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化工原理上册.doc

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上传者: mao云灰 2017-09-05 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《化工原理上册doc》,可适用于表格/模板领域,主题内容包含作业题【】从基本单位换算入手将下列物理量的单位换算为SI制。()时水的粘度μ=g(cms)()某物质的比热容CP=BTU(lbF)()密度ρ=kgf符等。

作业题【】从基本单位换算入手将下列物理量的单位换算为SI制。()时水的粘度μ=g(cms)()某物质的比热容CP=BTU(lbF)()密度ρ=kgfsm()传热系数KG=kmol(mhatm)()表面张力σ=dyncm()导热系数λ=kcal(mh)答:μ=PasCP=kJ(kg)ρ=kgmKG=kmol(mskPa)σ=Nmλ=W(m)【】清水在圆管内对管壁的强制湍流对流传热系数随温度的变化可用下面经验公式表示即:α=(+T)ud式中α――对流传热系数BTU(fthF)T――热力学温度Ku――水的流速ftsd――圆管内径in。试将式中各物理量的单位换算为SI制即α为W(mK)T为Ku为msd为m。答:α=(+T)ud流体静力学基本方程式.在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为kgm的油品油面高于罐底m油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为mm的圆孔其中心距罐底mm孔盖用mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为Pa问至少需要几个螺钉?答:至少要个.某流化床反应器上装有两个U管压差计如本题附图所示。测得R=mmR=mm指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水其高度R=mm。试求A、B两处的表压强。答:PA=Pa(表压)PB=Pa本题附图为远距离测量控制装置用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H=mU管压差计的指示液为水银煤油的密度为kgm。试求当压差计读数R=mm时相界面与油层的吹气管出口距离h。答:h=m用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽压U管压差计的指示液为水银两U管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为:h=m、h=m、h=m及h=m。锅中水面与基准面间的垂直距离h=m。大气压强Pa=Pa。试求锅炉上方水蒸气的压强P。(分别以Pa和kgfcm来计量)。答:P=Pa=kgfcm流体在管内的流动.列管换热器的管束由根φmm的钢管组成。空气以ms速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为、压强为Pa(表压)当地大气压为Pa。试求:()空气的质量流量()操作条件下空气的体积流量()将()的计算结果换算为标准状况下空气的体积流量。答:()kgs()ms()ms.高位槽内的水面高于地面m水从mm的管道中流出管路出口高于地面m。在本题特定条件下水流经系统的能量损失可按Σhf=u计算其中u为水在管内的流速ms。试计算:()AA’截面处水的流速()水的流量以mh计。答:()ms()mh.的水以ms的流速流经φ的水平管此管以锥形管与另一mm的水平管相连。如本题附图所示在锥形管两侧A、B处各插一垂直玻璃管以面察两截面的压强。若水流经A、B两截面间的能量损失为Jkg求两玻璃管的水面差(以mm计)并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。答:mm.用离心泵把的水从贮槽送至水洗塔顶部槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为φmm在操作条件下泵入口处真空表的读数为Pa水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的能量损失可分别按Σhf,=u与Σhf,=u计算由于管径不变故式中u为吸入或排出管的流速ms。排水管与喷头连接处的压强为Pa(表压)。试求泵的有效功率。答Ne=kW流体的流动现象本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为kgm循环量为mh。管路的直径相同盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为Jkg由B流至A的能量损失为Jkg试计算:()若泵的效率为%时泵的轴功率为若干kW?()若A处的压强表读数为若干Pa?答:()kW()Pa(表压)在实验室中用玻璃管输送的%醋酸。管内径为cm流量为kgmin。用SI和物理单位各算一次雷诺准数并指出流型。答:Re=用压缩空气将密度为kgm的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽两槽的液面维持恒定。管路直径均为φmm其它尺寸见本题附图。各管段的能量损失为。两压差计中的指示液均为水银。试求当R=mmh=mm时:()压缩空气的压强p为若干?()U管压差计读数R为多少?答:()Pa(表压)()mm(提示:U形管压差计读数R表示了BC段的能量损失即)流体在直管内的流动阻力在本题附图所示的实验装置中于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计以测R为mm。粗、细管的量两截面之间的压强差。当水的流量为kgh时U管压差计读数直径分别为mm与φmm。计算:()kg水流经两截面间的能量损失()与该能量损失相当的压强降为若干Pa?答:()Jkg()Pa密度为kgm、粘度为Pas的液体在内径为mm的钢管内流动溶液的流速为ms。试计算:()雷诺准数并指出属于何种流型()局部速度等于平均速度处与管轴的距离()该管路为水平管若上游压强为Pa液体流经多长的管子其压强才下降到Pa?答:()()mm()m每小时将kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽(见本题附图)。反应器液面上方保持Pa的真空度高位槽液面上方为大气压强。管道为φmm的钢管总长为m管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计(局部阻力系数为)、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为m。若泵的效率为求泵的轴功率。溶液的密度为kgm粘度为Pas。管壁绝对粗糙度ε可取为mm。答:kW从设备送出的废气中含有少量可溶物质在放空之前令其通过一个洗涤器以回收这h(在操作条件下)其物理性质与些物质进行综合利用并避免环境污染。气体流量为m的空气基本相同。如本题附图所示气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计其读数为mm。输入管与放空管的内径均为mm管长与管件、阀门的当量长度之和为m(不包括进、出塔及管出口阻力)放空口与鼓风机进口的垂直距离为m已估计气体通过塔内填料层的压强降为Pa。管壁的绝对粗糙度ε可取为mm大气压强为Pa。求鼓风机的有效功率。答:kW管路计算.的水以Lmin的流量过一根长为m的水平管管壁的绝对粗糙度为mm。有m的压头可供克服流动的摩擦阻力试求管径的最小尺寸。答:mrn.在两座尺寸相同的吸收塔内各填充不同的填料并以相同的管路并联组合。每条管上均装有闸阀两支路的管长均为m(包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度)管内u与u式中u为气体在管内的流速ms。径为mm。通过填料层的能量损失可分别折算为气体在支管内流动的摩擦系数λ=。管路的气体总流量为ms。试求()当两阀全开时两塔的通气量()附图中AB的能量损失。答:()V=sV=mh()Jss.用离心泵将C水经总管分别送至A、B容器内总管流量为mh总管直径为φmm。原出口压强表读数为Pa容器B内水面上方表压为kgfcm。总管的流动阻力可忽略各设备间的相对位置如本题附图所示。试求:()离心泵的有效压头H()e两支管的压头损失。答()m()mm.用效率为的齿轮泵将粘稠的液体从敞口槽送至密闭容器内两者液面均维持恒Pa。用旁路调节流量其流程如本题附图所示。主管流量定容器顶部压强表的读数为为mh管径为φmm管长为m(包括所有局部阻力的当量长度)。旁路的流量为mh管径为φmm管长为m(包括除了阀门外的所有局部阻力的当量长度)。两管路的流型相同忽略贮槽液面至分支点O之间的能量损失。被输送液体的粘度为mPas密度为kgm。试计算()泵的轴功率()旁路阀门的阻力系数。答:()kW()流量测量.在φmm的管路上装有标准孔板流量计孔板的孔径为mm管中流动的是的甲苯采用角接取压法用U管压差计测量孔板两测的压强差以水银为指示液测压连接管中充满甲苯。现测得U管压差计的读数为mm试计算管中甲苯的流量为若干kgh?答:kgh.用φmm的钢管输送的热水(其饱和蒸汽压为kPa、密度为kgm、粘度为mPas)管路中装一标准孔板流量计用U形管汞柱压差计测压强差(角接取压法)要求水的流量范围是~mh孔板上游压强为kPa(表压)。试计算:()U形管压差计的最大量程Rmax()孔径d()为克服孔板永久压强降所消耗的功率。当地大气压强为kPa。答:()m()d=mm()Ne=W.某转子流量计出厂时用标准状况下的空气进行标定其刻度范围~mh试计算:()用该流量计测定的CO流量其体积流量范围为若干?()用该流量计测定的NH气流量其体积流量范围为若干?()现欲将CO的测量上限保持在mh应对转子作何简单加工?当地的大气压为kPa。答:()~mh()~mh()顶端面积削小使AR=AR知识点离心泵的工作原理及性能参数【】在用水测定离心泵性能的实验中当流量为mh时离心泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为kPa和kPa轴功率为kW转速为rmin。若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为m泵的进、出口管径相同两测压口间管路流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率并列出该效率下泵的性能。答:泵的效率为%其它性能略【】如本题附图所示的输水系统管路直径为φmm当流量为mh时吸入管路的能量损失为Jkg排出管路的压头损失为m压强表读数为kPa吸入管轴线到U形管汞面的垂直距离h=m当地大气压强为kPa试计算:()泵的升扬高度与扬程()泵的轴功率(η=)()泵吸入口压差计读数R。Z=m,H=m()N=kW()R=m答:()Δ离心泵在管路中的运行【】用某离心泵以mh的流量将贮水池中的热水输送到凉水塔顶并经喷头喷出而落入凉水池中以达到冷却的目的。已知在进水喷头之前需要维持kPa的表压强喷头入口较热水池水面高m。吸入管路和排出管路中压头损失分别为m和m管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵并确定泵的安装高度。当地大气压按kPa计。答:泵的型号为IS型(n=rmin)或B型水泵安装高度约为m【】常压贮槽内盛有石油产品其密度为kgm粘度小于cSt在贮存条件下饱和蒸汽压为kPa现拟用YB型油泵将此油品以mh的流量送往表压为kPa的设备内。贮槽液面恒定设备的油品入口比贮槽液面高m吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为m和m。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下m处问此泵能否正常操作?当地大气压按kPa计。答:合用能正常操作【】欲用例附图所示的管路系统测定离心泵的汽蚀性能参数则需要在泵的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度可使吸入管阻力增大而管内流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为mm排出管直径为mm孔板流量计孔口直径为mm测得流量计压差计读数为mHg吸入口真空表读数为mmHg时离心泵恰发生汽蚀现象试求该流量下泵的允许汽蚀余量和允许吸上真空度。已知水温为当地大气压为mmHg。NSPH=m允许吸上真空度为m答:【】用水对某离心泵做实验得到下列各实验数据:Q(Lmin)Hm若泵送液体的管路系统:管径为¢mm、长为m(包括局部阻力的当量长度)吸入和排出空间为常压设备两者液面间垂直距离为m摩擦系数可取为。试求该泵在运转时的流量。若排出空间为密闭容器其内表压为kPa再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水的相似。答:泵的流量分别为LminLmin【】用两台离心泵从水池向高位槽送水单台泵的特性曲线方程为H=Q,管路特性曲线方程可近似表示为He=Q,两式中Q的单位为msH的单位为m。e试问两泵如何组合才能使输液量大?(输水过程为定态流动)答:并联组合输送量大Q=ms其它流体输送机械【】现采用一台三效单动往复泵将敞口贮罐中密度为kgm的液体输送到表压力为kPa的塔内贮罐液面比塔入口低m管路系统的总压头损失为m。已知泵的活塞直径为mm冲程为mm往复次数为min泵的总效率和容积效率分别为和。试求泵的实际流量、压头和轴功率。minH=mN=kW答:Q=m【】已知空气的最大输送量为kgh在最大风量下输送系统所需的风压为Pa(以风机进口状态计)。由于工艺条件的要求风机进口与温度为、真空度为Pa的设备连接。试选合适的离心通风机。当地大气压力为kPa。答:通风机型号为Noc【】的空气直接由大气进入风机再通过内径为mm的水平管道送到炉底炉底的表压为kPa。空气输送量为mh(进口状态计)管长为mm(包括局部阻力的当量长度)管壁的绝对粗糙度可取为mm。现库存一台离心通风机其性能如下表所示。核算此风机是否合用?当地大气压为kPa。转速(rmin)风压Pa风量(mh)答:合用【】某单级双缸双动空气压缩机活塞直径为mm冲程为mm往复次数为min。压缩机的吸气压力为Pa排气压力为Pa。试计算该压缩机的排气量和轴功率。假设气缸的余隙系数为%排气系数为容积系数的%绝热总效率为。空气的绝热指数为。答:V=mminN=kWmin【】用三级压缩将的空气从kPa压缩到Pa设中间冷却器能把送到后一级的空气冷却到各级压缩比相等。试求:()在各级的活塞冲程及往复次数相同情况下各级气缸直径的比。()三级压缩所消耗的理论功(按绝热过程考虑空气绝热指数为并以kg计)。W=kJ答:各级气缸直径比为::颗粒及颗粒床层的特性.取颗粒试样g作筛分分析所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第、列筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第列试求颗粒群的平均直径。答:d=a习题附表筛号筛孔尺寸,mm截流量,g筛号筛孔尺寸,mm截流量,g共计-.在截面积为m的圆筒中分段填充直径分别为mm及mm的球形颗粒各m高的空气从下向上通过固定床层空塔速度为ms。假设床层空间均匀分割成边长等于球粒直径的方格每一方格放置一个球粒试计算:()两段床层的空隙率ε和比表面积ab()空气流经整个床层的压降,Pa。答:()ε=a=mma=mm==Pab细b粗沉降分离的球形石英颗粒在空气中自由沉降计算服从斯托克斯公式的.密度为kgm最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。答:d=μmd=μmmaxmin.在底面积为m的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为mh固体的密度ρ=kgm,操作条件下气体的密度ρ=kgm粘度为Pas。试求理论s上能完全除去的最小颗粒直径。答:d=μm.用一多层除尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为m密度为kgm。除尘室长m宽m高m气体温度为粘度为Pas密度为kgm。若每小时的炉气量为标准m试确定降尘室内隔板的间距及层数。答:h=mmn=.已知含尘气体中尘粒的密度为kgm气体流量为mh、粘度为Pas、密度为kgm采用如图所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为m试估算其临界粒径、分割粒径及压力降。答:d=μmd=μmΔp=Pac.某旋风分离器出口气体含尘量为kg标准m气体流量为标准mh每小时捕集下来的灰尘量为kg。出口气体中的灰尘粒度分布及捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列于本题附表中:习题附表粒径范围μm~~~~~~>在出口灰尘中所占地质量分率,在捕集的灰尘中所占地质量分率,d~η曲ip,i试求:()除尘效率()绘出该旋风分离器的粒级效率曲线。(提示:作线)答:()η=%()略过滤分离.在实验室用一片过滤面积为m的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验滤叶内部真空度为mmHg。过滤min得滤液L。若再过滤min可得滤液多少?答:可再得滤液L.以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验测得数据列于本题附表中:已知过滤面积为m试求:()过滤压力差kPa时的过滤常数K、q及()e滤饼的压缩性指数s()若滤布阻力不变试写出此滤浆在过滤压力差kPa时的过滤方程式。习题附表过滤压强差ΔpkPa过滤时间θs滤液体积VmK=msq=mmθ=s()s=()过ee答:()滤方程式为:(q)=(θ).用一台BMS型板框压滤机过滤某悬浮液悬浮液中固相质量分率为固相密度为kgm液相为水。每m滤饼中含kg水其余全为固相。已知操作条件下的过滤常数K=msq=mm滤框尺寸为共个框。试求:e()过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得的滤液体积()过滤完毕用m清水洗涤滤饼求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同。答:()θ=sV=m()θ=sW.在Pa的压力差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验测得过滤常数K=msq=mm又测得滤饼体积与滤液体积之比υ=。现拟用有个框的eBMS型板框压滤机处理此料浆过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同。试求:()过滤至框内全部充满滤渣所需的时间()过滤完毕以相当于滤液量的清水进行洗涤求洗涤时间()若每次卸渣、重装等全部辅助操作时间共需min求每台过滤机的生产能力(以每小时平均可得多少m滤饼计)。答:()θ=s()θ=s()V=m(滤饼)hW.某悬浮液中固相质量分率为固相密度为kgm液相为水。在一小型压滤机中测得此悬浮液的物料特性常数k=m(satm)。滤饼的空隙率为。现采用一台GP型转筒真空过滤机进行生产(此过滤机的转鼓直径为m长度为m过滤面积为m浸没角为º转速为rmin)操作真空度为kPa。已知滤饼不可压缩过滤介质阻力可以忽略。试求此过滤机的生产能力及滤饼厚度。答:Q=mh滤饼厚度b=mm.用板框过滤机在恒压差下过滤某种悬浮液滤框边长为m已测得操作条件下的有关参数为:K=msq=mmυ=mm。滤饼不要求洗涤。其它辅助时间为emin要求过滤机的生产能力为mh试计算:()至少需要几个滤框n?()框的厚度L。答:()取框()L=mm固体流态化技术.已知苯酐生产的催化剂用量为kg床径为m进入设备的气速为ms。采用侧缝锥帽型分布板求分布板的开孔率。气体密度为kgm答:开孔率为取阻力系数ζ=.平均粒径为mm的氯化钾球形颗粒在单层圆筒形流化床干燥器中进行流化干燥。固相密度ρ=kgm。取流化速度为颗粒带出速度的试求适宜的流化速度和流化数。干燥介s质可按的常压空气查取物性参数。答:u=msuu=tmf热传导平壁燃烧炉的平壁由三种材料构成。最内层为耐火砖厚度为mm中间层为绝缘砖厚度为mm最外层为普通砖厚度为mm。已知炉内、外表面温度为和试求耐火砖和绝热砖间以及绝热砖和普通砖间界面的温度。假设各层接触良好。直径为φmm的钢管用mm厚的软木包扎其外又用mm厚的保温灰包扎以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为绝热层外表面温度为。软木和保温灰的导热系数分别为和W(m)试求每米管长的冷损失量。蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将两层材料互换位置而假定其它条件不变试问每米管长的热损失将改变多少?说明在本题情况下哪一种材料包扎在内层较为合适?-传热过程计算在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为φmm的钢管其导热系数为W(m)。冷却水在管程流动其对流传热系数为W(m)热空气在壳程流动其对流传热系数为W(m)。试求基于管外表面积的总传热系数以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。在一传热面积为m的平板式换热器中用水冷却某种溶液两流体呈逆流流动。冷却水的流量为kgh其温度由升高到。溶液温度由降至。若换热器清洗后在冷、热流体量和进口温度不变的情况下冷却水的出口温度升至试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设:()两种情况下冷、热流体的物性可视为不变水的平均比热容为kJ(kg)()两种情况下αi、αo分别相同()忽略壁面热阻和热损失。在套管换热器中用水冷却油油和水呈并流流动。已知油的进、出口温度分别为和冷却水的进、出口温度分别为和。现因工艺条件变动要求油的出口温度降至而油和水的流量、进口的温度均不变。若原换热器的管长为m试求将此换热器管长增至若干米后才能满足要求。设换热器的热损失可忽略在本题所涉及的温度范围内油和水的比热容为常数。冷、热流体在一管壳式换热器中呈并流流动其初温分别为和终温分别为和。若维持冷、热流体的初温和流量不变而将流动改为逆流试求此时平均温度差及冷、热流体的终温。设换热器的热损失可忽略在本题所涉及的温度范围内冷、热流体的比热容为常数。在一管壳式换热器中用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的体积流量为mh常压下苯的沸点为气化潜热为kJkg。冷却水的入口温度为流量为kgh水的平均比热容为kJ(kg)。总传热系数为W(m)。设换热器的热损失可忽略试计算所需的传热面积。在一传热面积为m的单程管壳式换热器中用水冷却某种有机物。冷却水的流量为kgh其温度由升至平均比热容为kJ(kg)。有机物的温度由降至平均比热容为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核算该换热器的总传热系数并计算该有机物的处理量。某生产过程中需用冷却水将油从冷却至。已知油的流量为kgh水的初温为流量为kgh。现有一传热面积为m的套管式换热器问在下列两种流动型式下换热器能否满足要求:()两流体呈逆流流动()两流体呈并流流动。设换热器的总传热系数在两种情况下相同为W(m)油的平均比热容为kJ(kg)水的平均比热容为kJ(kg)。热损失可忽略。-对流传热系数关联式在一逆流套管换热器中冷、热流体进行热交换。两流体进、出口温度分别为t=、t=T=、T=。当冷流体流量增加一倍时试求两流体的出口温度和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数不变换热器热损失可忽略。试用因次分析法推导壁面和流体间自然对流传热系数α的准数方程式。已知α为下列变量的函数:一定流量的空气在蒸汽加热器中从加热到。空气在换热器的管内湍流流动。压强为kPa的饱和蒸汽在管外冷凝。现因生产要求空气流量增加%而空气的进出口温度不变试问应采取什么措施才能完成任务并作出定量计算。假设管壁和污垢热阻可忽略。常压下温度为的甲烷以ms的平均速度在列管换热器的管间沿轴向流动离开换热器时甲烷温度为换热器外壳内径为mm管束由根ф的钢管组成试求甲烷对管壁的对流传热系数。温度为的甲苯以kgh的流量流过直径为фmm、弯曲半径为m的蛇管换热器而被冷却至试求甲苯对蛇管的对流传热系数。流量为kgh的常压饱和蒸汽在直立的列管换热器的列管外冷凝。换热器的列管直径为фmm长为m。列管外壁面温度为。试按冷凝要求估算列管的根数(假设列管内侧可满足要求)。换热器的热损失可以忽略。实验测定列管换热器的总传热系数时水在换热器的列管内作湍流流动管外为饱和蒸汽冷凝。列管由直径为фmm的钢管组成。当水的流速为ms时测得基于管外表面积的总传热系数为W(m)若其它条件不变而水的速度变为ms时测得系数为W(m)。试求蒸汽冷凝的传热系数。假设污垢热阻可忽略。-辐射传热两平行的大平板在空气中相距mm一平板的黑度为温度为K另一平板的黑度为、温度为K。若将第一板加涂层使其黑度为试计算由此引起的传热通量改变的百分率。假设两板间对流传热可以忽略。在фmm的蒸汽管道外包扎一层导热系数为w(m。)的保温材料管内饱和蒸汽温度为保温层外表面温度不超过周围环境温度为试估算保温层的厚度。假设管内冷凝传热和管壁热传导热阻均可忽略。-换热器某炼油厂拟采用管壳式换热器将柴油从冷却至。柴油的流量为kgh。冷却介质采用的循环水。要求换热器的管程和壳程压降不大于kPa试选择适宜型号的管壳式换热器。用一单效蒸发器将kgh的NaOH水溶液由(质量)浓缩至(质量)。已知加热蒸汽压力为kPa(绝压)蒸发室内操作压力为kPa溶液的平均沸点为试计算两种进料状况下所需的加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量DW。()进料温度为()沸点进料。一蒸发器每小时将kgh的NaCl水溶液由(质量)浓缩至(质量)加热蒸汽压力为kPa(绝压)蒸发器操作压力为kPa(绝压)溶液的平均沸点为。已知进料温度为NaCl的比热为若浓缩热与热损失忽略试求浓缩液量及加热蒸汽消耗量。在单效蒸发器中蒸发CaCl水溶液分离室操作压力为kPa加热室内溶液的高度为m溶液的浓度为(质量)密度为kgm。试求器内溶液的平均沸点。已知的NaCl水溶液在kPa(绝压)下的沸点为在kPa(绝压)下的沸点为试利用杜林规则计算在kPa(绝压)下的沸点。某工厂临时需要将kgh的某水溶液由浓缩至沸点进料现有一传热面积为m的小型蒸发器可供使用。操作条件下的温度差损失可取为蒸发室的真空度为kPa。已知蒸发器的传热系数为W(m)热损失可以忽略。试求加热蒸汽的压力至少应为多大才能满足生产要求。当地大气压为kPa。讨论与答疑问.如图所示在两个压强不同的密闭容器AB内充满了密度为的液体两容器的上部与下部分别连接两支规格相同的U行管水银压差计连接管内充满密度为的液体。试回答:()p和p的关系MN()判断及等对应截面上的压强是否相等()两压差计读数R与H的关系。p>p。MN答:()()为等压面(连续的同一介质在同一水平面上)。()R和H相等。证明:则又则由于所以即R=H问.本题附图中所示的高位槽液面维持恒定管路中ab和cd两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路液体在流动过程中温度可视为不变。问:()液体通过ab和cd两管段的能量损失是否相等?()此两管段的压强差是否相等?并写出它们的表达式()两U管压差计的指示液相同压差计的读数是否相等?答:()由于管路及流动情况完全相同故。()两管段的压强不相等。在a、b两截面间列柏努利方程式并化简得到式中表示a、b两截面间的垂直距离(即直管长度)m。同理在c、d两截面之间列柏努利方程并化简得到()压差计读数反映了两管段的能量损失故两管段压差计的读数应相等。问.上题图示的管路上装有一个阀门如减小阀门的开度。试讨论:()液体在管内的流速及流量的变化情况()直管阻力及的变化情况()液体流经整个管路系统的能量损失情况。答:()关小阀门局部阻力加大管内流速及流量均变小。()直管阻力减小摩擦系数变大(Re变小)。()整个管路系统的能量损失不变即(包括出口阻力)问.如本题附图所示槽内水面维持不变水从B、C两支管排出各管段的直径、粗糙度阀门型号均相同但>槽内水面与两支管出口的距离均相等水在管内已达完全湍流状态。试分析:()两阀门全开时两支管的流量是否相等?()若把C支管的阀门关闭这时B支管内水的流量有何改变?()当C支管的阀门关闭时主管路A处的压强比两阀全开时是增加还是降低?答:()C支管流动阻力大管内流速及流量均小于B支管。()B支管内水的流量增大(但小于两支管均全开时的流量和)。()增加(主管能量损失及管内动能比原来减小)。问.从水塔引水至车间水塔的水位可视为不变。送水管的内径为mm管路总长为且>>流量为水塔水面与送水管出口间的垂直距离为h。今用水量增加需对送水管进行改装。()有人建议将管路换成内径为mm的管子(见附图a)。(增加)l、内径为mm的管子(见附图b)。(增加)()有人建议将管路并联一根长度为()有人建议将管路并联一根长度为l、内径为mm的管子(见附图c)。(增加)试分析这些建议的效果。假设在各种情况下摩擦系数变化不大水在管内的动能可忽略。答:()由于管径变为mm时流量为原来的倍(净增)。()并联一段等径管后流量净增(题解过程略)。()并联mm管子后流量净增。问.粘度为Pas的油品在φmm管内流动。管截面上的速度侧形可表达为:为该点的速度ms。试回答:y式中y为管截面上任一点到管壁面的径向距离mu()在管内的流型()管截面上的平均流速ms()管壁面处的剪应力答:()速度侧形为抛物线方程故管内为滞流。()管中心的最大流速为msms()Pa或Pa问.在一管路中安装一标准孔板流量计某一流量下汞柱压差计的读数为R。现拟用一喉径与孔径相同的文丘里流量计取代孔板流量计。试判断在同一流量下文丘里流量计的读数R和R的大小关系。答:R<R(C<C)。v讨论与答疑刚安装好的一台离心泵启动后出口阀已经开至最大但不见水流出试分析原因并采取措施使泵正常运行。答:原因可能有两个:其一启动前没灌泵此时应停泵、灌泵关闭出口阀后再启动。其二吸入管路被堵塞此情况下应疏通管路后灌泵关闭出口阀然后启动泵。搞清楚离心泵的气缚与汽蚀扬程与升扬高度、允许吸上真空度和允许汽蚀余量、允许吸上高度和安装高度各组概念的区别和联系。答:()气缚是指启动前没灌泵或吸入管路不严密致使泵壳内被气体占据泵虽启动但因泵的入口不能造成足够的低压从而不能吸上液体汽蚀现象则指泵在运转中入口附近某处压力低于操作条件下工作介质饱和蒸汽压导致液体汽化气泡被压缩直至破裂从而引起泵的振动、噪音、输液量下降、压头降低严重时还会使叶轮和泵壳汽蚀或裂缝。这是由于泵的安装不当造成的。()扬程又称压头是泵对N液体所提供的有效能JN而升扬高度指泵上、下游两液面的垂直高度它只是扬程中位能差一项。Hs是表示离心水泵抗汽蚀的性能参数Hs是()允许汽蚀余量(NSPH)和允许吸上真空度用于B型水泵在SI型水泵中已不再用Hs的概念它们的定义式分别为式中p大气压ap泵吸入口允许的最低压力Pap操作温度下液体的饱和蒸汽压Pavu泵吸入口液体的平均流速ms。()允许吸上高度Hg是指上游贮槽液面与泵吸入口之间允许达到的最大垂直距离m。为保证泵的正常可靠运行泵的实际安装高度要比Hg再降低(~)m。用离心泵将的清水从水池送至敞口高位槽。在一定转速下测得一组数据:流量Q压头H泵吸入真空度p泵出口压力p轴功率N。现分析改变如下某一条件试判断上面五个参数将如何变化:()将泵的出口阀开度加大()改送密度ρ’=kgm的水溶液(其它性质与水相近)()泵的转速提高%()泵的叶轮直径切割%。答:()泵出口阀开度加大Q加大H降低N增加(pp)减少()液体密度加大Q、H不变N增加(pp)增大()泵转速提高Q、H、N均加大(pp)增大(比例定律)()切削叶轮直径Q、H、N及(pp)均下降(切削定律)。一定转速下用离心泵向密闭高位槽(表压kPa)输送水溶液(ρ=kgm)出口阀门全开时管路特性方程式为H=ABQee当分别改变如下操作参数时管路特性方程式中的哪个参数将发生变化:()关小泵出口阀()改送清水(密闭高位槽压力仍为kPa)()将密闭高位槽改为常压。答:假设改变条件前后流动均在阻力平方区。()关小出口阀管路局部阻力加大式中的B变大pρ变大故式中A变大(Δz不变)()改送清水液体密度减小Δ()高位槽改为常压Δp=因而式中A变小。讨论与答疑问.影响颗粒沉降速度的因素都有哪些?答:影响颗粒沉降速度包括如下几个方面:颗粒的因素:尺寸、形状、密度、是否变形等介质的因素:流体的状态(气体还是液体)、密度、粘度等环境因素:温度(影响ρ、μ)、压力、颗粒的浓度(浓度大到一定程度使发生干扰沉降)等设备因素:体现为壁效应。问.多层沉降室和旋风分离器组设计的依据是什么?答:()多层沉降室设计的依据是沉降室生产能力的表达式即VS=blutVS与设备高度无关而只是底面积bl和ut的函数。对指定的颗粒在设备总根据此式高度不变条件下设备n层水平隔板即使底面积增加nbl倍从而使生产能力达到原来的(n+)倍。如果生产能力保持不变多层降尘室可使更小的颗粒得以分离提高除尘效率。()旋风分离组设计的依据是临界粒径定义式即当颗粒尺寸及介质被指定之后B的减小可使dc降低即分离效果提高。B和旋风分离器的直径成一定比例。在要求生产能力比较大时采用若干个小旋风分离器在保证生产能力前提下提高了除尘效果。问.若分别采用下列各项措施试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化。已知滤布阻力可以忽略滤饼不可压缩。()转筒尺寸按比例增大%。()转筒浸没度增大%。()操作真空度增大%。()转速增大%。()滤浆中固相体积分率由%增稠至%已知滤饼中固相体积分率为%。()升温使滤液粘度减小%。再分析上述各种措施的可行性。答:根据题给条件转筒真空过滤机生产能力的表达式为而A=πDL()转筒尺寸按比例增大%。新设备的过滤面积为A’=()A=A即生产能力为原来的倍净增%需要换设备。()转筒浸没度增大%即生产能力净增%。增大浸没度不利于洗涤。()操作真空度增大%增大真空度使为原来的倍则效果同加大浸没度%即生产能力提高了%。加大真空度受操作温度及原来真空度大小的制约。()滤浆中固体的体积分率由%提高至%。Xv的加大使v加大两种工况下的v分别为(a)则即生产能力(以滤液体积计)下降%()升温使粘度下降%由式a可知则即可使生产能力提高%。但温度提高将使真空度难以保持。工业生产中欲提高生产能力往往是几个方法的组合。问.何谓流化质量?提高流化质量的措施有哪些?答:流化质量是指流化床均匀的程度即气体分布和气固接触的均匀程度。提高流化质量的着眼点在于抑制聚式流化床内在不稳定性即抑制床层中空穴所引发的沟流、节涌现象。()分布板应有足够的流动阻力。一般其值绝对值不低于kPa。()设置床层的内部构件。包括挡网、挡板、垂直管束等。为减小床层的轴向温度差挡板直径应略小于设备直径使固体颗粒能够进行循环流动。()采用小粒径、宽分布的颗粒细粉能起到“润滑”作用可提高流化质量。()细颗粒高气速流化床提供气固两相较大的接触面积改善两相接触的均匀性同时高气速可减小设备尺寸。讨论与答疑答:从传热的几种形式可以看出传热速率与传热推动力成正比与传热热阻成反比该式与电学中的欧姆定律相比形式完全类似。可以利用电学中串、并联电阻的计算办法类比计算复杂导热过程的热阻。答:原则上据导热速率方程和对流传热速率方程可进行换热器的传热计算。但是采用上述方程计算冷、热流体间的传热速率时必须知道壁温而实际上壁温往往是未知的。为便于计算需避开壁温而直接用已知的冷、热流体的温度进行计算。为此需要建立以冷、热流体温度差为传热推动力的传热速率方程该方程即为总传热速率方程。总传热速率方程式是换热器传热计算的基本关系式。若以表示传热过程冷、热流体的平均温度差则积分结果可表示为用该式进行传热计算时需先计算出故此方法称为平均温度差法。传热单元数(NTU)法又称传热效率传热单元数(εNTU)法。该法在换热器的校核计算、换热器系统最优化计算方面得到了广泛的应用。例如换热器的校核计算通常是对一定尺寸和结构的换热器确定流体的出口温度。因温度为未知数若用对数平均温度差法求解就必须反复试算。此时采用εNTU法则较为简便。答:所谓换热器传热过程的强化就是力求使换热器在单位时间内、单位传热面积传递的热量尽可能增多。其意义在于:在设备投资及输送功耗一定的条件下获得较大的传热量从而增大设备容量提高劳动生产率在保证设备容量不变情况下使其结构更加紧凑减少占有空间节约材料降低成本在某种特定技术过程使某些工艺特殊要求得以实施等。传热过程的强化有以下几条途径:()增大传热面积增大传热面积可以提高换热器的传热速率。但增大传热面积不能靠增大换热器的尺寸来实现而是要从设备的结构入手提高单位体积的传热面积。工业上往往通过改进传热面的结构来实现。目前已研制出并成功使用了多种高效能传热面它不仅使传热面得到充分的扩展而且还使流体的流动和换热器的性能得到相应的改善。例如用翅(肋)片用轧制、冲压、打扁或爆炸成型等方法将传热面制造成各种凹凸形、波纹型、扁平状等将细小的金属颗粒烧结或涂敷于传热表面或填充于传热表面间以实现扩大传热面积的目的减少管子直径增加单位体积的传热面积。()增大平均温度差增大平均温度差可以提高换热器的传热效率。平均温度差的大小主要取决于两流体的温度条件和两流体在换热器中的流动型式。一般来说物料的温度由生产工艺来决定不能随意变动而加热介质或冷却介质的温度由于所选介质不同可以有很大的差异。例如在化工中常用的加热介质是饱和水蒸汽若提高蒸汽的压力就可以提高蒸汽的温度从而提高平均温度差。但需指出的是提高介质的温度必须考虑到技术上的可行性和经济上的合理性。另外采用逆流操作或增加管壳式换热器的壳程数使增大均可得到较大的平均温度差。()增大总传热系数增大总传热系数可以提高换热器的传热效率。由总传热系数的计算公式可见要提高值就必须减少各项热阻。但因各项热阻所占比例不同故应设法减少对值影响较大的热阻。一般来说在金属材料换热器中金属材料壁面较薄且导热系数高不会成为主要热阻污垢热阻是一个可变因素在换热器刚投入使用时污垢热阻很小不会成为主要矛盾但随着使用时间的加长污垢逐渐增加便可成为障碍传热的主要因素对流传热热阻经常是传热过程的主要矛盾也应是着重研究的内容。减少热阻的主要方法有:提高流体的速度增强流体的扰动在流体中加固体颗粒在气流中喷入液滴采用短管换热器防止结垢和及时清除垢层。传热过程强化但单纯追求S、Δtm及K的提高是不行的。因为所采取的强化措施往往使流动阻力增大其他方面的消耗或要求增高。因此在采取强化措施的时候要对设备结构、制造费用、动力消耗、运行维修等予以全面考虑采取经济而合理的强化方法。答:管壳式换热器又称列管式换热器是一种通用的标准换热设备。当换热管与壳体的温差较大(大于)时产生温差应力需在壳体上设置膨胀节因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。固定管板式换热器适用于两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。浮头式换热器两端管板之一不与壳体固定连接可在壳体内沿轴向自由伸缩当换热管与壳体有温差存在壳体或换热管膨胀时互不约束不会产生温差应力U型管式换热器只有一个管板换热管为U型管子两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩当壳体与U型换热管有温差时不会产生温差应力填料函式换热器管板只有一端与壳体固定连接另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。讨论与答疑通过与一般的传热过程比较简述蒸发操作的特点。蒸发操作是从溶液中分离出部分溶剂而溶液中所含溶质的数量不变因此蒸发是一个热量传递过程其传热速率是蒸发过程的控制因素。蒸发所用的设备属于热交换设备。但蒸发过程又具有其自身的特点主要表现在:()溶液沸点升高被蒸发的料液是含有非挥发性溶质的溶液由拉乌尔定律可知在相同的温度下溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸气压。换言之在相同压力下溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。因此当加热蒸汽温度一定蒸发溶液时的传热温度差要小于蒸发溶剂时的温度差。溶液的浓度越高这种影响也越显著。在进行蒸发设备的计算时必须考虑溶液沸点上升的这种影响。()物料的工艺特性蒸发过程中溶液的某些性质随着溶液的浓缩而改变。有些物料在浓缩过程中可能结垢、析出结晶或产生泡沫有些物料是热敏性的在高温下易变性或分解有些物料具有较大的腐蚀性或较高的粘度等等。因此在选择蒸发的方法和设备时必须考虑物料的这些工艺特性。()能量利用与回收蒸发时需消耗大量的加热蒸汽而溶液汽化又产生大量的二次蒸汽如何充分利用二次蒸汽的潜热提高加热蒸汽的经济程度也是蒸发器设计中的重要问题。什么是温度差损失和溶液的沸点升高?并简要分析产生的原因。蒸发计算中通常将总温度差与有效温度差的差值称为温度差损失即。亦称为溶液的沸点升高。蒸发器内溶液的沸点升高(或温度差损失)应由如下三部分组成即。()由于溶液中溶质存在引起的沸点升高由于溶液中含有不挥发性溶质阻碍了溶剂的汽化因而溶液的沸点永远高于纯水在相同压力下的沸点。溶液的沸点tB主要与溶液的种类、浓度及压力有关。()由于液柱静压头引起的沸点升高由于液层内部的压力大于液面上的压力故相应的溶液内部的沸点高于液面上的沸点tB二者之差即为液柱静压头引起的沸点升高。()由于流动阻力引起的沸点升高二次蒸汽从蒸发室流入冷凝器的过程中由于管路阻力其压力下降故蒸发器内的压力高于冷凝器内的压力。换言之蒸发器内的二次蒸汽的饱和温度高于冷凝器内的温度由此造成的沸点升高以表示。与二次蒸汽在管道中的流速、物性以及管道尺寸有关但很难定量分析一般取经验值约为~。对于多效蒸发效间的沸点升高一般取。并流加料的多效蒸发装置中一般各效的总传热系数逐效减小而蒸发量却逐效略有增加试分析原因。在多效蒸发中各效的操作压力依次降低相应地各效的加热蒸汽温度及溶液的沸点亦依次降低。因此只有当提供的新鲜加热蒸汽的压力较高或末效采用真空的条件下多效蒸发才是可行的。平流加料时溶液从压力和温度较高的蒸发器流向压力和温度较低的蒸发器故溶液在效间的输送可以利用效间的压差而不需要泵送。同时当前一效溶液流入温度和压力较低的后一效时会产生自蒸发(闪蒸)因而可以多产生一部分二次蒸汽。但是随着溶液从前一效逐效流向后面各效其浓度增高而温度反而降低致使溶液的粘度增加蒸发器的传热系数下降。多效蒸发中为什么有最佳效数?多效蒸发中随着多效蒸发效数的增加温度差损失加大。某些溶液的蒸发还可能出现总温度差损失大于或等于总温度差的极端情况此时蒸发操作则无法进行。因此多效蒸发的效数是有一定限制的。一方面随着效数的增加单位蒸汽的耗量减小操作费用降低而另一方面效数越多设备投资费也越大。而且由表可以看出尽管随效数的增加而降低但降低的幅度越来越小。因此蒸发的适宜效数应根据设备费与操作费之和为最小的原则权衡确定。通常工业多效蒸发操作的效数取决于被蒸发溶液的性质和温度差损失的大小等各种因素。每效蒸发器的有效温度差最小为~。溶液的沸点升高大采用的效数少。提高生产强度的措施有哪些?各有什么局限性?提高蒸发强度的基本途径是提高总传热系数K和传热温度差。()传热温度差的大小取决于加热蒸汽的压力和冷凝器操作压力。但加热蒸汽压力的提高常常受工厂供气条件的限制一般为~MPa有时可高到~MPa。而冷凝器中真空度的提高要考虑到造成真空的动力消耗。而且随着真空度的提高溶液的沸点降低粘度增加使得总传热系数K下降。因此冷凝器的操作真空度一般不应低于~kPa。由以上分析可知传热温度差的提高是有限制的。()提高蒸发强度的另一途径是增大总传热系数。总传热系数K取决于两侧对流传热系数和污垢热阻。蒸汽冷凝的传热系数通常总比溶液沸腾传热系数大即在总传热热阻中蒸汽冷凝侧的热阻较小但在蒸发器操作中需要及时排除蒸汽中的不凝气体否则其热阻将大大增加使总传热系数下降。管内溶液侧的沸腾传热系数是影响总传热系数的主要因素。如前所述影响的因素很多如溶液的性质、蒸发器的类型及操作条件等等。由前面介绍的沸腾传热系数的关联式可以了解影响的若干因素以便根据实际的蒸发任务选择适宜的蒸发器型式及其操作条件。管内溶液侧的污垢热阻往往是影响总传热系数的重要因素。特别当蒸发易结垢和有结晶析出的溶液时极易在传热面上形成垢层使K值急剧下降。为了减小垢层热阻通常的办法是定期清洗。此外亦可采用减小垢层热阻的其它措施。例如选用适宜的蒸发器型式(如强制循环或列文蒸发器等)在溶液中加入晶种或微量阻垢剂等等。稀释热明显如何影响生蒸汽的用量?有些溶液如CaCl、NaOH的水溶液在稀释时其放热效应非常显著。因而在蒸发时作为溶液稀释的逆过程除了提供水分蒸发所需的汽化潜热之外还需要提供和稀释热效应相等的浓缩热。溶液浓度越大这种影响越加显著。

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