化工原理上冊(cè)答案

1.1.某設(shè)備上真空表的讀數(shù)為×103Pa,試計(jì)算設(shè)備內(nèi)的絕對(duì)壓強(qiáng)與表壓強(qiáng)。已知該地區(qū)大氣壓強(qiáng)為×103Pa。解：由絕對(duì)壓強(qiáng)=大氣壓強(qiáng)–真空度得到：設(shè)備內(nèi)的絕對(duì)壓強(qiáng)P=×103Pa×103Pa=×103Pa絕設(shè)備內(nèi)的表壓強(qiáng)P=-真空度=-×103Pa表分析：罐底產(chǎn)生的壓力不能超過(guò)螺釘?shù)墓ぷ鲬?yīng)力即Pσ螺=×103×××n,P油≤σ螺得≤σ油螺n≥R=50mm，指示液為水銀。為防止水銀2蒸汽向空氣中擴(kuò)散，于右側(cè)的U型管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一3解：設(shè)空氣的密度為ρg，其他數(shù)據(jù)如圖所示Ag1水3水銀2a–a′處P+ρAg1水3水銀2AABg3Ag2水銀1b-b′處P+ρghBg3Ag2水銀1BB的吹氣管出口距離h。方程得到gh齊5．用本題附圖中串聯(lián)U管壓差計(jì)測(cè)量蒸汽鍋爐水面上方的蒸氣壓，U管壓差計(jì)的指示液為水U離分別為：h1﹦，h2=,h3=,h4=。鍋中水面與基準(zhǔn)面之間的垂直距離h5=3m。大氣壓強(qiáng)pa=×103pa。試求鍋爐上方水蒸氣的壓強(qiáng)P。首首先選取合適的截面用以連接兩個(gè)U管，本題應(yīng)選取如原理列出方程，求解分析：hhg(h1-h2)+pa代入數(shù)據(jù)解著兩個(gè)方程得P0=×105Pa6.根據(jù)本題附圖所示的微差壓差計(jì)的讀數(shù)，計(jì)算管路中氣體的表壓強(qiáng)p。壓差計(jì)中以油和水為300300mm，兩擴(kuò)大室的內(nèi)徑D為60mm，U管內(nèi)徑d為6mm。當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)等于大氣壓時(shí)，兩擴(kuò)大室液面平。等壓面，根據(jù)擴(kuò)大室一端與大氣相通，另一端與管路相通，可以列出對(duì)于U管左邊p表+ρ油g(h1+R)=P1hpgRghghR當(dāng)p表=0時(shí)，擴(kuò)大室液面平齊即π(D/2)2(h2-h1)=π(d/2)2Rp表=×102Pa試求：⑴空氣的質(zhì)量流量；⑵操作條件下，空氣的體積流量；⑶將⑵的計(jì)算結(jié)果換算成標(biāo)準(zhǔn)解：空氣的體積流量VS=uA=9×π/4×2×121=m3/s質(zhì)量流量ws=VSρ=VS×(MP)/(RT)=×[29×+196)]/[×323]=㎏/s換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況V1P1/V2P2=T1/T2VS2=P1T2/P2T1×VS1=×273)/(101×323)×=m3/sA—A'截面處水的流速；⑵水的流量，以m3/h計(jì)。h1-h2=m=mm在在A﹑動(dòng)力學(xué)，有關(guān)流體動(dòng)力學(xué)主要是能量恒算問(wèn)題，一般運(yùn)用的是柏努力式解題的關(guān)鍵是找準(zhǔn)截面和基準(zhǔn)面，對(duì)于本題來(lái)說(shuō)，合適的Z1g+0+P1/ρ=Z2g+u2／2+P2/ρ+∑hf (Z1-Z2)g=u2/2+代入數(shù)據(jù)VS=uA=×π/4××3600=82m3/h流經(jīng)A﹑B兩截面的能量損失為㎏，求兩玻璃管的水面差(以mm計(jì))，并在本題附分析:根據(jù)水流過(guò)A、B兩截面的體積流量相同和此兩截面處的伯努利方程列等式求解uAAA=uBAB=(AA/AB)uA=(33/47)2×=sB兩截面處列柏努力方程Z1g+u12／2+P1/ρ=Z2g+u22／2+P2/ρ+∑hf∵∵Z1=Z2：(P1-P2)/ρ=∑hf+(u12-u22)／2g(h1-h2)=+/2即兩玻璃管的水面差為流流經(jīng)吸入管與排處管(不包括噴頭)的能量ms強(qiáng)為×103Pa(表壓)。試求泵的有效功率。用柏努力方程求算管路系統(tǒng)所要求的有效功率把整個(gè)系統(tǒng)分成兩部分來(lái)從真空表到排出口段的排出管，在兩段分別列柏uuuu10u2=12u2 ∴∴ws=uAρ=s為2m(以管子中心線為基準(zhǔn))。液體在本題管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的全部能量損失可按∑hf=20u2的解柏努力方程的題，分析題中槽內(nèi)無(wú)液體補(bǔ)充，則管內(nèi)流速并不是面高度的函數(shù)，抓住槽內(nèi)和管內(nèi)的體積流量相等列出一個(gè)微u∴u=1/2=2∴Adh=uA2dt=2A2dt∴dt=A1dh/(2)度為1100kg量損失為49J／kg，試求：(1)若泵的效率為70%時(shí)，解：(1)由A到B截面處作柏努利方程管徑相同得uA=uB∴(PA-PB)/ρ=ZBg+∴We=(PA-PB)/ρ-ZBg+49=+49=kgSkgs (2)由第一個(gè)方程得(PA-PB)/ρ=ZBg+得PB=PA-ρ(ZBg+)銀。試求當(dāng)R1=45mm，h=200mm時(shí)：(1)壓縮空氣的壓強(qiáng)P1為若干(2)U管差壓計(jì)讀柏努力方程0+0+P1/ρ=Zg+0+P2/ρ+∑hf∴P1=Zgρ+0+P2+ρ∑hf0+1100(2u2+)PB+ρg(x+R1)=Pc+ρg(hBC+x)+ρ水銀R1gPB+1100××(+x)=Pc+1100××(5+x)+×103××∵管徑不變，∴ub=ucPB-PC=ρ(Zg+∑hf，BC)=1100×(+5×)=×104Pa PB=(7×++)×1100=×104Pa用物理單位計(jì)算：d∵×103>4000∴此流體屬于湍流型中，于異徑水平管段兩截面間連一倒別為Ф60×與Ф45×。計(jì)算：(1)1kg水流經(jīng)兩截面間的能量損失。(2)與該能量損失相當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)降為若干Pa解：(1)先計(jì)算A，B兩處的流速：zAg+uA2/2+PA/ρ=zBg+uB2/2+PB/ρ+∑hf∑hf=(uA2-uB2)/2+(PA-PB)/ρ=(uA2-uB2)/2+ρgR/ρ=kg (2).壓強(qiáng)降與能量損失之間滿足：∑hf=ΔP/ρ∴ΔP=ρ∑hf=×1031m/s。試計(jì)算：(1)淚諾準(zhǔn)數(shù)，并指出屬于何種流型(2)局部速度等于平均速度處與管軸的距離；(3)該管路為水平管，若上游壓強(qiáng)為147×103Pa，液體流經(jīng)多長(zhǎng)的管解：(1)Re=duρ/μ=(14×10-3×1×850)/(8×10-3)∴此流體屬于滯流型 (2)由于滯流行流體流速沿管徑按拋物線分布，令管徑和流速滿足y2=-2p(u-um)當(dāng)u=0時(shí),y2=r2=2pum∴p=r2/2=d2/8y2=-2p()=d2/8d2∴即與管軸的距離r=×10-3mu12/2+PA/ρ+Z1g=u22/2+PB/ρ+Z2g+∑hf∵u1=u2,Z1=Z2∴PA/ρ=PB/ρ+∑hf損失能量hf=(PA-PB)/ρ=(147××103)/850=∵流體屬于滯流型∴摩擦系數(shù)與雷若準(zhǔn)數(shù)之間滿足λ=64/Re又∵h(yuǎn)f=λ×(ι/d)×u2∴ι=∵輸送管為水平管，∴管長(zhǎng)即為管子的當(dāng)量長(zhǎng)度yR=∫0Rumax(y/R)1/7×2πrdr/(πR2)=2umax/R15/7∫0R(R–r)1/7rdru/umax=解：∵管徑減少后流量不變∴A1=4A2∴u2=4u由能量損失計(jì)算公式∑hf=λ(ι/d)×(1/2u2)得∑hf，1=λ(ι/d)×(1/2u12)∑hf，2=λ(ι/d)×(1/2u22)=λ(ι/d)×8(u1)2∴hf2=16hf1時(shí)的摩擦系數(shù)可取為，試求煙道氣的流量為若干kg/h220.每∑hf=λ(ι/de)·u2/2mTρ=(30×10-3×101128)/(×673)Kg/m3煙囪上下表面列伯努利方程=(-49+/–30×=u2流體流速u=m/s50m，管線上有兩個(gè)全開的閘閥，一個(gè)孔板流量計(jì)(局部阻力系數(shù)為4)，5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎u=ωs/(Aρ)=s=∴局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度∑ιe=+=∴λ=∴符合假定即λ=∴全流程阻力損失∑h=λ×(ι+∑ιe)/d×u2/2+ζ×u2/2P1/ρ+We=Zg+P2/ρ+∑hWe=Zg+(P1-P2)/ρ+∑h有效功率Ne=We×ωs=×=×103=放空之前令其通過(guò)一個(gè)洗滌器，以回收這些物質(zhì)進(jìn)行綜合利氣體流速u=3600/(3600×4/π×=m/sε取時(shí)ε/d=250=查表得λ=所有能量損失包括出口,入口和管道能量損失==u2/2+P1/ρ+We=Zg+u2/2+P2/ρ+∑hq效功率U9=W9×ω2==XWSS.如本題附圖所示，，貯水槽水位維持不變。槽底與計(jì)連接管內(nèi)充滿了水，測(cè)壓點(diǎn)與管路出口端之間的長(zhǎng)度為S0m。 (S).當(dāng)閘閥全開時(shí)，U管壓差計(jì)測(cè)壓處的靜壓強(qiáng)為若干(q6，表壓)。閘閥全開時(shí)[9\b≈hι9(\b+ζ]·uS\S∴×=u2/2++u2u=su=sPu2/2+×(15+ι'/d)u2/2∴P1'=×104Pad∵∑hf=6×=Kg∵Hfg≥∑hf∴d≤×10-3∴不符合假設(shè)∴為湍流du要使∑hf≤Hfg成立則d≥×10-2m度為800kg/m3，粘度為41cP，由附液面高出。輸送管徑為ф89×(包括閥門當(dāng)量長(zhǎng)度)，進(jìn)出口損失可忽略。試求：(1)油的流量(m3/h)；(2)若調(diào)節(jié)閥門的開解：⑴在兩槽面處取截面列伯努利方程u2/2+Zg+P1/ρ=u2/2+P2/ρ+∑hf∵P1=P2為滯流,則摩擦阻力系數(shù)②⑵調(diào)節(jié)閥門后的體積流量ωs'=×(1-20％)=m3/h調(diào)節(jié)閥門后的速度u=sλ=64/Re=64μ/duρ可以得到ι=∴閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度ιe=ι-50=填充不同的填料，并以相同的管路并聯(lián)組合。每條支管上均裝有閘閥，兩支路的管長(zhǎng)均為5m(均包括除了閘閥以外的管件局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)，管內(nèi)徑為200mm。通過(guò)田料層的能量損失可分別折算為5u12與4u22，式中u為氣體在管內(nèi)的流速m/s，氣體在支管內(nèi)流動(dòng)的摩擦系數(shù)為。管路的氣體總流量為s。試求：(1)兩閥全開時(shí)，兩塔的通氣量；(2)附圖中AB的能量損失。分析：并聯(lián)兩管路的能量損失相等，且各等于管路總的能量損失,各個(gè)管路的能量損失由兩部?jī)?nèi)流動(dòng)產(chǎn)生的，而另一部分是氣體通過(guò)填料層所產(chǎn)生的，即∑hf=λ·(ι＋∑ιe/d)·u2/2＋hf填而且并聯(lián)管路氣體總流量為個(gè)支路之和,即Vs=Vs1+Vs2全開時(shí)，兩塔的通氣量由本書附圖1－29查得d=200mm時(shí)閥線的當(dāng)量長(zhǎng)度ιe=150m=×(50+150)/·u22/2+4u12∵∑hf1=∑hf2∴u12/u22=即u1=又∵Vs=Vs1+Vs2u2)π=∴u2=su1A=m/s即兩塔的通氣量分別為Vs1=m3/s,Vs12=m3/s⑵總的能量損失∑hf=∑hf1=∑hf2uJ/Kg示。試求：(1)離心泵的有效壓頭He； 解：(1)離心泵的有效壓頭uu=s在原水槽處與壓強(qiáng)計(jì)管口處去截面列伯努利方程Z0g+We=u2/2+P0/ρ+∑hf∵總管流動(dòng)阻力不計(jì)∑hf=0∴有效壓頭He=We/g=⑵兩支管的壓頭損失Z0g+We=Z1g+P1/ρ+∑hf1Z0g+We=Z2g+P2/ρ+∑hf2得到兩支管的能量損失分別為=2×+–(16×+0)∴壓頭損失Hf1=∑hf1/g=mHf2=∑hf2/g=mm管長(zhǎng)為80m(包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)。旁路的流量為5m3/h，管徑為Φ32×，管長(zhǎng)為20m(包括除閥門外的管件局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)兩管路的流型相同，忽略貯槽液面至分支點(diǎn)o之間的能量損失。被輸送液體的粘度為50mPa·s，密度為1100kg/m3，試計(jì)算：(1)泵的軸功率(2)旁路閥門以按下式計(jì)算Re=處列伯努利方程We=Z2g+P2/ρ+∑hf3)=s=⑵旁路閥門的阻力系數(shù)旁管也為滯流其摩擦阻力系數(shù)λ1=64/Re1=有效功We=0+u12/2+0+∑hfuDVS,AB=VS,BC即∴u0=0+0+Z0g=u12/2+0+0+∑hf,AC0+0+Z1g=u02/2+0+0+∑hf,ABu∴u1=s⑵所有的閥門全開SBCVSBDuu1322+u2262①∴λD=Z0g=u12/2+∑hf,ACBCduZ0g=u22/2+∑hf,AD聯(lián)立①②③求解得到u1=m/s,u2=m/s∴假設(shè)成立即D,C兩點(diǎn)的流速u1=m/s,u2=m/smsms苯。測(cè)得U管壓差計(jì)的讀數(shù)為600mm，試計(jì)算管中甲苯的流量為若干kg/h解：查本書附表20℃時(shí)甲苯的密度和粘度分別為A流量VS=C0A0[2gR(ρA-ρ)/ρ]1/2流速u=VS/A=m/s核算雷偌準(zhǔn)數(shù)Re=duρ/μ=×104與假設(shè)基本相符第二章流體輸送機(jī)械ugPgu12/2g+P2/ρg+Ηf+Z∵泵進(jìn)出口管徑相同,u1=u2不計(jì)兩測(cè)壓口見管路流動(dòng)阻力Ηf=0∴P1/ρg+Η=P2/ρg+Z解：∵輸送的是清水∴選用B型泵查65℃時(shí)水的密度ρ=Kg/m3程ugPgugP/ρg+Ηf+Zuu0則PgfZm∵Q=40m3/h65℃時(shí)清水的飽和蒸汽壓PV=×104Pagf即安裝高度應(yīng)低于正常操作當(dāng)?shù)卮髿鈮喊从?jì).流量Q=s,氣蝕余量△h=m允許吸上高度Hg=(P0-PV)/ρg-△h-Ηf,0-1=m>揚(yáng)升高度Z=H-Ηf,0-2=38–4=34mu12/2g+P1/ρg+Η=u22/2g+P2/ρg+Ηf,1-2+△Zugu/2g=0管路所需要的壓頭:Ηe=(P2–P1)/ρg+△Z+Ηf,1-2=<Z=34m游品流量Qm=15m3/s<Q=s要求,且安裝高度有也低于最大允許吸上高度節(jié)閥門。適當(dāng)調(diào)節(jié)泵的吸入和排出管路上兩閥門的開度，可使吸入管阻力增大而流量mm真空表讀數(shù)為550mmHg時(shí)，離心泵恰發(fā)生壓為760mmHg。A0/A2=(d0/d2)2=(35/50)2=查20℃時(shí)水的有關(guān)物性常數(shù)ρ=m3,μ=×10-5,PV=Kpau2==m/s∴假設(shè)成立u1=u2(d2/d1)2=m/s允許氣蝕余量△h=(P1-P2)/ρg+u12/2g△h==m∵離心泵離槽面道路很短可以看作∑Ηf=0∴Hg=(Pa-PV)/ρg-△h=–×103/×–=m5.5.水對(duì)某離心泵做實(shí)驗(yàn)，得到下列各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：送液體的管路系統(tǒng)：管徑為ф76×4mm，長(zhǎng)為355m(包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)，吸入和排出空間為密閉容器，其內(nèi)壓強(qiáng)為(表壓)，再求此時(shí)泵的流量。被輸送液體的性質(zhì)與水相而K=△Z+△P/ρg且吸入排出空間為常壓設(shè)備,△P=0K=△Z=相通。管路系統(tǒng)的壓頭損失為Hf=×10Q2(Hf單位為m，Q單位為m3/s)。試求將貯水K=△Z+△P/ρg∵貯水池和渠道均保持常壓∴△P/ρg=0∴K=△Z∴Ηe=△Z+×106Q2在輸水之初△Z=2m將貯水槽的水全部抽出△Z=9m∴Ηe=9+×106Q'2∵流量Q隨著水的不斷抽出而不斷變小∴取Q的平均值Q平均=(Q+Q')/2=×10-3m3/sm兩泵如何組合才能使輸液量最大(輸水過(guò)程為定態(tài)流動(dòng))：兩臺(tái)泵有串聯(lián)和并聯(lián)兩種組合方法串聯(lián)時(shí)單臺(tái)泵的送水量即為管路中的總量，泵的壓壓頭，單臺(tái)送水量為管路總送水量解：①串聯(lián)He=2H10+1×105Qe2=2×(25-1×106Q2)∴Qe=×10-2m2/s②并聯(lián)Q=Qe/225-1×106×Qe2=10+1×105(Qe/2)2∴Qe=×10-2m2/s總送水量Qe'=2Qe=×10-2m2/s∴并聯(lián)組合輸送量大mmin泵的壓頭H=△P/ρg+△u2/2g+ΣHf+Z取△u2/2g=0軸功率N=HQρ/102η=Kw而K=△P/ρg+△u2/2g+Z∵A，B槽上方均大氣壓∴△P/ρg=0，△u2/2g=0∴h=10++==Ηe=10+Ηe'=+VQh8000NeHQg×5/3600×1200×=所需要的能量W=Neτ=×106J=5300KJkg/h，在最大風(fēng)量下輸送系統(tǒng)所需的風(fēng)壓為1600Pa(以風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)級(jí)計(jì))。由于工藝條件的呀求。風(fēng)機(jī)進(jìn)口與溫度為40℃，真空度為196Pa將輸送系統(tǒng)的風(fēng)壓HT'按HT=HT'ρ/ρ'HT=1600×=m輸送的體積流量Q=Qm/ρ=14500/=m3/hNoc以滿足要求功率(Kw)氣輸送量為20000m/h(進(jìn)口狀態(tài)計(jì))，管長(zhǎng)為100m(包括局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度)，管壁心通風(fēng)機(jī)，其性能如下所示。核算此風(fēng)機(jī)是否合用14501265021800HT'=(Z2–Z1)ρg+P2–P1+(u22-u12)/2+ρΣhf∵水平管道輸送，∴Z2–Z1=0，(u22-u12)/2=0輸送系統(tǒng)風(fēng)壓HT'=P2–P1+ρΣhf=×103+×=<12650Pa且Q=20000〈21800∴此風(fēng)機(jī)合用解：雙缸雙動(dòng)壓縮機(jī)吸氣量Vmin=(4A-a)snr壓縮機(jī)容積系數(shù)λ0=1-ε[(P2/P1)1/r-1]=1-[()1/]=量Vmin=λdVmin'=min該壓縮機(jī)的軸功率N=Na/ηa==壓縮比相同。試求： (1).在各級(jí)的活塞沖程及往復(fù)次數(shù)相同情況下，各級(jí)汽缸直徑比。(2)三級(jí)壓縮消耗的理論功(按絕熱過(guò)程考慮。空氣絕熱指數(shù)為，并以1kg計(jì))。數(shù)相同壓縮機(jī)總的壓縮比χ=P2/P1)1/3=4徑。100651410020150282003513027048110dd40/+da=1/GΣGi/d得到1/GΣGi/d=1/50030/+15/+40/+=解：(1)服從斯托克斯公式g由此可以得到d3〈18u2/(ρs-ρ)ρg∴最大顆粒直徑dmin=[18u2/(ρs-ρ)ρg]1/3=[18×(×10-5)2/()××]1/3=×10-4m=μmdμ2/[ρ(ρs-ρ)g]∴最小直徑dmin=m=1512μmm回收氣體中的球形固體顆粒。氣體的處理量為3600m3/h，解：根據(jù)生產(chǎn)能力計(jì)算出沉降速度ut=Vs/bι=3600/40m/h=s假設(shè)氣體流處在滯流區(qū)則可以按ut=d2(ρs-ρ)g/18μ進(jìn)行計(jì)算∴d2=18μ/(ρs-ρ)g·ut可以得到d=×10-4m∴能完全除去的顆粒的最小直徑d=×10-4m=μmm解：假設(shè)沉降在滯流區(qū)，按ut=d2(ρs-ρ)g/18μ計(jì)算其沉降速度VsV273+427)/273=h由Vs=blut(n-1)得ut選用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器Ne=5，ξ=VsbhuiBhDDVs/ui∴ui=8Vs/D2 (2)分割粒徑根據(jù)d50=[μD/ut(ρs-ρ)]1/2計(jì)算顆粒的分割粒徑d-3m=μm (3)壓強(qiáng)降∴△P=××2=520Pa下來(lái)的灰塵粒度分布測(cè)定結(jié)果列于本題附圖表中：0-55-1010-2020-3030-4040-50>50在出口灰塵中所占的質(zhì)量分率%16252920721在捕集的灰塵中所占的質(zhì)量分率%11203試求：(1)除塵效率(2)繪出該旋風(fēng)分離器的粒級(jí)效率曲線。gηP1=×(×+×16)=％P=％ηP3=×(×+×29)=％PP=％ηP6=％ηP7=％為到虛擬濾液體積，這就需要充分利用已知條件，列方過(guò)濾10min得濾液(×10-3)2+2××10-3Ve=KA2×10②AVm中的懸浮液進(jìn)行過(guò)濾實(shí)驗(yàn)，測(cè)得數(shù)據(jù)列于本題附表中：已知過(guò)濾面積為，試求：(1)過(guò)濾壓強(qiáng)差為時(shí)的過(guò)濾常數(shù)K,qe及θe(2)濾餅的壓縮指數(shù)s；(3)若濾布阻力不變，試寫出此濾漿在過(guò)濾壓強(qiáng)差為196.2kPa時(shí)的過(guò)濾方 eK∵qe2=Kθe∴θe=qe2/K=①②⑵濾餅的壓縮指數(shù)s同理在△P=Kpa時(shí)，由上式帶入表中數(shù)據(jù)得 (/93)2+2qe×93=233K'③④得到qe=×10-3K=×10-5 (K/K')=(1-s)lg(△P/△P')⑶過(guò)濾方程式lg(K/K'')=(1-s)lg(△P/△P'')∴l(xiāng)g(K'')=×lg(103/''qe''=(qe'+qe')/2=(+)×10-3/2=×10-3∵qe2=Kθe∴θe''=qe''2/K=×10-3/×10-5=∴過(guò)濾方程式為(q+×10-3)2=×10-5(θ+)個(gè)邊長(zhǎng)的小型濾框?qū)aCO3顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行過(guò)濾實(shí)驗(yàn)。料漿溫度為解：由(V+Ve)2=KA2(θ+θe)兩邊微分得2(V+Ve)dv=KA2dθ計(jì)算出不同過(guò)濾時(shí)間時(shí)的dθ/dv和V，將其數(shù)據(jù)列表如下VV△θ/△v122131383957m求：(1)過(guò)濾至濾框內(nèi)全部充滿濾渣所需的時(shí)間及所得的濾液體積：(2)過(guò)濾完畢解：(1)濾框內(nèi)全部充滿濾渣濾餅表面積A=()2×2×38=m2濾框容積V總=()2××38=m3m=1100/(1100+50+m)∴m0=6313Kg濾液的密度按水的密度考慮V0=m3∴形成m3的濾餅即濾框全部充滿時(shí)得到濾液體積為qVAm3/m2∵qe2=Kθe∴θe=qe2/K=(×10-3)2/×10-5=由(q+qe)2=K(θ+θe)得所需的過(guò)濾時(shí)間為θ=(q+qe)2/K-θe=(+)2/×10-5-=249s⑵洗滌時(shí)間Ve=qe×A=×10-3×=由(dv/dθ)Ww=KA2/8(θ+θe)得洗滌速率=×10-5×()2/8×(+)=205×10-5料漿，過(guò)濾推動(dòng)力及所用濾布也與實(shí)驗(yàn)用的相同。試求：(1)過(guò)濾至框內(nèi)全部充滿濾渣所需的時(shí)間；(2)過(guò)濾完畢以相當(dāng)與濾液量1/10的清水進(jìn)行洗滌，求洗滌時(shí)間； (3)若每次卸渣重裝等全部輔助操作共需15min，求每臺(tái)過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力(以每小時(shí)平均可得多少m3濾餅計(jì))。解：(1)框內(nèi)全部充滿濾渣濾餅表面積A=()2×2×38=m2濾框容積V總=()2××38=m3濾液量為q=V/A==虛擬過(guò)濾時(shí)間θe=qe2/K=()2/5×10-5=2s由(q+qe)2=K(θ+θe)得所需的過(guò)濾時(shí)間為θ=(q+qe)2/K-θe=(+)2/5×10-5-2=551s⑵洗滌時(shí)間Ve=qe×A=×=由(dv/dθ)Ww=KA2/8(θ+θe)得洗滌速率=5×10-5×()2/8×(+)=×10-5T×60=1867sQ00V總/T=3600×1867=m3/h懸浮液的物料特性常數(shù)k=×10-4m2(satm)，濾餅的空隙率為40%。現(xiàn)采用一臺(tái)型轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)(此過(guò)濾機(jī)的轉(zhuǎn)鼓直徑為，長(zhǎng)度為，過(guò)濾面積為5m2，浸沒(méi)角度為120o)，轉(zhuǎn)速為min，操作真空度為。已知濾餅不可壓縮，過(guò)濾介質(zhì)可以忽略。試求此m(×3000+×103+m0)∴m0=Kg濾液的密度按水的密度考慮V0=m3K2k△P得過(guò)濾常數(shù)一周的過(guò)濾時(shí)間∵介質(zhì)阻力忽略∴Ve=0，θe=0∴轉(zhuǎn)筒每轉(zhuǎn)一周所的濾液體積V液=(KA2θ)1/2=(×52×40)1/2=m3生產(chǎn)能力Q=nV=×60×=m3/h過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力為9m3/h，試求：(1)至少需要幾個(gè)濾框n(2)框的厚度L。解：設(shè)要得到Vm3的濾液需要的時(shí)間為θ，則由(V+Ve)2=KA2(θ+θe)θ=(V+Ve)2/KA2-θe=(V+qeA)2/KA2-qe2/K板框過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力=3600V/(Q+QD)=9∴Q+QD=400V即(V+qeA)2/KA2-qe2/K+20×60×9=400V V)2/6×10-5A2+10800=400V①而總過(guò)濾面積A=()2×2×n=②立①②可得210V2+(–)V+=0③∴△=(–)2-4×210×≥0nn≥∴濾餅體積×=m3設(shè)濾框的厚度為L(zhǎng)則()2×L×28=∴L=m=66mm16.平均粒徑為的氯化鉀球型顆粒在單層圓筒形流化床干燥器中進(jìn)行流化干燥。固體密度解：查有關(guān)物性手冊(cè)60℃，常壓空氣的密度ρ=Kg/m3，粘度μ=×10-5重力沉降的過(guò)濾常數(shù)K=d[ρ(ρs-ρ)g/2μ2]1/3=∵<K=<∴利用ut=[(ρs-ρ)g/(ρμ)]計(jì)算沉降速度utm/s∴u1=ut=m/s按最小顆粒計(jì)算臨界硫化速度umf=dp2(ρs-ρ)g/1650μ=m/s第四章傳熱附加熱阻。1(內(nèi)層)耐火磚2002絕緣磚1003鋼645率公式QttnbiSiq=Q/Sqttnbiiwm3各層材料的平均溫度，單位為℃，λ單位為W/(m℃)。耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)λ1=+(t1+t2)/2=+(1400+t2)/2=+t2tt+t2 (t1-t2)/(b1/λ1)=(t2-t3)/(b2/λ2)∴+2009=0解得界面溫度t2=949℃∴各層的導(dǎo)熱系數(shù)λ1=w/(m℃)λ2=w/(m℃)得導(dǎo)熱的熱通量q=1689W/m210℃。已知軟木和保溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為和W/(m℃)。試求每米長(zhǎng)的冷量損失。管為一傳冷管λ=w/(m℃)，λ=w/(m℃)互換位置，假定其他條件不變，試問(wèn)每米，哪一種材料包扎在內(nèi)層較為合適rlnrrQ=(t1-tn)/Σ(bi/Smiλi)=(t1-t3)/{[b/(λ1Sm1)+b/(λ2Sm2)=λ1(t1-t3)，∴Q/Q*=5.在一直徑為ф的蒸汽管道外，包扎一層導(dǎo)熱系數(shù)為W/(m℃)的保溫層。保溫層半徑為50mm。管內(nèi)飽和蒸汽溫度為130℃，大氣溫度為30℃。試求保溫層的臨界半徑。假設(shè)以忽略。保溫層外壁對(duì)大氣壓的對(duì)流輻射傳熱系數(shù)可按下式計(jì)算：αT=+(tw–t)式中wt氣溫度，℃熱損失的情況。R1=b/λSm=(r2-r1)/[λ×2πL(r2-r1)/ln(r2/r1)=ln(r2/r1)/2λπL---- R2=1/αTSo=1/αT2πr2L=1/[+(tw–t)×2πr2L-----(2)總傳熱Q=(T-t)/(R1+R2)=(tw–t)/R2∴(130-30)/(R1+R2)=(30)/R2--------(3)由(1)(2)(3)解得tw=℃∴αT=+(tw–t)=rcλ/αT===>50mmQ==(tw–t)/R2=rrQtwtR2，保溫時(shí)的熱損失小些，且保溫曾厚度越大熱損失越大。解：根據(jù)題意列出關(guān)系式：熱流體(油)：T1=150℃→T2=100℃冷流體(水)：t1=15℃→t2=40℃現(xiàn)在要求：熱流體(油)：T1=150℃→T2=80℃冷流體(水)：t1=15℃→t2=QWhCphTTWhCph=WcCpc(t2-t1)=25WcCpc=K0S0ΔtmΔtm=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=(135-60)/ln(135/60)=tt7.重油和原由在單程套換熱器中呈并流流動(dòng)，糧站油的初溫分別為243℃和128℃；終溫分別為167℃和157℃。若維持兩種油的流量和初溫不變，而將兩流體改為逆流，試求此時(shí)流度差及他們的終溫。假設(shè)在兩種流動(dòng)情況下，流體的無(wú)性和總傳熱系數(shù)均解：由題意得：并流時(shí)：熱流體(重油)：T1=243℃→T2=167℃冷流體(原油)：t1=128℃→t2=157℃∴Q=WhCph(T1-T2)=76WhCph=WcCpc(t2-t1)=29WcCpc=K0S0ΔtmtmΔt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=43改為逆流后：熱流體(重油)：T1=243℃→T2，=冷流體(原油)：t2，=←由(1)(2)(3)解得t2，=℃T2，=℃Δtm，=℃8.在下列各種管式換熱器中，某溶液在管內(nèi)流動(dòng)并由20℃加熱到50℃。加熱介質(zhì)在殼方流動(dòng)，解：(1)熱流體：T1=243℃→T2=60℃冷流體：t2=50℃←t1=128℃Δt1=50℃Δt2=40℃∴Δtm=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=℃ (2)殼方和管方分別為單程和四程，則需計(jì)算平均溫度差校正系數(shù)ψΔt，9.在逆流換熱器中，用初溫為20℃的水將s的液體(比熱容為kg℃，密度為850kg/m)，由80℃冷卻到30℃。換熱器的列管直徑為ф，水走管方。水側(cè)和液體側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)分別為W/m2℃)和W/m2℃)。污垢熱阻忽略。若水的出口溫度不能高于50℃，試解：熱流體：T1=80℃→T2=30℃冷流體：t2=50℃←t1=20℃Δt1=30℃Δt2=100℃∴Δtm=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=℃∴×103×S0=×103∴S0=熱系數(shù)為3490W/m2℃)，管外油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為258W/m2℃)。換熱器用一℃/W，油側(cè)污垢熱阻℃/W。管壁導(dǎo)熱系數(shù)λ為45W/m℃)，試求：(1)基于管外表面的總傳熱系數(shù)；(2)產(chǎn)生污垢解：(1)1/K0=d0/αidi+1/α0+Rsid0/di+Rs0+bd0/λdm=19/3490×15)+×19/15++(×19)/45×)+1/258∴K0=208m2℃/W2)產(chǎn)生污垢后增加的總熱阻：產(chǎn)生污垢前的總熱阻：didibddm+(×19)/45×)+1/258=kgh換試估算換熱器清洗前后傳熱面兩側(cè)的總污垢熱阻。假設(shè)(1)兩種情況下，流體物性可視為不變，水的比熱容可取(kg℃)；(2)可按平壁處理，兩種工況下αi和α0分別相同；(3)忽略管壁熱阻和熱損失。解：換洗前：熱流體：T1=110℃→T2=60℃冷流體：t2=38℃←t1=20℃Δt1=72℃Δt2=40℃∴Δtm=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=℃Q=WhCph(T1-T2)=50WhCph=WcCpc(t2-t1)=18WcCpc=K0S0Δtm=代入數(shù)據(jù)計(jì)算得K0=254W/(m2℃)換洗后：：熱流體：T1=110℃→T2=60℃冷流體：t2=38℃←t1=20℃Δt1=72℃Δt2=40℃∴Δtm=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=℃Q=WhCph(T1-T2)=(100-T2)WhCph=WcCpc(t2-t1)=25WcCpc=K0，S0Δtm，∴50/(100-T2)=18/25→T2=℃12.在一單程列管換熱器中，用飽和蒸汽加熱原料油。溫度為160℃飽和蒸汽在殼程冷凝(排出時(shí)為飽和液體)，原料油在管程流動(dòng)，并由20℃加熱到106℃，列管換熱器尺寸為：凝傳熱系數(shù)為7000W/(m2℃)，油側(cè)污垢熱阻可去為m2℃/W，管壁熱阻和蒸汽側(cè)垢內(nèi)油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)。又若有的流速增加一倍，此時(shí)若換熱器∴K0=125×103/(×)=W/(m2℃)可以解得αi=W/(m2℃)℃的正丁醇在逆流換熱器中被冷卻到50℃。換熱器的傳熱面積為6m2，總傳熱系數(shù)為230W/ (m2℃)。若正丁醇的流量為1930kg/h，冷卻介質(zhì)為18℃的水。試求：(1)冷卻水的出口溫度；(2)冷卻水的消耗量，以m3/h表示。解：由傳熱方程式Q=K0SΔtm=WhCph(T1-T2)查表得70℃的正丁醇的比熱為×103J/(kg℃)∴Q=1930/3600××103×(90-50)=×103J/sΔtm=Q/K0S=×103/(230×6)=℃Δtm=(Δt1-Δt2)/lnΔt1/Δt2=[(90-t2)-(50-18)]/ln[(90-t2)/(50-18)]假定無(wú)熱阻損失即冷水吸收熱量和正丁醇放出熱量相等gWcWc=s∴V=12m3/h14.在逆流換熱器中，用冷油冷卻熱油。油的比熱容均為(kg℃)，熱油的流量為3000kg/h，從下：T3025SSSSSS53000××20=11250××(40-t1)→t1=℃取K01=(355+350)=W/(m2℃)S=Q1/K01Δtm1=28×103/(×)=同理得S2=S3=S4=S5=∴S=17m