化工原理（1）-作业题文

化工原理（1）-作业题文

绪论

1. 从基本单位换算入手，将下列物理

量的单位换算为

SI 单位。 (1) 水的粘度 ?=0.00856g/(cm?s)

(2) 密度 ?=1386kgf?s 2/m 3

(3) 某物质的比热容 c p =0.24BTU/(lb??F)

(4) 传质系数 K G =34.2kmol/(m 2?h?atm)

(5) 表面张力 ?=74dyn/cm

(6) 导热系数 ?=1kcal/(m?h?K)

2. 湿物料原来含水 16%(wt%)，在干燥器中干燥至含水 0.8%，试求每吨物料干燥出的水 量。

第一章流体流动

1. 已知甲地区的平均大气压力为 85.30kPa ，乙地区的平均大气压力为 101.33kPa ，

在甲

地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数

为 20kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数

为多少才能维持该设备的绝对压力与甲地区操作 时相

同？

当流量为 4×10 3m 3/s 时，求粗管内和细管内水的流速？ 4. 高 位 槽 内 的 水 面 高 于 地 面 8m ，

水 从 φ108× 4mm 的管路中流出， 管路出口高于地

面 2m 。 在本题中，水流经系统的能量损失可按

h f =6.5u 2 计 算，其中 u 为水在管内的流速，试计算：

( 1)A －A 截面处水的流速； ( 2)出口水的

流量，以 m 3/h 计。

2 用一复式 U 管压差计测定水流管道 A 、 B

放的是水， 今若测得 h 1=1.2m ，h 2=1.3m ，R 1=0.9m ， R 2=0.95m ，问管道

中 A 、B 两点间的差压 ?p AB 为多 少？ (先推导关系式，再进行数字运算 )。

两点的压差， 压差计的指示液为汞， 两段汞柱之间

3. 在稳定流动系统中， 水连续从粗管流入细管。 粗管内径 d 1=10cm ，细管内径 d 2=5cm ， 第 2 题图 第4 题图

5. 将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以 0.5m/s 的速度流动。 设料液在管内压头损失为 1.2m （不包括出口压头损失） ，试求高位槽的 液面应该比塔入口处高出多少米？

6. 用泵将贮槽中密度为 1200kg/m 3 的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上 方压强为 101.33 ×103Pa ，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为 26670Pa （真空度），蒸发器进 料口高于贮槽内液面 15m ，进料量为 20m 3/h ，溶液流经全部管路的能量损失为 120J/kg ，求 泵的有效功率。管路直径为 60mm 。

数值？若管内流动的是 90℃ 的空气，则这一数值 又为多少？

8．每小时将 2× 140kg 的溶液用泵从反应器输 送

到高位槽（见图） 。反应器液面上方保持 26.7 × 13P0a

的真空度， 高位槽液面上方为大气压。 管路为 φ76×

4mm 钢管，总长 50m ，管线上有两 个全开的闸阀，一

个孔板流量计（ ζ=4）、五个标 准弯头。反应器内液面

与管出口的距离为 15m 。

若泵的效率为 0.7，求泵的轴功率。溶液 ρ=1073 kg/m

3，μ=6.3×104Pa ·s ， ε=0.3mm 。 9．用压缩空气将密闭容器 （酸蛋）中的硫酸压送到敞口高位槽。 输送流量为

0.1m 3/min ， 输送管路为 φ38×3mm 无缝钢管。 酸蛋中的液面离压出管口的位差为 10m ，在压送过程中设 位差不变。管路总长 20m ，设有一个闸阀（全开） ，8 个标准 90°弯头。求压缩空气所需的压 强为多少（表压）？硫酸 ρ为 1830kg/m 3，μ为 0.012Pa ·s ，钢管的 ε为 0.3mm 。

7. 90℃的水流入内径为 20mm 的管内，

第6 题图

欲使流动呈层流状态， 水的流速不可超过哪一 第 8 题图

10．粘度为 0.03 Pas 、·密度为 900 kg/m 3的液体自容器 A 流过内径 40mm 的管路进入容 器 B 。两容器均为敞口， 液面视作不变。 管路中有一阀门， 阀前管长 50m ，阀后管长 20m （均 包括局部阻力的当量长度） 。当阀全关时，阀前、后的压力表读数分别为 8.82 ×140Pa 和

4.41 ×14P0a 。现将阀门打开至 1/4 开度，阀门阻力的当量长度为 30m 。试求：

（1）管路的流量；

（2）阀前、阀后压力表的读数有何变化？

11. 用内径为 300mm 的钢管输送

20℃ 的水， 为了测量 管内水的流量，采用了如图所示的安排。

在 2m 长的一段 主管路上并联了一根直径为 φ 60× 3.5mm 的支

管，其总长 与所有局部阻力的当量长度之和为 10m 。支管上装有

转子

流量计，由流量计上的读数知支管内水的流量为 2.72m 3/h 。

试求水在主管路中的流量及总流量。设主管路的摩擦系数 λ为

0.018，支管路的摩擦系数 λ为 0.03。

12. 如图， 20℃软水由高位槽分别流入 反应器

B 和吸收塔

C 中，器 B 内压力为 0.5atm （ 表压 ），

塔 C 中真空度为 0.1atm ，总 管为 ?57?3.5mm ，管

长 （20+Z A ）m ，通向器 B 的管路为 ?25?2.5mm ，长

15m 。通向塔 C 的 管路为 ?25?2.5mm ，长 20m

（ 以上管长包括 各种局部阻力的当量长度在内 ） 。

管道皆为 无缝钢管，粗糙度可取为 0.15mm 。如果

要求向反应器供应 0.314kg/s 的水，向吸收塔

供应 0.471kg/s 的水，问高位槽液面至少高于地面多少？

第 11 题图

第 12 题图

13. 用皮托管测量内径300mm 管道内空气的质量，将皮托管插至管道的中心线处。已知测量点处的温度为20℃ ，真空度为490Pa，当地大气压为98.66kPa。U 型管压差计的指示液为水，密度为998kg/m 3，测得的读数为100mm 。试求空气的质量流量。

14. 在?38?2.5mm 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20℃的甲苯，采用角接取压法用U 型管压差计测量孔板两侧的压力差，以水银为指示剂，测压连接管管中充满甲苯。现测得U 型管压差计的读数为600mm ，试计算管中甲苯的流量为多少（kg/h ）？

第二章流体输送机械

1. 用离心泵将 A 池中20℃的清水送至高位槽B。两液面均为敞口且保持恒定高度差

12m。管路内径50mm ，总长度（包括管件、阀门的当量长度）为80m，摩擦系数为0.024。管路上安装一孔板流量计，其局部阻力系数为7.6。水的输送量为18.6m4/h 。试求：（1）管路特性方程；（2）泵的有效功率。

2. 如图所示的实验装置上，于2900r/min 转速下用

20℃的清水在常压下测定离心泵的性能参数。测得一组数

据如下：

泵入口真空表的读数为68kPa，泵出口压力表读数

为262kPa；两测压口之间的垂直距离h0=0.4m ；电动机

功率为 2.5kW ，电动机的传动效率为96%；在泵的排出

管路上孔板流量计U 管压差计读数R=0.6m，指示液为汞

（密度为13600kg/m 3），孔流系数C0=0.62，孔径

d0=0.03m ；泵的吸入管和排出管内径分别为80mm 和

50mm。

试求该泵在操作条件下的流量、压头，轴功率和效

率，并列出泵的性能参数。

密闭容器的表压为118kPa，高位槽与水池液面保持恒定位差14m，管路中全部流动阻

力为h f =1.10?105Vs 单位为m3/s

H=44-8.0?104Vs 单位为m3/s

试求：（1）泵的流量、压头和轴功率（泵的效率为82%）；（2）若改送?=1200 kg/m 3的

碱液（其他性质和水相近，且其他条件均不变），泵的流量、压头和轴功率。

760mmHg 。

（c）若用图中入口管路上的阀来调节流量，可否保证输送系统正常操作？管路布置是否合理？为什么？

5. 教材P85 作业题2-7。

6. 要用通风机从喷雾干燥器中排气，并使器内维

持15mmH 2O的负压，以防粉尘泄漏到大气中。干燥

器的气体出口至通风机的入口之间的管路阻力共为

155 mmH2O。通风机出口

的动压可取为15mmH 2O。干燥器所送出的湿空气密度

为 1.0kg/m 3。试计算风机的全风压（折算为“标准状

4 用离心泵向密闭高位槽输送清水（?=1000 kg/m 3）。在规定转速下，泵的特性方程为

况”后的数值）。

7. 30℃及1atm 的空气要用往复压缩机压缩到150atm ，处理量为 3.5m3/min（以标准状态

下的体积计）。问应采用几级压缩？若每级的绝热效率均为85%，求所需轴功率。又求从第1

级气缸送出的空气温度。

第三章机械分离与固体流态化

1m3/s。降尘室底面

1. 采用降尘室回收20℃空气中所含的球形固体颗粒，空气流量为

积为10m 2，宽和高均为2m 。已知固体的密度为1800kg/m 3。求：

（1）理论上能完全除去的最小颗粒直径；（43?m）

（2）在原降尘室内设置20 层水平隔板后，可分离的最小颗粒直径。（9.4?m）

2. 用标准旋风分离器处理含尘气体，气体流量为0.4m3/s，粘度为

3.6?10-5Pa?s，密度

为0.674kg/m 3，气体中尘粒的密度为2300 kg/m 3。若旋风分离器圆筒直径为0.4m 。试估算其临界粒径及压降。

3. 在实验室里用面积0.1m2的滤液对某悬浮液进行恒压过滤实验，操作压力差为67kPa，测得过滤5min 后得滤液1L，再过滤5min 后，又得滤液0.6L。求过滤常数K 和V e，并写出

恒压过滤方程式。

4. 用10 个框的板框式过滤机恒压过滤某悬浮液，滤框尺寸为635mm?635mm?25mm 。已知操作条件下过滤常数K=2?10-5m2/s，q e=0.01m3/m2，滤饼与滤液体积之比为0.06。试求滤框充满滤饼所需时间及所得滤液体积。

5. 用一小型压滤机对某悬浮液进行过滤实验，操作真空度为400mmHg 。测得，K=4?10-5m2/s，q e=0.007m3/m2，滤饼与滤液体积之比为0.2。现用一台GP5-1.75 型转筒真空过滤机在相同压力差下进行生产（过滤机的转鼓直径为 1.75m ，长度为0.9m，浸没角度为120?），转速为1r/min 。已知滤饼不可压缩。试求此过滤机的生产能力及滤

饼厚度。

第五章传热

1. 某平壁燃烧炉由一层厚100mm 的耐火砖和一层厚80mm 的普通砖砌成，其导热系数分别为 1.0W/(m? ℃)及0.8 W/(m? ℃ )。操作稳定后，测得炉壁内表面温度为700℃，外表面

温度为100℃。为减小燃烧炉的热损失，在普通砖的外表面增加一层厚度为30mm ，导热系数为0.03 W/(m? ℃)的保温材料。待操作稳定后，又测得炉壁内表面温度为900℃，外表面

温度为60℃。设原有两层材料的导热系数不变。试求：(1)加保温层后炉壁的热损失比原来

减少的百分数； ( 2)加保温层后各层接触面的温度。

答案：( 1) 76.7%；( 2) 830℃、760℃

2. 外径为159mm 的钢管，其外依次包扎A、B两层保温材料， A 层保温材料的厚度为

50mm，导热系数为0.1 W/(m? ℃)，B层保温材料的厚度为100mm ，导热系数为 1.0

W/(m? ℃)，设 A 的内层温度和 B 的外层温度分别为170℃和40℃，试求：(1)每米

管长的热损失； ( 2) 若将两层材料位置互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少。

3. 在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为?25?2.5mm 的钢管，其导热系数为45 W/(m? ℃)。冷却水在管程流动，其对流传热系数为2600 W/(m 2?℃)，热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m 2?℃)。试求：(1)基于管外表面积的总传热系数K；(2)计算各分热阻占总热阻的百分数，忽略污垢热阻。

4. 在一传热面积为25m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流

量28000kg/h ，其温度由25℃升至38℃，平均比热容为 4.174kJ/(kg?℃ )。有机溶液的温度由110℃降至65℃，平均比热容 1.72 kJ/(kg?℃ )。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试求： ( 1)该换热器的总传热系数K；( 2)有机溶液的处理量。

5. 在一列管换热器中，用初温为30℃ 的原油将重油由180℃ 冷却至120℃。已知重油

和原油的流量分别为1?104kg/h 和 1.4?104 kg/h 。比热分别为0.52kcal/(kg?℃) 和0.46kcal/(kg? ℃ )，传热系数K=100kcal/(m 2?h?℃)，试分别计算并流和逆流时换热器所需传热面积。

6. 用175℃ 的油将300kg/h 的水由25℃加热至90℃。已知油的比热为 2.1kJ/(kg?℃)，其流量为360 kg/h ，今有以下两个换热器，传热面积均为0.8m2。

换热器1：K1=625W/(m 2?K)，单壳程，双管程；

换热器2：K2=500W/(m 2?K)，单壳程，单管程；为保证满足所需的传热量应选用那一个换热器？

7. 在一传热面积为12.5m2的逆流套管换热器中，用冷水冷却热油。已知冷水的流量为2400kg/h ，进口温度为30℃；热油的流量为8600kg/h ，进口温度为120℃。水和热油的平均比热容分别为 4.18kJ/(kg?K)及 1.9 kJ/(kg?℃ )。试求：( 1)分别计算水和油的出口温度； (2) 换热器的传热速率Q。

8. 一传热面积为10m2的逆流换热器，用流量为0.9kg/s 的油将0.6kg/s 的水加热，已知油的比热为 2.1kJ/(kg?K)，水和油的进口温度分别为35℃ 和175℃，该换热器的传热系数为425W/(m 2?K)，试求此换热器的效率，又若水量增加20%，传热系数可近似为不变，此时水

的出口温度为多少？

9. 在内径为20mm ，长度为2m 的圆形管内把常压空气由20℃加热到100℃，空气的平均流速为30m/s ，试求管壁对空气的对流传热系数。 (115 W/(m 2?℃))

10. 列管换热器的列管内径为15mm ，长度 2.0m 。管内有冷冻盐水( 25%CaC2l)流过，其流速为0.3m/s ，温度自-5℃升至15℃。假定管壁的平均温度为20℃，试计算管壁与流体间的对流传热系数。 (447 W/(m 2?K))

11. 常压空气在装有圆缺形挡板的列管换热器壳程流过。已知管子尺寸为?38?3mm，

正

方形排列，中心距为51mm ，挡板距离为 1.45m ，换热器外壳内径为 2.8m ，空气流量为

4?104m3/h ，平均温度为140℃，试求空气的对流传热系数。

12. 常压水蒸气在一?25?2.5mm，长为3m ，水平放置的钢管外冷凝。钢管外壁的温度为96 ℃，试计算水蒸气冷凝时的对流传热系数。若此钢管改为垂直放置，其对流传热系数又为多少？由此说明工业上的冷凝器应如何放置？

13. 某厂需用196 kPa (绝压)的饱和水蒸汽将常压空气由20℃加热至90℃，空气量为5200m 3/h(标准情况)。今仓库有一台单程列管换热器，内有?38× 3mm钢管151 根，管长

3m，若壳程水蒸汽冷凝的对流传热系数可取104W/(m 2?K)，两侧污垢热阻及管壁热阻可忽略不计，

试核算此换热器能否满足要求。

14. 用196 kN/m 2(表压)的饱和水蒸汽将20℃的水预热至80℃，水在列管换热器管程以0.6m/s 流速流过，管子的尺寸为?25× 2.。5 设水侧污垢热阻为6×1-04m2?K/W，蒸汽侧污垢热

阻和管壁热阻可忽略不计，水蒸汽冷凝?1=104W/(m 2?K)，试求：

⑴ 此换热器的传热系数；

⑵ 设操作一年后，由于水垢积累，换热能力降低，出口水温只能升至70℃ ，试求此时的总传热系数及水侧的污垢热阻(水蒸气侧的对流传热系数可认为不变)。

15. 试求直径d=70mm 、长l=3m 的钢管(其表面温度t1=227℃)的辐射热损失。假定此管被置于：(a)很大的红砖屋里，砖壁温度t2=27℃；(b)截面为0.3?0.3m 2的砖槽里，t2=27℃ ，两端面的辐射损失可以忽略不计。

16. 两块相互平行的黑体长方形平板。其尺寸位1?2m2。间距为1m 。若两平板的表面

温度分别为727℃及227℃。试计算两平板间的辐射传热量。

4. 如附图，用离心泵将30℃ 的水由水池送到吸收塔内。已知塔内操作压力为500kPa （表压），要求流量为65 m3/h ，输送管是?108?4mm 钢管，总长40m ，其中吸入管路长6m，局部阻力系数总和∑?1=5；压出管路的局部阻力系数总和∑?2=15。

（a）试通过计算选用合适的离心泵。

（b）泵的安装高度是否合适？大气压为