新版化工作業(yè)

1、第一章流體流動(dòng)1-1試計(jì)算空氣在-40C和310mmHgM空度下的密度。解：T=-40+273=233K-1M=29kgkmolP（絕）=p（大氣壓）-p（真空度）=760-310=450mmHg或60kPa根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知p（絕）MRT60298.3142333=0.898kgm1-2在大氣壓為760mmHg的地區(qū)，某真空蒸儲(chǔ)塔塔頂真空表的讀數(shù)為738mmHg。若在大氣壓為655mmHg的地區(qū)使塔內(nèi)絕對(duì)壓力維持相同的數(shù)值，則真空表讀數(shù)應(yīng)為多少？解：塔內(nèi)絕對(duì)壓力p（絕）=760-738=22mmHg在大氣壓為655mmHg的地區(qū)，真空表讀數(shù)應(yīng)為p（真）=655-22=633mmHg1-

2、4附圖所示為汽液直接接觸的混合式冷凝器，水蒸氣被水冷凝后，冷凝水和水一道沿管流至水池，現(xiàn)已知冷凝器內(nèi)真空度為83kPa,管內(nèi)水溫40C,試估計(jì)管內(nèi)水柱的高度H。解：冷凝器內(nèi)表壓p=-p（真空度）=-83xi03Pa取水池液面為a-a,則a-a處表壓pa=0根據(jù)靜力學(xué)方程，可知真空表pa-p=PgH查附錄五知40c水的密度為P=992.2kgm于是有pa-p0-（-83103）cH=a-=8.53m992.29.811-8一敞口高位槽向噴頭供應(yīng)液體，液體密度為1050kgm3。為了達(dá)到所要求的噴灑條件，噴頭入口處要維持40kPa的壓力。液體在管路內(nèi)的速度為2.2mw1,從高位槽至噴頭入口的管路阻

3、力損失估計(jì)為25J-kg-1。求高位槽內(nèi)的液面至少要在噴頭入口以上多少m解：取高位槽液面為1-1面，噴頭入口處截面為2-2面。根據(jù)機(jī)械能衡算方程,習(xí)題1-1附圖22UiPiU2gz2一2,22式中，U1=0,p1=0,U2=2.2m-1s,p2=40X10Pa,-1wf=25J-kg,代入上式得2.z二星P2一P1.上2g7gg2.2240103-0256.68m29.8110509.819.8111-13某列管式換熱器中共有250根平行換熱管。流經(jīng)管內(nèi)的總水量為144th,平均水溫10C,為了保證換熱器的冷卻效果，需使管內(nèi)水流處于湍流狀態(tài)，問(wèn)對(duì)管徑有何要求？解：查附錄五可知，10c水的粘度科

4、=1.305mPas即1.305x10-3Pas。c：udms144103/3600Re二二二二（二/4）dn（二/4）d2501.30510ms156.2d天天快樂(lè)要求Re>4000,即156.2之4000,因此dd&0.039m或39mm即管內(nèi)徑應(yīng)不大于39mm第二章流體輸送機(jī)械2-3如附圖所示的循環(huán)管路系統(tǒng)，管內(nèi)徑均為40mm管路摩擦系數(shù)入=0.02,吸入管路和壓出管路總長(zhǎng)為10mo閥門全開(kāi)時(shí)，泵入口處真空表的讀數(shù)為40kPa,泵出口處壓力表的讀數(shù)為107.5kPa。泵的特性曲線方程可用H=22-B0Q2表示，其中，H以m計(jì)；Q以m3h-1計(jì)；B為待定常數(shù)。試求：（1）閥門

5、全開(kāi)時(shí)泵的輸水量和揚(yáng)程；（2）現(xiàn)需將流量減小到閥門全開(kāi)時(shí)的90%,采用切削葉輪直徑的方法，則泵的有效功率為多少KW葉輪直徑應(yīng)切削為原來(lái)的百分之幾？解：（1）對(duì)泵進(jìn)、出口列機(jī)械能衡算方程，有p出+p入（真）H二=15.04m107.51034010310009.81對(duì)整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)做機(jī)械能衡算（從面1-1經(jīng)泵再回到面2he=BQ28LQ二2d5g3600280.0210Q-25二0.049.813600_2_2=1.24510Q(a)1-1）:式中，Q以m3h-1計(jì)。將H=he=15.04m代入式（a）得Q=34.76ni-h-1將。H代入泵特性方程中得3Bo=(22-H)/Q2=(22-15.0

6、4)/34.76=5.7610(2)Q=90%Q=34.760.9=31.28m3h代入式(a)得he=1.245父10“父31.282=12.18m有效功率Ne=heQ：g=12.1831.2810009.81/3600=1038W或1.04kW葉輪直徑應(yīng)切削的百分率：因管路特性曲線方程he=BQ為過(guò)原點(diǎn)的曲線，再根據(jù)教材中式（2-16）可以證明，此種情形下的管路特性曲線與葉輪切割前后泵的特性曲線的兩個(gè)交點(diǎn)，即為新、舊工作點(diǎn)，滿足式（2-16）,即QD=0.90QD2-6將密度為1500kgm3的硝酸送入反應(yīng)釜，最大流量為6msh-1,升舉高度為8s釜內(nèi)壓力為300kPa,管路的壓力損失為3

7、0kPa。試在下面的耐腐蝕泵性能表中選定一個(gè)型號(hào)，并估計(jì)泵的軸功率。天天快樂(lè)IH型耐腐蝕泵的性能參數(shù)型號(hào)流量/m3h1揚(yáng)程/m轉(zhuǎn)速/rmin-1效率/%IH40-32-1606.332290036IH40-32-2005034IH40-32-3508036.pPfc300100030103解：he=z-8=30.4m-g：g15009.8115009.81根據(jù)he=30.4m、Q=6riVh-1,選表中IH40-32-160型泵，最高效率為36%。Qh”g630.415009.81泵的軸功率N=2071Wfc2.07kW0.3636002-7有下列輸送任務(wù)，試分別提出適合的泵類型：向空氣壓縮機(jī)

8、的汽缸中注入潤(rùn)滑油；輸送濃番茄汁至裝罐機(jī)；輸送帶有結(jié)晶的飽和鹽溶液至過(guò)濾機(jī)；將水從水池送到冷卻塔頂（塔高30m,水流量5000msh-1）;將洗衣粉漿液送到噴霧干燥器的噴頭中（噴頭內(nèi)壓力10MPa流量5msh-1）;配合pH控制器，將堿液按控制的流量加入?yún)⑴c化學(xué)反應(yīng)的物流中。解：齒輪泵或螺桿泵。理由：流量較小，黏度較大。離心泵（開(kāi)式或半開(kāi)式葉輪）。理由：含固體物。壓力不大時(shí)用離心泵（開(kāi)式葉輪），壓力大時(shí)用隔膜泵。理由：含固體物。雙吸離心泵。理由：流量很大，而揚(yáng)程不算太大。柱塞式往復(fù)泵或螺桿泵。理由：出口處壓力大，但流量較小。計(jì)量泵。理由：流量需定量控制。2-8要用通風(fēng)機(jī)從噴霧干燥器中排氣，并使

9、干燥器內(nèi)維持15mm2O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及旋風(fēng)除塵器的阻力共為噴霧f燥器習(xí)題2-8附圖155mm2O。通風(fēng)機(jī)出口的動(dòng)壓可取為15mm附干燥器送出的濕空氣密度為1.0kgm3。試計(jì)算風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓（折算為“標(biāo)定狀況”后的數(shù)值）。解：已知p。（真）=15mm2O,2pf（04）=155mmH2O,-：?=15mmH2O（）2p2=0。據(jù)題意可繪出流程（如附圖所示），風(fēng)機(jī)出口全風(fēng)壓為6u；：/2-015=15mmH2。對(duì)0-0、1-1截面列機(jī)械能衡算方程:,2-p0=（p1U1：/2）pg）于是得風(fēng)機(jī)進(jìn)口全風(fēng)壓為天天快樂(lè)2-p1u/2=p0-p

10、f(o9-15-155-170mmH2O風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓pt=出口全風(fēng)壓-入口全風(fēng)壓=15-(-170)=185mmH)12標(biāo)7E狀況全風(fēng)壓pt=pt0=185二222mmH2Ot0t：1.022-9習(xí)題2-8中的噴霧干燥器每小時(shí)要排出16000ml濕空氣。現(xiàn)有一臺(tái)4-72NO.8通風(fēng)機(jī)可1用，它在轉(zhuǎn)速n=1000r-min時(shí)的操作性能如下所不。問(wèn)此通風(fēng)機(jī)是否能滿足需要？如不適用，有無(wú)辦法改造到能用？序號(hào)全壓/mmHO風(fēng)量/m3-h-1軸功率/kW198112003.63297120003.78395139003.96492153004.25588166004.38681180004.487741

11、93004.60解：由本題已知條件及習(xí)題2-8知pto=222mmH2O,Q=16000rri-h-1o表中列出的最高全風(fēng)壓僅為98mmH>,遠(yuǎn)小于所需值。但若將轉(zhuǎn)速提高，有可能達(dá)到要求。根據(jù)教材中式（2-14）,為使表中序號(hào)1的全風(fēng)壓達(dá)到222mmH>,轉(zhuǎn)速n'應(yīng)滿足=1.505故n'=1.505x1000=1505r-min-1序號(hào)1的流量變?yōu)镼=11200(n7n)=112001.505=16860m3h可以滿足需要。第三章機(jī)械分離與固體流態(tài)化-33-1求直徑為60dm的石英顆粒（密度為2600kg-m）分別在20c水中和20c空氣中的沉降速度。解：根據(jù)題意給

12、定及查取附錄，可得如下數(shù)據(jù)。石英顆粒：d=60X106m；ps=2600kg-m320c水：p=1000kg-m3;科=1x10-3Pa-s20c空氣：p=1.205kgm3;科=0.0181x10-3Pas（a）在20c水中沉降設(shè)斯托克斯定律適用，則U0d2G-：)g18日62(6010)2(2600-1000)9.8118(110")=0.00314ms驗(yàn)算Re0du。：(60109)0.003141000A0%=0.188：2110天天快樂(lè)故用斯托克斯公式，uo結(jié)果正確。（b）在20c空氣中沉降Uo驗(yàn)算Re01=0.280ms(6010*)226009.8118(0.01811

13、0，)=1.13:二2(60106)0.2821.205Z30.018110故也可用斯托克斯定律。3-2一種測(cè)定液體粘度的儀器由一鋼球及玻璃筒構(gòu)成，測(cè)試時(shí)筒內(nèi)充有被測(cè)液體，記錄鋼球下落一定距離所需的時(shí)間即可測(cè)出液體粘度。已知球的直徑為6mm下落距離為200mm測(cè)試一種糖漿時(shí)記下的時(shí)間間隔為7.32s,此糖漿的密度為1300kg-m3,鋼的密度為7900kg-m3。求此糖漿的黏度。02.解：鋼球沉降速度u0=匕=0.0273msJ7.32又已知d=0.006m,p=1300kgmps=7900kg-m3設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則Id2(：)g產(chǎn)-18U020.0062(7900-1300)9.811

14、80.0273=4.74Pas驗(yàn)算:0.0060027313004.74=0.045:二2故以上計(jì)算有效。3-6原用一個(gè)旋風(fēng)分離器分離排放氣中的灰塵，因分離效率不夠高，擬改用三個(gè)同一型號(hào)、較小規(guī)格的并聯(lián)，其各部分尺寸的比例不變，氣體進(jìn)口速度也不變。求每個(gè)小旋風(fēng)分離器的直徑應(yīng)為原來(lái)的幾倍？可分離的臨界粒徑為原來(lái)的幾倍？解：根據(jù)題意改用三個(gè)旋風(fēng)分離器并聯(lián)工作，但保持進(jìn)氣速度不變，故每個(gè)小旋風(fēng)分離器的進(jìn)口截面（AB'）應(yīng)為原來(lái)的1/3。由于幾何相似的對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度之比等于面積比的平方根，故Di1/3D=0.58D又因臨界粒徑與器身直徑的平方根成正比，故有dcdc0.58=0.763-8某板框壓濾機(jī)

15、在恒壓過(guò)濾1h之后，共送出濾液11d，停止過(guò)濾后用3m清水（其黏度與濾液相同）于同樣壓力下對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌。求洗滌時(shí)間，設(shè)濾布阻力可以忽略。解：濾布阻力忽略時(shí)，恒壓過(guò)濾方程為V2=KA2將V=11n3,0=1h代入上式得2V211264KA=一=121mh1天天快樂(lè)最終過(guò)濾速率空=區(qū)=4=5.5mMhche2V211對(duì)板框機(jī)，當(dāng)洗液粘度與濾液相同且洗滌壓力與過(guò)濾壓力相同時(shí),洗滌速率電史】=L5.5=1.375m3.hSw4ge4洗滌時(shí)間=Vw=3=22hrdV1.375近13-11一轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾面積為3m2,浸沒(méi)在懸浮液中的部分占30%。轉(zhuǎn)速為0.5r-min-1,已知有關(guān)的數(shù)據(jù)如下。濾

16、渣體積與濾液體積之比c=0.23,過(guò)濾常數(shù)K=3.1X10-4m2-s-1,濾液粘度=1mPa-s,轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的絕壓為30kPa,大氣壓為101.3kPa（絕），濾布阻力相當(dāng)于2mm后濾渣層的阻力，計(jì)算：（1）每小時(shí)的濾液體積；（2）所得濾渣層的厚度。解：（1）Vc=2mmB濾渣層相應(yīng)的濾液量3=0.0261m3210"A_210與3c一0.23又n=0.5rmin-1或1/120rs-1由恒壓過(guò)濾方程知V22VVe=KA2/n2_4_2_V2V0.0261=3.11030.3120解得V=0.291m3Q=Vn=0.291M0.5=0.1455m3min或8.37m3h（2）濾餅層厚度

17、濾餅體積AVc0.2910.23A一3=0.022m或2.2cm第四章攪拌4-1攪拌器系統(tǒng)有一個(gè)帶6個(gè)平片的透平式葉輪，位于攪拌槽中央，槽徑為1.8m,推動(dòng)器直徑為0.6m,葉輪在槽底以上0.6m。槽中裝有50%燒堿溶液，液體深度為1.8m,液體溫度為65C,在此溫度下液體的黏度為12cP,密度為1500kgm3。葉輪轉(zhuǎn)速為90r-min-1,壁上沒(méi)有擋板。求攪拌器所需功率。,一.1解：n=90/60=1.5rsRe二D2n：_2._061.515001210”=67500此攪拌系統(tǒng)與典型系統(tǒng)相符，可應(yīng)用沒(méi)有擋板的圖4-9（見(jiàn)教材），查得小上1.2;因天天快樂(lè)R>300,需應(yīng)用式中=PO

18、/Fry進(jìn)行計(jì)算，其中y二(二-igRe)/：查表4-1,得a=1.0,P=40.0,故y=(1.0-lg67500)/40.0=-0.0957又Fr=n2D/g=1.520.6/9.81=0.1376y0.0957Fr=0.1376=1.209所以N=Dn3D5Fry=1.215001.530.651.209=571W4-2若習(xí)題4-1中的攪拌槽壁上有4塊垂直擋板，每塊寬度為18cm,其他條件不變。求此時(shí)攪拌器所需功率。解：本題需查圖4-8.對(duì)Re=67500,曲線DE段有6%6.1。于是N=：n3D5=6.115001.530.65-2400W120000CP、相4-3若用習(xí)題4-1中的攪

19、拌器系統(tǒng)來(lái)攪拌一種乳膠配合物，該液體的黏度為對(duì)密度為1.12,求攪拌功率。本題安裝擋板對(duì)攪拌功率有何影響？解：本題的Re與習(xí)題4-1相比有很大改變：0.621.51120Re:3-12000010=5.04<300且<10可用式(4-10)求功率：N=71.0n2D3=71.0(12000010與)1.520.63-4140W本題Re甚小，加擋板對(duì)攪拌功率無(wú)影響。第五章傳熱5-1紅磚平壁墻，厚度為500mm內(nèi)測(cè)溫度為200C,外側(cè)為30C,設(shè)紅磚的平均熱導(dǎo)率可取為0.57W-m1C-1,試求：(1)傳導(dǎo)熱通量q；(2)距離內(nèi)測(cè)350mmi的溫度ta。2解：(1)q=(九/b)(Lt

20、2)=(0.57/0.5)(20030)=194Wm(2)q=0/bA)(t1Ta)即200-tA=194/(0.57/0.35)解得ta=81C5-9一換熱器在()25mm<2.5mm管外用水蒸氣加熱管內(nèi)的原油。已知管外冷凝給熱系數(shù)a1=104W-m2K1;管內(nèi)原油的給熱系數(shù)/2=103W-m2K1,管內(nèi)污垢熱阻R2=1.5x10-3RK,管外污垢熱阻及管壁熱阻可忽略不計(jì)，試求基于管外表面積的傳熱系數(shù)及各部分熱阻的分配。天天快樂(lè)解：總熱阻式為11d1Rs2K：1d2d1二：2d21/_341.51010425、125!+3父<2010”20=104(118.7512.5)=32.

21、2510工m2KW故基于外表面積的傳熱系數(shù)K=310Wm2K-1管外給熱熱阻占管內(nèi)污垢熱阻占管內(nèi)給熱熱阻占5-13水以1m-1/32.25=0.03118.75/32.25=0.58112.5/32.25=0.388s-1的流速在長(zhǎng)為3m的()25mm<2.5mm管內(nèi)由20c加熱至40C,試求水與管壁之間的給熱系數(shù)。解：管內(nèi)給熱要先算出Re以便選定公式。平均溫度t后（20+40）/2=30C,從附錄五查得水在30c下科=0.801mPas,p=995.7kgm3;又入=0.618Wm1K-1、Cp=4.174kJkg-1K-1。則du：_0.021995.70.80110，-4=2.49

22、10選用Re>104的式（5-63）計(jì)算a,定性溫度即為teCpJ(4.174103)(0.80110)Pr5.410.618Nu=0.023Re0.8Pr0.4=0.023(2.49104)0.8(5.41)0.4=148.6二二Nu/d）=148.60.618/0.02=4590Wm，K復(fù)核L/d=3/0.02=150>50,無(wú)需作管長(zhǎng)的校正。5-141766kPa（表）、120c的空氣經(jīng)一由25根（）38mnX3mm并聯(lián)組成的預(yù)熱器的管內(nèi)加熱至510C,已知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣流量為6000msh-1,試計(jì)算空氣在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的給熱系數(shù)。解：先求空氣在平均溫度tm=（120+510）

23、/2=315C下的物性常數(shù)。因壓力不是很高，仍可從附錄四中用內(nèi)插法求得：科=3.02Pas,入=4.696x10-2W-m1-K1,Pr=0.675.質(zhì)量流速up可從標(biāo)態(tài)下的流量求得：u：3600S60001.29336000.02012107.2kgm其中，V。、P。分別為標(biāo)態(tài)下的流量（nTh-1）和密度；S為并聯(lián)管的總截面積:S=(二/4)d2n=(二/4)0.032225=0.0201m2ReduP0.032107.2_-530.210=1.136105N=0.023(1.136105)0.80.6750.4=217.6天天快樂(lè):=217.60,04696/0.032=319Wm-KJ5

24、-15一套換熱器，用飽和水蒸汽將在內(nèi)管作湍流運(yùn)動(dòng)的空氣加熱，設(shè)此時(shí)的傳熱系數(shù)近似等于空氣的給熱系數(shù)。今要求空氣量增加一倍，而空氣的進(jìn)、出口溫度不變，問(wèn)該換熱器的長(zhǎng)度應(yīng)增加百分之幾？解：根據(jù)Q=KAAtm=KAtm(ndL),空氣量增倍后Q'=2Q,而K：20,8K故鼠、,149即管長(zhǎng)需增加15%,第十三章干燥13-1已知濕空氣的溫度t=50C,濕度H=0.020kgkg-1。試計(jì)算其相對(duì)濕度及在同溫度下能容納水分的最大量（即飽和濕度）：（1）總壓為101.3kPa；（2）總壓為26.7kPa。從計(jì)算結(jié)果看，你認(rèn)為在減壓下進(jìn)行干燥是否有利？解：（1）總壓為101.3kPa;t=50C,H

25、=0.020kgkg-1。查教材上冊(cè)附錄七得ps=12.33kPa,可得PwHP0.622H0.02101.30.6220.02-3.156kPa=Pw/Ps=3.156/12.33=0.256此溫度下空氣的飽和濕度Hs=0.622PsP-Ps=0.62212.33101.3-12.331=0.0862kgkg-1(2)總壓為26kPa；t=50C,H=0.020kgkg。從而HPPw二0.622H0.0226.70.6220.02=0.832kPaO'=Pw/Ps=0.832/12.33=0.0675此溫度下空氣的飽和濕度Hs=0.622P-P-Ps=0.62212.3326.3-1

26、2.33=0.534kgkg'從計(jì)算結(jié)果看，減壓時(shí)邛較小而H較大，故有利于干燥。13-5某濕物料由含水量30%（濕基，下同）干燥到20%所逐走的水分W與繼續(xù)從20%干燥至10%逐走的水分W2之比。解：以100kg絕干料為準(zhǔn)，從30%干燥至20%所逐走的水分為W-100(30/70-20/80)-17.86kg從20%繼續(xù)干燥至10%所逐走的水分為W2=100(20/80-10/90)=13.89kg天天快樂(lè)故WW2=1.28613-6某干燥器每日（24h）處理鹽類晶體10t,從初水分0.1干燥至0.01（均為濕基）。熱空氣的溫度為107C,相對(duì)濕度為50=0.05。若干燥器中空氣絕熱增濕，離開(kāi)干燥器的溫皿10000W二24度為65C,試求每小時(shí)除去的水分（kg）、空氣用量（kg干空氣）以及每天的產(chǎn)品量（kg）。解：（1）每小時(shí)除去的水分。有10-11=37.9kg"<100-1據(jù)%=0.05、t=107C,查圖13-3得Hi=0.042kgkg-1,沿絕熱冷卻線與t=65C等溫1線相交，得hb=0.060kgkg。則H2-H137.90.060-0.042_1=2100kgh(3)每天廣品量_jG