化工原理习题94.docx

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化工原理习题94

第一章流体流动习题

1.试计算空气在真空度为41.3kPa及－40oC时的密度。

（79%的N2和21%的O2）

2..某蒸汽压力表上的读数为167kPa,当地当时大气压计的读数为100kPa，试查出蒸汽的饱和温度.（查教材附录饱和水蒸气表）。

3.如本题附图所示,测压管分别与三个设备A,B,C相连通,连通管的下部是水银,其密度为13600kg/m3,上部是水,其密度为1000kg/m3,三个设备内的水面在同一水平面上.问:

（1）1、2、3三处压力是否相等？

（2）4、5、6三处压力是否相等？

（3）若h1＝100mm，h2＝200mm，且知设备A直接通大气（大气压力为101.33kPa）。

求B、C两设备内水面上方的压力。

4．比压计中水银面的高度差h=0.36m,其它液体为水。

A、B两容器高度位置差为1m，如图所示，试求A、B两容器中心处压力差PA-PB.

5.如图所示，用真空计测得封闭水箱液面上的真空度为0.98kN/m2,敞口油箱中油面比水箱水面低H=1.5m,水银比压计的读数为h1=5.61m，h2=0.2m。

求油的密度。

6．如图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中,高位槽内的液面恒定,塔内表压力为9.807×103Pa,进料量为5m3/h,连接管为φ38×2.5mm的钢管，料液在连接管内流动的能量损失为30J/kg,问高位槽内的液面应比塔的进料口高出多少米?

7.如图所示,用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔的顶部,槽内水位维持恒定,个部分相对位置如图所示。

管路的直径均为φ76×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa。

水流经吸入管和排出管（不包括喷头）的能量损失分别按∑hf1＝2u2和∑hf1＝12u2计算，u为吸入管和排出管中流体的流速，排水管与喷头连接处的压力为98.07×103Pa（表压）,试求泵的有效功率。

8．如图所示之文德利管，已知d1＝150mm，d2＝100mm，水银比压计△h＝200mm，若不计流动阻力损失，求流量。

9．一圆管输送10℃的水，流量为30cm3/s,若在L=15m的管路上测得水的压头损失hf=20mmH2O,设流动状态为层流,求管道直径。

10当流体以15m3/h的流量在10m长,规格为Φ89×4.5mm的水平无缝直圆管内稳定流动时,试计算其压头损失和压力损失,并判断流体的流动类型。

（流体的密度800kg/m3;粘度0.002PaS;λ取0.03,g=9.81m/S2）。

11．如图所示两个敞口容器位置，输送20℃的二氯乙烷2m3/10min，试求泵所提供的有效压头。

已知：

二氯乙烷粘度8.3×10－4Pa.s，密度1250kg/m3,z1=2m,z2=14m,管长共20m,管子规格φ59×3mm，管路上装有900标准弯头10个,全开闸门2个,单向阀1个（ξ取2.0）,e取0.3mm.

12．一圆管输送未知粘度的液体，液体的密度为1050kg/m3，流量为0.15m3/h,管子的规格为φ57×3.5mm.若在管长L=15m的管长上测得流体的压头损失20mm液柱,若假设流体的流动型态为滞流,试计算液体的粘度并验证流动型态.

13.用管道输送液体，输液直圆管为φ76×3mm新无缝钢管，输液量qV=25m3/h，所送液体的运动粘度ν=0.6×10-6m2/s，密度ρ=820kg/m3。

试求直圆管每米管长的压力降。

（e取0.2mm）

14.在20℃下将浓度95%乙醇从低位贮槽中用泵送至高位贮罐中，泵入口管路为φ57×3.5mm的无缝钢管1m，泵出口管路由φ38×3mm的无缝钢管9m、出口管路上装有一个全开的截止阀和一个90º标准弯头。

管路入口在低位贮槽液面以下2m，低位贮槽内液体表面压力为大气压力，管路出口在低位贮槽液面以上5m，管路出口表压力为20kPa，若流量维持在10m3/h，求泵需提供的有效功率。

（20℃浓度95%乙醇的密度ρ=804kg/m3，μ=1.4×10-3Pa·s，e取0.2mm）。

15.若流体在等厚等直径垂直直圆管中稳定流动,试推导一下流动阻力的计算公式－范宁公式。

习题11图习题14图

第二章输送机械习题

1、有一台离心泵的扬程H为20m；流量为10.2L/s；轴功率N为2.5kw，试计算该泵的总效率η。

（密度取1000kg/m3）

2某离心泵用200C水做性能实验，测得流量为540m3/h，泵出口压力表读数为34.3×104Pa；泵入口真空表读数为2157.5Pa，压力表和真空表测压截面间的垂直距离为350mm，吸入管和压出管内径分别为350mm和310mm，电动机的功率消耗为60kw,电动机的效率为95%,试求对应此流量泵的扬程、轴功率及效率。

3.用20℃清水在2900r/min下进行离心泵性能实验，泵的吸入管为φ57×3.5mm,泵的排出管为φ45×2.5mm。

经测定泵的吸入口处的真空度为40kPa.泵的排出口处的表压力为80kPa.转子流量计的读数为13m³/h，两测压口间的垂直距离为0.5m，试计算离心泵的扬程及有效功率。

4已知某离心泵流量为20m3/h，对应该流量的允许吸上真空度HS为7.2m，吸入管内径50mm，吸入管路的阻力损失约0.2mH2O（设气蚀前泵流量不变）。

用该泵从水井抽水，井中水面渐渐下降，问水面下降到离泵中心轴线几米处，泵开始发生气蚀？

5用离心泵从真空度为360mmHg的储槽往高位反应器内输送液体,所选泵的必需气蚀余量为4.5m,液体的密度为900kg/m3,输送温度下液体的饱和蒸汽压为200mmHg,吸入管路的流动阻力损失为0.2m..求泵的安装位置,若储槽为敞口,则泵的安装位置又如何?

第三章固液提取作业

1.含有可浸出成分20%的某药材200kg，采用单级多次浸提，第一次加入溶剂1200kg，每次全部分离药材外的浸液，从第二次提取开始，每次加入的新溶剂量与上次全部分离的浸液量相等。

设药材中所剩余的溶液量约为药材初始量的1.5倍，试求浸提一次和浸提三次后药材中所剩余的可浸出成分的量。

2.含有可浸出成分15%的某药材100kg，采用单级多次浸提，第一次加入溶剂与药材初始量之比为14：

1，全部分离药材外的浸液，第二次加入的新溶剂量与药材初始量之比为12：

1。

设药材中所剩余的溶液量约为药材初始量的2倍，试求浸提两次后药材中所剩余的可浸出成分的量。

3.采用单级多次浸提，第一次加入溶剂与药材初始量之比为8：

1，每次全部分离药材外的浸液，从第二次提取开始，每次加入的新溶剂量与药材初始量之比为6：

1。

设药材中所剩余的溶液量约为药材初始量的2倍，试求经三次浸提后可浸出成分的总浸提率。

4.含有可浸出成分25%的某药材150kg，采用单级多次浸提，第一次加入溶剂与药材初始量之比为10：

1，每次全部分离药材外的浸液，从第二次提取开始，每次加入的新溶剂量与药材初始量之比为8：

1。

设药材中所剩余的溶液量约为药材初始量的2倍，试求经三次浸提每次浸提后可浸出成分的浸提总量和总浸提率。

5.某药材200kg，可浸出成分含量占药材的20%，用某种溶剂进行单级浸提。

当可浸出成分含量的总浸提率约为0.972时，需浸提二次，每次可以全部分离药材外的浸液，第二次提取加入的新溶剂量与上次全部分离的浸液量相等，药材中所剩余的溶液量约为药材初始量的1.5倍，试估算浸提溶剂的消耗量及经两次浸提后可浸出成分的浸提总量。

第四章过滤与沉降作业

1．用小型板框压滤机对某种滤浆进行恒压过滤实验，测得数据列于下表：

过滤时间t（s）

0

12．3

30．2

53．7

83．0

117．9

滤液体积v

（1）

0

1．0

2．0

3．0

4．0

5．0

过滤推动力为0.2MPa,过滤面积为0.1m2,试求恒压过滤方程式（q+qe）2=K（t+te）中的过滤常数k.qe.te。

2．在恒压下对某种悬浮液进行过滤，过滤机过滤面积为0.6m2，过滤10分钟得滤液0.12m3,再过滤10分钟又得滤液0.06m3，如果继续过滤10分钟，可再得多少滤液？

3．于0.4MPa（表压）恒压下测得某悬浮液的过滤常数K=5.1×10-5m2/s

qe=0.012m3/m2，又测得滤饼体积与滤液体积之比v为0.03m3/m3,现拟用一台BAS20/528-25型板框压滤机处理这种悬浮液,所用滤布及操作条件与实验时相同。

（1）试计算滤框充满滤饼时的过滤时间及获得的滤液量；

（2）若滤饼不需洗涤，每次卸渣、重装等辅助操作需10mim，试计算此板框压滤机的生产能力（滤液是产品）；

（3）若每次过滤完毕用相当于滤液体积1/10的清水洗涤滤饼，洗水粘度与滤液相同，过滤推动力不变，求洗涤滤饼所需时间及这台板框压滤机的生产能力；

4．用间歇式过滤机进行恒压过滤操作，测得过滤常数k=4.18×10-5m2/s,qe=0.026m3/m2,在同样条件下进行生产,每一循环的过滤时间为45mim,其他辅助时间为15mim,要求生产能力为6m3/h.试计算:

（1）所需过滤面积；

（2）若采用滤框尺寸为528×528×25mm的板框压滤机,需要多少个滤板?

5.用转筒真空过滤机处理某种滤浆,滤液是产品,转筒转速为n=1r/mim时,生产能力为4m3/h,现要求将生产能力提高至6m3/h,应将转速调整为每分钟几转?

6．计算直径为30μm,比重2600kg/m3的球形石英颗粒在20℃水中及20℃空气中的自由沉降速度。

7．20℃时粘度为1.260Pa·s、密度为1050kg/m3的甘油一水混合液作分散介质制备灰黄霉素混悬液，灰黄霉素密度为1300kg/m3,要求混悬液中灰黄霉素颗粒的沉降速度小于1×10-6m/s,试计算此混悬液中灰黄霉素颗粒的粒径应不大于多少微米。

8．用落球法测定密度为1280kg/m3的液体药剂的粘度。

在一容器中盛有高度300mm的待测液体药剂，钢球从液面自由降落至容器底部的时间为10.98s,已知钢球直径为6mm,钢球的密度为7900kg/m3,试计算这种液体药剂的粘度。

第五章传热习题

1在三层平壁燃烧炉的热传导中，测得各平壁层温度分别为t1=600oC，t2=400oC，t3=200oC，t4=100oC如果各层壁面间接触良好，试求各平壁层热阻之比。

2燃烧炉的内层为耐火砖，厚度为460mm，外层为绝缘砖，厚度为230mm，炉内、外壁温分别为1200oC和100oC，假设两层接触良好，试求导热的热流密度及两层砖之间的界面温度。

已知耐火砖的导热系数λ1=1.5W/（m·oC），绝缘砖的导热系数λ2=0.15W/（m·oC）。

3燃烧炉的平壁由三层组成，其厚度和导热系数列于本题附表中。

习题3附表

序号

材料

厚度b

（mm）

导热系数λ

W/（m·oC）

1内层

2

3

耐火砖

绝缘砖

普通砖

200

100

10

1.05

0.15

45

若耐火砖层内表面温度为t1=1150oC，钢板外表面温度为t4=30oC，测得通过炉壁的热损失为300W/m2，试计算单位面积的热损失.。

若计算结果与实测结果不符，试计算附加热阻，并分析其原因。

4为了减少热损失，在外径为150mm的蒸气管道外包扎一层保温材料，蒸气管道外壁温度为400oC，保温层外表面温度不大于40oC。

如果采用水泥硅石制品作为保温材料，其导热系数为0.144W/（m·oC），要求每密长管道的热损失Q/L控制在460W/m之下，试求保温层的厚度。

5在下列各种列管式换热器中，热流体在壳方流动，其进出口温度分别为90oC和70oC，冷流体在管内流动，并由20oC加热到60oC，试求下面各种情况下的平均温度差。

（1）壳方和管方均为单程的换热器。

设两流体呈并流流动。

（2）壳方和管方均为单程的换热器。

设两流体呈逆流流动。

（3）壳方和管方分别为单程和四程的换热器。

（4）壳方和管方分别为双程和四程的换热器。

6在单壳程四管程的换热器中，用初温为15oC的水将质量流量为1.25kg/s、平均比热容为1.9kJ/（kg·oC）的液体由100oC冷却到40oC，水的出口温度为30oC，水在管方流动。

若换热器总的传热系数为420W/（m2·oC），求换热器的面积。

7水在φ48×3mm的不锈钢套管换热气内管流动并被加热,水的流速为0.5m/s,水在进口管的温度为20℃,出口管的温度为70℃,试求管壁对水的给热系数.

8在逆流换热器中,用初温为20℃的水将1.25kg/s的液体（定压比热容为1.9kJ/kg.℃,密度为850kg/m3）由80℃冷却到30℃,换热器列管直径为φ25×2.5mm,水走管内,水侧和液体侧的对流给热系数分别为0.85和1.70kw/m2.℃,忽略污垢热阻,若水的出口温度不能高于50℃,求换热器的传热面积.

9若要在管内将500kg/h的溶液（比热为21kJ/kg.℃）从293K加热到333K,用常压蒸汽加热,加热管子为φ38×2.5mm的钢管,（导热系数为49W/m.℃）,溶液的给热系数为1000W/m.℃,蒸汽的给热系数为60000W/m.℃,则加热管必要的长度为多少?

10用初温30℃的冷却水将流速15kg/s的某溶液从80℃冷却到40℃,冷却水出口温度为35℃,已知溶液的比热为1.63kJ/kg.℃,若忽略热损失,试求该换热器的热负荷和冷却水的用量.

第六章蒸发习题

1.有一个传热面积为10m2的单效蒸发器，传热系数为2.8KW/m2·℃，将35℃的NaOH水溶液由20%（质量百分率）浓缩到50%（质量百分率）。

估计沸点升高为8℃，原料液的比热为3.3KJ/Kg·K。

采用1.7×105Pa（绝压）的饱和蒸汽加热，蒸汽离开加热室时变为该饱和温度下的水，蒸发室内的压强为0.16×105Pa（绝压）。

忽略稀释热及热损失，试计算原料液量，完成液量，蒸发水量及加热蒸汽量。

2.在单效蒸发器中，将5%水溶液浓缩到25%，原料液流量为4000kg/h，温度为75℃，加热操作的平均压力为0.5kgf/cm2（绝压），溶液的沸点为87.5℃。

加热蒸汽的绝对压力为2kgf/cm2，蒸发器的总传热系数为1000W/m2℃，原料液的比热为4.18kJ/kg℃。

忽略稀释热及热损失，求：

蒸发水量，加热蒸汽量及传热面积。

3.用单效蒸发浓缩中药水提取液，原料进料量为1.36m3/h，其密度为1100kg/m3，要求完成液体积为0.7m3/h，密度为1300kg/m3，采用常压蒸发,沸点进料，料液沸点为102℃，加热蒸汽表压为300kN/m2，热损失为5%，蒸发器的总传热系数为2200W/m2℃。

求：

蒸发水量，加热蒸汽量及所需的传热面积。

4.在三效并流加料的蒸发器中，每小时将10000kg浓度为15%的某水溶液浓缩为45%，加热蒸汽的绝对压力为400kPa，末效冷凝器的绝对压力为20kPa，假设各效间压力降相等，估计沸点升高值一效为5℃，二效为9℃，三效为16℃，忽略末效至冷凝器间的温度损失。

求：

（1）总蒸发水量及各效蒸发水量；

（2）各效溶液的浓度；

（3）三效二次蒸汽压力；

（4）各效二次蒸汽温度；

（5）各效的平均传热温度差。

第七章蒸馏习题

1．已知某二元理想混合溶液上方易挥发组分A的气相摩尔分率为0.3，

在平衡温度下，纯组分A的饱和蒸汽压为125kPa，纯组分B的饱和蒸汽压为105kPa，求平衡时A、B组分的液相组成及总压。

2．纯苯（A）与纯甲苯（B）的饱和蒸汽压和温度的关系数据如本题附表所示：

（1）试利用拉乌尔定律和相对挥发度公式计算苯—甲苯二元理想溶液在总压101.33kPa下的气液平衡数据，并作出t-x-y图及x-y图。

（2）利用习题2做出的t-x-y图，对于易挥发组分苯的摩尔分率为0.6的过热混合蒸汽，由t-x-y图回答下列问题:

ⅰ蒸汽开始冷凝的温度及冷凝液的瞬间组成.

ⅱ若将混合蒸汽冷凝到95℃时，将成什么状态，各相的组成如何.

ⅲ蒸汽需冷却到多少度才能全部冷凝成为饱和液体，此时饱和液的瞬间组成是多少?

（3）苯和甲苯的安托因方程可表示为：

（压力单位为kPa）

试计算

（1）中各温度下的气液相平衡数据并与之比较。

习题2附表

温度℃

80.2

84.2

88.0

92.0

96.0

100.0

104.0

108.0

110.0

kPa

101.3

113.6

130.0

143.7

160.5

179.2

199.3

221.2

233.0

kPa

40.0

44.4

50.6

57.6

65.7

74.5

83.3

93.9

101.3

3一精馏塔分离某一甲苯溶液,已知精馏塔塔顶温度为82℃，塔顶使用全凝器时，其馏出液中苯的摩尔分离为0.95，甲苯的摩尔分率为0.05，求该塔的操作压强（利用习题4的安托因方程计算）。

4在一精馏塔中分离二元混合物cs2—ccl4,原料液流量为1000kg/h，易挥发组分cs2的摩尔分率为0.6，若要求塔釜馏出液中cs2的摩尔分率不大于0.1，塔顶馏出液中cs2的回收率为95%，求塔顶和塔釜馏出液的组成及流量。

5一连续精馏塔内分离苯—甲苯二元混合溶液，原料液的流量为60kmol/h，组成为0.45（摩尔分率，下同），塔顶馏出液中苯的组成为0.95，要求釜液中含苯不高于0.055.

（1）试计算苯的回收率及塔釜、塔顶馏出液的流量。

（2）若进料为泡点进料，选用的回流比为2.0，试求精馏段与提馏段的操作线方程。

6在连续精馏塔内分离某二元理想溶液，原料液流量为1000kmol/h，进料温度为400C,进料组成下的泡点温度为900C,汽化热为356kJ/kg,原料液定压比热容为1.84kJ/kg.0C，若该条件下操作线方程为:

精馏段：

y=0.76x+0.23；提馏段：

y=1.2x-0.02

试求：

（1）塔顶、塔釜馏出液流量及组成.

（2）塔顶流出液中易挥发组分的回收率.

7在一连续精馏塔内分离某二元混合物，塔顶馏出液的浓度为0.94，釜液浓度为0.04（均为摩尔分率），该塔的q线方程为：

y=5x-1.5，采用R=1.3Rmin操作，混合液在本题条件下的相对挥发度为2，

试求：

（1）精馏段操作线方程

（2）提馏段操作线方程

8在精馏塔中分离苯—甲苯混合液，进料组成为0.35，要求塔顶产品浓度为0.9，塔釜残液浓度为0.1（以上均为摩尔分率），原料液泡点进料，塔顶采用全凝器，塔釜采用间接蒸气加热，回流比取最小回流比的1.6倍，已知操作条件下物系的相对挥发度为2.5。

（1）试用逐板计算法求所需理论板数及加料板位置。

（2）试用图解法求出所需的理论板数及加料板位置（苯—甲苯的x-y图如习题2作图结果）

（3）试用简捷法计算所需理论板数及加料板位置。

9在连续精馏操作中，已知精馏塔精馏段操作线方程为y=0.78x+0.2，q线方程为y=-0,45x+0.6，试求:

（1）进料热状态参数q及原料组成xF

（2）精馏段及提馏段两操作线交点坐标

10在连续精馏塔内分离某二元理想溶液，进料温度为600C（该温度下q取1.1）,若该条件下操作线方程为:

精馏段：

y=0.6x+0.39；提馏段：

y=1.5x-0.03

试求：

（1）回流比

（2）塔顶馏出液、塔釜馏出液及进料的摩尔分率组成.

11在连续精馏塔中分离某易挥发组成为0.5（摩尔分率，下同）的二元理想溶液，原料液泡点进料，塔顶采用分凝器和全凝器（分凝器相当一层理论板），分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.89，全凝器提供组成为0.96的合格产品，塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为96%，若已知塔顶第一层板的液相组成为0.8，求该塔的操作回流比与最小回流比。

12将某二元理想混合溶液在精馏塔中分离，该混合液相对挥发度为3，组成为0.5（摩尔分率）,于泡点下进料，要求馏出液中易挥发组成不小于0.95，残液中易挥发组成不大于0.05，试求:

（1）每获得1kmol馏出液时原料液用量

（2）若回流比为2，它相当于最小回流比的若干倍

（3）回流比为2时，精馏段所需理论板数

第八章干燥习题

1．湿空气的总压为100kPa，试计算；

（1）干球温度为36℃，相对湿度为68％时，湿空气的比焓h和湿度H。

（2）已知湿空气中水蒸气分压为10kPa，求湿空气在80℃的湿度H和相对湿度φ。

2．已知空气的总压为101.3kPa，温度为80℃，相对湿度为30％，试计算：

（1）空气的湿度H和饱和湿度HS；

（2）空气的露点td；

（3）空气的比体积vH、比热容cH和比焓h；

（4）空气中水蒸气的分压pv。

3．已知湿空气的总压为101.33kPa，干球温度为70℃，湿球温度为40℃,试计算：

（1）空气的湿度H；

（2）空气中水蒸气的分压pv及相对湿度ψ；

（3）空气的露点td及绝热饱和温度tas；

（4）空气的比焓h；

（5）空气的比体积vH。

4．运用空气的h-H图填充下表：

干球温度

℃

湿球温度

℃

湿度

kg水/kg干空气

相对湿度

％

比焓

kJ/kg干空气

水蒸气分压

kPa

露　点

℃

６0

５0

４0

70

５０

0.06

６0

240

9.5

２0

5．常压101.3kPa时，将干球温度为20℃，湿球温度为16℃的湿空气送入预热器，预热至80℃进入干燥器，若空气在干燥器中经过等焓干燥过程后，离开干燥器时的相对湿度测得为85％，试求：

（1）原空气的湿度、水蒸气分压、相对湿度、比焓、露点；

（2）进入干燥器空气的湿度、相对湿度、比焓；

（3）离开干燥器空气的干球温度、湿度、露点、比焓o；

（4）预热100m3的原空气，需多少热量？

已知1m3原空气中含1.185kg干空气。

（5）100m3的原空气在干燥中能带走多少水分？

6．常压101.3kPa时，将干球温度为20℃，湿球温度为15℃的湿空气送入预热器，预热至80℃进入干燥器，若空气在干燥器中经过等焓干燥过程后，离开干燥器时干球温度为65℃，试求：

（1）原空气的湿度、比焓；

（2）进入干燥器空气的湿度、比焓；

（3）离开干燥器空气的湿度、比焓o；

7．常压干燥器中，将某物料从含水量15％干燥至2％（均为湿基含水量），干燥器的生产能力为600kg干物料/h。

已知湿空气进入预热器的干球温度为20℃，湿球温度为15℃，进入干燥器的温度为125℃，出干燥器的温度为55℃，湿球温度为45℃。

试求：

（1）干空气的消耗量；

（2）水分蒸发量；

（3）如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量；

（4）离开干燥器的空气的湿度；

（5）预热器所需之热量（预热器的热损失可忽略不计）。

8．已知某药物临界含水量为0.15kg水/kg干物料，平衡含水量为0.05kg水/kg干物料。

于恒定干燥条件下，将物料由0.35kg水/kg干物料干燥至0.19kg水/kg干物料，历时4小时，问继续干燥至0.07kg水/kg干物料，共需多少小时。