化工原理课后习题解答杨祖荣主编

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1、第二章 非均相物系分离1、试计算直径为30m的球形石英颗粒（其密度为2650kg/ m3），在20水中和20常压空气中的自由沉降速度。解：已知d=30m、s=2650kg/m3（1）20水 =1.0110-3Pas =998kg/m3 设沉降在滞流区，根据式（2-15）校核流型假设成立， ut=8.0210-4m/s为所求（2）20常压空气 =1.8110-5Pas =1.21kg/m3设沉降在滞流区校核流型：假设成立，ut=7.1810-2m/s为所求。2、密度为2150kg/ m3的烟灰球形颗粒在20空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？ 解：已知s=2150kg/m3 查20空气 =1.

2、8110-5Pa.s =1.21kg/m3当时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理 所以3、直径为10m的石英颗粒随20的水作旋转运动，在旋转半径R0.05m处的切向速度为12m/s，求该处的离心沉降速度和离心分离因数。 解：已知d=10m、 R=0.05m 、 ui=12m/s设沉降在滞流区，根据式（2-15）g改为ui/ R 即校核流型ur=0.0262m/s为所求。所以 4、某工厂用一降尘室处理含尘气体，假设尘粒作滞流沉降。下列情况下，降尘室的最大生产能力如何变化？（1） 要完全分离的最小粒径由60m降至30m；（2） 空气温度由10升至200；（3） 增加水平隔板

3、数目，使沉降面积由10m2增至30 m2。 解： 根据 及VS=blutc（1）（2）查10空气 =1.7610-5Pas 200空气 =2.6010-5Pas （3）5、已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/ m3。气体流量为1000 m3/h、黏度为3.6105Pa.s、密度为0.674kg/ m3，若用如图2-6所示的标准旋风分离器进行除尘，分离器圆筒直径为400mm，试估算其临界粒径及气体压强降。 解：已知s=2300kg/m3 、Vh=1000m3/h 、=3.610-5Pa.s 、 =0.674 kg/m3、 D=400mm=0.4m，根据标准旋风分离器 h=D/2 、B=D/4

4、 故该分离器进口截面积 A=hB=D2/8 所以 根据式（2-26） 取标准旋风分离器N=5 则根据式（2-30） 取=8.06、有一过滤面积为0.093m2的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。过滤时间为50秒时，共得到2.2710-3 m3的滤液；过滤时间为100秒时。共得到3.3510-3 m3的滤液。试求当过滤时间为200秒时，可得到多少滤液？ 解：已知A=0.093m2 、t1=50s 、V1=2.2710-3m3 、t2=100s 、V2=3.3510-3m3 、t3=200s 由于 根据式（2-38a） 联立解之：qe=4.1410-3 K=1.59610-5因此

5、q3=0.0525所以 V3=q3A=0.05250.093=4.8810-3m37、某生产过程每年须生产滤液3800 m3，年工作时间5000h，采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为2.5h，其中过滤时间为1.5h，将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为K=410-6m2/s； qe=2.510-2m3/m2。滤饼不洗涤，试求：（1） 所需过滤面积，（2） 今有过滤面积8m2的过滤机，需要几台？ 解：已知生产能力为3800m3滤液/年，年工作日5000h， T=2.5h ，t=1.5h ，K=410-6m2/s ，qe=2.510-2m3/m2 ，（1） 因为 Q=3800/5000=0

6、.76m3滤液/h 由式（2-42） 所以 V=2.50.76=1.9 m3 由式（2-38a）解之 A=14.7 m215 m2(2) 因为过滤机为8 m2/台， 所以需2台过滤机。8、BMS50/810-25型板框压滤机，滤框尺寸为81081025mm，共36个框，现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数为K=2.7210-5 m2/s；qe=3.4510-3m3/m2。每滤出1 m3滤液的同时，生成0.148 m3的滤渣。求滤框充满滤渣所需时间。若洗涤时间为过滤时间的2倍，辅助时间15min，其生产能力为多少？ 解：滤框总容积V0=0.8120.02536=0.590 m3 过滤面积

7、 A=0.812236=47.2 m2生产总周期为T=283+2283+1560=1749s由 得一个周期滤液量为 所以生产能力为9、有一直径为1.75m，长0.9m的转筒真空过滤机过滤水悬浮液。操作条件下浸没度为126o，转速为1r/min，滤布阻力可以忽略，过滤常数K为5.1510-6m2/s，求其生产能力。 解：因为过滤面积 A=DL=3.141.750.9=4.95m2浸没度=126/360=0.35由式（2-45a）10、某转筒真空过滤机每分钟转2转，每小时可得滤液4 m3。若过滤介质阻力可以忽略，每小时获得6 m3滤液时转鼓转速应为多少？此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的多少倍？操作中

8、所用的真空度维持不变。解：已知 Q1=4m3/h ，n1=2r/min ，Q2=6m3/h ，Ve=0 由式（2-45a）两边平方，得 / 所以 由式（2-35）得 而v1=v2 又A不变，以1小时为计算基准， 则Q1=V1 Q2=V2故 第三章 传热1. 红砖平壁墙，厚度为500mm，内侧温度为200，外侧温度为30，设红砖的平均导热系数为0.57 W/(m)。试求：（1）单位时间、单位面积导出的热量；（2）距离内侧350mm处的温度。解：（1）W/m2(2) 解得：t=812. 在外径100mm的蒸汽管道外包一层导热系数为0.08 W/(m)的绝热材料。已知蒸汽管外壁150，要求绝热层外壁

9、温度在50以下，且每米管长的热损失不应超过150W/m，试求绝热层厚度。解：解得：r2=69.9mm；壁厚：r2-r1=19.9mm3. 某燃烧炉炉墙由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m)，0.16 W/(m)和0.92 W/(m)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。已知炉内壁温为1000，外壁温度为55，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。解： 4. 燃烧炉炉墙的内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝热砖。若炉墙的内表面温度t1为1400，外表面温度t3为100。试求导热的热通量及两种砖之间的界面温度。设两种砖接触良好

10、，已知耐火砖的导热系数为10.9+0.0007t，绝热砖的导热系数为20.3+0.0003t。两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为，单位为W(m)。解：（a） ，；mm，mm将以上数据代入(a)式解得：；（m2）5. 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，中间层为绝热砖，最外层为普通砖。耐火砖和普通砖的厚度分别为0.5m和0.25m，三种砖的导热系数分别为1.02 W/(m)、0.14 W/(m)和0.92 W/(m)，已知耐火砖内侧为1000，普通砖外壁温度为35。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940，普通砖内侧不超过138。解：（a）将t2

11、=940代入上式，可解得b2=0.997m(b)将t3=138C 解得b2=0.250m将b2=0.250m代入(a)式解得：t2=814.4故选择绝热砖厚度为0.25m6. mm的不锈钢管，其材料热导率为21W/mK；管外包厚40mm的石棉，其材料热导率为0.25W/(mK)。若管内壁温度为330，保温层外壁温度为105，试计算每米管长的热损失；解：这是通过两层圆筒壁的热传导问题，各层的半径如下,每米管长的热损失：W/m7. 蒸汽管道外包有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的对数平均直径为内层的2倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损

12、失将变为原来的多少倍？说明在本题情况下，哪一种材料放在内层较为适合?解： 因为，所以位置互换前，则每米管长的热损失位置互换后，每米管长热损失q故位置互换前，即导热系数小的材料放在内层时，会取得较好的保温效果。8 常压下温度为20的空气以60m3/h的流量流过直径为f573.5mm、长度为3m的换热管内，被加热升温至80，试求管内壁对空气的对流传热系数。解：空气的定性温度：。在此温度查得空气的物性数据如下：， m/sl/d=3/0.05=60W/m2K9. 96%的硫酸在套管换热器中从90冷却至30。硫酸在直径为f252.5mm、长度为3m的内管中流过，流率为800kgh。已知在管内壁平均温度下

13、流体的粘度为9.3cP。试求硫酸对管壁的传热膜系数。已知硫酸在定性温度下的物性如下：， 解： /s（层流）由于管子很细，液体黏度较大，故可忽略自然对流的影响，a可用下式计算： W/m2K10. 98的硫酸以0.6m/s的流速在套管换热器的环隙间流动。 硫酸的平均温度为70，换热器内管直径为252.5mm，外管直径是513mm。试求：硫酸的对流传热系数。已知定性温度下硫酸的物性为： ， ；壁温60下硫酸黏度cP解：以d1及d2分别代表内管外径和外管内径，则当量直径de为m （过渡区）湍流时的对流传热系数： W/m2K校正系数：过渡区时对流传热膜系数： W/m2K11 水在一定流量下流过某套管换热

14、器的内管，温度可从20升至80，此时测得其对流传热系数为1000W/(m2K)。试求同样体积流量的苯通过换热器内管时的对流传热系数为多少？已知两种情况下流动皆为湍流，苯进、出口的平均温度为60。解： 由查得水物性：，。查得时，苯的物性：，12 150的饱和水蒸汽在一根外径为100mm、长0.75m的管外冷凝，已知管外壁温度为110。分别求该管垂直和水平放置时的蒸汽冷凝传热系数。解：（1）假定冷凝液为层流流动，则膜温为（150+110）/2=130，此温度下水的物性为：r=934.8kg/m3；m=0.218mPas；l=0.686W/(mK)150时水的相变焓为：r=2119kJ/kg。所以校核冷凝液膜的流动是否为层流。冷凝液膜流动雷诺数计算