.3112 2 010005010111000550310090995y Y Y Y -=?，41610X -=?，20X = 混合气流量 224010022.4G kmol h = 惰性气体流量 ()()G G y .kmol h 1110010190=-=-= 用水量 G (Y Y )(.)L .k m o l /h X X 41241290011100050315910610-=?-? ./451591018286
