化工原理部分重点习题及答案

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1、化工原理部分重点习题管路用一台泵将液体从低位槽送往高位槽。输送流量要求为2.5×10-3m3/s。高位槽上方气体压强（表压）为0.2MPa，两槽液面高度差为6m，液体密度为1100kg/m3。管路Φ40×3mm，总长（包括局部阻力）为50m，摩擦系数为0.024。求泵给每牛顿流体提供的能量为多少？ 解：取低位槽液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，并以1-1截面为基准面，在1-1和2-2截面间机械能衡算拟用一泵将碱液由敞口碱液槽打入位差为10m高的塔中。塔顶压强为0.06MPa(表压)。全部输送管均为φ57×3.5mm无缝钢管, 管长50m(包括局部阻力的当量长度

2、)。碱液的密度ρ=1200kg/m3 , 粘度μ=2mPa·s。管壁粗糙度为0.3mm。 试求：(1) 流动处于阻力平方区时的管路特性方程；(2) 流量为30m3 /h时的He和Pe。∵在阻力平方区λ=f（ε/d）某离心泵在作性能试验时以恒定转速打水, 当流量为71m3/h时, 泵吸入口处真空表读数0.029MPa, 泵压出口处压强计读数0.31MPa。两测压点的位差不计, 泵进、出口的管径相同。测得此时泵的轴功率为10.4kW, 试求泵的扬程及效率。 热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为25mm×2.5mm钢管，导热系数45W/(m.k)冷水在管内湍流流动，给热系

3、数a1为2000W/(m.k)a，热气在环隙中湍流流动，给热系数a2为50W/(m.k)。不计垢层热阻，试求： （1）管壁热阻占总热阻的百分数；（2）内管中冷水流速提高一倍，总传热系数K有何变化？（3）内隙中热气体流速提高一倍，总传热系数K有何变化？某列管式加热器由多根Ф25×2.5mm的钢管所组成，将苯由20℃加热到60℃，苯在管中流动，其流量为16000kg/h，流速为0.6m/s。加热剂为130℃的饱和水蒸汽，在管外冷凝。苯的比热容Cp＝1.78kJ/(kg·℃)，密度为860kg/m3。已知加热器的传热系数为720W/(m2·℃)。 试求：（1）此加热器所需的

4、管数n（2）单管的长度L。有一单壳程、双管程列管式换热器。壳程为120℃饱和水蒸气冷凝，常压空气以12m/s的流速在管程内流过。列管为38×2.5mm钢管，总管数为200根。已知空气进口温度为26℃，要求被加热到86℃。又已知蒸汽侧对流传热系数为10的四次方W/(mK)×，壁阻及垢阻可忽略不计。试求： (1) 换热器列管每根管长为多少米？(2) 由于此换热器损坏，重新设计了一台新换热器，其列管尺寸改为54×2mm，总管数减少20%，但每根管长维持原值。用此新换热器加热上述空气，求空气的出口温度。流率为0.04kmol/(s.m2)的空气混合气中含氨2%（体积%），拟用

5、一逆流操作的填料吸收塔回收其中95%的氨。塔顶喷入浓度为0.0004（摩尔分率）的稀氨水溶液，液气比为最小液气比的1.5倍，操作范围内的平衡关系为y=1.2x，所用填料的气相总体积传质系数Kya=0.052kmol/(m3s)，试求： (1)液体离开塔底时的浓度（摩尔分率）；(2)全塔平均推动力△y m；(3)填料层高度。 欲设计一连续精馏塔用以分离含苯与甲苯各0.5的料液，要求馏出液中含苯0.96，残液中含苯不高于0.05（以上均为摩尔分数）。泡点进料，选用的回流比是最小回流比的1.2倍，物系的相对挥发度为2.5。试用逐板计算法求取所需的理论板数及加料板位置。