化工原理作業(yè)題文

1、緒論1.從基本單位換算入手，將下列物理量的單位換算為SI單位。(1) 水的粘度m=0.00856g/(cm×s)(2) 密度r=1386kgf×s2/m4(3) 某物質(zhì)的比熱容cp=0.24BTU/(lb×°F)(4) 傳質(zhì)系數(shù)KG=34.2kmol/(m2×h×atm)(5) 表面張力s=74dyn/cm(6) 導(dǎo)熱系數(shù)l=1kcal/(m×h×K)2. 濕物料原來含水16%(wt%)，在干燥器中干燥至含水0.8%，試求每噸物料干燥出的水量。第一章流體流動1. 已知甲地區(qū)的平均大氣壓力為85.30kPa，乙地區(qū)的

2、平均大氣壓力為101.33kPa，在甲地區(qū)的某真空設(shè)備上裝有一個真空表，其讀數(shù)為20kPa。若改在乙地區(qū)操作，真空表的讀數(shù)為多少才能維持該設(shè)備的絕對壓力與甲地區(qū)操作時相同？第2題圖2. 用一復(fù)式U管壓差計測定水流管道A、B兩點(diǎn)的壓差，壓差計的指示液為汞，兩段汞柱之間放的是水，今若測得h1=1.2m，h2=1.3m，R1=0.9m，R2=0.95m，問管道中A、B兩點(diǎn)間的差壓DpAB為多少？(先推導(dǎo)關(guān)系式，再進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算)。3. 在穩(wěn)定流動系統(tǒng)中，水連續(xù)從粗管流入細(xì)管。粗管內(nèi)徑d1=10cm，細(xì)管內(nèi)徑d2=5cm，當(dāng)流量為4×103m3/s時，求粗管內(nèi)和細(xì)管內(nèi)水的流速？4.高位槽內(nèi)的水

3、面高于地面8m，水從108×4mm的管路中流出，管路出口高于地面2m。在本題中，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按hf=6.5u2計算，其中u為水在管內(nèi)的流速，試計算： （1）AA截面處水的流速；第4題圖 （2）出口水的流量，以m3/h計。5. 將高位槽內(nèi)料液向塔內(nèi)加料。高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓。要求料液在管內(nèi)以0.5m/s的速度流動。設(shè)料液在管內(nèi)壓頭損失為1.2m（不包括出口壓頭損失），試求高位槽的液面應(yīng)該比塔入口處高出多少米？6. 用泵將貯槽中密度為1200kg/m3的溶液送到蒸發(fā)器內(nèi)，貯槽內(nèi)液面維持恒定，其上方壓強(qiáng)為101.33×103Pa，蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強(qiáng)為2

4、6670Pa（真空度），蒸發(fā)器進(jìn)料口高于貯槽內(nèi)液面15m，進(jìn)料量為20m3/h，溶液流經(jīng)全部管路的能量損失為120J/kg，求泵的有效功率。管路直徑為60mm。第6題圖第5題圖 7. 90的水流入內(nèi)徑為20mm的管內(nèi)，欲使流動呈層流狀態(tài)，水的流速不可超過哪一數(shù)值？若管內(nèi)流動的是90的空氣，則這一數(shù)值又為多少？第8題圖8每小時將2×104kg的溶液用泵從反應(yīng)器輸送到高位槽（見圖）。反應(yīng)器液面上方保持26.7×103Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管路為76×4mm鋼管，總長50m，管線上有兩個全開的閘閥，一個孔板流量計（=4）、五個標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管出

5、口的距離為15m。若泵的效率為0.7，求泵的軸功率。溶液=1073 kg/m3，=6.3×104Pa·s，=0.3mm。9用壓縮空氣將密閉容器（酸蛋）中的硫酸壓送到敞口高位槽。輸送流量為0.1m3/min，輸送管路為38×3mm無縫鋼管。酸蛋中的液面離壓出管口的位差為10m，在壓送過程中設(shè)位差不變。管路總長20m，設(shè)有一個閘閥（全開），8個標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭。求壓縮空氣所需的壓強(qiáng)為多少（表壓）？硫酸為1830kg/m3，為0.012Pa·s，鋼管的為0.3mm。10粘度為0.03 Pa·s、密度為900 kg/m3的液體自容器A流過內(nèi)徑4

6、0mm的管路進(jìn)入容器B。兩容器均為敞口，液面視作不變。管路中有一閥門，閥前管長50m，閥后管長20m（均包括局部阻力的當(dāng)量長度）。當(dāng)閥全關(guān)時，閥前、后的壓力表讀數(shù)分別為8.82×104Pa和4.41×104Pa?，F(xiàn)將閥門打開至1/4開度，閥門阻力的當(dāng)量長度為30m。試求： （1）管路的流量； （2）閥前、閥后壓力表的讀數(shù)有何變化？ 第9題圖 第10題圖11.用內(nèi)徑為300mm的鋼管輸送20的水，為了測量管內(nèi)水的流量，采用了如圖所示的安排。在2m長的一段主管路上并聯(lián)了一根直徑為60×3.5mm的支管，其總長與所有局部阻力的當(dāng)量長度之和為10m。支管上裝有轉(zhuǎn)子流量計，

7、由流量計上的讀數(shù)知支管內(nèi)水的流量為2.72m3/h。試求水在主管路中的流量及總流量。設(shè)主管路的摩擦系數(shù)為0.018，支管路的摩擦系數(shù)為0.03。第11題圖 第12題圖12. 如圖，20軟水由高位槽分別流入反應(yīng)器B和吸收塔C中，器B內(nèi)壓力為0.5atm(表壓)，塔C中真空度為0.1atm，總管為f57´3.5mm，管長(20+ZA)m，通向器B的管路為f25´2.5mm，長15m。通向塔C的管路為f25´2.5mm，長20m(以上管長包括各種局部阻力的當(dāng)量長度在內(nèi))。管道皆為無縫鋼管，粗糙度可取為0.15mm。如果要求向反應(yīng)器供應(yīng)0.314kg/s的水，向吸收塔供應(yīng)

8、0.471kg/s的水，問高位槽液面至少高于地面多少？ 13. 用皮托管測量內(nèi)徑300mm管道內(nèi)空氣的質(zhì)量，將皮托管插至管道的中心線處。已知測量點(diǎn)處的溫度為20，真空度為490Pa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8.66kPa。U型管壓差計的指示液為水，密度為998kg/m3，測得的讀數(shù)為100mm。試求空氣的質(zhì)量流量。14. 在f38´2.5mm的管路上裝有標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計，孔板的孔徑為16.4mm，管中流動的是20的甲苯，采用角接取壓法用U型管壓差計測量孔板兩側(cè)的壓力差，以水銀為指示劑，測壓連接管管中充滿甲苯?，F(xiàn)測得U型管壓差計的讀數(shù)為600mm，試計算管中甲苯的流量為多少（kg/h）？第二章 流

9、體輸送機(jī)械1. 用離心泵將A池中20的清水送至高位槽B。兩液面均為敞口且保持恒定高度差12m。管路內(nèi)徑50mm，總長度（包括管件、閥門的當(dāng)量長度）為80m，摩擦系數(shù)為0.024。管路上安裝一孔板流量計，其局部阻力系數(shù)為7.6。水的輸送量為18.6m3/h。試求：（1）管路特性方程；（2）泵的有效功率。2. 如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置上，于2900r/min轉(zhuǎn)速下用20的清水在常壓下測定離心泵的性能參數(shù)。測得一組數(shù)據(jù)如下：泵入口真空表的讀數(shù)為68kPa，泵出口壓力表讀數(shù)為262kPa；兩測壓口之間的垂直距離h0=0.4m；電動機(jī)功率為2.5kW，電動機(jī)的傳動效率為96%；在泵的排出管路上孔板流量計U管壓

10、差計讀數(shù)R=0.6m，指示液為汞（密度為13600kg/m3），孔流系數(shù)C0=0.62，孔徑d0=0.03m；泵的吸入管和排出管內(nèi)徑分別為80mm和50mm。試求該泵在操作條件下的流量、壓頭，軸功率和效率，并列出泵的性能參數(shù)。3. 用離心泵向密閉高位槽輸送清水（r=1000 kg/m3）。在規(guī)定轉(zhuǎn)速下，泵的特性方程為H=44-8.0´104Vs2 Vs單位為m3/s密閉容器的表壓為118kPa，高位槽與水池液面保持恒定位差14m，管路中全部流動阻力為hf=1.10´105Vs2 Vs單位為m3/s試求：（1）泵的流量、壓頭和軸功率（泵的效率為82%）；（2）若改送r=120

11、0 kg/m3的堿液（其他性質(zhì)和水相近，且其他條件均不變），泵的流量、壓頭和軸功率。4. 如附圖，用離心泵將30的水由水池送到吸收塔內(nèi)。已知塔內(nèi)操作壓力為500kPa(表壓)，要求流量為65 m3/h，輸送管是f108´4mm鋼管，總長40m，其中吸入管路長6m，局部阻力系數(shù)總和x1=5；壓出管路的局部阻力系數(shù)總和x2=15。(a) 試通過計算選用合適的離心泵。(b) 泵的安裝高度是否合適？大氣壓為760mmHg。(c) 若用圖中入口管路上的閥來調(diào)節(jié)流量，可否保證輸送系統(tǒng)正常操作？管路布置是否合理？為什么？5. 教材P85作業(yè)題2-7。6. 要用通風(fēng)機(jī)從噴霧干燥器中排氣，并使器內(nèi)維持

12、15mmH2O的負(fù)壓，以防粉塵泄漏到大氣中。干燥器的氣體出口至通風(fēng)機(jī)的入口之間的管路阻力共為155 mmH2O。通風(fēng)機(jī)出口的動壓可取為15mmH2O。干燥器所送出的濕空氣密度為1.0kg/m3。試計算風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓(折算為“標(biāo)準(zhǔn)狀況”后的數(shù)值)。 7. 30及1atm的空氣要用往復(fù)壓縮機(jī)壓縮到150atm，處理量為3.5m3/min(以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積計)。問應(yīng)采用幾級壓縮？若每級的絕熱效率均為85%，求所需軸功率。又求從第1級氣缸送出的空氣溫度。第三章 機(jī)械分離與固體流態(tài)化 1. 采用降塵室回收20空氣中所含的球形固體顆粒，空氣流量為1m3/s。降塵室底面積為10m2，寬和高均為2m。已知固體

13、的密度為1800kg/m3。求： （1）理論上能完全除去的最小顆粒直徑；（43mm） （2）在原降塵室內(nèi)設(shè)置20層水平隔板后，可分離的最小顆粒直徑。（9.4mm）2. 用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器處理含塵氣體，氣體流量為0.4m3/s，粘度為3.6´10-5Pa×s，密度為0.674kg/m3，氣體中塵粒的密度為2300 kg/m3。若旋風(fēng)分離器圓筒直徑為0.4m。試估算其臨界粒徑及壓降。3. 在實(shí)驗(yàn)室里用面積0.1m2的濾液對某懸浮液進(jìn)行恒壓過濾實(shí)驗(yàn)，操作壓力差為67kPa，測得過濾5min后得濾液1L，再過濾5min后，又得濾液0.6L。求過濾常數(shù)K和Ve，并寫出恒壓過濾方程式。4

14、. 用10個框的板框式過濾機(jī)恒壓過濾某懸浮液，濾框尺寸為635mm´635mm´25mm。已知操作條件下過濾常數(shù)K=2´10-5m2/s，qe=0.01m3/m2，濾餅與濾液體積之比為0.06。試求濾框充滿濾餅所需時間及所得濾液體積。5. 用一小型壓濾機(jī)對某懸浮液進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)，操作真空度為400mmHg。測得，K=4´10-5m2/s，qe=0.007m3/m2，濾餅與濾液體積之比為0.2?，F(xiàn)用一臺GP5-1.75型轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)在相同壓力差下進(jìn)行生產(chǎn)（過濾機(jī)的轉(zhuǎn)鼓直徑為1.75m，長度為 0.9m，浸沒角度為120°），轉(zhuǎn)速為1r/min。已

15、知濾餅不可壓縮。試求此過濾機(jī)的生產(chǎn)能力及濾餅厚度。第五章 傳熱1. 某平壁燃燒爐由一層厚100mm的耐火磚和一層厚80mm的普通磚砌成，其導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.0W/(m×)及0.8 W/(m×)。操作穩(wěn)定后，測得爐壁內(nèi)表面溫度為700，外表面溫度為100。為減小燃燒爐的熱損失，在普通磚的外表面增加一層厚度為30mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.03 W/(m×)的保溫材料。待操作穩(wěn)定后，又測得爐壁內(nèi)表面溫度為900，外表面溫度為60。設(shè)原有兩層材料的導(dǎo)熱系數(shù)不變。試求：(1)加保溫層后爐壁的熱損失比原來減少的百分?jǐn)?shù)；（2）加保溫層后各層接觸面的溫度。答案：（1）76.7%；（2）

16、830、7602. 外徑為159mm的鋼管，其外依次包扎A、B兩層保溫材料，A層保溫材料的厚度為50mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.1 W/(m×)，B層保溫材料的厚度為100mm，導(dǎo)熱系數(shù)為1.0 W/(m×)，設(shè)A的內(nèi)層溫度和B的外層溫度分別為170和40，試求：（1）每米管長的熱損失；（2）若將兩層材料位置互換并假設(shè)溫度不變，每米管長的熱損失又為多少。3. 在某管殼式換熱器中用冷水冷卻熱空氣。換熱管為f25´2.5mm的鋼管，其導(dǎo)熱系數(shù)為45 W/(m×)。冷卻水在管程流動，其對流傳熱系數(shù)為2600 W/(m2×)，熱空氣在殼程流動，其對流傳熱系數(shù)為

17、52 W/(m2×)。試求：（1）基于管外表面積的總傳熱系數(shù)K；（2）計算各分熱阻占總熱阻的百分?jǐn)?shù)，忽略污垢熱阻。4. 在一傳熱面積為25m2的單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機(jī)溶液。冷卻水的流量28000kg/h，其溫度由25升至38，平均比熱容為4.174kJ/(kg×)。有機(jī)溶液的溫度由110降至65，平均比熱容1.72 kJ/(kg×)。兩流體在換熱器中呈逆流流動。設(shè)換熱器的熱損失可忽略，試求：（1）該換熱器的總傳熱系數(shù)K；（2）有機(jī)溶液的處理量。5. 在一列管換熱器中，用初溫為30的原油將重油由180冷卻至120。已知重油和原油的流量分別為1´

18、;104kg/h和1.4´104 kg/h。比熱分別為0.52kcal/(kg×)和0.46kcal/(kg×)，傳熱系數(shù)K=100kcal/(m2×h×），試分別計算并流和逆流時換熱器所需傳熱面積。 6. 用175的油將300kg/h的水由25加熱至90。已知油的比熱為2.1kJ/(kg×)，其流量為360 kg/h，今有以下兩個換熱器，傳熱面積均為0.8m2。換熱器1：K1=625W/(m2×K)，單殼程，雙管程；換熱器2：K2=500W/(m2×K)，單殼程，單管程；為保證滿足所需的傳熱量應(yīng)選用那一個換熱器？

19、7. 在一傳熱面積為12.5m2的逆流套管換熱器中，用冷水冷卻熱油。已知冷水的流量為2400kg/h，進(jìn)口溫度為30；熱油的流量為8600kg/h，進(jìn)口溫度為120。水和熱油的平均比熱容分別為4.18kJ/(kg×K)及1.9 kJ/(kg×)。試求：（1）分別計算水和油的出口溫度；（2）換熱器的傳熱速率Q。8. 一傳熱面積為10m2的逆流換熱器，用流量為0.9kg/s的油將0.6kg/s的水加熱，已知油的比熱為2.1kJ/(kg×K)，水和油的進(jìn)口溫度分別為35和175，該換熱器的傳熱系數(shù)為425W/(m2×K)，試求此換熱器的效率，又若水量增加20%

20、，傳熱系數(shù)可近似為不變，此時水的出口溫度為多少？9. 在內(nèi)徑為20mm，長度為2m的圓形管內(nèi)把常壓空氣由20加熱到100，空氣的平均流速為30m/s，試求管壁對空氣的對流傳熱系數(shù)。（115 W/(m2×)）10. 列管換熱器的列管內(nèi)徑為15mm，長度2.0m。管內(nèi)有冷凍鹽水（25%CaCl2）流過，其流速為0.3m/s，溫度自-5升至15。假定管壁的平均溫度為20，試計算管壁與流體間的對流傳熱系數(shù)。（447 W/(m2×K)）11. 常壓空氣在裝有圓缺形擋板的列管換熱器殼程流過。已知管子尺寸為f38´3mm，正方形排列，中心距為51mm，擋板距離為1.45m，換熱器外殼內(nèi)徑為2.8m，空氣流量為4´104m3/h，平均溫度為140，試求空氣的對流傳熱系數(shù)。12. 常壓水蒸氣在一f25´2.5mm