化工原理修订版天津大学上下册课后答案

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1、上册第一章流体流动习题解答1 . 某设备上真空表的读数为13.3x103 P a ,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7xl()3pa。解：真空度=大气压- 绝压P 绝 压 =。 其 空 度 = (98.7 13.3) x Iff P4表压=-真空度= -13.3x10)42 . 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/n?的油品，油面高于罐底9.6 m ,油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的圆孔，其中心距罐底800 m m ,孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为32.23x1()6 p a ,问至少需要几个螺钉？解：设通过

2、圆孔中心的水平液面生的静压强为p , 则p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强p = pgl乂 = 960 x9.81x (9.6 - 0.8) = 82874P4 ( 表压)作用在孔盖外侧的是大气压故孔盖内外所受的压强差为Ap = 82874Pa作用在孔盖上的净压力为/? = A p -J2 =82575x(-x0.762) = 3.76x104 4每个螺钉能承受的最大力为：Rr =32.23X106X-X0.0142 = 4.96X103A旬4螺钉的个数为 3.76x104 / 4.96x103 = 7.58个所需的螺钉数量最少为8 个3 .某流化床反应器上装有两个U管压差计，如本题附图所示。

3、测得& =400mm, /?2=50mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水， 其高度R3=50mm。试求A、B两处的表压强。解： U 管压差计连接管中是气体。若以Pg,P/O，PHg分别表示气体、水与水银的密度，因为a pHg，故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为P,PI)B PD。由静力学基本方程式知PA- P c PH1O8R,+PHg8R2= 1000x9.81x0.05 + 13600x9.81x0.05= 7161Pa （ 表压）PB B PD = PA + PuggR =7161 + 13600x9.81x0.4 = 6

4、.05x10Pa4 .本题附图为远距离制量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离=1 m, U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820 kg/nA 试求当压差计读数R=68 m时，相界面与油层的吹气管出口距离h0解：如图， 设水层吹气管出口处为a,煤油层吹气管出口处为 且煤油层吹气管到液气界面的高度为为。则Pa =P Pb = PlPa = P油g（% + / / ） + / ? 水 g（ 一 ） （ 表压）Pb = 。 油俵压）压缩空气习题4时图2u管压差计中，PP LPHR （ 忽略吹气管内的气柱压力）Pa-Ph=Py-P2=P8R分别代入p ”与p/，

5、 的表达式，整理可得:。 油gh + 。 水8 3 -初=以那,。 水H M R 1000X1.0-13600X0.068 h = - =- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - = 0 . 4 1 8 m。 水- 2油 1000-820根据计算结果可知从压差指示剂的读数可以确定相界面的位置。 并可通过控制分相槽底部排水阀的开关情况，使油水两相界面仍维持在两管之间。5 .用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，U管压差计的指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为：h = 2 . 3 m、1 1 2

6、= 1 . 2m、1 1 3 = 2 . 5 m及k=1 . 4 m。锅中水面与基准面间的垂直距离h 5 = 3 m。大气压强力 = 9 9 . 3 x1 0 3 P a。试求锅炉上方水蒸气的压强p。（ 分别以P a和k g f / c m2来计量） 。解：如图所示标记等压面2 , 3 , 4,大气压记为p ”。2 = + P为g（ 一力2 ） 。3 = 。2 - 0 / 2。8（ % -力2 ） （2）。4 = 。3 + 0 /述（ 力3一 万4 ） （ 3 ）Po = PP/og（ 殳-） （ 4 ）将以上四式相加并代入已知量3p a = 99. 3 x 1 ( ) 3 P a 4 = 2

7、 . 3 /M h2 = 1.2m h3 = 2.5m h4 = 1 Am h5 = 1.3 mP o = % + ( 4-h2+h3-h4)pHi,g (h5-h4+h3-h2)pH2Og= 99. 3 x l 03+ ( 2 . 3 - 1 . 2 + 2 . 5- 1 . 4 ) x 1 3 60 0 x 9. 8- ( 3 . 0 - 1 . 4 + 2 . 5- 1 . 2 ) x 1 0 0 0 x 9. 8= 3 . 64 5 x l O4 P a =3 . 72 , / cm26.根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强p 。压差计中以油和水为指示液，其密度分

8、别为92 0 k g / m 3 及998 k g / n ?, U 管中油、水交界面高度差R =3 0 0 mm。两扩大室的内径。 均为60 m m , U 管内径d为6 mm。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。解：可以知道当微差压差计的读数0 = % 时，两扩大室液面相齐。那么当压力不同时，扩大室液面差M 与R的关系可用下式计算：R A当 R = 3 0 0 “时，M = ( 一了 R = 0 . 3 x ( ) 2 =0 . 0 0 3 ?D 60根据静力学基本方程：= ( 998 - 92 0 ) x 9. 8 l x 0 . 3 + 92 0 x 9. 8 l x 0

9、. 0 0 0 3= 2 57P a （ 表压）7.列管换热器的管束由1 2 1 根。 2 5m m x 2 . 5/ n / n 的铜管组成。空气以9 m / s 速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50 。 、压强为1 96x 1 （） 3 p a（ 表压） ，当地大气压为98. 7x 1 0 3 p a。试求：（ 1 ）空气的质量流量；（ 2 ）操作条件下空气的体积流量；（ 3 ）将（ 2 ） 的计算结果换算为标准状况下空气的体积流量。解：( 1 ) - u Apn u - 9 m / s A = 1 2 1A = ；%d2 = ； ( 2 5 2 . 5X2 )X1 0 - 3 2

10、= 0 . 0 0 0 3 1 4 m2PpMRT( 196 + 98.4)X103X( 29X103)8. 3 1 4 x ( 2 73 + 50 0 )=3 . 1 82 依/ 加3叱=9x 0 . 0 0 0 3 1 4 x 3 . 1 82 x 1 2 1 = 1 . 0 9 / 54( 2 ) Vs. = uAn = 9 x 0 . 0 0 0 3 1 4 x 1 2 1 = 0 . 3 4 2 , n3 / 5= 。 。 匕T1 T2o匕p M ( 1 96 + 98. 7) x 0 . 3 4 2 2 737p 2 73 + 50 X 98J= 0 . 863加3 / s8 .高

11、位槽内的水面高于地面8 m,水从加0 8HX4” 的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本题特定条件下， 水流经系统的能量损失可按X% =6. 5/计算（ 不包括出口阻力损失） ，其中为水在管内的流速m / s。试计算：（ 1 ） 截面处水的流速；（ 2 ）水的流量，以m / h计。习题8附图习题9附图解：（ 1 ）取高位槽水面为上游截面1 -，管路出口内侧为下游截面2 - 2 ， ，如图所示，那么4 = 8加 ,= 2 %（ 基准水平面为地面）% =0 , P i = 2 = 0 （表压） ，4-A处的流速与管路出口处的流速相同，uA = u2（ 管径不变，密度相同）在 截 面 和2 - 2

12、 ,间列柏努利方程方程，得2g Az =券 + Z % ,其中 Z % = 6.5M22代入数据. + 6. 5 2 = 9. 8l x （ 8- 2 ） 解得 u = uA= 2.9mls（ 2 ）匕= 2 . 9 x ? x （ 1 0 8 4 x 2 ） x 1 0 32 x 3 60 0 = 82m3 / h9.2 0。 的水以2 . 5 m / s的流速流经3 8m加x 2 . 5能团的水平管，此管以锥形管与另一0 53加加x 3相机的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插5入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经A、B两截面间的能量损失为1 . 5J / k g ,

13、求两玻璃管的水面差（ 以m计） ，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。解： 取A, 6两点处所在的与管路垂直的平面分别为上游和下游截面A -4和B - B ,如图所示，并取管路中心线所在的水平面为基准面，那么ZA = ZB=O ,uA - 2.5m/ sMBR = i i . (.d, ),-2 - 2一. 5 x (，-3-8-2-.- -5-X-2)、 2 = 1, . 2 3 m /,s53 - 3 x 2在截面A -4和8 -5， 间列柏努利方程:2UA4-A2区 =必 +P 22 2 S2 1 ?32外 一 P , = - E 卜 )P = ( L 5) x 1 0 0 0

14、= 868. 5&查表得到lPa = 0.102mmH,0, 那么理至=88. 5m 汨 , 。2 0 . 1 0 2 2p2-p, 0 ,所以A点的压力大于B点的压力， 即B管水柱比A管高8 8 . 5 ”0 = - 2 4 . 6 6 x 1 O p ”( 表压) % = 9 8 . 0 7 x 1 ( ) 3 ( 表 压 )p = W00kg/m36在截面i - 1 和2 -2 ,间列柏努利方程，得m ,槽底与内径4 为32 mm的钢管相连,习题11附图2 2- + i+y = + /J+ X / 2 = 1 2M2 , 解得叱,= 261.3-依Ne = Wews = 261.3 x

15、7.91 = 2.26kW1 1 .本题附图所示的贮槽内径D为2槽内无液体补充，其液面高度小为2m( 以管子中心线为基准) 。液体在本题管内流动时的全部能量损失可按2勺 = 202计算，式中” 为液体在管内的流速。 试求当槽内液面下降1m时所需的时间。解：根据物料衡算，在d。时间内，槽内由于液面下降切而减少的液体量均由管路出口流出，于是有- D2dh = - d2ud0 (1)4 4取管中心线所在的水平面位能基准面，在 瞬 时 截 面 与 管 路 出 口 截 面2 - 2,间列柏努利方程，得2 2& +g% +紧 正 +%+素 + Z kp 2 p 2其中，Z1-h 72=0 P=P2=0(表

16、压) M | 0 Z/?/J-2=202解得 U = 0.692向= 0.0692战 (2)将(2)式代入(1)式，并在下列边界条件下积分7q=oh = 2m01-0 = mrjo o o ； 1 32 X 0.692V/i= 4644s = 1.29%12 .本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m3, 循环量为36m3/h0管路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.1 J/k g ,由B流至A的能量损失为49 J/k g ,试计算：( 1 )若泵的效率为70%时，泵的轴功率为若干kW? (2 )若A处的压强表读数为245.2x 1()3 pa时，B

17、处的压强表读数为若干？解：对循环系统，在管路中任取一截面同时作上游和下游截面，列柏努利方程，可以证明泵的功率完全用于克服流动阻力损失。(1 )质量流量 吗= 匕夕= 1100打/ 4 3 6 / /3600s = llkg/s他 = Z + E VB-A =98.1 + 49 = 147.17/N ,= 叱” =147.1xll = 1618.1J/sN = Ne/ = 1618.1/0.7 = 2.31kW(2 )在两压力表所处的截面A、B 之间列柏努利方程，以通过截面A 中心的水平面作为位能基准面。2 2才 +0 +自吟其中，引 = 0 ，ZB = Im , uA=uB, pA =245.

18、2 kPa, A_B =98.1 J /kg将以上数据代入前式，解得PB =(2 -828-% 人8) 2=6.2*1()4尸6 ( 表压)13 .用压缩空气将密度为1100 kg/n?的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽， 两槽的液面维持恒定。管路直径均为。 60nmix35”加，其他尺寸见本题附图。各管8段的能量损失为X %M=L18/。两压差计中的指示液均为水银。试求当R i = 4 5 m m , % = 2 0 0 m m 时：( 1 ) 压缩空气的压强p i 为若干？ ( 2 ) U管压差计读&数为多少？解：求解本题的关键为流体在管中的流速( 1 ) 在 B 、C间列柏努利方程，得2 2

19、 + gZB+ Z - + gZC+- + ,，lf,B-Cp 2 p 2 J ” 产 =g(Q - %)+工 人f,B-c PB P c = 3例 - P )g& + P g。- ZB)= ( 1 36 0 0 - 1 1 0 0 ) x 9 . 8 1 x 4 5 x l 0- 3+ 1 1 0 0 x 9 . 8 1 x 5= 5 9 4 7 3P q代入式，同时已知夕= 1 1 0 0 Z g / 加 3 zc-zB = 5m解得 u = 2 . 0 6 m / 5在低位槽液面与高位槽液面2 - 2 , 之间列柏努利方程，并以低位槽为位能基准面，得2 2 + g i + y = + 2

20、+y + S V i-2p 2 p 2其中 q = 0 z2 = 10/H w1 = u2 0 2= 0( 表压)Z% J- 2 =2 力 /* -5 + 2 , ” + 2 / - 。 = 318 2 = 3.18 x 2.062 = 13.5 , /kg代入上式可得自= g Z 2+ f -2P i= p(gz2 + Z % J -2) = 1100x ( 9 .8 1x 10 + 13.5 ) = 122760 P a ( 表压)( 2) 若求R ? 关键在于外，通过必可列出一个含人 的静力学基本方程P HggR? +P gh = PB ( 2)为此在低位槽液面i-r 与截面B之间列柏努

21、利方程，以低位槽为位能基准9面，得2 23+8+什3其中，4 = 0 , zB = 10-7 = 3m , %才0, uB = 2.06 m/s , p 1=123%?。 ( 表压)PB = ( 2 一 gz& -+ Z 勺.1-8 ) 。P 乙1 久 八= ( - -9.81X3-1.5 X 2.062)X11001100= 8 338 5 P a ( 表压)代入( 2)式 :_ 8 338 5 -1100x 9 .8 1x 0.2=9 .8 1x 13600=0.610/12 = 610m m14.在实验室中，用玻璃管输送20。 的70%醋酸。管内径为1.5 c m ,流量为10k g /

22、m in。用S I和物理单位各算一次雷诺数，并指出流型。解：( 1)用S I制计算从本教材附录中查得7 0 %醋 酸 在2( T C时的物理性质：P= 1069 a / / , =2.5 x , s , d - 1 .5cm - 0.015 /n4ws7ipd4 x 10/603.14X(1.5X10-2)2X1069=0.8 8 2m /5R e = 1.5 x l 0- 2x 0.8 8 2x l 069 /2.5 x l 0-3 = 5 65 7流动类型为湍流。( 2)用物理单位计算p - 1069 g / c m3, fd = 0.025 g /(cm-s), d = L5cm , u

23、 =3 3 .2cmIsR e = 1.5 x 8 8 .2x 1069 /2.5 x 10-3 = 5 65 715.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为10 8 00 k g /h时，U管压差汁读数R为100 mm。粗、细管的直径分别为。60机 机 义3.5 zwn与。4 2机 机x 3机 机 。计算：( 1) 1 k g水流经两截面间的能量损失；( 2)与该能量损失相当的压强降为若干？10解：( I )取接入管路的u型管管线所在的平面与管截面垂直的平为面i - r和2 - 2 ,并取管路中心线所在的平面为基准面，那么

24、石= 马=0在 截 面 和2-2,间列B e r n o u l i方程：2 2以+ g Z | + g = R + g Z 2 + + Z % J - 2p 2 p 22 2于 是 工为= 旦二”+巧 ”对U 型管压计：pP 2= pgR对水在水平管中的流动： = 匕 = A pA对粗管：d2 = 60-3.5 x 2 = 53 mm ;对细管：4 = 4 2 - 3 x 2 = 36 ? ？年 口 108 00k gTT % = -= 2.9 5m / s( 3600s ) x 1000依 / 疝 x ( x ( 36 x 10-3 yM2 = M,( 方2 = 2.9 5 x ( |)2

25、 = 1.36m /5 u ； a； n 0. A . 2.9 5 1.36 .,hf ,_2 = gR + 2 = 9 .8 1x 0.1 + -= 4 .4 1J /kg( 2) 5 f =qZ % = 1000 X 4 .4 07 = 4 .4 1X 1 ( ) 3 P a1 6 .密度为8 5 0 k g zm 3、黏度为8 x 10, P a-s的液体在内径为14 mm的铜管内流动，溶液的流速为l m /s。试计算：( 1)雷诺准数，并指出属于何种流型；( 2)局部速度等于平均速度处与管轴的距离；( 3)该管路为水平管，若上游压强为14 7x l 03 P a ,液体流经多长的管子，

26、其压强才下降到1 2 7 . 5 x 1 ( ) 3 P a ?解：R e = %J4 x 0-3 * 1 x 850 = 4 8 7 . 5 流动类型属层流 8 x 1 0 - 3( 2 )对层流流动的流体，其瞬时速度和半径之间的关系如下：11而平均速度u =. R2于是当局部速度等于平均速度时， 有心尸二, 改，即 当 厂 时 ， 管路中的瞬时速度和平均速度相同。R = 1mm 所以 r = 7 = = 4.95mmV2( 2 )定义上游截面1 - 1 ，下游截面为2-2对直径相同的水平管路PPi= A。 /根据哈根泊谡叶公式，即则液体流经的管长为/ = (pp W = ( 1 4 7 1

27、 2 7 . 5 ) x 1 ( ) 3 x 0 . 0 1 4 2 =17.流体通过圆管端流流动时，管截面的速度分布可按下面经验公式来表示：% = % ( 上 户 ，式中y为某点与壁面的距离，即产出人试求其平均速度K与最大速度Z ， m a x的比值。解: 在距离管中心r处取一厚为dr的流体薄层， 并定义此处流体的速度为ur,则流体通过此环隙的体积流量dVs = urdA = 2兀 加 如匕=1 ( 2 % 9 ， ,公 =1 ( 2仃 ) ( 厂 m a x d r那么 w = 匕 = 工 J 2 #滑( R _r dr ( 1 )A 7rR2 R n令 R -r = t 那么 dr =

28、-dt当 = 0 时，t = R 当 r = R 时，t = 0代入( 1 )式， u = 2umaK 于是 / wm a x = 4 9 / 6 0 = 0 . 8 1 7 ( 0 . 8 2 )18. 一定量的液体在圆形直管内作层流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的1 / 2 ,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？解：流量不变，=匕= 当d = 时，A2根据哈根泊谩叶公式，有必 丝 当优= 4 ”，或 =4时f d2 2人 , 3 2 / 4 “ 3 2 / ” P f = 1 = 1 6 = 1 6 A p /(-)2 d21 9 .内截面为1 0 0 0 m m x

29、l 2 0 0 mm的矩形烟囱的高度为3 0 ms平均摩尔质量为3 0 k g / k m o l、平均温度为4 0 0。的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持4 9 P a的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20七，地面处的大气压强为1 0 1 . 3 3 x 1 ( ) 3 p a。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0 . 0 5 ,试求烟道气的流量为若干( k g / h ) ?解：这是B . E对压缩流体的应用8= 1 0 1 3 3 0 4 9 0 = 1 0 1 2 8 1 P 4 p . = l .205kg / m3 ( 2 0 p2 = p( ) - pgh =

30、 1 0 1 3 3 0 - 1 . 2 0 5 x 9 . 8 x 3 0 = 1 0 0 9 7 5 P qPP2 X 1 0 0 % = 101281100975、1 00% = o 3 % 2 0 %P i 1 0 1 2 8 1可应用柏努利方程4 0 0 时，烟道气的密度P Pm 2RT( 1 0 1 2 8 1 + 1 0 0 9 7 5 ) x 3 0 0 x l Q -32 x 8 . 3 1 4 x 6 7 3= 0 . 5 4 2版/ 疝在烟囱的进出口之间列柏努利方程，以烟囱底端为上游截面1 - 1 ,以烟囱顶端为下游截面2 - 2 ， ，并以截面1 - 7作位能基准面，有

31、 + h/ = A -4- -2- di t - 4re = -H- -2-(-a- +- -b-)= 1.09m代入上式解得 w = 19.8 m /iw , = u Ap = 19.8 x 1 x 1.2 x 0.5 4 3 = 12 .8 3依 / s = 4 .6 2 x 1 OY g / 2 0 .每小时将2 x l （） 4 k g的溶液用泵从反应器输送到高位槽（ 见本题附图） 。反应器液面上方保持2 6 .7x 103 P a的真空度，高位槽液面上方为大气压强。 管道为76 mm x 4mm的钢管， 总长为5 0 m,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（ 局部阻力系数为4 ）

32、、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为1 5 m。若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。解：在反应器液面与管路出口内侧截面2 -2 ,间列柏努利方程，以截面1-1为基准水平面，得2 2争卬 ” 号 + g Z 2 + + g其中 4 = 0 z? =15m u 0 = -2 6 .7x 1 ( ) 3 尸 。 (表压)2 = 0(表压)4 x 2 x l 04 /i f - 1 4 4 / c2 - 36 00 - x (76 - 4 x 2 ) x 1 O-3 2 x 1073 -I ” P i P o / 、丁 j 2 6 .7 x 10? 1.4 3 k%二 + 且 仁2 -4 )

33、+ 宁 + 万 仇2 = m 3 + 9.8 1x 15 + - + /= 173 + %其中，Z% =% + ；J 2对直管阻力3弓 与Re = %(76 -8 ) x 10 3x l .4 3x l 0736 .3x 10= 1.6 5 6 x 105 = 0.3m m 那么 I d = 0.3/(76 .4 x 2 ) = 0.004 414由 /d 和Re在图1-2 7 可查得4 = 0.02950 1 432hff =0.029x(-7-6-8)x1 O-3 2=对局部阻力 二个全开的闸阀2x0.33/7? = 0.66/7?五个标准弯头1.6 x5m = 8m进口阻力系数0.5孔板

34、的局部阻力系数40.029 x 0 -6 6 + - x + 4.5 x 1 - = 8.378J / kg68x10-3 2 2IV, = 173 + 21.8 + 8.38 = 203.27/该流体的质量流量叫=2x1()4/3600 = 5.6依/sN, =203.2x5.6 = 1128.9WN = N /?7 = 1128.9/0.7 = i.61kW2 1 .从设备送出的废气中含有少量可溶物质， 在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600 n?/h（ 在操作条件下） ，其物理性质与5（TC的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风

35、机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计，其读数为30nlm。输气管与放空管的内径均为250mm,管长与管件、阅门的当量长度之和为50m（ 不包括进、出塔及管出口阻力） ，放空口与鼓风机进口的垂直距离为20 m , 已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96x103 pa。 管壁的绝对粗糙度 可取为0.15mm,大气压强为101.33x1（ ） 3 Pa。求鼓风机的有效功率。解：这是有外加功的可压缩流体，首先验证Ap20%p。以过测压口中心的截面1 - J 和放空管内侧截面2 - 2,为衡算截面。Pl = 13600x9.8 lx 30x10-3 = 294.3Pa （ 表压）PP 1 + P

36、2294.3-0294.3 + 101330x 100% = 0.2896% / / , = 3 0 x 1 0 + 9 . 8 1 x 5 + 4 4 . 4 4 = 1 2 0 . 7 6 J / kge p 1 s 1 1 0 0N = NJr)= WeVsp/tj = 1 2 0 . 7 6 x 1 9 x 1 1 0 0 / (0 . 8 3 x 3 6 0 0 ) = 0 . 8 7 6 左 W 、* 的山、士、士 4 匕 4 x 5 / 3 6 0 0 cc /(2 ) 旁路的流速2 = T - - - - - - - - -= 2 . 4 3 / 7 ? / 5-7rd2 3

37、. 1 4 x 0 . 0 2 72R ed2112P _ 2 7 x 1 0 - 3 x 2 . 4 3 x 1 1 0 050x10-36 4 6 41 4 4 3 , A = = = 0 . 0 4 4AR e , 1 4 4 3旁路是一循环管路，循环系统中，叱 = 、 / , = (4 券+ 将一 44X 悬= 8 . 3 12 8 . 本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从B C 与23BD两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离均为11 m。AB管段内径为38mm、长为58m; BC支管的内径为32m、长为12.5 m; BD支管的内径为26 mm、长为14m。

38、各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。AB与BC管段的摩擦系数九均可取为0.03。试计算：(1 )当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量为若干(n?/h)?(2 )当所有阀门全开时， 两支管的排水量各为若干(n?/h)?BD支管的管壁绝对粗糙度 可取为0.15 m m ,水的密度为1000 k g /m 黏度为0.001 Pas。解：(1 )在 高 位 槽 液 面 和 BC支管出口内侧截面C -C 间列柏努利方程，并以截面C - C 为位能基准面，得2 2 + gZ+- = -+gZc+ -+ YhfA-c (1)p 2 p 2其中 Pi = Pc =0(表压) Z=lbn zc =

39、0 /2将以上数值代入方程(1 ),整理得g 1 Z h c + 会1卜9.18 = /1姬 缢 + /1 瞑 + 缢d，A B 2 dBC 2 2= 0.03x58 七38x10-3 2+ 0.03x12.5 n BC32x107 2 UB C根据连续性方程(M42) A B = (MJ2)S C , 解得“AB =0.71 8c代入(2)式, 解得I = 1.77用/s , uBC = 2.49/n/ s兀 T 4= - J jcwfic =-1x (32x10-3)2x 2.49x3600 = 7.2/n3/?(2 )根据分支管路的流动规律，有2 2 + gZc + 与 + Z hf,B

40、-C = + gz。 + + Z hf,B-D(3)由于出口管BC、B D 在同一水平面上，取两支管出口外侧为下游截面，则两截面上Z,p和“ 均相等。( 3)式可简化为Z % ,B-C= Z % ,B-。 ，记为方程(4)。但由于BC和 BD是不连续的，“ 。 外 = 今 / 不一定成立，4 和乙的关系也24不能确定，需要试差计算。由于儿为已知，应假设心 , 这样可确定和均， 的比例。切= 0 15 / 2 6 = 0 . 0 0 5 8 ,查摩擦系数图, 得筋= 0 . 0 318 ,将4c和 % 代入方程( 4 ) ,得0 . 0 3 x12 . 5 BC32 x 10 7 2= 0 .

41、0 318 x142 6 x 10 - 3= uBC( 5 )2I BD在高位槽液面1- 1和截面C - C 间列柏努利方程，并以截面C - C ,作位能基准面，得2 2 + g Z | + = + g Z c + ? + Z / j _c p 2 p 2其中，P i = P c = ( 表 压 )% Q 0 zc = 0 = 1 I m将以上数据代入方程( 6 ) ,整理得10 7 , 9 = Z%+s+Z勺i. c ( 7 )j 2 c o 2= ( “ 产 + 切 春 = 0 3 x 云浙+ 0 . 5 )等 = 2 3. 15 4 ( 8 )ABY hf B C= Asc -文=0 .

42、 0 3x 12.5 限 =5 说 ( 9)乙 fB-c BC 人nC 2 32 x 10 - 3 2 BC -由连续性方程，可得a / j =UBCdlc+ UBDdlD ( 10 )其中4 = 3 8机机，dBC = 3 2mm , dBD = 26 mm ,代入方程( 10 )中，整理可得uAf. = 0 . 7 8 “ + 0 . 4 6 9 加 ( 11)把 8 c = L 2 18Q 代入方程( 11) ,得到IS %。把 uBC =1.21UBD . = L 15 3O代入方程( 11)得到 /。= L 6 / n/ s校 验 小 ：Re _ = =26x16 x 10： = *

43、 16 x 1 O , , %。 / 九 =0 . 0 0 5 8查得%。= 0 . 0 33,与前面的假设4。= 0 . 0 318不相符，需重新计算。以 ABD = 0 . 0 33 代入计算，得B C = 1. 2 3% ，UAB = L 16 B O代入方程( 11)得到uBD = 1. 4 5 m / 525校 验 以 ：R * =幽/ = 2 6 x 10 x 1. 4 5 x 10 ： 3万x 1 O ,B D B D 1X 10 - 3查得%。= 0 . 0 32 6 ,与 4。= 0 . 0 33相符。uc = 1 .23UD - 1. 2 3x 1. 4 5 = 1. 7

44、8 m / sjr 3 14% c = 丁 * (32 * 10 - 3) 2、3 16 x 36 0 0 = 5 .16，T? /Sn 3 14%。=4阴加= 芋x ( 2 6 x l 0 - 3) 2 x i 45X360 = 2.77/?/S2 9 .在。38加加x 2 . 5 制的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16 . 4mm,管中流动的是2 0 C的甲苯，采用角接取压法用U管压差计测量孔板两测的压强差，以水银为指示液，测压连接管中充满甲苯。现测得U管压差汁的读数为6 0 0 m m ,试计算管中甲苯的流量为若干( k g/ h) ?解：2 0 时甲苯的密度P= 8 6 7必

45、/ 机 = =6 . 7 5 x l ( ) TP a4 / 4 = ( / 4 ) 2 = ( 16 . 4 / 33)2 = 0 . 2 4 7查本教材的图1- 33,假设C = 0 . 6 2 5% = C 0gR( Re( 6 . 7 5 x 10原假设的C = 0 . 6 2 5合理。%= u Ap = 2 . 0 4 x - x ( 33x l。 -3了 x 8 6 7 x 36 0 0 = 5 4 2 7依 /h， 4第二章流体输送机械习题1 .在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26 m 3 /h时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为15 2 k P a和24 .7 k

46、 P a ,轴功率为2.4 5 kW,转速为262900 r /m i n0若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4 m ,泵的进、出口管径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。解：在真空表和压强表测压口处所在的截面1 - 7 和 2 - 2 响列柏努利方程,得4+含甘 +pg 2g2 乙 2其中：Z2-Z= 0.4 m =-2.4 7 x 1 O （ 表压） p2 = L52X1（ TPQ （ 表压）M1 = U2 Z /J -2=0则泵的有效压头为：乩 = .石 ） + = 。4 +咏 髻 皿 = 18强c 2 1 pg 103X9.81泵的

47、效率1027 V26x l8 .4 1x lQ33 600x 102x 2.4 5nx lO O %= 5 3 .2%该效率下泵的性能为：Q = 26 m3/h =18 .14 机 =5 3 .2% N = 2.45kW2.用某离心泵以4 0 m 3 /h 的流量将贮水池中6 5 C 的热水输送到凉水塔顶， 并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的。已知水在进入喷头之前需要维持 4 9 k P a 的表压强，喷头入口较贮水池水面高8 m。吸入管路和排出管路中压头损失分别为1 m和 5 m, 管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵，并确定泵的安装高度。当地大气压按10L 3 3 k

48、P a 计。解：在 贮 槽 液 面 与 喷 头 进 口 截 面 2 - 2,之间列柏努利方程，得z号十分-2+走亲2 %H e = M +黄弋+ 2其中：A z =8 m A p = 49 kP a A w2 =0 j-2 = 1 + 5 = 6m p = 9 80kg /m327Hec 4 9x l038 d -98 0x 9.8 1+ 6 = 19.1m根据。= 4 0疝/ ,乩 =19 1叫输送流体为水，在/ S型水泵系列特性曲线上做出相应点，该点位于/ S - 8 0 - 6 5 - 1 2 5型泵弧线下方，故可选用（ 参见教材113页） ,其转速为2900r /m i n,由教材附录

49、24查得该泵的性能，Q = 5 0 m h ,He = 20m , = 7 5 % , N = 6 . 3 k W ,必需气蚀余量（ N P S） ， = 3 .0加由附录七查得65 。时，亿 ,=2.5 5 4 x 10。泵的允许安装高度Hg = Pa Pv- ( N PSH - H f 2P g1013 3 0-25 5 4 098 0.5 x 9.8 1-3 .0-1 =3 .8 8加3 .常压贮槽内盛有石油产品，其密度为7 60 kg/ n A黏度小于2 0 c S t ,在贮存条件下饱和蒸气压为8 0 k P a ,现拟用65 Y -60B型油泵将此油品以1 5 m3/ h的流量送往

50、表压强为1 7 7 k P a的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m,吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为1 m和4 m。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下1 . 2 m处，问此泵能否正常操作？ 当地大气压按1 0 1 . 3 3 k P a 计。解：要核算此泵是否合用， 应根据题给条件计算在输送任务下管路所需压头的值，然后与泵能提供的压头数值比较。由本教材的附录2 4 ( 2 )查得6 5 Y - 6 0 B泵的性能如下：Q - 1 9 . 8 / n3 /h , He - 38/M , r - 2 9 5 0 r/ m i n , Ne = 3 .15kW , r

51、) - 5 5 % ,（ N PSH ） r = 2.7m在贮槽液面i-r与输送管出口外侧截面2 - 2 ”同列柏努利方程，并以截面i - r为位能基准面，得2 2其中，马一4 =5加 = 0 （表压）“ 2 = 1 7 7攵 （ 表压）= u2 028=1 + 4 = 5， 2 = 760kg/机3将以上数值代入前述方程，得完成流体输送任务所需的压头为177x103H =5 +-+ 5 = 33.74相 ” =38机 760x9.81所需 流 量= 1 5 / u = 0 . 49 x9 . 9 9 = 4.9 m/sA校核雷诺数Re = 业 唬 =.5 %9 1。= 2 . 45 x 1

52、。 5 ,故C。 是常数。 1 x 1 0水在进口管路中的流速出 = 4 .9x ( )2 = 1 .2 2 5 / 51 1 0 0气蚀 余 量 (N P S )= 2 + P g 2 g_ (76 0 -5 5 0 )x 9.8 1 x 1 3 .6 2 3 3 4 .6 1 .2 2 52103X9.81 + 2 x 9.8 1= 2.6 9 m允许吸上真空度，乩= 550* 1 x9.81 x 13.6x 1 O = 7.4 8 ? pg 103X9.815 . 用3 B 3 3 A 型离心泵从敞口水槽中将7(TC清水输送到它处， 槽内液面恒定。输水量为3 5 4 5 m3/ h ,在

53、最大流量下吸入管路的压头损失为1 m, 液体在吸入管路的动压头可忽略。试求离心泵的允许安装高度。当地大气压98 .1 k P a 。 在输水量范围下泵的允许吸上真空度为6 .4 m 和5 .0 m 。解：由附录查得操作条件下清水的饱和蒸汽压， 将已知的 丁 = 5 机换算后代2入( 4 =q -端 便 可 求 出 ？ 。由附录可知 70 时p水= 9 773 kg/ 府 ,A = 3 1 .1 6 4 x l O3P aH/ / / +( - 1 0 )-(庄 -0 .2 4 )0 H 2 0 g Pa1 0 0 0x -PHu , 98 .1 X 1 03 ,c 、 ， 3 1 .1 6 4

54、 x 1 ()35 + (- 1 0 )-(- - - 0 .2 4 )977.8 x 9.8 1 9.8 1 x l O31 0 0 0x -977.8= 2 .0 3 7加由此可知泵的允许装高度为H , = s -畀一= 2 3 0 7 1 0 = 1 .0 3 7加6 .用离心泵从敞口贮槽向密闭高位槽输送清水，两槽液面恒定。输水量为304 0 m3/ h 两槽液面间垂直距离为1 2 m,管 径 为0 2 ” x 4机机，管长(包括所有局部阻力的当量长度)为1 0 0 m ,密闭高位槽内表压强为9.8 1 x l ()4 p a ,流动在阻力平方区，摩擦系数为0 .0 1 5 ,试求：(1

55、 )管路特性方程；(2 )泵的压头。解：(1 )以贮槽液面为1 -7 ，并作为位能基准面，以高位槽液面为2 -2 ;在和2 -2 ,之间列柏努利方程，得” 广加+组 +竽pg 2 g J 其中：A z = 1 2 / n A p = 98 .1 x l 0 p ” A 2 = 0代入上述数据可得H . = 1 2 + 9 8：1 X 10 + Y Hf. 2 = 2 2 + H ,., 1 03X9.8 1 乙 2 乙 2管路摩擦阻力损失Z % =/+ 2吟=亚誓+Z乡 慧r= 0 .0 1 5 x - -x - - = 1 .6 8 9x 1 ()4Q； (Q；以“3 / 为单位)0 .0

56、94 / x 0 .0 94 2 x 9.8 1 &”, = 2 2 + 1 .6 90 x 1 ()4 0 ；(2 )将 。= 4 0 / 3 6 0 0代入以/ /s为单位的计算式4 0H = 2 2 + 1 .6 90 x l 04x (- )2 = 2 4 . b n3 6 0 07.用水对某离心泵做实验，得到下列各实验数据:。 /(L / m in )01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 / m3 7.23 83 73 4 .53 1 .82 8 .5泵输送液体的管路管径为76 m m x 4 mm、长 为3 5 5 m(包括局部阻力的当量长度)，吸入和排出空间为常压

57、设备，两者液面间垂直距离为4 .8 m ,摩擦系数可取 为0 .0 3。 试求该泵在运转时的流量. 若排出空间为密闭容器， 其内压强为1 2 9.5k P a(表压)，再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水的相似。解：(1 )在贮水池液面和输水管出口内侧列柏努利方程，得31其中：A z = 4 .8 m /=0 % =9 ( 0；以m3 / s为单位)71 dp = 0由此可得到管路特性方程:乩= 4 .8 +0 .0 3 + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ x _ _ _ _ _ _ _ _ _ _遮 _(76 -4 x 2 )x 1 0 3 2 g叫7 6 -

58、4 x 2 )x l (f 3了= 4.8 + 1 .68 42x 1 ( ) 5。 ； ( 1 )泵的性能参数见表1。由表1的数据绘制如下的管路特性曲线，两曲线的焦点即为泵的工作点，此时。=6.67x 1 0- 3毋 /$ 即400L/m i n( 2 )在贮水池液面和管路出口液面上方之间列柏努利方程，得Ap AH2 / + ，八 ”2H = A z + +- - - - + 2( -P g 2g d 2g其中：A p = 1 29 .5x 1 03P a %=0 , % =也 ；, M 4.8 m7i d% + 置券+ ( 。 皿 康 )x黑= 1 8 .0 + 1 .68 42 X1 (

59、 ) 5Q2重复( 1 )绘制管路特性曲线的步骤，数如由表( 1 )最后一行所示。此管路特性曲线与泵特性曲线交点即为新的工作点。2 = 5.20x l 0-V / i = 31 0L/m i n表( 1 )离心泵的性能参数QL/m i n01 0020030040050032e(.xio3m3 / s0.001.673.3356.678.33Hm37.8383734.531.828.5Hem4.86.511.5620.0431.9347.11H,m1819.724.7633.2445.1360.31习题7 附图8 . 用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为H = 2 5 - 1

60、X1 06( 22;管路特性曲线方程可近似表示为乩 = 10 + 卜 1050,两式中。的单位为n ? /s, 的单位为m。试问两泵如何组合才能使输液量大? ( 输水过程为定态流动)解：两泵并联时，流量加倍，压头不变，故并联泵的特性曲线方程为“ #=25- 些 9 。= 25 - 2.5X1 ( ) 6Q24令H0 = H并,可求得并联泵的流量，即10 + 1X105Q2 =25一 2.5x1()602,解得 0 = 0.006553/人两台泵串联时，流量不变，压头加倍，故串联泵的特性曲线方程为“电= 2( 25- 1X1 ( ) 6Q2) = 50 2X1 ( ) 6Q2同理，1 0 + 1

61、X1 05Q2 = 5 0 - 2X1 06Q2 ,解得。= 0.00436疗 /%33结果表明，并联泵的流量高于串联泵的流量。9 .现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为1 250 k g /n ?的液体输送到表压强为1 .28 x l ( ) 6pa的塔内，贮罐液面比塔入口低10 m,管路系统的总压头损失为2 m。已知泵的活塞直径为70 mm,冲程为225 mm,往复次数为200m i n1,泵的总效率和容积效率分别为0.9和0.9 5。试求泵的实际流量、压头和轴功率。解：( 1 )三效单动往复泵的实际流量。= 3 % A S ，其中，依为泵的容积效率，其值为0.9 5, A = -

62、D2 = -X0.072 = 0.0038 5/n24 4S - 0.225m , nr - 200m i n 1所以，。=3x 0.9 5 x 0.0038 5 x 0.225x 200 = 0.49 4/ / m i n( 2)在贮罐液面及输送管路出口外侧截面2 - 2,间列伯努利方程，并以贮罐液面为位能基准面，得0 +互+ + .P g 2g其中，4 = 0 z2 = 1 0m 8=0 （表压） 2 = 1 .28 x 1 06p a（ 表压）u 0 M2 - 0 H f12 = 2m p - 1250kg / nr所 以 乩 = & + 包 + %P g1 0 +1 .28 x l Q

63、61 250x 9 .8 1+ 2 = 1 1 6.4/T?管路所需的压头应为泵所提供，所以泵的压头为1 1 6.4m。( 3)往复泵的轴功率计算与离心泵相同，则v_ _ 1 1 6.4x 0.49 4x 1 250一 027一 60x 1 02x 0.9= 1 3.05Z W1 0 .已知空气的最大输送量为1 4 5 0 0 k g/ h ,在最大风量下输送系统所需的风压为L2 8 x l ( ) 6 p a( 以风机进口状态计) 。由于工艺条件的要求，风机进口与温度为4 0 ,真空度为1 9 6 P a的设备连接。试选择合适的离心通风机。当地大气压强为 9 3 . 3 k P a。解：由题

64、知，。= 1 4 5 0 0依 / % % = 1 6 0 0 434由附录2 5 知可采用4 - 7 2 - 1 1 N 0 . 8 C 型离心通风机，性能如下：r = 2 0 0 0 r / m in , p = 1 9 4 L8 P a , Q = 1 4 1 0 0 / / / ? , = 9 1 % , N = 1 0 . ( K W11. 1 5 。 的空气直接由大气进入风机，再通过内径为8 0 0 mm的水平管道送到炉底，炉底的表压为1 0 . 8 k P a 。空气输送量为2 0 0 0 0 n ? / h ( 进口状态汁) ，管长为 1 0 0 m ( 包括局部阻力的当量长度

65、) ， 管壁绝对粗糙度可取为0 . 3 m。现库存一台离心通风机， 其性能如下表所示。 核算此风机是否合用？ 当地大气压为1 0 1 . 3 3 k P a 。转速/ ( r / m in ) 风压/ P a 风量/ ( n r , / h )1 4 5 0 1 2 6 5 0 2 1 8 0 0解：离心机的风速为：2 0 0 0 0 ，u =- - - - - - - - - - - - - = 1 1 . 0 5 m / s( 3 6 0 0 x ( x 0 . 8 2 )查得 1 5 时， = 1 . 8 1 x 1 0 - & S , p = 2kg/m3则 Re = 逊=68x110

66、8*1.2 = 5 86xl ( )5 1 . 8 1 x W50 3又 - = = 0 . 0 0 3 7 5d 8 0 0查Mo o dy 图知，2 = 0 . 0 1 7其阻力损失压降 R. = 2 / ? - - = 0 . 0 1 7 x l . 2 x x- = 1 5 5 . 6 8 F a1 d 2 0 . 8 2全风压 H 1 =（ 2 - D + F R,i? x 1 1 0 52= 1 0 . 8 x 1 。 3 + - - - -： + 1 5 5 . 6 8 = 1 1 0 2 9 1 2 6 5 02风量 = 2 0 0 0 0 2 1 8 0 0 / / / ?

67、（ 符合）由上面分析，此风机合用。1 2 .某单级双缸双动空气压缩机，活塞直径为3 0 0 m m , 冲程为2 0 0 m m , 每分钟往复4 8 0 次。压缩机的吸气压强为9 . 8 0 7 x 1 ( ) 4 p a , 排气压强为3 4 . 3 2 x 1 ( ) 4 p a 。试计算该压缩机的排气量和轴功率。假设汽缸的余隙系数为8 % , 排气系数为容积系数的8 5 % , 绝热总效率为0 . 7 。空气的绝热指数为1 . 4 。35解：往复压缩机的排气量，Vmin=AS nrx 4x Adxejr jr其中：A = - d2 = - x 0 32, 5 = 0 . 2 m ,凡=

68、 4 8 0次/ m in4 44 = 0 . 8 5 , 7 7 = 1 - 8 % = 9 2 %将此数据代入上式可得到:n= x 0 . 32x 0 , 2 x 4 8 0 x 4 x 9 2 % x 8 5 % = 2 1 . 2 2 / m in所需的轴功率N =K i n ( 二T J*-11卜 而 马其中：P | = 9 8 . 0 7 x 1 0 3 P ”1 4N = 9 8 . 0 7 X103 X 21.22X ( 1 . 4 - 1、， 3 4 . 3 2、 品,) x ( - - - - - ) -4- - 19 8 . 0 7x 1 / 0 . 76 0 x 1 0

69、 ，= 7 1 . 9 k W1 3 .用三级压缩把2 （ TC的空气从9 8 . 0 7 x 1 （） 3 p a压缩到6 2 . 8 x 1 0 3 pa,设中间冷却器能把送到后一级的空气冷却到2 （ r c ,各级压缩比相等。试求：（ 1 ）在各级的活塞冲程及往复次数相同情况下，各级汽缸直径的比；（ 2 ）三级压缩所消耗的理论功（ 按绝热过程考虑，空气的绝热指数为1.4,并以1 k g计） 。解：（ 1）每级的压缩比x可由下式计算. 户4 62.8 x 105 p , V 9 8 .07 x 10s则 有 匕 =4, 匕=4, 即匕： 匕： 匕=16: 4: 1匕 匕所以 4 4 = 4

70、 ： 2: 1（河 ： 叵： 也 ）（ 2）昨 噌 （ 一3K 7）（卫 士产 -11K -1 1 P _其中：p, = 9 8 .07x l O3Pa , p2 =62.8 0x l O5Pa , 乂= ，K = 1.4代入上式得36、 , 62.8xl05、 黑,)x (-r)3xL4- l98.07 xlO33x1 4卬= 98.07 X103 X 0.833 x (-1.4-1= 417.1kJ /kg第三章机械分离和固体流态化1 .取颗粒试样500 g ,作筛分分析， 所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2 列，筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3 列，试求颗粒群的平均

71、直径。习题1 附表筛号筛孔尺寸/mm截留量/g筛号筛孔尺寸/mm截留量/E101.6510660.20860.0141.16820.01000.14730.0200.83340.01500.10415.0280.58980.02000.07410.0350.41713.02700.0535.0480.29511.0共计500解：颗粒平均直径的计算=- X (-1 - 1 -1 -1 -500 1.651 + 1.168 1.168 + 0.833 0.833 + 0.589 0.589 + 0.417 0.417 + 0.29560 30 15 10 5d-1 -1 -1 -1 -)0.295

72、 + 0.208 0.208 + 0.147 0.147 + 0.104 0.104 + 0.074 0.074 + 0.053=2.905 (1/mm)由此可知，颗粒群的平均直径为da=0.345mm.2 . 密度为2650 kg/n?的球形石英颗粒在20C空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。解：20。时，夕 空 气 =1.205依/疗, 4 = 1.81x10-5pq.s对应牛顿公式，K 的下限为6 9 .1 ,斯脱克斯区K 的上限为2.6237那么，斯脱克斯区:maxK- o ) gV A2_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 2.6

73、2J 1.205x ( 2650-L 205) x 9.而 ( 1.8 1x 10-5) 2= 57.4?_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _69 .1J 1.205x ( 2650-L 205) x 9 i T( 1.8 1x 107) 2= 1513/m3 .在底面积为4 0 m2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。 气体的处理量为360 0 m 3 / h ,固体的密度0 = 3000必/ / ,操作条件下气体的密度0 = 1.06/机3,黏度为2x 10-5 Pa s。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。解：同 例3-3在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度处,则b

74、l3600400x 36000.025m /5假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。m in18 %( 2 。 )g18X2X10-5X0.025 1二- = 17.5w m( 3000-1.06) x 9 .8 1核算沉降流型：R , = 媪/ = S R ” x吗? L O G = 。023 i 2x l 0-5假设合理。求得的最小粒径有效。4.用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8 ，密度为4000kg / m 除尘室长4 . 1 m、宽1.8 m、高4.2 m,气体温度为427七，黏度为3.4、10-5P as密度为0.5 kg/ m若每小时的炉气量为2160标

75、准n? ,试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：由气体的状态方程P V = R T有 匕 =: 匕则而行气 体的流量目 为TV 7, = -4-2-7- -+- 2-7-3 x -2-1-6-0 - = 1.54m3 ,/ s273 3600b H1.541.8 x 4.2= 0.2034/77/ s假设沉降发生在滞流区，用斯托克斯公式求最小粒径。38, I 18u u t |18X3.4X10-5X0.208 - Ed = 匕-= - =57.02 机 （ 4000-0.5） x 9 .8 1 尸虻的 j防法 用 | 4而/2 5 7 . 0 2 x 1 0- 6 x 0 . 2 0 8 x

76、0 . 5 .核算讥降流型：R e, = ， =- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -= 0 . 1 7 4 1 3 . 4 x 1 0 - 5假设合理。求得的最小粒径有效。由以上的计算可知。粒径为8 机的颗粒沉降必定发生在滞流区。用斯托克斯公式求沉降速度“，他” ） g =（ 8乂1 0 - 6 ） *4000一 ? 方 四 卬 。 - % / 1 8 1 8 x 3 . 4 x 1 0 - 5层数“ =- - - - - - - - - - - - - -= 5 0 . 9 取为 5 1层。b l u黏度为3 . 6 X 1 0 5 P

77、a - s ,密度为0 . 6 7 4 k g/ n ? ,采用如图3 - 7所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为0 . 4 m ,试估算其临界粒径、分割粒径及压强降。解：对标准型旋风分离器，已知 = 0 . 4 m , 5 = D / 4 = 0 . 1 m , h=D/2=0.2m,气体流速为% = K / A = 1000/(3600X8X/Z) =1 0 0 03 6 0 0 x 0 . 1 x 0 . 21 3 . 8 9 m / s临界粒径4 = 上 巴 -V 兀 N / M iI 9X3.6X105X0.1V 3 . 1 4 x 5 x 2 3 0 0 x 1 3

78、. 8 9=8 . 0 4 / zm0 . 2 7 x3 . 6 x 1 0 - 5 x 0 . 41 3 . 8 9 x ( 2 3 0 0 - 0 . 6 7 4 )=5 . 7 3 / zm39IT 用除 A M,2 0.674x（ 13.89）2压强 拳 = J = 8.0 x-= 520P a所以，临界粒径4 = 8.04机，分割粒径4（）=5.73机，压强降520Pa6 .某旋风分离器出口气体含尘量为0.7xl（y3 kg/标准m3, 气体流量为5000标准m 3/h,每小时捕集下来的灰尘量为21.5 kg。出口气体中的灰尘粒度分布及捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列于本题附表中。习

79、题6 附表1粒径范围/7055 1010-2020-3030 40405050在出口灰尘中的质量分数/ %16252920721在搜集的灰尘中所占的质量分数/ %4.41126.62018.711.33解：（1）除尘总效率出口气体中尘粒的质量流量为叼=0.7x10隈5000 = 3.5依/ / ?进口气体中尘粒的质量流量为“ =21.5 + 叫 = 21.5 + 3.5 = 25依/ %21 S 21 5所以仇= =二=0 .8 6 ,即86%卬 1 25（ 2）粒级效率曲线 附 叫 + 卬 2 1根据附表的数据求得粒级效率值如本题附表所示习题6 附 表 1粒径范围fim055-1010202

80、0 3030 4040-5050平均粒径 加2.57.51525354550X2,.（ % ,质量）16252920721% （ %,质量）4.41126.62018.711.3840卬2 %0.560.8751.0150.700.2450.070.0350.9462.3655.7204.34.022.431.720.630.730.8500.860.9430.9720.98根据乙心的数据绘制粒级效率曲线如附图所示7 .在实验室用一片过滤面积为0.1 n ? 的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验， 滤叶内部真空度为500 mmHg。 过滤5 min得滤液1 L,又过滤5 min得滤液0.

81、6 L。若再过滤5min,可再得滤液多少？解：由过滤基本方程：q2 + 2qqe=K 0 ,代入数据有：( )2 + 2(= K x 5 x 60O.lxlO3 O.lxlO3 f(L6 1 2( L6 = K x 10 x 60I 0.1x10 ,O.lxlO%解得：% = 7x10-5 加 32 K =8x10-7m2/5当 0 = 15min 时，4=0.01 m/n?、 =0参m % ?滤液。滤饼不要求洗涤，其他辅助时间为20m in,要求过滤机的生产能力为9 m )h ,试计算：( 1 )至少需要几个滤框? (2)框的厚度L15 . 已知苯好生产的催化剂用量为37400 k g ,床

82、径为3.34 m ,进入设备的气速为0.4m /s,气体密度为1.19kg/m 采用侧缝锥帽型分布板，求分布板的开孔率。16 . 平均粒径为0.3 mm的氯化钾球形颗粒在单层圆筒形流化床干燥器中进行流化干燥。固相密度2=1980 kg/n?。取流化速度为颗粒带出速度的78% ,试47求适宜的流化速度和流化数。干燥介质可按6 ( rc的常压空气查取物性参数。解：假设沉降在沉流区。u t = * 什 “ =叱 斗 ( 四 砂 力 肉=4 . 8 3 xl O - S n/ 5 .核算R“ = 0 3x10-3 X40 83X1980 /( 2.0 1X10 -5 )I假设不合理。假设沉降在过滤区。

83、% = 0 . 2 7 x9丁底: 0 . 2 7 x，6汽1t gi.70mIs.核算R “= 2 7 . 8. 符合要求。流化速度.u = 0 . 7 8 ut= 0 . 7 8 x1 . 7 = 1 . 3 3 m / s .% = 织34 =。 如1。 、1 9 7 8 . 9 4 ： 9 . 8 1 = 00527m 旧1 6 5 0 1 6 5 0 x2 . 0 1 x1 0 - 5流化数 = 1 . 3 3 / 0 . 0 5 2 7 = 3 2 . 3 .第四章传热习题解答1 .平壁炉的炉壁由三种材料组成， 其厚度和导热系数列于本题附表中。习 题1附表序号材料厚度bm m导热系

84、数儿W / ( m - )1 (内层)耐火砖2 0 01 . 0 72绝缘砖1 0 00 . 1 43钢64 5若耐火砖层内表面的温度L为1 1 5 0 c铜板外表面温度归为3 0 c又测得通过炉壁的热损失为m - W / n? ,试计算导热的热通量。 若计算结果与实测的热损失不符,试分析原因和计算附加热阻。解：单位长度的热通量_ 1 7 4b h b3-r -r -4 2 31 1 5 0 - 7 0200 i o o r- 1 - 1 -1 . 0 7 0 . 1 4 4 5- - - -= 1 2 4 2 W / /x lO - 3实测结果为3 0 0 W / m2,说明存在附加热阻，可

85、能原因是空穴或层与层之间的表面接触不良等原因。48设附加热阻为R ,则有q=7-5 0 ”- - - - - - 二 300 n R = 2.83/n2 C/W，+ 仇 + xlO”+ R、4 4 4 ,2.燃烧炉的内层为460mm厚的耐火豉, 外层为230mm厚的绝缘砖。若炉的内表面温度L为1400,外表面温度t3为100。试求导热的热通量及两砖间的界面温度。 设两层砖接触良好， 已知耐火豉的导热系数为4 =09 + 0.0007f, 绝缘砖的导热系数为4=0.3 + 0.0003/。两式中f可分别取为各层材料的平均温度， 单位为,A单位为W/(m-).解：设两砖之间的界面温度为12，由*

86、= ，得4 几2_幽 j_= _3_= 9 4 9 (460 x 10-3 /(0.9 + 0.0007 x 230 x 10-3/(0.3 + 0.0003 x热通量 q = - -y-r- = 1689W /tn2” ( 1400 + 949、0.40 / 0.97 + 0.0007 x I；I3. 直径为060 ”x3”， 钢管用30mm厚的软木包扎， 其外又用100mm厚的保温灰包扎， 以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为- l i t r e ,绝热层外表面温度io 已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和1. 07W/(m C ) ,试求每米管长的冷量损失量。解：每半管长的热损

87、失，可由通过两层圆筒壁的传热速率方程求出：Q =_ - % _L ln + ln 2封 rx 2兀 入i r2-1100-10= 1 1 , 160In-F - In-2x3.14x0.043 30 2x3.14x0.0007 60= -25W/ni负号表示由外界向体系传递的热量，即为冷量损失。4 .蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层， 设外层的平均直径49为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置， 假定其他条件不变， 试问每米管长的热损失将改变多少？ 说明在本题情况下, 哪一种材料包扎在内层较为适合？解：设外层的平均直径为内层平均直径为dmi则dm2 =

88、2 dB i1且 = 2 4由导热效率方程知：Q= 八- - - - J - - -= 叫- -b- - + - - -b- - - - - -b- - - + - - - - - - - -b- - - - - - 5 b4 s m 4% A&L(24)(f) - - - - 4 4两层材料位置互换后：Q =一r -一r一= 时b b b- - - - - - - - 1- - - - - - - - - - - - -2/rdL 47r 2d 川 L 4所以：2 = Z = 3 = I.25 即：q = 1.25q。q 4两层保温材料互换位置后，单位管长的热损失增加。说明在本题情况下，导热

89、系数小的材料放在内层较为合适。5在外径为1 4 0 m m的蒸汽管道外包扎一层厚度为5 0 m m的保温层， 以减少热损失。蒸 汽 管 外 壁 温 度 为1 8 0 。保 温 层 材 料 的 导 热 系 数4与 温 度r的关系为入=0 . 1 + 0 . 0 0 0 2 t( t的单位为, 义的单位为W / ( m C ) )。若要求每米管长热损失造成的蒸汽冷凝量控制在9 . 8 6 x 1 0 -5k g / ( m s ) ,试求保温层外侧面温度解：由附录查的，1 8 O C的饱和蒸汽的汽化热尸= 2 . 0 1 9 x 1 0 4 / /必单位管长的热损失, =叱/ = 9 . 8 6

90、x 1 0 - 5 x 2 . 0 1 9 x 1 ( ) 6 =1 9 9 A W /m如马保温层外侧温度可由下式求得：t3=t2- - 2叫其中 t2=1 8 0 , r2=0 . 0 7 m , r3=0 . 1 2 m人由保温层内外侧平均温度下求得，由于t3未知，可用试差法求解。由于题给条 件 说 明 保 温 材 料 的 几 与t呈 线 性 关 系 ， 也 可 用 代 数 法 求 解 ：5 0I /+）亿 + 180）m 2 24 0.1+ 0.0002 X I ? 3 + 180r, =180-则o 12199.11n 巴上0.072万 0.1 +0.0002 x， 3 +180t3

91、 406 .在管壳式换热器中用冷水冷却油。水 在 直 径 为 双 x2 的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为349OW/ (m2- ) ， 管外油侧对流传热系数为258W / (d C ) 。换热器在使用一段时间后， 管壁两侧均有污垢形成, 水侧污垢热阻为0. 00026 nb C/W ,油侧污垢热阻为0. 000176而/ W 。管壁导热系数入为45W/(m C )。试求： ( 1)基于管外表面积的总传热系数； ( 2)产生污垢后热阻增加的百分数。解：( 1 ) 总传热系数即11 c c z 0.002x19 八 ” 19 19 + 0.000176 +-+ 0.00026 x + -2

92、5845x1715 3490x15=208卬/ （ 小 ）( 2 ) 产生污垢后热阻增加的百分数为:0.000176 +0.00028 X - ：-7- - - - - - - - - - - - - - 叵 不 x 100% = 11.8/.- - - 0.000176 +0.00028208 I 15J7 :在并流换热器中， 用水冷却油。 水的进、 出口温度分别为15C和 40C ,油的进、出口温度分别为150C和 100C。现因生产任务要求油的出口温度降至80, 假设油和水的流量、进口温度及物性均不变, 若原换热器的管长为1m。试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可

93、忽略。51解：平均温度差为t ,( 1 50 - 1 5) - ( 1 0 0 - 4 0 )925c.由热量恒算可得：在= 导= * = 0 5当油的出口温度降到8 ( TC 1 时，由热量恒算：Q = 叱 , 如 “ ( 1 50 - 8 0 ) = 忆- 1 5) . 解得： CI n 3 0由传热速率方程分别可得：原换热器：Wncpn( 1 50 - 1 0 0 ) = ksjm = k- n7cdLx 9 2 . 5.叱金( 1 50 - 8 0 ) = ks tm = k n兀dL x 7 0 .8 . 重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动， 两种油的初温分别为2 4 3 c 和

94、1 2 8 C ;终温分别为1 6 7 C 和 1 57 。 若维持两种油的流量和初温不变， 而将两流体改为逆流， 试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下,流体的物性和总传热系数均不变化， 换热器的热损失可以忽略。解：以上标， 表示并流的情况。由传热速率方程和热量衡算：。= 叱品, 5 一 T； ) = 叱 J( 4 - 0Q = K tm= Wncpn(T-T2) = Wccpc(t2-t)两式相除：_ =宜 二 五 =上 1 =鱼 二 立 业 二 口 ( 1 )， 皿为一/ ， 2 乙( 一/ ) 一。 2 ， 1 )_ ( 刀- 4) - & - ) _ ( 2 4

95、3 - 1 6 7 ) ( 1 57 - 1 2 8 ) _ 4 7( 7 -T2)-(T2 - ?1 ) t2 - t t2- t1而4 - 2 _ h- ( 2 4 3 - 1 2 8 ) - ( 1 6 7 - 1 57 ) _解 得 ： % =2 . 9 8. 即：( 2 4 3 - r2) = 2 . 9 8 x ( 7 ； -1 2 8 ) = = - 2 . 9 8 x ( 7 ； -1 2 8 ) + 2 4 3(2)由(1)式得：2 4 3 - 1 6 7 = 15 7-128 / , =0 . 3 8 x ( 2 4 3 - 7 ； ) + 1 2 82 4 3 12 12

96、 -1 2 8(3)由( 2 )、(3)式 得 := 1 6 1 . 3 C . =1 55. 4 C所以：心x = ( 2 4 3 - . 3 ) - ( 1 55. 4 - 1 2 8 ) = 叱 。ln&1 . 0 9 39. . 在 下列各种管壳式换热器中， 某种溶液在管内流动并由20C加热到5 0 C。 加热介质在壳方流动， 其进、出口温度分别为1 0 0 C和6 0 C ,试求下面各种情况下的平均温度差。（ 1 ）壳方和管方均为单程的换热器。设两流体呈逆流流动。（ 2 ）壳方和管方分别为单程和四程的换热器。（ 3 ）壳方和管方分别为二程和四程的换热器。解：（ 1 ）由对数平均温度差

97、知道： 回 =上（ 100- 50）铲-20） = 448CIn- I n t、 4 0( 2 )50 - 2 01 0 0 - 2 01 0 0 - 6 050 - 2 0= 0 . 3 7 5查温度差校正系数图得:= 1 . 3 3(P t =0.9P =R =t ,n=(p , = 0 . 9 x 4 4 . 8 = 4 0 . 3 （ 3）由R、P值查流程温差校正系数图得： , =0 . 9 8所以：t,n = （p,- tm = 0 . 9 8 x 4 4 . 8 = 4 3 . 9 1 0. 在逆流换热器中， 用初温为20C的水将1 . 2 5k g/ s的液体（ 比热容为1 .

98、9 k J/（ k g ） 、 密度为k g/ n r ） ，由8 0 冷却到3 0 。 换热器的列管直径为溟5,即x 2 . 5 向,水 走 管 方 。水 侧 和 液 体 侧 的 对 流 传 热 系 数 分 别 为0 . 8 5k W/ （ mC ）和1 . 7 0 k W/ （ m 2 C） ,污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50 ,试求换热器的传热面积。解：由传热速率方程。其中。=叱 金 ( (- 4 ) = 1 . 2 5x 1 . 9 x ( 8 0 3 0 ) = 1 1 9碗53% _ ( 8 0 50 ) ( 3 0 - 2 0 )I n上八I n301 01 8 . 2

99、 1 1= - Fko aobd d 1 0 . 0 0 2 5 - + = - - - - + - - - - - -2 5 2 5巩 a,d, 1 7 0 0 4 5X -F -2 2 . 5 8 50 x 2 0k=4722w/(m2 )所以:1 1 9 x 1 ( ) 34 7 2 x 1 8 . 2= 1 3 . 9 加 21 1在一管壳式换热器中， 用冷水将常压下纯苯蒸气冷凝成饱和液体。苯蒸气的体积流量为1 6 50 m 7 h ,常压下苯的沸点为8 0 . 1 C ,汽化热为3 9 4 k J / k g。冷却水的进口温度为2 0 ,流量为3 6 0 0 0 k g/ h ,水的

100、平均比热容为4 . 1 8 k J / ( k g ) ,若总传热 系 数K。 为4 50 W/ ( m 2 C ) ,试求换热器传热面积S。 。假设换热器的热损失可忽略。解：换热器的传热面积&= %其中:Q = Wxr = VsprPM 1 0 1 3 3 0 x 7 8 c o , , 3p =-= - - - - - - - - - - ：- - - - - - - - - - - - -= 2.69kg /mRT 8 . 3 1 5x l 03 x ( 2 7 8 + 8 0 . 1 )1650 X 2-69 X 394X103 = 4.86X105W3 6 0 0冷水出口温度可由热量

101、衡算求得。即 :4 . 8 6 x l 05 x 3 6 0 03 6 0 0 0 x 4 . 1 8 x l 03+ 2 0 = 316。则:( 8 0 . 1 - 2 0 ) - ( 8 0 . 1 - 3 1 . 6 ), 8 0 . 1 - 2 0I n8 0 . 1 - 3 1 . 6= 54 . 1 CS。4 . 8 6 x l Q54 50 x 54 . 1= 2 0 ， ” 21 2 .在一传热面积为50 m 2的单程管亮式换热器中， 用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。 冷水的流量为3 3 0 0 0 k g/ h ,温度由2 0 升 至3 8 。 溶液的温度由1 1 0 降

102、 至6 0 。若换热器清洗后， 在两流体的流量和进口温度不变的情况下, 冷水出口温度增到4 5。试估算换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻。假设：( 1)两54种， 情况下, 流体物性可视为不变， 水的平均比热容可取为4. 17k J /( k g ) ; ( 2)可按平壁处理， 两种工况下可和劭分别相同；( 3)忽略管壁热阻和热损失解：先求清洗前的总传热系数K *( 110-38 ) -( 8 0-20),110-38I n60-20= 5 4.4所以: 氏=， -S 33000X4.187X103X(38-20)3600x5 0x5 4.4= 25 4w /( /. 。 C )再求清洗后总传

103、热系数K。 , 由热量衡算求溶液的出口温度T2=T,-寝( f ； f ) = 110 - x( 45 -20) = 40.6aCt,n( 110-45 ) -( 40.6-20),110-45I n-40.6-20= 38 6Ck33000x4.18 7x103x( 45 -20)3600x5 0x38 .6= 49 7w /( m2 C )若 传 热 面 两 侧 的 总 污 垢 热 阻 为 则 有 :_71 1 。 1% a 乙 1 25 41111 = -1 - = -k a ai 49 7由此得:Z4 = 1.9 25 x10-3, / . 。 。/卬13.在一单程管亮式换热器中， 用

104、饱和蒸汽加热原料池。 温度为160C的饱和蒸汽在壳程冷凝( 排出时为饱和液体) ， 原料油在管程流动， 并 由20C加 热 到106C。 管壳式换热器尺寸为： 列管直径。19 m m x 2m m、管 长4m m， 共 有25根管子。若换热器的 传 热 量 为125 k W,蒸汽冷凝传热系数为7000W/( m 2 C ) ,油侧污垢热阻可取为0 . 0005 m2 ./W,管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略, 试求管内油侧对流传热系数。又若油的流速增加一倍， 此时若换热器的总传热系数为原来总传热系数的1.75倍, 试求油的出口温度。假设油的物性不变。解： ( 1)管内油侧a , :55。I n小

105、八( 160-20) -( 160-106). 1 6 0 - 2 0I n-160-106= 9 01.25 x10525 xx0.015 x4x9 0=29 5 W /(in2 C )一 = +&+( 囚 a&1 -29 5 + 0.0005 +%157000x19解得： % = 3 6 0 W /(相2 . 。C )( 2) .油的出口温度.新 条 件 下 的 物 理 量 用 “ ，”表 示 ， 由 热 量 衡 算 得 ：Q = 2 W C*；- 20)Q = Wq, ( 106 20) = 1.25 xl ( ) 5 = 卬 。,= i 45 0W/ C0 = 2 9 0 0 ( ，

106、； 20) . ( 1)由总传热速率方程得：( 160-20) ( 160， ； )Q =kS j t , ” = 1.75 x 29 5 x25 xx0.015 x4x,160-20I n - - r160 122.433 x， 2 204.9 42-l n( 160-Z2 )联 立 (1 ) 、(2 )解得：r2 100 o14. 90 C的正丁醇在逆流换热器中被冷却到50 C。换热器的传热面积为6 m l总传热系数为230W/( m2 ) ,若正丁醇的流量为19 30k g /h ,冷却介质为1 8C的水,试求：( 1)冷却水的出口温度；( 2)冷却水的消耗量， 以m7 h表示。解：(

107、1 ) :冷却水的出口温度f = 世 卫 = 70。 。2g .正 丁 醇= 2.9的 ( 依)由总传热速率方程* = 2,其中:19 30Q = WnCpn(Tl-T2) = x 2.9 8 x 1 C P x ( 9 0 - 5 0) = 6.39 xl O4W6.39 x104230x6= 4 6 3。(2 ).冷却水消耗量忽略热损失， 由换热器的热量衡算.56叱。 &7） =叱 , 口 乜 ）19 30x2.9 8 x( 9 0-5 0)4.18 7x( 29 .8 -18 )= 48 20依 /W _ 48 207 - 1000V= 4.8 2/15.在一逆流套管换热器中， 冷、热流

108、体进行热交换。两流体的进、出口温度分别 为3= 20、t 2= 8 5 , 1= 100、T2= 7 0 ,当冷流体的流量增加一倍时， 试求两流体的出口温度和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数可视为相同，换热器热损失可忽略。解源工况下， 由热量衡算得：2-/黄（ 1Y ） （ 1）由传热速率方程得：叱q （ 项 =ksa二 ? ？”）二处鱼号铝2, .l n将代入得：上n 2 . = 监 - (1 江 叼 . ( 3)心r 叱。“ 叱43“_ 85- 2 021 7WeCt,c l -T2 - 100-70 - -新工况下: 1女 /T2 FQ* 由、（ 4 ）得:1 3“2明1 3“

109、=I n, -.-LZ- = 0 . 9 1 7 ； = 1 3 0 - 1 . 1 / ； . . . . ( 5 )( F由热量衡算: ，2 , = 4 + - 区 % ) =2 0 + 1 . 0 9 ( 1 0 0 - . ( 6 )2叱C”联立( 5 )、(6)得 ；= 6 3 . 8 ,胃 =5 9 . 8 57两 种 情 况 下 的 传 热 量 之 比 : 乳 浅 =嗡黑 3 4本题也可以用-NT法，计算如下:原工况下: = X= 2 2 = 08Tx-tx 100-20丝工吟U .4 6叱 J , 85-20查图得:NT u = 2.23新工况下:w c 2W C-1 = _

110、_ = 0 .9 2 ,（ 冷流体仍为最小值流体） 。叱叱Cm嬴二学”查图得: = 0.54即 :t 一 4 ， 2 20刀一4 100-20= 0.54 ，解得：f； =63.2CT ,= TX - ） = 100 - 0.92 x （ 63.2 - 20） = 60.3W ”Cp.两种方法计算结果相近，误差是由读图引起的。NT”法简便，宜用于估算，但误差稍大。16.试用量纲分析方法推导壁面和流体间自然对流传热系数a的准数方程式。已知a为下列变量的函数， 即a = / （ 九% , P， ， 角,4,/）解：令：a = k - d ( 0 g ) 7 f ( t y每一变量( 组 ) 的 量

111、 纲 用M Z7.O及Q表示 即 .a = %T0,M = %T,Cp = %。 川=M/LT.P = %， 阅 = % ， / = L, / = 因上式中两边量纲相等，则有：M : 一 。 + c + d = 0L : a 3c d + e + f 2。： 一a -b -e + g = -1T :-a-d -2e = -以。和。 表示其他度量:58a-bd -b-ce = %g =%3cb所 以 :a = k亲啖吟（ 场 ） 吟（ 一创笔 写T或M=/（ p/c）1 7 .在套管换热器中， 一定流量的水在内管流动， 温度从25C升高到7 5 C ,并测得内管水侧的对流传热系数为2 0 0 0

112、 W / （ m2- ） ,若相同体积流量的油品通过该换热器的内管而被加热， 试求此时内管内油侧对流传热系数。假设两种情况下流体呈漏流流动。 已知定性温度下流体物性如下：P, k g / m3H , P a - scp, k J / ( k g )入,W / ( m )水1 0 0 00 . 5 4 x I O -4 . 1 70 . 6 5油品8 1 05 . 1 x 1 0 -32 . 0 10 . 1 5解：两种情况下，均可用下式计算，即 :% = 0 . 0 2 3 迹 产 ( 汕 产= 0 , 0 2 3d / z 2p0 .8 0 ,820.6M0.8因为，d , “不变。两种情况

113、下，名的比值为：（ 勿 严 （ % ，/ （ 严（ 浮 （ 喘） ”（ 筮 严 （ 。 /7 （ % 严 （ 力产 （ -5% . . ）0 3= 9 . 3 8% = 2 0 0 % 3 8 = 2 1 3 （卬/m 2 .。0）由本题可看出流体物性对a的影响。1 8 . 一定流量的空气在蒸汽加热器中从2 0 加 热 到8 0 。空气在换热器的管内呈湍流流动。绝 压 为1 8 0 k P a的饱和水蒸气在管外冷凝。现因生产要求空气流量增 加2 0 % ,而空气的进、出口温度不变。试问应采取什么措施才能完成任务。作出定量计算。假设管壁和污垢热阻均可忽略。解：由题义知：M S设提高流量后的情况用

114、“ “ 表示，则 % = （ 1 . 2严 困= 1 . 1 6 /59由附录查得P = 1 8 0 H %时，水蒸气的饱和温度为1 1 6 6 C空气流量增加20%,若仍在原换热器中进行操作，则必须提高蒸汽温度( 压力)才能完成任务.两种情况下， 换热器的传热量分别为。= 叱 ，/ 和1 . 2。由传热速率方程: 。= K s &原流量时.G - %1 , 2I n - -( 1 1 6 . 6 - 2 0 ) - ( 1 1 6 . 6 - 8 0 ),1 1 6 . 6 - 2 0I n - - - - - - - - -1 1 6 . 6 - 8 0= 8 L 8 C2 = 8 1 .

115、 8 a , 5流量增力口后, Q = L 2 Q = S f “ ； = L 1 6 a - S tm则： 1 . 2 q 5 x 8 1 . 8 = 1 . 1 6 , 5 tm得：/ = 639C(T-2 0 ) - ( 7 , - 8 0 )即 :, T - 2 0I n T - 8 0= 6 3 . 9解得:T = 1 1 8 5。由附录查得, 温度为1185C的饱和蒸汽压力为2 0 0 Z & .即: 将饱和蒸汽的压力提高到2 0 0 k Pa即可完成任务.1 9 . 9 8 %的 硫 酸 以0 . 7 m / s的速度在套管换热器的环隙内流动， 硫酸的平均温度为7 0 ,内管外壁

116、的平均温度为6 1 . 5 。 换热器的内管直径为0 2 5如n x 2 . 5 m m ,外管直径为姬mm x ，试估算对流传热的热通量。解: 定性温度下，”2 5。4的物性常数如下：p = 1 . 8 3 6 k g / m I e, , = IAS KJ /(kg C) , 2 = 0.3 6 W/m C = 6.4CP， MW = lAcP套管环隙的当量直径为：60d = dd1= 0 . 0 4 5 - 0 . 0 2 5 = 0 . 0 2加detip 0 . 0 2 x 0 . 7 x 1 8 3 6/ / -6 . 4 x 1 0 - 3Re= 4 0 2 01.48X103X

117、6.4X10-30 . 3 6= 2 6 . 3先按湍流计算:a , = 0 . 0 2 7 RPrx ( 卫产44 4八 0 . 3 6=0 . 0 2 7 x - - - -0 . 0 2, R 1 8x ( 4 0 2 0 ) 0 x ( 2 6 . 3 )X x ( )0 1 4 = 1 0 8 1 W/ ( m2 C)7 . 41-黯=。8。5a = 0 . 8 0 5 x 1 0 8 1 = 8 7 0 W/( 机 2 . 0。 )q = a, y 8 7 0 x ( 7 0 6 1 . 5 ) = 7 4 0 0 W/ /2 0 .温度为9 0 的甲苯以1 5 0 0 k g /

118、 h的流量通过蛇管而被冷却至3 0 。 蛇管的直径为mm x 3 . 5 m m， 弯曲半径为0 . 6 m ,试求甲苯对蛇管壁的对流传热系数。解：定性温度=；x ( 9 0 + 3 0 ) = 6 0 C下甲苯的物性数据如下：2 = 0 . 1 2 7 w / ( m2 : c ) , = 0.3 9 cP .Cp = 1 . 8 5 KJ /(kg C) 1 5 0 0 2 、G =- - - - - - - - - - - - - - - - - = 2 1 2 (俄 / m s )3 6 0 0 x ( x ( 0 . 0 5 ) 2Re = d % = 0 . 0 5 X 2% 39

119、如=2 . 7 2 X I O 湍流)1.85X103X0.39X10-3 一。- = 5.680 . 1 2 7先按直管计算：a = O . O 2 3 - RO8P0 3d rn 1 2 7= 0 . 0 2 3 xx(2.72xl04)0 8 x ( 5 . 6 8产 =3 4 7 W / ( / C)a = a ( l + 1 . 7 7 )蛇管对流传热系数为 R= 3 4 7 x ( 1 + 1 . 7 7 x些 )=3 9 8 W/(m2 C)2 1. . 常压下温度为1 2 0 c的甲烷以1 0 m / s的平均速度在管壳式换热器的管间沿61轴向流动。离开换热器时甲烷温度为3 0

120、 C,换热器外壳内径为1 9 0 m m， 管 束 由3 7根 。1 9 m m x 2 m m的钢管组成, 试求甲烧对管壁的对流传热系数。解: 定性温度=1 2 0 + 3 02= 7 5。 。 , 甲烷物性如下: = 0 . 0 1 1 5 x 1 0 - 3 ” / = 0 . 0 4 0 7 w / ( m - C).Cp = 2.5kj/(kg C)P =P M RT1 0 1 3 0 0 x 1 68 . 3 1 4 x 3 4 8= 056 kg / m3.换热空间的当量直径:JA 4a “ D1-nd1 0.192-3 7X(0.019)2 八d . = -=-= x 4 =

121、- - - - - - - - = - - - - - - - - - - - - - - = 0 . 0 2 5 5 m兀D + njrd D + nd 0 . 1 9 + 3 7 x 0 . 0 1 9Kdeu p 0 . 0 2 5 5 x 1 0 x 0 . 5 6p=- - - - - =- - - - - - - - - - - - -； = 1 2 4 2 0e 0 . 0 1 1 5 x l 0 3口 2.5X103X0.0115X10-3 八”，匕=- - - - =- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -=u. / u /r 2 0 .

122、 0 4 0 7a = 0 . 0 2 3 ， Re P/ * 3 = 0 . 0 2 3 x x ( 1 2 4 2 0 ) 8 x ( O . 7 O 7 )0 3= 6 2 . 4 w /m C2 2 .室内水平放置表面温度相同、长度相等的两根圆管， 管内通有饱和水蒸气。两管均被空气的自然对流所冷却， 假设两管间无相互影响。 已知一管直径为另一管 的5倍， 且两管的GrP r值 在1 0 , 1 06之间， 试求两管热损失的比值.解：这是大容器的自然对流问题：P g tdip2 孰 /G, I = - - - -i - - - - - -r-设小管直径为d。大 管 直 径 为 由 :a

123、= 0 . 5 3 % , P J% - !- ( / ) %d d -a大* 产1 3 ,- - - - -= L ( 5 ) = 0 . 6 6 9%、5即：二大二0 . 6 6 9%、由：Q = a s， . 得:62a小S小即：。 大= 3 . 3 5。 小2 3 . 流 量 为7 2 0 kg / h的常压饱和水蒸气在直立的管壳式换热器的列管外冷凝。换热器内列管直径为仍。2 5 m m x 2 . 5 m ,长 为2 m。列管外壁面温度为94 。试按冷凝要求估算换热器的管数( 设管内侧传热可满足要求) 。换热器热损失可忽略。解：由附录查得，常压饱和蒸汽冷凝温度为1 0 0 ,汽化热r

124、 = 2 2 5 8 x 1 0 3 4 /依定性温度：f = ；&+ ) = ；x ( 1 0 0 + 94 ) = 97。 。先按层流计算，aa = A3= 1 . 1 3 x9.81X95 82XQ.6823X2258X102 x 0 . 2 8 2 x 1 O -3 x ( 1 0 0 - 94 )7 4 6 6卬 /(m2 C)固：Q = rw = a S ， 即：7 2 02258X103X- - - - = 7 4 6 6 x - x 0 . 0 2 5 2 x 2 x n x ( 1 0 0 - 94 )n - 6 4 根核算流型:3 6 0 0 x 6 4 x x 0 . 0

125、 2 50 . 0 3 98依 / m - s .2 4 .实验测定管壳式换热器的总传热系数时, 水在换热器的列管内作揣流流动,管外为饱和水蒸气冷凝。列管由直径为0 2 5 m m x 2 . 5 m的钢管组成。当水的流速为lm / s时， 测得基于管外表面积的总传热系数K。 为2 1 1 5 W/ ( n T。； 若其他条件不变,而水的速度变为1 . 5 m / s时， 测 得K。 为2660W /M-试求蒸汽冷凝传热系数。假设污垢热阻可忽略。解：设水的流速为l z / s和L5 ? / s时a和攵分别用火.0 ，占 .0和% 5 0 ，匕 .5 0表示，由总传热系数计算式知：63- L =

126、 J- + ML+ do .K 1 . O 4 A * % /iJ _ = _ L + 旦+ -. . .( 2 )% . 5 。 0 %.54小 一(/2c)、 砥得 ： - -1- - - - - -1 - = ( - - -1 - - - - -1)、- - -1- - - - - - -1 -=2 5 (z- -1- - - - - -1)、( 0 g 5 d. a 0 ax 5 2 1 1 5 2 6 6 0 2 0 ax 0 5加 - - - -1= 7 . 7 6 x 1 0 - 5 . . . . . ( 3 )即： 如劭$又:%5=（ 叱 ） 8 % 5 。 （ 4 ）“ 1

127、 . 0联立（ 3 ） . （ 4 ） 解得：%。 = 3 5 6 9向（ 川. 。 c ） . % 5 =4936W/（ “ 2 0 C）代入式得：c 1 1 0 . 0 0 2 5 x 2 5 2 5P -= -F- H -2 1 . 5 4 4 5 x 2 2 . 5 2 0 x 3 5 6 9所以， 蒸汽冷凝传热系数为：4 = 1 5 90 0 卬/ （ / .。 C ）2 5 . 两平行的大平板放置在空气中， 相 距 为 5 m m 。一平板的黑度为0 . 1 , 温度为3 5 0 K ;另一平板的黑度为0 . 0 5 , 温 度 为 3 0 0 K 。若将第一板加涂层, 使其黑度变

128、为0 . 0 2 5 , 试计算由此引起的传热量变化的百分率。假设两极间对流传热可以忽略。解：两板间导热通量为：=） = 0 . 0 2 6 x （ 3 5 0 - 3 0 0 ） = 2 6 Q t v / / n 2h 0 . 0 0 5辐射传热的热通量为：/=G W击） J（ 给卜y f T 强- 强 20 . 1 x 0 . 5 x 5 . 6 70 . 1 + 0 . 5 0 . 1 x 0 . 0 53.54 -34 = 13.5W/Z2.总热通量：q = % + - 2 6 0 + 1 3 . 5 = 2 7 3 . 5 W / m1当一板黑度变为0 . 0 2 5 时，辐射热通

129、量变为640.025x0.05x5.670.025 + 0.05-0.25x0.05X(3.54-34) = 6.64W/;?22q - qc +qr = 260 + 6.64 = 266.6所以：总传热量减小:273.5-266.6273.5xl00/ = 2.5X而辐射传热减小量为:13.5-6.6413.5xl00% = 50.8%2 6 .在管道中心装有热电偶以测量管内空气的温度。由于气体真实温度3与管壁 温 度L不相同， 故测温元件与管壁间的辐射传热引起测量误差。试推导出计算测温误差（ tt ） 的关系式。式 中t,为测量值。并说明降低测温误差的方法。假设热电偶的黑度为 ， 空气与热

130、电偶间的对流传热系数为a。解：热电偶的绝对温度（ * = +273管壁的绝对温度7； = 0+ 273热电偶和管壁之间的辐射传热为:Q 、q = q = G -2(pT T( )4-( )4100 100因为：A A2,故，夕= 2 = C（） = 5.67eT* T则：q = 5.()1 s (-l-)4-(-)4100 100热气体和热电偶接点的对流传热为:稳态下，两者热通量相等减小误差的办法：（ 1） :增大a ,为此应将热电偶置于管路中心，并增大空气流速;65（2 ） :减小辐射传热，应减小热电偶黑度，将管壁保温以提高壁温；（ 3 ） :在热电偶处加遮热管。27 . 在管壳式换热器中，

131、 用120C的饱和蒸汽将存放在常压贮槽中的温度为20C、比热容为2. 0 9 k J/（ k g -。 、质量为2x 10*g的重油进行加热。采用输油能力为6000kg/h的油泵， 将油从贮槽送往换热器， 经加热后再返回贮槽中， 油循环流动。若要求经4 h后油温升高至80 C ,试计算换热器的传热面积。设加热过程中K。 可取为350W/（ m2-C ） ,且在任何瞬间槽内温度总是均匀一致的。解：设任何瞬间离开换热器的温度弓总随进口温度（ 即槽内温度） 白 而变，此时,热量衡算和总传热速率方程可写为：MCpdt = WCpG = K 5 t （ 1）（10其中G为槽内油的质量伙g） , W为泵的

132、输油能力（ 依/Z）设加热介质温度为T,则：WC*2 T 一与尸）=屿 , =T “2 T i-齐fe7 一 将代入（ 1） ,得：Gdt-W (T d0 W( T - T - -i - ) d 0分离变量积分得：粗 力 _ 卬 - 1 ,n , 120-80 _ 6000 Z1 1 、 .io 7 -/, G QQ ./WCJ JO 120-20 20000 p3505-/6600x209x10-/36()0S。= 14.4/n228 .欲用循环水将流量为60ni2/ h的粗苯液体从80冷却到35 C ,循环水的初温为30C ,试设计适宜的管壳式换热器。解：因粗笨有腐蚀性，故取苯在管内流动，

133、并取水的出口温度为弓=37。 。1 .试算并初选规格：（1）：定性温度及流体物性66苯：=； (80+ 35) = 575。水：=1(37 + 30) = 33.5流体物性：/ Cp/(kg/m3)/ZX103/P,-5Cp/(kj/kg-C)Z/(w/机/ C)苯57.58790.411.8420.137水33.59950.7454.1860.622(2) . 计算传热量879叱=80x-= 14.65/5 3600Q = WnCpn r = 14.65xl.842xl03x(80-35) = 1214xl03IV(3) .计算平均温差， 先按逆流计算：(80-37)-(35-30), 80

134、-37In 35-30= 176C80-3537-30= 6.43= 37-3080-30= 0.14R查图得: 夕，=0.85可用单壳程所以：t,=(p,- = 0.85xl7.6 = 15(4) .初选换热器型号：选匕=400卬/( /.。 。 ) , 所以Q 1214xl03400x15=200m2因为Z b * =57.5- 33.5 = 24。 。5OC,选用固定管板式换热器由附录查得换热器规格如下：D / mm 800S/m2 20067LI tn 6管数 4 4 4程数 6管子尺寸/ m m 02 5 x 2 .5管子排列 （ 正三角形排列）2 :计算压强降：（ 1） . 管程压

135、强降.苯为易燃液体u = ( 2 17 5 + 6 8 0) x 1.4 x 6 x 1 = 2 3 9 8 0 ,( 2 ) . 管程压强降：Z 2 = ( 8+ g)N .其中： M = l , 冗 = 1.152则：P； = F E（NB+1）修管子为正三角形排列.取:工= 0.5nc l.lV n = 1.1V 4 4 4 = 2 3取折流板间距 =0.3 根则： 刈 =七一 1 = - - 1 = 19n 0.368水的流量为:1214xl04W =C 4 .18 6X103X( 3 7 - 3 0)41.43kg / s4。 = ( 。一 =0.3 X (0.8-23x 0.025

136、) = 0.0675*V 41.43 八,U = =-= 0.617/21/5A 960x0.0675Re。aauop _ 0.025x0.617x995工=5R二2 2 80.745x10，5x(20600)92820600= 0.519995 x 0 6172 R = 0.5 X 0.519 X 23 X 20X-二2261 OP12、，/一 2 h o u2 2x0.3、995x0.6172 所“ 八Pi - NB( 3 .5 ) = 19x(3.5 0 6)x - = 8996Q,工 R =(22610 + 8996)x1.15x1 = 36350a管程和壳程压降均小于50此, , 可

137、视为合适.3.核算总传热系数（ 1）管程a,. =O.O23xyxRe.-8Pr03=0.023（3。79。 ） 。 隈 （1.842T = 109 . 9 此时的蒸汽压力为尸=14 3 . 3 攵 巴6 . 在双效并流蒸发设备中， 每小时蒸发1000k g 的 10% 某种水溶液。 第一效完成液的组成为15 % , 第二效的为3 0% 。两效中溶液的沸点分别为108 和 9 5 。试求溶液自第一效进入第二效时因温度降低而自蒸发的水量及自蒸发量占第二效中总蒸发量的百分数。解: 本题流程如附图所示叱 =尸 （ 1一区） =1000x （ 1 以）=33.3kg/h玉 L 0. 15% = （ F

138、 叱） （ 1 一工） =（ 1000 - 3 3 3 . 3 ） x （ 1 ）=333.4kg/hx2 L 0. 3自动蒸发水分量为：( 尸- w jg a z)r2其中f = 108 由 = 9 5 C , . . . 王 R = 2.61R + 1精镭段操作线截据为/ J = 0.263R + 所以：xD =0.263x(2.61 + 1) = 0.95提僧段操作线与对角线交点坐标为y = x = X ,故% , . = 0.0748由两操作线交点0.723x + 0.263 = 1.25x0.723x+0.263=l .25x-0.0187 解得 x = 0.535y = 0.723

139、 x0.535 + 0.263 = 0.65因为露点下进料故q 线为水平线，可得原料液组成x F =y=0.659 .在常压连续精储塔中， 分离苯一甲苯混合液。若原料为饱和液体， 其中含苯0.5(摩尔分数， 下同) 。塔顶僧出液组成为0.9,塔底釜残液组成为0.1,回流比为2.0,79试求理论板层数和加料板位置。苯一甲苯混合液的平衡数据见例1-10。解：按 M-T图解法求理论板层数，如附图所示过程略精镭段操作线截据：XD/(R + 1) = 0.9/(2.0 + 1) = 0.3在操作线和平衡线之间做梯级得理论板层数为8 ( 含再沸器)加料板为从塔顶向下的第4 层理论板10 . 若原料液组成和

140、热状况、分离要求、回流比及气液平衡关系均与习题9 的相同, 但回流温度为20C,试求所需理论板层数。已知回流液体的泡点温度为8 3 c平均汽化热为3.2x104kj/kmol,平均比热容为14OkJ/(kmol-)解：设 F=100kmol,U 必山必生 “ F = O + W flOO + D + IV总物料衡算为 即FXFDXD+WXW 100 x 0.5 = 0.90+ 0.W解得 D=W=50kmol/h因 R=2.0 L=RD=2x50 = lOOkmol/h离开第一层板的液体流量为L =Uq， =1.28x 100=128kmol/h进入第一层板的气相流量为V=L+D= 128+5

141、0=178kmol/h精僭段操作线方程y,I+1 = -xn + -xD = xn1 V n V 0 178 n 178= 0.719x+0.25311 . 用一连续精镭塔分离由组分A、B 所组成的理想提合液。原料液中含A0.44,僧出液中含A0.957(以上均为摩尔分数) 。已知溶液的平均相对挥发度为2.5,最小回流比为1.63,试说明原料液的热状况, 并求出q 值。解: 由相平衡方程得ax _ 2.5x1 + (a l)x 1 + 1.5x(1)由操作线方程知R-x +R + l7+T1.63 0.957- X H -1.63 + 1 1.63 + 1= 0.62x +0.364 (2)联

142、 立 ( 1 ) ( 2 ) 解得 x = 0.365y = 0.59由最小回流比的定义，上述两方程的交点必是q 线和平衡线的交点80因为X xF可知原料液为气液混合物xF =(1-q)y + qx由 q 线方程可得 04 4 = ( 1 - q ) x 0. 59 +0. 3 6 5q4 = 0. 6 6 7 = 2 / 3注此题还有其他方法可解1 2. . 在连续精偏塔中分离某组成为0. 5(易挥发组分的摩尔分数, 下同) 的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器。分凝器向塔内提供回流液， 其组成为0. 8 8 ,全凝器提供组成为0. 9 5的合格产品。 塔顶偏出液

143、中易挥发组分的回收率为9 6 % 若测得塔顶第一层板的液相组成为0. 7 9 ,试求: ( 1 )操作回流比和最小回流比；( 2 )若镭出液量为1 00k m o l / h ,则原料液流量为多少？解：( 1 ) / = 0. 9 5 =九,z = 0. 8 8代入平衡方程0. 9 5 = 区 - - - -D L L l + ( a - l ) x 0. 8 8解得a = 2 . 59口与立是操作关系，其 中 % =ax2 . 59X - 7 9 = 0, 9 07l + ( a - l )再 1 + 1 . 59 x 0. 7 9m i l0. 9 07 = - - x 0. 8 8 +

144、空 则 R + R + lR = 1 . 59 3当q = 1时 ,yF-xFyFaxF2 . 59 x 0. 5 c- - - - - - - - -=0. 7 2 21 + ( a l ) x / 1 + 1 . 59 x 0. 5所以：Rmm( 2 )由FXF0. 9 6 , F = 10 * 95 = 19 8kmol 1 h0. 9 6 x 0. 51 3 .在常压连续精偏塔内分离乙醇一水、混合液， 原料液为饱和液体， 其中含乙醇0. 1 5(摩尔分数, 下同) 耀出液组成不低于0. 8 ,釜液组成为0. 02 ,操作回流比为2。若于精健段某一塔板处侧线取料， 其摩尔流量为储出液摩尔

145、流量的1 / 2 ,侧线产品为饱和液体, 组成为0. 6 0试求所需的理论板层数、加料板及侧线取料口的位置。物系平衡数据见例1 - 1 0。解：由于精偏段由侧线取料，精偏段分为上下两段81侧线产品出口以上的操作线方程为 先+ 产上当 +二 (1)， ，+, R + l R + 1精偏段下段的操作方程由物料衡算出V = L +。 + 。2( 2)V s+ i = + % +D2XD2(3)L=D,-D,(4)Z +，- L + D, s A + D,联 立( 2) (3) ( 4 )得由于R = L/D_ R - DJD 程 1 + . 。202 / A rex% + R + l Xs R +

146、l 1 联 立( 1 )和( 5 )解得两线交点坐标为x = x占提储段操作线与无侧线相同图解法求理论板层数精僧段上段操作线截据为- - = = 0.267R+1 2+1八 / 八 0.84-0.6x 精锚段下段操作线截据为Xa玄22/ 仇 =- - - - - - - - - -2. = 0 3 6 7R +1 2 + 1图解求得理论板层数为11 ( 含再沸器)侧线出口为从塔顶上下的第5层板；加料板为从塔顶向下数的第9层理论板1 4 .在常压连续提偏塔中分离含乙醇0.033(摩尔分数) 的乙醇一水由合液。饱和液体进料， 直接蒸汽加热。若要求塔顶产品中乙醇回收率为99%,试求：(1)在理论板层

147、数为无限多时， 计 算Imol进料所需蒸汽量。(2)若蒸汽量取为最小蒸汽量的2倍时， 求所需理论板层数及两产品的组成。假设塔内气、液相为恒摩尔流动。常压下气液平衡数据列于本题附表中。习 题14附表X00.00800.0200.02960.0330.270.25y00.07500.17500解: 本题的提用塔示意图如附图所示82由于是恒摩尔流动即：F = L = W K =V = D全塔物料衡算得 F+V=W + D FXF =WXW+DXD将DXDI FXF = 0 . 9 9代入上式得Fx = Wxw + 0.99FXF 0 . 0 3 3 = xw + 0 . 9 9 x 0 . 0 3

148、3所以% = 0 . 0 0 0 3 3(1)计算Im o l进料所需最少蒸汽量最少蒸汽量( 理论板层数为无穷多) 时操作线的斜率为w _ F _ yFK,m in 匕 ,min “ F由平衡数据查得A = 0 . 0 3 3时，y； = 0 . 2 7 0F . 0 . 2 7 3所以 0 . 0 3 3 - 0 . 0 0 0 3 3 , 进料匕, 血=/ / 8 . 2 6 = 1 / 8 . 2 6 = 0 . 1 Imol / mol( 2 )匕=2%而时，所需理论板层数及产品组成匕=2 x 0 . =0 . 2 4 2小4/血山进料为= 丝 也 、0 9 9 2 “理 电 空 =

149、0 . 1 3 5图解法求理论板层数， 操作线斜率=b/ 匕= 1 / 0 . 2 4 2 = 4 . 1 3过点C( 0 . 0 0 0 3 3 , 0 )作斜率为4 . 1 3的直线， 与q线交于d点既为操作线自点d开始在平衡线和操作线之间绘梯级到跨越点c为止需理论板层数为5,如本题附图所示。1 5 .在连续操作的板式精偏塔中分离苯一甲苯、混合液。在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为0 . 2 8、0 . 4 1和0 . 5 7 ,试求三层板中较低的两层的单板效率 E m V。操作条件下苯一甲苯棍合攘的平衡数据如下：X 0 . 2 6 0 . 3 8 0 . 5 1y 0 . 4 5

150、 0 . 6 0 0 . 7 283解：在全回流条件下，y +i = x 由所给的三组数据做图,然后确定y3 =x2 = 0.41%=% =0.57由板效率的定义方式知道同理EMV3*y 一 ” +i为一力只一为由工2= 0.41查 得y； =0.6280.57-0.410.628-0.41= 0.73 = 73%0.41-0.280.475-0.2867%EMV21 6 .在常压连续提偏塔中分离两组分理想、溶液。原料液加热到泡点后从塔顶加入， 原料液组成为0.20（摩尔分数， 下同） 。提镭塔由蒸俺釜和一块实际板构成。现测得塔顶偏出液中易挥发组分的回收率为80%,且用出液组成为0.28,物系

151、的相对挥发度为2.5。试求釜残液组成和该层塔板的板效率（ 用气相表示） 。蒸储釜可视为一层理论板。解：设 F = lkmol/h由 ”=0.8得。=0.51kinol/hFXF全塔物料衡算F=D + WFXF = DXD + Wxw解得 W0A3kmol/h 则 1x0.2 = 0.57x0.28 + 0.43%得 = 0.094气相默弗里板效率为p 一 弘一加nMV *必一加y= XD =。 ,2 8，1 + (a l)xw.2.5x0,0941 + 1.5x0.094= 0.20684因为 L X =v，w + 敞w而尸=L , D = V所以:yw = x即 0 2 0 6 =x.0 .

152、 5 7 解得 X| = 0 . 1 5 80 . 4 30 5 7x 0 . 0 9 42 . 5 x0 . 1 5 81 + 1 . 5 x0 . 1 5 8= 0 . 3 1 9故 E,MV0 . 2 8 - 0 . 2 0 60 . 3 1 9 - 0 . 2 0 6x 1 0 0 % = 6 5 . 5 %1 7 .在连续精馆塔中分离二硫化碳一四氯化碳棍合液。 原料液在泡点下进入塔内,其流量为4 0 0 0 kg / h、组成为0 .3 （摩尔分数， 下同） 。僧出液组成为0 .9 5 ,釜液组成为0 .0 2 5。操作回流比取为最小回流比的1 .5倍， 操作压强为常压， 全塔操作平

153、均温度为61c空塔速度为0 .8 m / s ,塔板间距为0 .4 m ,全塔 效率为5 0 %。试求： （1 ）实际塔板层数；（ 2 ）两产品的质量流量；（ 3 ）塔径；（ 4 ）塔的有效高度。常压下二硫化碳一四氯化碳溶液的平衡数据见例1 - 4 4。解：（ 1 ）求实际板数由题给数据给x -y图，如附图所示因泡点进料，所 以xq = xF = 0 .3 ;由x -y图查得yq = 0 .5 4所以：m ， n % 一 ” 0 .5 4 - 0 .37? = 1 .5 x1 .71 = 2 .5 6精僧段操作线截据= 续 =- = 0 .2 6 7R + 1 2 .5 6 + 1用图解法求理

154、论板层数，图解步骤略。图解结果表明需理论板层数为1 1块 （ 含再沸器） ，加料板为从塔顶数第7层理论板。M， = 1 = 2 0（ 2）两产品的质量流量原 料 液 的 平 均 摩 尔 质 量 为= 0 .3 x 76 + 0 .7x 1 5 4 = 13 0.6 kg /molF = 4 0 0 0 / 1 3 0 .6 = 3 0.6 kmol/ hn + w - 3 0 A由全塔物料衡算得解得 0 .9 5 0 + 0 .0 2 5 W = 3 0 .6 x0 .385IV = 21 .Skmol / h% = 0.025x 76 + 0.975x154 = 152kg /mol = 2

155、1.5x152 = 3270/D = 4000-3270 = 730/i( 3 ) 塔径进料是饱和液体，故V =H = (R + 1)0O = F W =30.6 21.5 = 9.1k”。 / / / ?V=(2.56 + l)x9.1 = 32Akmol/h设上升蒸汽为理想气体，则V匕x2c2.4，x-2-7-3- -+-，x pm k, -3-2-.4- x2”2.4，x-2-7-3- +- -1-6-1- x-1-0-1-.3-3- = 0.247kmol /h3600273 p 3600 273 101.33( 4 ) 有效塔高H = (Npl)h = (20-l)x 0.4 = 7

156、.6m1 8 .求习题17中冷凝器的热负荷和冷却水消耗量及再沸器的热负荷和加热蒸汽消耗量。假设热损失可忽略。已知条件如下：(1)塔的各截面上的操作温度为进料62、塔顶47、塔底75。回流液和镭出液温度为40。(2)加热蒸汽表压强为lOOKPa,冷凝水在饱和温度下排出。(3)冷却水进、出口温度分别为25和30.解：( 1 ) 求冷凝器热负荷和冷却水消耗量冷凝器的热负荷由下式求得，即00=(7? + 1)。 ( 3/ 必)其中：V D = rm +从附录查得于42r下CS2的汽化热为345kJ/kg, CCl4的汽化热为190KJ/kg.同温度下 CS ?的比热为 0.95KJ/(kg k), C

157、C/4 的比热为 0.8 KJ/(kg k),Q = 0.95 x 345 x 76+0.05 x 190 x 154 = 26400K/ / kmolCp,” = 0.95 x0.95x76 + 0.05 x 0.8 x 154 = 75KJ /( 如 血 K)86/ = 2 6 4 0 0 + 75 x4 7。 75x40所以 2C =(2.56+ 1)x9.lx(26400 + 75x7)= 872300K /h冷却水消耗量为= 一 义= 8 7 2 3 0 0=42000必 / h1 .,(G F ) 4.187x(30-25)( 2 ) 再沸器热负荷和加热蒸汽消耗量再沸器的热负荷可由

158、下式计算，即由附录查得在75 下 的 汽 化 热 为 3000kJ/kg,CCZ4的汽化热为185kJ/kg所以 QB。 32.4 x 28350 = 918500KJ / h由附录查得10(UPa ( 表压) 下，蒸汽冷凝热为2260 KJ/kg所以加热蒸汽消耗为 Wn = 。 8 /厂= 918500/2260 = 4 1 6 /19.若将含有苯、甲苯和乙苯的三组分混合液进行一次部分汽化,操作压强为常压,温度为120,原料液中含苯为0.05(摩尔分数) ， 试分别用相平衡常数法和相对挥发度法求平衡的气液相组成。混合液可视为理想溶液。苯、甲苯和乙苯的饱和蒸气压可用安托因(Antoine)方程

159、求算， 即gpO = A Jt + C式中t 一一物系温度,；P一- - 饱和蒸气压,KPa;A,B,C 一一安托因常数。苯、甲苯和乙苯的安托因常数见本题附表。习题19附表ABC苯甲苯6.023 1206.35 220.246.078 1343.94 219.5887乙苯 6 .0 79 1 4 2 1 .9 1 2 1 2 .9 3解： 1用相平衡常数法求平衡组成(1)求相平衡常数以下标1 , 2 , 3分别表示苯，甲苯，乙苯由 1 g X : = 6 .0 2 3 -1 2 0 6 .3 51 2 0 + 2 2 0 .2 4 -= 2 .4 77得P ；= 3 00KP a1 g= 6

160、.0 78 -1 3 4 3 .9 81 2 0 + 2 1 9 .5 8 -= 2 .1 2得二1 3 2 KP aI g p ; = 6 .0 79 -1 4 2 1 .9 11 2 0 + 2 1 2 .9 3 -= 1 .8 0 8得P ；= 6 4.3 KP a所以K _ P；= 1 0 1 .3 3 = 2 9 6 U1 3 2= 1 .3 K-6 4 3A AQ J . 6 ? )p-1 0 1 .3 31 0 1 .3 3 求平衡组成% = Kx - 2 .9 6 x 0 .0 5 = 0 .1 4 8K 2 X 2 + K 3 X 3 = 1 月= 1 0 .1 4 8 =

161、0 .8 5 2 ( 1 )x2 + x3 = 1 - 0 .0 5 = 0 .9 5 ( 2 )联 立(1)(2)得= 0 .3 75 七= 1 一0 .3 75 -0 .0 5 = 0 .5 75而 弘= 0 .1 4 8 %= 1 3 x 0 .3 7 5 = 0 .4 8 7 = 0 .6 3 4 x 0 .5 7 5 = 0 .3 6 5Zy = 1。上述各气液相组成即为所求。2.用相对挥发度求平衡组成( 1 )求各组分对乙苯的相对挥发度%- 3 = P i / P ； = 3 0 0 / 6 4 .3 = 4 .6 7% -3 = = 1 3 2 / 6 4 .3 = 2 .0 5

162、% -3 = P；/P； = l( 2 )求平衡组成计算结果列于下表8 8两种计算方法的结果完全相同组分/a-3a-3Xi% -3玉M = k工囚-3七10.054.670.23350.14820.3752.050.7690.48730.57510.5750.36511.57751.020.在连续精偏塔中,分离由A、B、C、D( 挥发度依次下降) 所组成的混合液。若要求在僭出液中回收原料液中95%的B,釜液中回收95%的C,试用亨斯特别克法估算各组分在产品中的组成。 假设原料液可视为理想物系。 原料液的组成及平均操作条件下各组分的相平衡常数列于本题附表中。习题20附表组分ABCD组成XR0.0

163、60.170.320.45相平衡常2.171.670.840.17数Ki. 解：依题意取组分B 轻关键组分，C 为重关键组分(1 ) 各组分对重关键组分的相对挥发由 %, = K, / ( , 计算出的a 值列于下表( 2 ) 标绘分配关系线组分ABCD,7,2.581.9910.845以 lOOkmol原料液为基准流出液中 B 的含量 =100x0.17x0.95 = 1 6 .5 /釜液中B 的含量 匕 =100x0.17x0.05 = 0.85h”。 /釜液中 C 的含量 Dc = 100x0.32x0.05 = 1 .Gkmol89（ 2 .）-_LL = 0.0526W c 30.4

164、为作图方便，改用直角坐标系，而将， 和 （ D/W） 换算为对数值lg（ g ） B = lgl9 = 1.279 , lgaB/, = lgl.99 = 0.299w故组分B 的 分配点的坐标为（ 0.298, 1.279）lg Ac = lg0.0526 =-1.279,1g %, = lgl.0 = 0wC 故组分的分配点c 的坐标为（ 0,-1.279）组分的分配关系曲线绘于本题附图中。（ 3 ） 组分A 和D 的物质的量及产品的组成可由lg的 =lg2.58 = 0.401从表中查得lg() A = 2 .2 4 所以。 U=174又 DA + WA = FA = 100x0.06

165、= 6 解得 DA = 5.966kmol Dw = 0.034kmol由 Iga。=lg0.845 = 00782 从图中查出1 畤 ) 。 =L9 n 电 )= 0.001259又 。 。 + 跌 = 与 =100x0.45 = 45 解得 DD = 0.56kmol % = 44A4kmol由上述结果计算各产品组成，结果列于下表组分原料液镭出液釜液组 分 量kmol摩尔分数XFi组 分 量kmol摩尔分数XFi组 分 量kmol摩尔分数XFiA60.065.9660.2560.0340.0004B170.1716.150.6650.850.0112C320.321.60.065936.4

166、0.4015D450.450.590.023144.440.5819Z100124.281.075.721.021.在连续精饱塔中， 将习题却的原料液进行分离。若原料液在泡点温度下进入精僧塔内， 回流比取为最小回流比的L5倍。 试用简捷算法求所需的理论板层数及进料口的位置。解：（ 1）求最小回流比泡点进料q = 1 先求下式的。 值90试差过程略，试差结果。 = 1.603nn2.58x0.06 1.99x0.17 1.0x0.32 0.845x0.45 八 八 八 八即：- - - - - - - - -+ - - - - - - - - -+ - - - - - - - -+ - - -

167、- - - - - - - -= 0.0002.58-1.603 1.99-1.603 1.0-1.603 0.845-1.603故。 = 1.603即为所求% 通 ,_1_ 2.58x0.246 + 0.845x0.0231 + 1.99x0.665 + 1.0x0.0659 _1_2 9 4ajh-0 - 2.58-1.603 0.845-1.603 1.99-1.603+ 1.0-1.603 - 一 ,R=L5 尺小=1.5x2.94=4.41( 2 )求理论板层数lg ( )D( ) 1 VL Xh 为lg%,0.665 0.0415g 0.0659 0.0112lgl.99-1 =

168、7.55而工 -R-R- 吗mi!n. = -4-.4-1- -2-.-9-4 = 0 27R + 1 4.41 + 1由吉利兰图查得：竺 上皿= 0 . 4解得N x l4N + 2精僭段的最少理论板层数1g%, 0.665、 ，0.32、0.0659lgl.99 1 = 3.24已查得，竺二= 0 . 4 ,由此解得NB7N+2故进料板为从塔顶向下数第8层板第二章吸收习题解答1从手册中查得101.33KPa, 2 5 c时， 若100g水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987KPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律， 试求溶解度系数H(kmol/ (n?-kPa)及相平衡常数

169、m。解：( 1 )求由右；求算ri91已知： 以佻* = 0 .9 8 7此， .相应的溶液浓度, 必 可用如下方法算出：以1 0 0 g水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同. 并取其值为1000伙/加3 . 则：1CNH、 =就 = 0. 58 21000H = _ 0. 59 0A机 。 / /( ? - kP )PNH： 0. 9 8 7mNH3 XNH3= 0. 009 7 4P 101. 331(2). 求m ,由XNH3/ =3 5-1 -17 18 巴= 0. 9 28XNH、 0. 01052 : 10L 33k p a、1O 时， 氧气在水中的溶解度可用p 02

170、= 3. 31x i () 6 x表示。式中:p。 ? 为氧在气相中的分压,k P a、x为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中， 每立方米溶有多少克氧.解: 氧在空气中的摩尔分数为0. 21 . 故4= 分4 = 101. 33x 0. 21 = 21. 28人5xo23. 31x 10621. 283. 31X 106=6 . 4 3 x 10因心 值甚小， 故可以认为X ax即:XQ XO 2 =6.43X10所以: 溶解度=6 . 4 3x 10-6 x 32M S= 1. 14 *10-5依 Q)必 (也 。)= 11. 4g (。 2)m H2O)3 .

171、某混合气体中含有2 %(体积)CO 2,其余为空气。 混合气体的温度为30,总压强为506 . 6 k P a 从手册中查得30时C 0 2在水中的亨利系数E = 1. 8 8 x 1 () 5灯 & 试求92溶解度系数H (k m o l/ ( m3 k P a . ) 及相平衡常数m ,并计算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO 2。解: (1) .求由一求算EM%。HPEM H门10001.88X105X182. 9 55 x lO -U m o Z /(w3- ,)(2)求 mE 1. 8 8 x l05m = - =-p 506 . 6= 37 1 当y = 0. 02时.

172、100g水溶解的C Q4o ,* = 506 . 6 x 0. 02 = 10. 13人 巴(3)Pco； = 10. 131. 8 8 x l05= 5. 39 x 10-5因x很小,故可近似认为XX = 5. 39 x 10-kmol(CO2)kmol(H 夕)4 45. 39 x 10-5 乂(一)18依 皿 )kg(H。= 1. 318 x 10-4依(。 。2)kg(H。故100克水中溶有。 。2。 .01318 8。 。24. . 在10L 33k P a、0下的O?与C O混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知相距0. 2c m的两截面上02的分压分别为13. 33k P a和6

173、 . 6 7 k P a ,又知扩散系数为0. 18 5c m 2/s ,试计算下列两种情况下。2的传递速率,k m o l/(nF s ) :(1) 02与C O两种气体作等分子反向扩散；(2) C O气体为停滞组分。解：( 1 )等分子反向扩散时。2的传递速率93NA= (PAPQKI ZJD = 0. 18 5c m 2 /s = 1. 8 5x 10 5m2 /s .T = 27 3KP = 101. 325叱. Z = 0.2cm = 2x l(T %名= 13. 33叱e2 = 6 . 6 7叱1 QC x 1 n -5N * =-：-x (13. 33- 6 . 6 7 ) =

174、2. 7 1 x 10-5(kmolIm1-5)人 8 . 314 x 27 3x 2x 10( 2 )。2通过停滞C。的扩散速率z DP f c 、 DP , PB， 1.85X10-5X101.33 , 101. 33-6 . 6 7N八A =R-T-Z-P-(R , -PA,) =-I n = -rln-BmA A2 RT Z PB 8.314X273X2X10-3 101. 33-13. 33= 3. 01x 105kmol/m2 -s5. 一浅盘内存有2 m m厚的水层， 在20的恒定温度下逐渐蒸发并扩散到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为5 m m的静止空气膜层， 此空气膜层以外

175、的水蒸气分压为零。扩散系数为26 0x l(y5m 2/s ,大气压强为101. 33K P a 求蒸干水层所需的时间。解: 这是属于组分(A )通过停滞组分的扩散。已知扩散距离(静止空气膜厚度) 为Z = 5x lO -3z .水层表面的水蒸气分压(20P )的饱和水蒸气压力为”= 2334 6 4 2静止空气膜层以外; 水蒸气分压为=。O = 2. 6 x 10-5 = 1 o 1 33 人, 7 = 27 3 + 20 = 29 3K单位面积上单位时间的水分蒸发量为, , DP 八 、DP , PR, 2.6X10-5X101.33 , 101. 33N胃= -R-T-Z-P-(PA -

176、 R2) = -I n - - = - z -I n-Bm1 A RT Z PBI 8.314X293X5X10-3 i o i . 33-2. 334 6= 5.Ox iQ-6 kmol/(m2-s)故液面下降速度：% PL 9 9 8 . 2水层蒸干的时间：94h 5 x 1 n-30 = -= - -r = 2. 205 x 1 O , s = 6 . 125/?dh!d0 9 . 07 x 10-86 .试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算0 、1 0 1 . 3 3 k Pa时氨和氯化氢在空气中的扩散系数D( m 2 / s ) ,并将计算结果与表2 - 2中的数据相比较。解： (

177、1 ) ：氨在空气中的扩散系数.查表2 . 4知道， 空气的分子体积：VB - 2 9 . 9 c/ n3 / mol氨的分子体积:VA - 2 5. 8 cm31 mol又知 M B = 2 9 g / mol.M A =17g I mol则( T C 1 0 L 3 3死 时,氨在空气中的扩散系数可由Max w e a G illilcmd式计算.DN“ 34 . 3 6 x 1 0 3 入( 2 7 3产2 x ( + - ),/ 2_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 1 7 2 91 0 1 . 3 3 x ( 2 5. 8 产+ ( 2 9 . 9 严= 1 0 6 1 4

178、x 1 0 - 5/( 2 )同理求得=L 3 2 3X1 0 - 5 ?2 /S7. 在1 0 L 3 3 k Pa、2 7 c下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的组成都很低， 平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数H=1 . 9 55k m o l / ( m3k Pa) ,气 膜 吸 收 系 数 kG=1 . 55x l O-5k m o l / ( m2- s - k Pa) ,液 膜 吸 收 系 数kL=2 . 0 8 x 1 0 -5k m o l / ( m2k m o l / m3) ,试求总吸收系数K&并算出气膜阻力在总阻力中所占百分数。. 解: 总吸收系数a-

179、 - - - = - - - - j - - - - - - - - - - - - -1 - - - - - - - = 1 . 1 2 2 x 1 0 - 5kmol/画 s- kPa)- -T + -kc Hkc 1 . 55x 1 0 - 5 1 . 9 55 x 2 . 0 8 x 1 0- 5气膜P助在点P助中所占百分数.lkG = 1 - 1 2 2 7 2 /lkG+IHkc 1 . 55 958 .在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇， 操作温度2 7 C ,压强1 0 L 3 3 K Pa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5 k Pa,液相中甲醇组成为2 . 1 1

180、 k m o l / m 试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。解: 吸收速率N, = K 0( 心-6)由上题已求出h = 1 . 1 2 2 x 1 0 5kmol/(m2 -s-kPa)又知： = 1 . 9 556/ ( 疗 kP )则该截面上气相甲醇的平衡分压为= C / H =2 . 1 1 / 1 . 9 55 = 1 . 0 8 ,. / =5kPa.则 A =1 . 1 2 2 x 1 0一5 x ( 5 1 . 0 8 ) = 4 . 4 x 1 0 -5kmol/(m2 s)-0 . 15S 3 kmol /(m2 /? )9:在逆流操作的吸收塔中， 于1 0 1

181、 . 3 3 k p a、2 5 c下用清水吸收混合气中的H2 S,将其组成由2 %降至0 . 1 9 6 (体积) 。该系统符合亨利定律。亨利系数E=5. 52 x l 6 k Pa。若取吸收剂用量为理论最小用量的1 2倍， 试计算操作液气比器及出口液相组成X1若压强改为1 0 1 3 k Pa,其他条件不变， 再求1手及X -解：(1 )求1 0 L 3 3 k ,下，操作液气比及出口液相组成。m = 5. 52 x l 04 P 1 0 1 . 3 3y , _ 0 . 0 254 50 . 0 2 0 4X,1 - y , 1 - 0 . 0 2o-ooi =0001l-y2 1 -

182、0 . 0 0 1: 0最小液气比( - )m i n =:2=8 0 2 ( ) 4-0.001 =51 8V m ,n 工 V 0 . 0 2 0 4 / 54 5m操作液气比为器=1 . 2 x ( 9m h i =1 . 2 x 51 8 = 6 2 2出口液相浓度96V乂I =乂2 +7亿- 丫2 )= 0 + X ( 0 . 0 2 0 4 - 0 . 0 0 1 ) = 3 . 1 2 x 1 0 - 56 2 2( 2 ) :求1 0 1 3叱， 下的操作液气比及出口液组成E 5. 52 X1 04m = =-P 1 0 1 3= 54 5则：L _ 0 . 0 2 0 4 -

183、 0 . 0 0 0 1V m i n - %一 - 0 . 0 2 0 4 / 54 5 -,- - - -A2m- = 1 . 2 x 51 . 8 = 6 2 . 2V出口液相组成：, V, 1 4X, = X2+ ( ； - y ,) = 0 + x ( 0 . 0 2 0 4 - 0 . 0 0 1 ) = 3 . 1 2 x l 0- 4L 6 2 . 21 1 ,在1 0 L 3 3 k Pa下用水吸收据于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为0 . 1 ,混合气体于4 0 c下进入塔底， 体积流量为0 . 556 n ?/ s ,空塔气速为1 . 2 m / s0吸收剂用量为理论最小用

184、量的11倍,氨的吸收率为9 5% ,且已估算出塔内气相体积吸收总系数的平均值为0 . 1 1 1 2 k m o l / ( m 3 . s )。 在操作条件下的气液平衡关系为y * =2 . 6 X ,试求塔径及填料层高度。解：970 . 1工= = 0 . 1 1 1 11 1 - 0 . 1L = Y ( 1 -夕) = 0 . 1 1 1 1 x ( 1 -0 . 9 5) = 0 . 0 0 5555X2 =0 .1一. 0 . 1 1 1 1 0 . 0 0 5555工-X2m0 . 1 1 1 12 . 62 . 4 7 = 1 . 1 x 2 . 4 7 = 2 . 7 2VV

185、X 1=7a功 + 乂2 =: m V 2 . 6 _ cS =- - -= - - - - - = 0 . 9 56+ x ( 0 . 1 1 1 1 - 0 . 0 0 5555) + 0 = 0 . 0 3 8 8L 2 . 7 2iV Y * 1 Al i i = l n ( l - S) - 1 2- + S = - - - - - - - - l n ( l - 0 . 9 56 ) x - - - - - - -+ 0 . 9 56 = 1 3 . 8-S y2 Y2 1 - 0 . 9 56 0 . 0 0 5555塔截面积:0 = 0 . 556 / 1 . 2 = 0 .

186、4 6 3 m2塔径:又知:则：V =” 史 x 273 x 0 . 9 = 0 . 0 19 5kmol / s2 2 . 4 2 7 3 + 4 0H rV 0 . 0 1 9 5K y “ Q -0 . 1 1 1 2 x 0 . 4 6 3= 0 . 3 8 m塔上填料层高度：Z = =0 . 3 8 x 1 3 . 8 = 5. 2 3 ？1 2 .在吸收塔中用清水吸收混合气中的SO2 ,气体流量为50 0 0 1限 标准)/ h淇 中S O2占1 0 % ,要求S O 2回收率为9 5 %。气、液逆流接触， 在塔的操作条件下S O 2在两相间的平衡关系近似为Y * = 2 6 .

187、7 X。试求：( 1 )若取用水量为最小用量的1 5倍， 用水量应为多少？( 2 )在上述条件下， 用图解法求所需理论塔板数；( 3 )如仍用( 2 )中求出的理论板数， 而要求回收率从9 5 %提 高 到9 8 % ,用水量应98增加到多少？解：( 1 )求用水量:0 . 1 01 - 0 . 1 0= 0 . 1 1 1 1=0 . 1 1 1 1 x ( 1 - 0 . 9 5 ) = 0 . 0 0 5 5 6V = x ( l- 0 . 1 0 ) = 2 0kmol / hLm = = 2 0 1 x ( 0 . 1 1 1 0 . 0 0 5 5 6 )=-X； -X22 6 .

188、 7L = 1 . 5 Lmi n =1 . 5 x 5 1 0 0 = 76 50kmol(水1/h( 2 ) :求理论板数( ) 梯级图解法V 2 0 1X = ( X - n ) + 乂2 = - - - - x ( o . llll- 0 . 0 0 5 5 6 ) = 0 . 0 0 2 7 7L 7 6 5 0在y - X直角坐标图中给出平衡线o E . C T* = 2 6 . 7 X 7及操作线BT由图中6点开始在操作线与平衡线之间画梯级得理论板层数N 7 = 5 . 5屹) 用克列姆塞尔算图。 =9 5 %区 =0必发 K - K , 0 . 1 1 1 1 - 0 . 0

189、0 5 5 6则相对回收率夕= ! = - - - - - - - - - - - - -= 0 . 9 5Y - m X2 0 . 1 1 1 1在理论最小用水量下，N 1 = g , J据此查图2 - 2 1得 :4 . = 0 . 9 5 而媪=0 . 9 5r, n m VA = 1 . 5 Lm m = 1.5XO.95/HV= 1 . 5 x 0 . 9 5 x 2 6 . 7 x 2 0 1 = 7 6 5 0 h no / (水 ) / h查图2 - 2 1 ( 或由式2 - 7 7 c计 算 ) 可知当：A = L = 1 . 4 3 . 6 9 = 0 . 9 5 时m V

190、% =5 . 599两种方法解得的结果相同。( 3 )求P= 9 8 % 时所需增加的水量用克列姆塞尔法估算，已知：夕=0 . 9 8 % =5 . 5据此查图2 - 2 1 得 A = L 7 5则： = 1 . 7 5 m V = 1 . 7 5 x 2 6 . 7 x 2 0 1 = 9 3 9 Qkmol / h故需要增加的用水量L - L = 9 3 9 0 -7 6 5 0 = 1 7 4 0 七水 ) / % = 3 . 1 3 x lO g ( 水 ) / %1 3 . 在一个接触效能相当于8层理论塔板的筛板塔内， 用一种摩尔质量为2 5 0 、密度为则WOk g / n? 的

191、不挥发油吸收捏于空气中的丁烧。 塔内操作压强为1 0 1 . 3 3 k P a,温 度 为 1 5 C , 进塔气体含丁烷5 % ( 体积) , 要求回收率为9 5 % 丁 烷 在 1 5 c 时的蒸气压强为1 9 4 . 5 k P a, 液相密度为5 8 0 k g / m3 假定拉乌尔定律及道尔顿定律适用， 求：( 1 ) 回收每In? 丁烷需用溶剂油多少( n? ) ?( 2 ) 若操作压强改为3 0 4 Q k P a, 而其他条件不变， 则上述溶剂油耗量将是多少( m3) ?解：( 1 ) . 由拉乌尔定律* p 1 9 4 . 5 , ”y = x = - x x = 1 .

192、9 2 xp 1 0 1 . 3 3由于为低组成吸收， 可以认为y* =L 9 2 XY . = -0-0 5 - = 0 . 0 5 2 6 . X2 = 0 . K * = 01 1 - 0 . 0 5 2 2匕= X ( 1 0 ) =0 . 0 5 2 6 x ( l- 0 . 9 5 ) = 0 . 0 0 2 6 3由克列姆塞尔方程得到：InR ln 0 X) 5 2 6 - 1 ；N = _ i = 8 = _ 0 磔3 - 0T , K - K , , 0 . 0 5 2 6 - 0 . 0 0 2 6 3In In -X f y； - o解得:100X*X10.0422yj*

193、_ 0 042=y = 0.0221.92 1.92由此可知, 每回收kmol 丁烷所需纯溶剂油数量为11X-X2 0.022-045.5hw。/ （ 油） /kmol（ 丁烷）丁烷的摩尔质量为58.08 . 则回收每液体丁烷所需溶剂油的体积为45.5x250/900 3 , 3- = 126.21” , , /m58.08/580 , 油 烷 (2).若 p = 304.0kRz.则：194 5y* = = 0.6398x. o Y * = 0.6398X304.0因为乂2= 0故X*=0斤 =0.042.（ 条件未变，仍用上法求得）上y* 0 042= 0.0656m 0.63981 1玉

194、 一 元2 0.0656-0= 15.24痴。/ （ 油）/kmol（ 烷）15.24x2501900 no 3 , 358.08/580 = （ 油）（ 液体丁烷）14.在一逆流吸收塔中用三乙醇胶水溶液吸收混于气态烧中的H2S ,进塔气相含H2s 2.91%（ 体积） ， 要求吸收率不低于99%,操作温度300K,压强为10L33kPa,平衡关 系 为 V * = 2 X ,进 塔 液 体 为 新 鲜 溶 剂 ， 出 塔 液 体 中 H 2 s 组成为0.013kmol（ H2S ） /kmol（ 溶剂） 。已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.015 kmol/（ m23） ,气相

195、体积吸收总系数为0.000395kmol/（ m3skPa） ,求所需填料层高度。解: 2 = 心. 也。 = 人二 C KYQ Ym已 知 :101k O S % =001 1 - 0 . 0 2 9 1X = x ( 1 _ 夕) =0 . 0 3 X( l- 0 . 9 9 ) = 0 . 0 0 0 3X, = 0 . 0 1 3 . y, * = mX1 = 2 x 0 . 0 1 3 = 0 . 0 2 6X2 = 0石 =0则：些 部 唱 誓 .a. 0 . 0 3 0 . 0 2 6In- - - - - - - - - - -0 . 0 0 0 3KGap = 0 . 0 0

196、 0 3 9 5 x 1 0 1 . 3 3 = 0.04kmol/ ( m2 S)又知:V, = 0.05kmol/ ( / ? ? - 5 )：. H O(rJN0 . 0 1 5 =- - - - -= 0 . 3 7 5 ？0 . 0 40 . 0 3 - 0 . 0 0 0 3 “ 0- - - - - - - - - - - -=2 0 . o0 . 0 0 1 4 3Z = 0 . 3 7 5 x 2 0 . 8 = 7 . 8 m1 5 .有一吸收塔, 填料层高度为3 m,操作压强为1 0 1 . 3 3 K Pa,温度为20c用清水吸收棍于空气中的氨。混合气质量流速G= 5

197、8 0 kg / ( n/ h ) ,含 氨6%( 体积) ， 吸收率为9 9 % ;水 的 质 量 流 速W= 7 7 0 kg / ( m2- h ) 该 塔 在 等 温 下 逆 流 操 作 ， 平衡关系为y* = 0 . 9 X。K Ga与气相质量流速的0 . 8次方成正比而与液相质量流速大体无关。试计算当操作条件分别作下列改变时, 填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收 率 ( 塔 径 不 变) : ( 1 )操作压强增大一倍;( 2 )液体流量增大一倍;( 3 )气体流量增大一倍。解：已知Z = 3 m, p = 1 0 1 . 3 2 5 , 7 = 29 3 kY. = 0 0

198、6 = 0 . 0 6 3 8 . X, = 01 1 - 0 . 0 6 2X = X ( 1 =0 . 0 6 3 8 x ( 1 - 0 . 9 9 ) = 0 . 0 0 0 6 3 8混合气体的平均摩尔质量1 0 2M =29 x 0 . 9 4 + 1 7 x 0 . 0 6 = 2 8 . 2 8依 / kmo In= 网 -x ( l- 0 . 0 6 ) = 1 9 . 2 8切血/ (m 2 .h)。2 8 . 2 8j 7 7 0= ，=4 2 . 7 8 h ”。 / / ( 册2 . h)。1 8c mv 0 . 9 x 1 9 . 2 8 _ ,S = =-= 0

199、. 4 0 5 6MGL11 - S4 2 . 7 8S) (仁*) + s上加X211 - 0 . 4 0 5 66 . 8 8 40.0638-0 x o 4 0 5 6 ) + 0 . 4 0 5 6 0 . 0 0 0 6 3 8HN 6 . 8 8 4- - - - - = 0 . 4 3 5 8 ?( 1 ) p =2pm - mp / p - 0 . 9 x = 0 . 4 5S=业=粤上= 0 . 2 0 2 8由于巴= 上故区。m pL114 2 . 7 8； lnK： 一 叱 2) ( i s) + sY2 - m X21 - 0 . 2 0 2 85 . 4 9 60.0

200、68-0 x 02 0 2 8 ) + 0 . 2 0 2 8 0 . 0 0 0 6 3 8 - 0 ：HoGV _ VK yi。a KrapCl(J *故：HG = PHo frj Pp 1H c = H r = 0 . 4 3 5 8 x - = 0 . 2 1 7 9 moC oG P 2Z = J NOU = 0 . 2 1 7 9 x 5 . 4 9 6 = 1 . 1 9 8机填料层高度比原来减少了 3 - 1 . 1 9 8 = 1 . 8 0 2 103L = 2L,mV JTLV I（ 2） : 5 = - x 0 . 4 0 5 6 = 0 . 2 0 2 8L 2L V

201、心 = 5 4 9 6（ 计算过程同（ 1 ） ）.液体流速的增加对KG。无显著影响.Ho/ v c - 0 . 4 3 5 8 m则y :z U NouI .oo。 二= 5 . 4 9 6 X0 . 4 3 5 8 = 2 . 3 9 5 / “即所需填料层高度较原来减少了 3 - 2 . 3 9 5 = 0 . 6 0 5 ?V = 2VS， =叱 =型 丝 =2 x 0 . 4 0 5 6 = 0 . 8 1 1 2L L1NG = 0 82 1 n1 0 0 x （ 1 0。1 1 2 ） + 0 . 8 1 1 2 = 1 5 . 8气体质量流速增大时， 总吸收系数七。 相应增大.

202、H 0c（ /K、 。.8V,2 K2V2 0 -2Wr = 2 2 x 0 . 4 3 5 8 = 0 . 5 0 1 / ? iO（JZ =HO （rJ - TV /O = 1 5 . 8 x 0 . 5 0 1 = 7 . 9 2 m即所需填料层高度较原来增加7 . 9 2 - 3 = 4 . 9 2 / n1 6 .要在一个板式塔中用清水吸收混于空气中的丙醇蒸气。混合气体流量为3 0 kmol/ h ,其中含丙醇1 %（ 体积） 。要求吸收率达到9 0 % ,用水量为9 0 kmol/ h。 该塔在1 0 1 . 3 3 K Pa, 2 7 c下等温操作， 丙醇在气、液两相中的平衡关系

203、为Y* = 2 . 5 3 X ,求所需理论板数。解：104V = 3 0 x ( 1 - 0 . 0 1 ) = 29 .1 kmol/ ho.oi1 - 0 . 0 1= 0 . 0 1 0 1公= x ( l %) = 0 . 0 1 0 1 x ( 1 - 0 . 9 0 ) = 0 . 0 0 1 0 1L = 9 0kmol / hX1V - Y2) _ 2 9 . 7 x ( 0 . 0 1 0 1 - 0 . 0 0 1 0 1 )X 2o -L- - = U H -9-0-= 0 . 0 0 3由题意知m = 2 . 5 3则:L 9 0m V - 2 . 5 3 x 2 9

204、 . 7= 1 . 1 9 7 7又因为X2= 0 J J :(P = (P A = 0 . 9 0NTI n j -l-(pIn A, 1 . 1 9 7 7 - 0 . 9 0In1 0 . 9 0lnl. 1 9 7 7- 1 = 5 . 0 5第三章2.聚氯乙烯生产过程中， 需要将乙族发生器送出来的粗乙块气体净化， 办法是在填料塔中用次氯酸钠稀溶液除去其中的硫、 磷等杂质。粗乙烘气体通入填料塔的体积流量为7 o o旷/ h ,密度为1 . 1 6 k g / m 3 ;次氯酸钠水洛液的用量为4 0 0 0 k g / h ,密度为l OS Ok g / m ：黏度为1 . 0 6 m

205、Pa- s。 所用填料为陶瓷拉西环， 其尺寸有5 0 m m x 5 0 m n x 4 . 5皿n及2 5 m n x 2 5 m m x 2 . 5 m n两种。大填料在下层， 小填料在上层各高5 m ,乱堆。若取空塔气速为液泛气速的8 0 % ,试求此填料吸收塔的直径及流动阻力。解: 塔径两种填料的。 值如下：5 0 m m x 5 0 m m x 4 . 5 陶瓷拉西环( 乱堆) : = 2 0 5 1 /m2 5 m m x 2 5 m m x 2.5mm 陶瓷拉西环( 乱堆) : 。=4 5 01/m比较两种填料的“值可知, 小填料的泛点气速应比大填料的低， 故应接小填料计算塔径.

206、也 ( 区 产 = 4000 x严 =0 . 1 6 3Wv % 7 0 0 x 1 . 1 6 1 0 5 0由图( 3 -1 8 )中的乱堆填料泛点线查得105F(P2 也 产 =0 1 28 PL4;幽= 0 . 9 5 2pL 1 0 5 0故:0 1 2 g & =F的0 . 1 2 0 8 1 x 1 9 5 0 5 6 8 小4 5 0 x 0 . 9 5 2 x 1 . 1 6 x l . O60 2JLI = 0 . 8 / =0 . 8 x 1 . 5 8 8 = 1 . 2 5 4 / 7 7 / s塔径:D = J4 V, / 不 “ = 7 4 x 7 0 0 / (

207、 3 6 0 0 x 3 . 1 4 x 1 . 2 5 4 ) = 0 . 4 4 4 ， ( 2 ) . 压强降因两段填料层具有不同的。 值， 故塔内流动阻力应分两段计算.上层：25mm x 25imn x 2 . 5 . 乱堆瓷环U ，(PPV 0.2BL8 PL(1.25)2X450X0.952X1.169 . 8 1 x 1 0 5 0x ( 1 . 0 6 )2= 0 . 0 7 6 7令噜严=0 1 6 3由图( 3 - 1 8 ) 查得 丫皿， 故会发生液泛.改用鲍尔环， 若鲍尔环的液泛速度为- 填料因子为因横坐标值不变， 则纵坐标仍为0 1产） 2 = 4 5 0d 1 6

208、04 5 0u 1 = 1 . 8 0 5 X = 5 . 0 8 = u = 2.253 m / sr 1 6 0 F故改用鲍尔环后， 发生液泛的上升气量为匕” =0 . 78 5 X0 . 82X 2 . 2 5 3 x 3 6 0 0 = 4 0 75 ， / / hiiiax第三章蒸僭和吸收的塔设备习题解答1 . 欲采用浮阀塔分离甲醇水溶液。已知当操作回流比取L 3 4 时， 精饱段需用六层理论塔板完成分离任务。又知：上升蒸气的平均密度pv= 1 . 1 3 k g / m3下降液体的平均密度pL= 8 0 1 . 5 k g / m3107上升蒸气的平均流量Vh= 1 4 6 0 0

209、 m3/ h下降液体的平均流量Lh= 1 1 . 8 m3/ h下降液体的平均表面张力o= 2 0 . I m W m己确定该塔在常压下操作， 采用F 1型浮阀， 又知总板效率可取为3 % 。试对该塔的精信段进行设计计算。解：由于设计类题目并不一定有“ 标准答案” ，此处的解仅供参考（ 1 ）精储段塔取板间距“7 = 0 . 4 5加，又知总板效率ET= 0 . 6， 则实际塔板数N ? = NT / ET - 6 / 0 . 6 = 1 0精偏段塔高 Z = = 1 0 x 0 . 4 5 = 4 5 塔 径下降液体的平均流量Ls = 1 1 . 8 / 3 6 0 0 = 0 . 0 0

210、3 2 8 / n3/ 5上升蒸汽的平均流量匕= 1 4 6 0 0 / 3 6 0 0 = 4 . 0 5 / / s4 . 0 5 1 . 1 3= 0 . 0 2 1 5取板上液层高度h , = 0 . 0 7/ 77则 HT-h,= 0 . 4 5 - 0 . 0 7 = 0 . 3 8 m由以上数据查史密斯关联图，得。2 0 = 0。78液体表面张力a = 2 0 A m N / m ,故C值不需校正C = C2 0 = 0 . 0 78极限空塔气速41 r ax =。0 . 0 78 x- 1 = 2.01m/s取安全系数为0 . 7,则空塔气速/ / = 0 . 7x 2 . 0

211、 7 = 1 . 4 5 / 5塔 径D =4 x 4 0 5 . “ 8 7 ?3 . 1 4 x 1 . 4 54匕71根据塔径标准圆态，取D = 2 . 0 mi - iij. 1 、 士 4 V , . 4 x 4 . 0 5 .实际空塔 气 速U - v =- - - - - - 7 - 1 . 2 9 /M /s兀 D- 3 . 1 4 x 2 2108( 3 ) 溢流装置选用单溢流弓形降液管，取溢流延堰长/ = 0 . 6 5 5 D = 0 . 6 5 5 x 2 = 1 . 3 1 m则 备降= 6 0 3因儿/ 。= 0 . 6 5 5 , 查取材图3-8知液流收缩系数E

212、= 1 . 0 2则堰上液层高度 / iol l. = x l . 0 2 x ( H ) 3 = 0 . 0 1 3 加1 0 0 1 . 3 1溢流堰高 %=%-%= 0 . 0 7- 0 . 0 1 3 = 0 . 0 5 加降液管底隙高度 ho = hw - 0 . 0 0 6 = 0 . 0 5 7 - 0 . 0 0 6 = 0 . 0 5 I m按 = 0 . 6 5 ， 渣取材图( 3 - 1 0 卜 得区 = 0 . 1 2 2 , & = 0 . 0 7D Af则降液管宽度 叼 = 0 . 1 2 2 0 = 0 . 1 2 2 x 2 . 0 = 0 . 2 4 4 73

213、 14降液管截面积 Af = 0 . 0 74 = 0 . 0 7 x x ( 2 . 0 )2 = 0 . 2 2 m4验算液体在降液管内的停留时间：0 =AfHT0 . 2 2 x 0 . 4 50 . 0 0 3 2 8=3 0 . 2 s 5 s( 4 ) 塔板布量因塔径较大，故采用分块式塔板。参考“ 浮阀塔板标准系列” ，选取如下塔板布置方式浮阀排列方式：等腰三角形叉排，f = 75 机机，e塔板分块数：共 5块 ( 弓 形 ：2,矩形：3 )浮阀总数：N = 39。开孔率= 1 4 . 8 %塔板布量图略，可参考教材的布量图。6 5mm( 5 ) 阀孔气速及阀孔功能因素109阀孔气

214、速。 =* 一d2N44x 4.053.14X( 0.039)2X390= 8.7m/s阀孔功能因素4 = 0以=8.7 = 9 .2 5( 6 )气体通过一层浮阀塔板的压降( 。)干板阻力临界孔速 % = 闻73.1/2 , i附73.1/1.13 = 9 .82 m/s因 o o c ，hc2= 5.34x 包 组 = 5.34xP 2 g1.13x ( 8.7)2801.5x 2 x 9 .81=0.02 9 m(b ) 板上液层阻力4 = GA因为液相是水溶液，故取充气系数4 = 0 . 5 ,则九= 0.5x 0.07 = 0.035机忽略板上液体表面张力所造成的气体流动阻力，则hp

215、 = hc + h = 0.02 9 + 0.035 = 0.064m即气体通过每层板的压降为A p = 0.064zn 液柱=0 . 0 6 4 = 0.0513机H ,。= 503 P aP 1000 2( 7 )塔板负荷性能图( a)雾沫夹带上限线按泛点率= 0.8确 定 雾 沫 夹 带 上 限 的4关系匕 1 + L 364 ZL泛 点 率 =归一2 -K C , 4式种：ZL =。2 % = 2 .0-2 .0*0.2 44 = 1.512机4 =4一24 =。2 _2 % = 0.785, 2 2 - 2 , 0.2 2 = 2 .7/CF = 0.11 ( 根据A及必查教材图3-

216、13得)K = 1.0 ( 查教材表3-5得)110则A- - -+ 1.36L . x l .512Y801.5 1.13= 0.801.0x 0.11x 2 .7即：匕= 6.32 -54.74Ls ( m3 / s)0.0010.019/ s)6.2 55.2 8(b) 液泛线液泛线可写为如下的形式aV：= b-c以-噌各系数值计算如下：a = 1.9 1x l 05- 4PLV= 1.9 1x l 051.13801.5x 39 02= 0.00177丸取。 = 0.5, 4 = 0 . 0 5 则匕 =0.5 x 0.45 + ( 0.5-l -0.5) x 0.05 = 0.175

217、0.153 0.153 C =常=( 131) 2 x ( 0.044) 2 =d = ( l + o ) E ( O .667) ( 近似取 E = 1 )=( 1 + 0.5) x 1 x 0.667 x ( 1.31)-0-667 = 0.9 19则液泛线表达式0.00177V s2 = 0.175-46.14 -19/即：咚= 9 8.9 - 2 12 5及一519 43111(c)液相负荷上限线Ls (m3 / s)0.0010.0050.00*9 0.0130.0170.02 1匕( 疝/s)9 .689 .158.748.368.007.65以e = 5s作为液体在降液管中停留时

218、间的下限A H( L ， )max=y = 0O 19 8/n 3/s(d)漏液线以K=5作为规定气体最小负荷的标准，则jr S 5( 匕)m a x =-卧丁= = 0.785 X ( 0.039 )2 X 39 0 x = 2 .19 m3/54V I .13(e)液相负荷上限线以hw = 0.006机作为规定液体最小负荷的标准，则3600( 4) *2/31000=0.006近似取E = l ,则(4 ) m i n = 000085/“ ， = 0.0085 x 1.31 = 0.00112 w ? / s根据上述( 。 ) , (8) , ( 0( 4) , ( 6)五次计算结果画出

219、塔板负荷性能图( 附图此处略)由负荷性能图可见：1 .塔板的气相负荷上限完全由雾沫夹带控制，下限由露液控制。2 .代表设计任务规定的气液负荷操作点P ( 4 = 0.0032 8m3 /s, % = 4.05m3/5)位于塔的适宜操作范围内，即在规定负荷下操作时，该塔处于正常的流体力学状况下，不会发生过量雾沫夹带、液泛、漏液等不正常的流体力学现象。3 .按照固定的回流笔，塔板的气相负荷上限为( 匕)m a x = 6.06加3 / s ,下限为( 匕)m i n = 2 1 9机3/ S,所以操作弹性=6.062 .19= 2 .8112计算结果汇总于下表项目数值及说明备注塔径。/根2.0板间

220、距/ /机4.5塔板类型单溢流、方形降液管分块式塔板空塔气速“ （ M/S）1.29堰长/ “ , / ？1.31堰高hwlm0.057板上液层高度ht Im0.07降液管底隙高度4 /加0.051浮阀数N /个390等腰三角相叉排阀 孔 气 速6）8.7阀孔功能因数居9.25临界阀孔气速uOc /（ m / s）9.82孔心距f/ 机0.075排间距f/m0.065单板压降A p /P a503降液管内液体停留时间30.2e/s气相负荷上限6.06雾沫夹带控制（ 匕）max，（ 疝 气相负荷下限2.19( V ( / / s )操作弹性2.8113第四章萃取的习题解答2 .在单级萃取装置中，

221、 用纯水萃取含醋酸3 0 9毛( 质量分数， 下同) 的醋酸一庚晦3棍合液1刷屿， 要求萃余相中醋酸组成不大于1 0 9 6。操作条件下的平衡数据见习题L试求： ) 水的用量为若干公斤？ ( 2 )萃余相的量及醋酸的萃余率( 即萃余相中的醋酸占原料液中醋酸的百分数) 。解： 由乙= 3 0 %在A 3边上确定尸. ( 见习题1附图1 ) 5联接尸S过由4 = 1 0 %在溶解度曲线上确定中， 过* 作联结线中户并 与 线 交 于AT ,则水的用量和萃余相的量可根据杠杆规则确定，即(1)水的用量SS =八F二M = 1 0 0 0 x 5二9=1 2 8 3奴MS 4 6(2)萃余相的量和萃余率

222、 = E + S = 1 0 0 0 + 1 2 8 3 = 2 2 8 3火EM 2 9R = M x = 2 2 8 3 x - = 8 0 7 . 4奴ER 8 2所以萃余率=婆= 807.4x0.1 = 2 69 1 %FXrF 1000X0.33 .在2 5 下， 用甲基异丁基甲酮( M BK )从含丙酮4 0 % ( 质量分数) 的水溶液中萃取丙酮。原料液的流量为1 5 0 0 k g / h .试求：( 1 )当要求在单级萃取装置中获得最大组成的萃取液时， 萃取剂的用量为若干( k g / h ) ?( 2 )若将 求得的萃取剂用量分作两等份进行两级错流萃取, 试求最终萃余相的流

223、量和组成。114( 3 )比较( 1 ) ( 2 )两种操作方式中丙酮的回收率( 即萃出率) 。操作条件下的平衡数据见本题附表。习题3附表1溶解度曲线数据( 质量分数)丙酮( A)水( B)M I BK ( S)丙酮( A)水( B)M I BK ( S)02 . 29 7 . 34 8 . 52 4 . 12 7 44 . 62 . 39 3 . 15 0 . 72 5 . 92 3 . 41 8 . 93 . 97 7 . 24 6. 63 2 . 82 0 . 62 4 . 44 . 67 1 . 04 2 . 64 5 . 01 2 42 8 . 95 . 565 . 63 0 . 9

224、64 . 15 . 03 7 . 67 . 85 4 . 62 0 . 97 5 . 93 . 24 3 . 21 0 . 74 6. 13 . 79 4 . 22 . 14 7 . 01 4 . 83 8 . 209 8 . 02 . 04 8 . 51 8 . 83 2 . 8习题3附表2联结线数据( 丙酮的质量分数)水层M I BK 层水层M I BK 层5 . 5 81 0 . 662 9 . 54 0 . 01 1 . 8 31 8 . 03 2 . 04 2 . 51 5 . 3 52 5 . 53 6. 04 5 . 52 0 . 63 0 . 53 8 . 04 7 . 02

225、3 . 83 5 . 34 1 . 54 8 . 0解：根据附表数据绘溶解度曲线及辅助曲线如附图所示( 1 )萃取剂用量过S作溶解度曲线的切线S E并延长交A 8边于点？ ，过点E作联结线E R与然交于点， 利用杠杆规则求得 FM 3 6S = / x = = 1 5 0 0 x = 7 60奴/ / ?MS 7 1115(3)两级错流萃取的最终萃余相的组成和流量每级溶剂的用量S = ；x 7 60 = 3 8 0 必/ 力由 . 和 产 的 流 量 确 定 ，且用 = 1 5 0 0 + 3 8 0 = 1 8 8 0 口/ 过M 作联结线K&， 由杠杆规则确定与E M 3 2尺=Mx =

226、= 1 8 8 0 x = 1 2 5 3 依/ 1 1 g 4 8联 结 由 4和确定2 ,过2作联结线后 2 M2由杠杆规则确定第二级萃余相的流量与， 即E M 4 0/?2 = 2 x = ( 1 2 5 3 + 3 8 0 ) x = 1 0 2 0 女 g / / ?R)E? 64由图读得 x2 = 0 . 1 8(4)两种操作方式中丙酮的萃取率单级萃取： %= 0 . 3 1E = Mx = = ( 1 5 0 0 + 7 60 ) x = 1 1 4 9 A: g / / 2RE 5 9丙酮的萃取率( p = = 1 1 4 9 x 0 , 3 1 = 0 . 69 4 = 69

227、 . 4 %A FXF 1500X0.44 . 在多级错流接触萃取装置中， 以水作萃取剂从含乙醛6% ( 质量分数， 下同) 的乙醛一甲苯混合液中提取乙醛。原料液的流量为1 2 0 k g / h , 要求最终萃余相中乙醛含量不大于0 . 5 % 。 每级中水的用量均为2 5 k g / h 。 操作条件下， 水和甲苯可视作完全不互溶， 以乙醛质量比组成表示的平衡关系为： Y = 2 . 2 X 。 试在X - Y 坐标系上用作图法和解析法分别求所需的理论级数。解：由题给条件可知 4 = 6 / 9 4 = 0 . 0 6 3 8 x = 0 . 5 / 9 9 . 5 = 0 . 0 0 5

228、纥= 0 B = F (1 -XF) = 1 2 0 x ( 1 - 0 . 0 6 ) = 113 kg / h(1)用作图法求理论级数由平衡关系知，分配曲线为通过原点的直线，如本题附图QK所示116操作线斜率为： o = U9 = - 4 . 5 2S 2 5由当 . 在横轴上确定点/ ( % = 0 ) .过点，作斜率为- 4 . 5 2的操作线交分配曲线于点N, 点N代表第一级所对应的萃取相与萃余相组成的坐标点， 过点N作x轴的垂线交x轴于点T ,过点T做操作线，如此重复，x7 = 0 . 0 0 3 5 .即共需6 . 5个理论级.(2)解析法求理论级数A空 =丝 笠 = 0 . 4

229、 8 71 1 31I n 生l n ( l + A , “ ) x1 t1 , 0 . 0 6 3 8- - - - - - - - - -I nl n ( l + 0 . 4 8 7 ) - -0 . 0 0 5= 6 . 4n =B5 .将习题3的两级错流接触萃取改为两级逆流接触萃取， 其他条件均相同， 试求丙嗣的萃取率。解：由题给条件知 F = 1500kg/h, S =76 0kg/h, xF = 0 . 4由习题3的平衡数据作溶解度曲线与辅助曲线，由已知量确定工M点由于为未知，故需试差法。即先假设马，若由作图求得的3与假设相符，则计算结果有效。假设X 2 = 0 1 2 ,由此确定

230、%， 连接勺例，延长后与溶解度曲线交于瑞， 联结/ 片与S R 2 ,两线近似平行，可按操作线平行试差。试差结果表明，原设= 0 . 1 2正确，由图读得% = 0 . 3 8。R M 34根据杠杆规则 耳= x= = ( 1 5 0 0 + 7 6 0 ) xL = 1 3 0 2 A g / / ?R、E 59丙酮的萃取率 年= 皿 = 1302=0.38 = 0 2 5 = 8 2 . 5 %6 .在级式接触萃取器中用纯溶剂S逆流萃取A、B棍合液中的溶质组分A。原料液的流量为1 0 0 0 k g / h其中A的组成为0 . 3 0 (质量分数， 下同) ， 要求最终萃余相中A的质量分数

231、不大于0 . 0 1 0采用的溶剂比( S / F )为0 . 8。 操作范围内的平衡关系为% =0 . 7 5琛117% = 0 . 9 9 2 - 1 . 0 4 %xs = 0 . 0 0 9 9 + 0.06XA试求所需的理论级数。解：已萃取装置为对象做物料衡算F + S = 1 . 8 尸= 1 8 0 0 = 4 + 4组分 A 1 0 0 0 x 0 . 3 = 0 . 0 1&+&%组分 8 1 8 0 0 = x , s& + & X s式中 xnS = 0 . 0 0 9 9 + 0 . 0 6 X 0 . 0 1 = 0 . 0 1 0 5儿5 = 0 . 9 9 2 -

232、 1 . 0 4 M A联立以上各式，解得& = 1 1 0 6依/ 力 R” = 6 9 4kg/h yiA = 0 . 2 6 5 弘f= 0 . 7 1 6 4又由 M A=0-75X： ； = 0.265 解得/ 4 = 0 0 7 4 2M s = 0 . 0 0 9 9 + 0 . 0 6 x 0 . 0 7 4 2 = 0 . 0 1 4 3 5对第一级列物料衡算及平衡关系式，得F + E2 = R + E组分 A 1 0 0 0 x 0 . 3 + E2y2A = 0 . 0 7 4 2 / ? , +1 1 0 6 x 0 . 2 6 5组分 8 E2y2S = 0 . 0

233、1 4 3 5 / ? ） + 1 1 0 6 x 0 . 7 1 6 4y2 S = 0 . 9 9 2 - 1 . 0 4 y3 S解得 E2 = 8 6 1 . 2依/ 力 & = 755.2kg / h y2 A = 0 . 0 5 7又由 = 0 - 7 5以： =0 . 0 5 7 解得 x2 A = 0 . 0 0 1 6 预热器 干燥器 - - - - - - - - - - - - -( 1 ) 单位时间内获得的产品质量1 -W j= 100 1 5 = 0 0 1523依/ 依绝干物料126X = 4 = ；7Vy = 0 . 0 0 2依/ 依绝干物料l - w2 1 0

234、 0 - 0 . 2绝干物料流量G = G ( 1 叱) =90 0 0 x ( l - 0 . 1 5) = 90 62版绝干物料/ hW = G ( X , - X2) = 90 62 X ( 0 . 1 523 - 0 . 0 2) = 1 1 9. 9依水/ h干燥产品流量G2 = G( 1 + X2) = 90 62 X( l + 0 . 0 2) = 90 8 0) 干燥产品/ h( 2 )干燥过程的操作线由= 50 , % = 2 3 (查出。=6 6 KJ /kg绝干气,求出“0 = 0 . 0 1 57口/ 必绝干气由1 = 95 ,修 = 0 = 0 . 0 1 57依/

235、依绝干气, 求出/ | =1 38 . 6反7/依绝干气热损失速度 0 . = 58 0 x 1 1 9. 9 = 69542X7/ / ?由玲的定义可计算出干燥器的焰分别为/ ； = Cs0 + X v 4 = L8 4 X 25 + 0 . 0 1 523x 4. 1 8 7x 25 = 47.6 KJ / 依绝干物料同理 / ； = Q g + X2CW3I = 1 . 8 4X34. 5 + 0 . 0 2 x 4. 1 8 7 x 34. 5 = 63. 8 KJ / 依绝干物料对干燥器作水分衡算，得L(H2- H) = W或 1 ( 77, - 0 . 0 1 57) = 1 1

236、9. 9 ( 1 )再对干燥器做物料衡算，得L( /2- /1) = G( 7； - Z1 ) + 2Z.或 ( 1 38 . 2 - /2) = 960 2 x ( 63. 8 - 47. 6) + 69542 联 立( 1 )、( 2 )解得 / /2 + 5. 55x l 0- 4/2 = 0 . 0 928 ( 3)上式为本题干燥操作的操作线方程。 经过本题附图2的点8 , 故任意设一值 , 如H = 0 . 0 2,由式( 3 )求得/ = 1 31 . 5。/ 依绝干气。据此在附图2上标出点。，过点。及点8的直线即为干燥过程的操作线。该线与， 2= 65。 。的线交于点。， 点。为

237、空气离开干燥器的状态点，由点。读出127H2 = 0 . 0 23依/ 必绝干气，I2 = 126 kJ/kg绝干气( 3) 单位时间内消耗新鲜空气的质量由式( 1 ) 得L“， 一 0 . 0 1 57 0 . 0 23- 0 . 0 1 571 71 28 口绝干气/ h新鲜空气消耗量 4= L( l + ”o ) = 1 71 O O x ( l + O . O 1 57) = 1 74O 3奴新鲜空气/ / ?(5 )干燥器的热效率_ w( 2490 + 1 . 8 8 /2- 4. 1 8 7 )” Q其中 0 = 0 = / 3= 1 71 28 x ( 1 38 . 6 66)

238、= 1 . 243x 1 0 6/ / / /I = 1 1 9. 9x ( 2490 + 1 . 8 8 x 65- 4. 1 8 7x 25) _ 8 %1 . 243x l 067 . 在一常压逆流转筒干燥器中， 干燥某种晶状物料。温度力= 25、相对湿度% = 55%的新鲜空气经过预热器使温度升至力= 8 5后送入干燥器中， 离开干燥器时温度t 2= 30 。湿物料初始温度a= 24、湿基含水量”= 0 . 0 37, 干燥完毕后温度升到%= 60 、湿基含水量降为叼= 0 90 2。干燥产品流量G2= 1 0 0 0 k g / h o 绝干物料比热容cs= 1 . 50 7KJ/

239、( k g 绝 干 料 转 筒 干 燥 器 的 直 径 D= 1 . 3m , 长度Z = 7m 。干燥器外壁向空气的对流一辐射传热系数为35 KJ /(m2- h - r) 试求绝干空气流量和预热器中加热蒸汽消耗量。加热蒸汽的绝对压强为18 0KPa 。解：( 1 )绝干空气流量绝干空气流量 G = G2(1-W2) - 1000X(1-0. 002) = 9 9 8 A g 绝干物料/h水分蒸发量 W = G(X- X2) = 9 9 8 x (0. 038 4- 0. 002) = 36 . 33kg 水/h由附录查出25 时水的饱和蒸汽压为316 8 . 4 P a , 故湿度为128

240、O- 6 22oPos 0. 6 22x 0. 5 5 x 316 8 . 4 n n in o 心/沙绍不右Ho - - - - - - - - - - - - - -= - - - - - - - - ；- - - - - - - - - - - -= 0. 0109 kg / /绝干气101. 3x 1()3 一% & ioi. 3x lO3- 0. 5 5 x 316 8 . 4对干燥器作水分的物料衡算，取 1万为基准，得 (7 7 ,- 0. 0109 ) = 36 . 33 ( 1 )对干燥器做物料衡算，得UG = U2+G/；+QL其中 = (1. 01 + 1. 8 8 J X

241、 6 + 249 0H l= (1. 01 + 1. 8 8 x 0. 0109 )x 8 5 + 249 0 x 0. 0109= 114. 7 KJ / kg绝干气I2 = (1. 01 + 1. 8 8 H2 )X30 + 249 0H2 =30. 3 + 25 46 %题给Q =1. 5 07 K/(必绝干物料。 C )I = GSG + X0w4 = 1- 5 07 X24 + 0. 038 4 x 4. 18 7 x 24 = 4012KJ / 一绝干物料题给a ” =35 KJ /(加 2 h )所以=a “ S A ， = a (乃 。L ) ( TO)= 35 x (3. 1

242、4x l. 3x 7 )x J; - 25 ) = 3 2520KJ /h将以上各值代入热量衡算式，得114. 7 L + 9 9 8 x 40 = (30. 3 + 25 46 H J L + 9 9 8 x 9 0. 9 + 325 20 (2)联立式(1)、(2),解得”2 =0. 0226 1依/依绝干气 / =3102版/依绝干气( 2 ) 预热器中加热蒸气消耗量加热蒸气压强为18 0KP”，由附录查出相应的汽化热为2214. 3K/kg ,T = U 6 . 6 ,预热器中消耗热量的速度为其中 70 =(1. 01 + 1. 8 8 x 0. 0109 )x 25 + 249 0x

243、 0. 0109 = 5 2. 9 7 /必绝干气/h129所以 QP = 3102 x (114. 7 - 5 2. 9 ) = 19 1100KJ / h = 53 .25K W加热蒸气消耗量=3巴8 6 . 6必/力2214. 38.在恒定干燥条件下进行间歇干燥实验。已知物料的干燥面积为0. 20? ,绝干物料质量为15 kg。测得的实验数据列于本例附表中。试标绘干燥速率曲线， 并求临界含水量t及平衡含水量X*。习题8附表时间T 1 h00.20.40.60.81.01.21.4物料质量/kg44. 137 . 030. 024. 019 . 017 . 517 . 017 . 0解：以

244、表中第1、2组数据为例计算如下：44 1 -1 S开始时物料的干基湿含量X =当 = L9 4依/必绝干物料, 1 S终了时 X = 一万一 =1. 47 & g /口绝干物料蒸发的水份量 A I V =37 - 44. 1 = - 7 . U g /z干燥时间的增量干燥速度 7 = 02 0 = 0. 2/AW - 7 . 1 1 rr U 1 2 7 u =- - - - = - - - - - - -= - 17 7 . 5奴/( / 2 )S A r 0. 2 x 0. 2与干燥速率对应的物料的平均湿含量为又=g x (1. 9 4 + 1. 47 ) = 1.705kg / 奴绝干物

245、料由上法计算的数据列于下表时 间T I h物 料质 量/kgX/必/依绝干物料/(kg/h)A r/hu /kg /(m2 h)X/kg/依绝干物料044. 11. 9 40. 237 . 01. 47- 7 . 100. 2- 17 7 . 51. 7 051300.430.01.0-7.00.2-1751.2350.624.00.6-6.00.2-1500.80.819.00.27-5.00.2-1250.4351.017.50.167-1.50.2-37.50.2191.217.00.13-0.50.2-12.50.1491.417.00.1300.200.13以又为横坐标， ， 为纵坐

246、标绘图，从图中读出临界含水量 Xc =1.24依 /依绝干物料平衡含水量 X* = 0.13依 /依绝干物料9 .某湿物料经过5.5h进行恒定干燥操作。物料含水量由Xi=0.35kg/kg绝干料降至X2=0.1kg/kg绝干料。 若在相同条件下,要求将物料含水量由Xi=0.35kg/kg绝干料 降 至X 1 O.OS kg/kg绝干料。试求新情况下的干燥时间。物料的临界含水量Xc=0.15k g/kg绝干料、平衡含水量X*=0.04kg/kg绝干料。假设在降速阶段中干燥速率与物料的自由含水量(X-X*)成正比.解：恒速干燥的干燥时间为 r, = -Xc)Suc降速干燥阶段，干燥速率与物料的自由

247、含水量(X -X *)成正比。因此， uc=kx(Xc- Xf)降速干燥的干燥时间为-G- -X-c-X-*-I,n -X-r-X-*- = -G- I,n -X-r-X-*-S uc X2-X Skx X2-X总干燥时间为G ,XXc1T = r, + r2 =-(!-2 Skx Xc-X+ lnxx*xx*将第一次干燥实验的数据代入，得u u G ,0.35-0.15 , 0.15 0.04、5.5 = -(-+ In-)Skx 0.15-0.04 0.1-0.04于是GSkx2.27第二次干燥时间131由于第二次干燥实验的条件与第一次相同，即所有定性的参数均不变，所以r = 2.27 x

248、0.35-0.150.15-0.04+ ln0.15-0.040.05-0.04)=9.57人10.对 10kg某温物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥， 物料平铺在0.8mxlm的浅盘中， 常压空气以2m/s的速度垂直穿过物料层。 空气t=75,=0.018kg/kg绝干气,物料的初始含水量为X=025Kukg绝干料。此干燥条件下物料的Xc=0.1kg/kg绝干料,r=0。 假设阵速段干燥速率与物料含水量呈线性关系。 试求：(1)将物料干燥至含水量为0.02kg/kg绝干料所需的总干燥时问:(2)空气的3 H 不变, 而流速加倍,此时将物料由含水量0.25kg/kg绝干料干燥至0.02kg/kg

249、绝干料需1.4h,求此干燥条件下的Xe。解：(1 ) 恒速段干燥速率uc = ( ， 一 。)小由空气f = 75 , ” = 0.018kg / /绝干气,查” - / 图得tw = 34 。相应水的汽化 热 力 =2416爪/依，空气对物料的对流传热系数a = 1.17(L 严湿空气的质量速度ZJ = 3600/%湿空气密度 PH= = VH湿空气的比容 匕 =(0772 + 1.244)*卫 拉 乂 3 3H273 P273 + 75= (0.772 +1.244 x0.018)x m x 1= 1.013加 3湿空气/kg绝干空气PH = 1 ； =1.005依湿空气/川湿空气L =

250、3600x2xl.005 = 7236版湿空气/(m2 )a = A7(7236严 = 31.35W/(小 。 。 )31 35uc =-：一? X (75 - 34) = 0.532 X10-3 奴 / ( ? 2 S)0 2416X103132G1 + X= E = 8必绝干物料 = = 1 0版绝干物料/I D ?S 0.8x 1 降速干燥阶段时间， 1041 =S u) = -r x ( 0.2 5 1 ) = 2 .82 5 x l 0 = 0.785c0.532 x 1 0-3降速段-X为线性关系，故降速段干燥时间2S uc X2- X因 为x * = o ,所以r2 = 1 0

251、x0.1 , 0.1 、-0-.-5-3-2-x-1-0-3r l n0 .02) 302 5.2 6 s = 0.84 08/?总干燥时间为 T = r+T2 = 0.0785 + 0.84 0 = 1 .6 2 5/?( 2 )空气流速加倍后 疝= 2 “a = 2 7 aMC = 2 037wc = 2 037 x 0.532 x l O-3 = 0.6 88x 1 O 3 A : g /( w2 s)* = 1 0口绝干物料/i n?恒速干燥时间为 q =g(XXc)S uc降速干燥时间为 r2=Xcln 2 S uc c X2总干燥时间为 r = r1+ r2= ( -) ( X,

252、-Xc + X ； l n )S uc X2i Ax即 1 .4 x 36 00 = ( r) ( 0.2 5-Xc + Xcl n0.6 88x 1 0 * 0.2解得 Xc= 01 2 1 & g /& g绝干物料1 1 .在常压间歇操作的厢式干燥器内干燥某种温物料。 每批操作处理湿基含水量为1 59毛的湿物料500kg物料提供的总干燥面积为4 0 m 经历4 h后干燥产品中133的含水量可达到要求。操作属于恒定干燥过程。由实验测得物料的临界含水量及平衡含水量分别为0.11kg水/kg绝干料及0.002kg水/kg绝干料。 临界点的干燥速率 为1kg水/(nf-h),降速阶段干燥速率线为直

253、线。 每批操作装卸物料时间为lOmin,求此干燥器的生产能力， 以每昼夜(24h)获得的干燥产品质量计。解：一批物料中的绝干空气流量G = G,(l-kv,) = 500x(1-0.15) = 425依绝干物料y = = 10.625必绝干物料/n?X = io5 =。176依/依绝干物料恒速干燥阶段时间为 r,= (X ,-Xc)S u 降速阶段干燥速率线为直线，所以降速段干燥时间为总干燥时间为G r = 瓦r, + r2X X(XXc) + (XX*)ln 六1代人已知数据得4 = 10.625x (0.176-0.11) + (0.11-0.002)In0.11-0.002X2-0.00

254、2解得 X? = 0.00809依水/kg绝干物料干燥一批物料的干燥产品量 G,= G(l + 2) = 425x1.00809 = 428.4依干燥一批物料所用时间 4 + =4.1667A60因此，生产能力为 f型 土x24 = 2468依干燥产品/昼夜4.16671 2 .在常压并流操作的干燥器中， 用热空气将每种物料由初含水量X1=lkg/kg绝干料干燥到最终含水量X2=0.1kg/kg绝干料。空气进干燥器的温度为135、湿度 为0.01kg/kg绝干气; 离开干燥器的温度为60。空气在干燥器内经历等熔过程。根据实验得出的干燥速率表达式为：干燥第一阶段 竺= 30(乩 ，- H )/

255、IT , W134干 燥 第 二 阶 段 - = L 2 Xdr式中一空干燥速度,kg /( kg绝干料h )dr试计算完成上述干燥任务所需要的干燥时间。解：本题为变动干燥操作，但给出了本题特定条件下的干燥速率微分式。根据% = 1 35。 。 , = 0.01版/必 绝 干 气 , 在 图 上 确 定 空 气 的 状 态 点 ，由该点沿等焰线向右下方移动与2 = 6 0 的线相交,读出交点处的% =0 .0 3 9 kg /kg绝干气;与* = 1 0 0 %的饱和空气线相交， 由交点读出初始状态空气的饱和湿度% = 0 .0 4 8依/ 依绝干气。对干燥器作水分衡算，得L(H2- H1)

256、= G (X1- X2)L X . - X7 1 - 0 .1G HH 0 .0 3 9 - 0 .0 1在临界点处的干燥速率应既满足干燥第一阶段，也满足干燥第二阶段的速度，将题给的两个求干燥速率的式子均应用于临界点，得r yo A= 3 0 ( / fw- Hc) = i.2Xc Xc= ( 0 .0 4 8 - HC) = 1.2-25HC ( 1 )dr 1 .2在空气进入干燥器与临界点处列水分方程衡算式L(Hc- Hl) = G (Xl- Xc)L _ X- XC 1 - XC _3 1G Hc- H X 0 0 .0 1联 立( 1 )、( 2 )解得 “0=。 1 8依/ 初绝干气 X2 = 0 .7 4 3依/ k g绝干物料干燥第一阶段的时间为 j cxc dX rxc -dX4 T3 0 A H - 1 3 0 ( ” “)在离开干燥器的微元长度内列水分的衡算式，有LdH = -G dX n -dX = LdH / G将以上关系代入式( 3 ) ,并将式中积分上下限换成相应的“，即135L c dHr, -30G HSlw-H31 产 8 3-3 0 焉dH0.048-H= 0.255/7干燥第二阶段的时间为 dX dXk 1.2X J0743 1.2X总干燥时间为 r = + = 0 .2 5 5 + 1.67 = 1.925/7136