1、第 一 章 作 业思 考 题 ： 2、 3、 5、 6、 8、 11、 12、 18、 20、 21、 23； （ 这 部 分 答 案 我 找 不 到 ， 有的 同 学 记 得 及 时 分 享 ！ ！ ！ ）【 1-10】 常 温 的 水 在 如 习 题 1-10 附 图 所 示 的 管 路 中 流 动 ， 为 测 量 A、 B 两 截 面 间的 压 力 差 ， 安 装 了 两 个 串 联 的 U 形 管 压 差 计 ， 指 示 液 为 汞 。 测 压 用 的 连 接 管 中 充 满 水 。两 U 形 管 的 连 接 管 中 ， 充 满 空 气 。 若 测 压 前 两 U 形 压 差 计 的
2、水 银 液 面 为 同 一 高 度 ，试 推 导 A、 B 两 点 的 压 力 差 与 液 柱 压 力 汁 的 读 数 之p12、R间 的 关 系 式 。解 设 测 压 前 两 U 形 压 差 计 的 水 银 液 面 ， 距 输 水 管 中 心线 的 距 离 为 H。在 等 压 面 处21122 1汞水 气ARRpgg 22汞水B因 ， 由 上 两 式 求 得2p()水 气12汞 gABR因 气 水故 水12汞 -ABpg连续性方程与伯努利方程【 1-15】 常 温 的 水 在 如 习 题 1-15 附 图 所 示 的 管 路 中 流 动 。 在 截 面 1 处 的 流 速 为， 管 内 径
3、为 200mm， 截 面 2 处 的 管 内 径 为 100mm。 由 于 水 的 压 力 ， 截 面 1 处./0ms产 生 1m 高 的 水 柱 。 试 计 算 在 截 面 1 与 2 之 间 所 产 生 的 水 柱 高 度 差 h 为 多 少 （ 忽 略 从1 到 2 处 的 压 头 损 失 ） ?解 ./105us.,.dm120 1.()/225us习 题 1-10 附 图221pu120518787p Pa.910hmg习 题 1-15 附 图 习 题 1-16 附 图另 一 计 算 法 221pugg205198h m计 算 液 柱 高 度 时 ， 用 后 一 方 法 简 便 。
4、管内流体流动的摩擦阻力损失【 1-25】 如 习 题 1-25 附 图 所 示 ， 用 U 形 管 液 柱 压 差 计 测 量 等 直 径 管 路 从 截 面 A到 截 面 B 的 摩 擦 损 失 。 若 流 体 密 度 为 ， 指 示 液 密 度 为 ， 压 差 计 读 数 为 R。fh0试 推 导 出 用 读 数 R 计 算 摩 擦 损 失 的 计 算 式 。fh解 从 截 面 A 到 截 面 B 列 伯 努 利 方 程 ， 截 面 A 为 基 准 面 ，则 得 ABfABfpHghpHpgh1液 柱 压 差 计 1-1 为 等 压 面 ABRgR0 20pgH由 式 得 ()1与 式 2
5、fh习 题 1-31 附 图 习 题 1-32 附 图此 式 即 为 用 U 形 管 压 差 计 测 量 流 体 在 两 截 面 之 间 流 动 的 摩 擦 损 失 的 计 算 式 。【 1-31】 把 内 径 为 20mm、 长 度 为 2m 的 塑 料 管 （ 光 滑 管 ） ， 弯 成 倒 U 形 ， 作 为 虹吸 管 使 用 。 如 习 题 1-31 附 图 所 示 ， 当 管 内 充 满 液 体 ， 一 端 插 入 液 槽 中 ， 另 一 端 就 会 使槽 中 的 液 体 自 动 流 出 。 液 体 密 度 为 ， 黏 度 为 。 为 保 持 稳 态 流 动 ， 使/310kg1Pa
6、s槽 内 液 面 恒 定 。 要 想 使 输 液 量 为 ， 虹 吸 管 出 口 端 距 槽 内 液 面 的 距 离 需 要 多.h37 h少 米 ？解 已 知 ， 体 积 流 量,/30 210,=dmlkgmPas ./317Vqm流 速 ././2276544Vqus从 液 槽 的 液 面 至 虹 吸 管 出 口 截 面 之 间 列 伯 努 利 方 程 式 ， 以 虹 吸 管 出 口 截 面 为 基 准 面22uluhgdg.Re.43015401湍 流d光 滑 管 ， 查 得 ， 管 入 口 突 然 缩 小.235.5U 形 管 （ 回 弯 头 ） .1. 2210403556798h
7、 m补充：已知长方形管道一边长为 3L，另一短边长为 L， ，试计算其当量直径。 （补充）解：2-2 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口的压力处于什么状体？答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚） ；启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。泵入
8、口处于一定的真空状态（或负压）2-4 离心泵的特性曲线有几条？其曲线的形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？答：1、离心泵的 H、P 、与 qv 之间的关系曲线称为特性曲线。共三条；2-10 何谓离心泵的气蚀现象？如何防止发生气蚀？答：1、当叶片入口附近的最低压力等于或小于输送温度下液体的饱和蒸汽压时，液体将在此处汽化或者是溶解在液体中的气体析出并形成气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后，气泡在高压作用下急剧地缩小而破灭，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间，造成冲击和振动。金属表面受到压力大，频率高的冲击而剥蚀以及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金
9、属表面的电化学腐蚀等，使叶轮表面呈现海绵状、鱼鳞状破坏。这种现象称为汽蚀。2、为了避免气蚀的发生，泵的安装高度不能太高，可用泵规格表中给出的气蚀余量对泵的安装高度加以限制。5、液体的流量、泵的转速、液体的黏度对扬程有何影响？（补充）解：第三章 沉降与分离3-1 固体颗粒与流体相对运动时的阻力系数在层流层区（斯托克斯区）与湍流区（牛顿区）有何不同？答：10-4液体 气体4-5 非金属的保温材料的热导率为什么与密度有关？答：密度小，则所含的空气越多，气体的导热系数低于固体。4-6 在厚度相同的两层平壁中的热传导，有一层的温度差较大，另一层较小。哪一层热阻大。答：温差大的热阻大，热导率低。4-8 输
10、送水蒸气的圆管外包覆两层厚度相同、热导率不同的保温材料。若改变两层保温材料的先后次序，其保温效果是否改变？若被保温的不是圆管而是平壁，保温材料的先后顺序对保温效果是否有影响？答：圆筒壁： 有影响平壁 没有影响4-11 水的对流传热系数一般比空气大，为什么？答：按照强制对流公式4-12 为什么滴状冷凝的对流传热系数比膜状冷凝的大？由于壁面不容易形成滴状冷凝，蒸汽冷凝多为膜状冷凝。影响膜状冷凝的因素有哪些？答：在滴状冷凝过程中，壁面的大部分面积直接暴露在蒸汽中，在这些部位没有液膜阻碍着热流，故滴状冷凝的传热系数可比膜状冷凝高十倍左右。影响膜状冷凝的因素有：（1）冷凝液膜两侧的温度差当液膜呈滞流流动
11、时，若温度差加大，则蒸汽冷凝速率增加，因而液膜层厚度增加，使冷凝传热系数降低。（2）流体物性由膜状冷凝传热系数计算式可知，液膜的密度、粘度及导热系数，蒸汽的冷凝潜热，都影响冷凝传热系数。（3）蒸汽的流速和流向蒸汽以一定的速度运动时，和液膜间产生一定的摩擦力，若蒸汽和液膜同向流动，则摩擦力将是液膜加速，厚度减薄，使传热系数增大；若逆向流动，则相反。但这种力若超过液膜重力，液膜会被蒸汽吹离壁面，此时随蒸汽流速的增加，对流传热系数急剧增大。（4）蒸汽中不凝气体含量的影响若蒸汽中含有空气或其它不凝性气体，则壁面可能为气体（导热系数很小）层所遮盖，增加了一层附加热阻，使对流传热系数急剧下降。因此在冷凝器
12、的设计和操作中，都必须考虑排除不凝气。含有大量不凝气的蒸汽冷凝设备称为冷却冷凝器，其计算方法需参考有关资料。（5）冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，则液膜增厚，使传热系数下降，故在设计和安装冷凝器时，应正确安放冷凝壁面。例如，对于管束，冷凝液面从上面各排流到下面各排，使液膜逐渐增厚，因此下面管子的传热系数比上排的要低。为了减薄下面管排上液膜的厚度，一般需减少垂直列上的管子数目，或把管子的排列旋转一定的角度，使冷凝液沿下一根管子的切向流过，4-15 同一液体，为什么沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大？答：因为相变热比液体的热容大很多，所以沸腾时的对流传热系数比无相变化
13、时的对流传热系数大。【 4-6】 某 工 厂 用 的 无 缝 钢 管 输 送 水 蒸 气 。 为 了 减 少 沿 途 的1705m热 损 失 ， 在 管 外 包 两 层 绝 热 材 料 ， 第 一 层 为 厚 30mm 的 矿 渣 棉 ， 其 热 导 率 为； 第 二 层 为 厚 30mm 的 石 棉 灰 ， 其 热 导 率 为 。 管./()WmK05 ./()WK21内 壁 温 度 为 300 ， 保 温 层 外 表 面 温 度 为 40 。 管 路 长 50m。 试 求 该 管 路 的散 热 量 。 老 师 在 此 题 中 添 加 一 个 条 件 “无 缝 钢 管 的 热 导 率 为 4
14、5w/（ mk） ， 答 案 自 己 找 吧 ！ ！ ！ )解 ()lnlln14234123l tqrr()lll0851546/Wm2 .4012lQqk 【 4-7】 水 蒸 气 管 路 外 径 为 108mm， 其 表 面 包 一 层 超 细 玻 璃 棉 毡 保 温 ， 其 热 导 率 随温 度 的 变 化 关 系 为 。 水 蒸 气 管 路 外 表 面 温 度 为 150 ，/t /()32tWK希 望 保 温 层 外 表 面 温 度 不 超 过 50 ， 且 每 米 管 路 的 热 量 损 失 不 超 过 。 试 确 定/6Wm所 需 保 温 层 厚 度 。解 保 温 层 厚 度
15、以 b 表 示 ()2032ldt dtqrr2211rtl tn.()()22103lqttr已 知 /1250 , 160ttqWm ,.21 54054rrb().()ln.2323105.l.0741516b解 得 保 温 层 厚 度 为 3m保 温 层 厚 度 应 不 小 于 13.3mm【 4-17】 在 一 换 热 器 中 ， 用 水 使 苯 从 80 冷 却 到 50 ， 水 从 15 升 到 35 。 试分 别 计 算 并 流 操 作 及 逆 流 操 作 时 的 平 均 温 度 差 。解 (1)并 流 操 作苯 280 5T水 1 3tt265 tt(2) 逆 流 操 作苯
16、1280 5T /12453t水235 tt124 【 4-19】 用 绝 对 压 力 为 300kPa 的 饱 和 水 蒸 气 将 体 积 流 量 为 的 苯 胺 从 80380mh加 热 到 100 。 苯 胺 在 平 均 温 度 下 的 密 度 为 ， 比 热 容 为 。 试/395kg./()21 kJg计 算 ： (1)水 蒸 气 用 量 ； (2)当 总 传 热 系 数 为 时 所 需 传 热 面 积 。(/kgh()80W解 (1)水 的 比 汽 化 热 ， 苯 胺 体 积 流 量 ，/168rJkg /32vqmh苯 胺 吸 收 的 热 量 为.321095208vpQqct.
17、/./96533 8JhkJhW水 蒸 气 用 量 ./mQqkghr61128.lnl12并 63415t12逆 4530t(2) 计 算 传 热 面 积 A 已 知 ， 水 蒸 气 的 。/()KWm280 ,.30 13pkPat水 蒸 气 133.3 133.3苯 胺 2 5 tt. 124mtmQAKt5298103 45-4 气液相平衡关系中， （1）若温度升高，亨利常数将如何变化？（2）在一定温度下，气相总压升高，相平衡常数 m 如何变化？若气相组成 y 为一定值，总压升高，液相 x 将如何变化？答：（1）温度升高，亨利常数增加（2）总压增加，m 减小；x 增加5-5 若溶质分压
18、为 p 的气体混合物与溶质浓度为 c 的溶液接触，如何判断溶质是从气相向液向传递还是从液向向气相传递？答：根据公式与的关系来判断，如果，从气相向液相传递5-9 在稳态传质过程中，若气液相平衡关系符合亨利定律，如何应用双膜理论推导出总传质速率方程式？气相总传质系数 KY（或液相总传质系数 KX）与气膜传质系数 ky 及液膜传质系数 kx 有何关系？答：气相传质速率方程，5-10 在气液两相传质过程，什么情况下属于气膜阻力控制，什么情况下属于液膜阻力控制？答：当时属于气膜阻力控制；当时属于液膜阻力控制 补充（思考题）： 1、空塔气速对填料塔设备费用和操作费用有何影响？ 2、试用图解法说明减少吸收剂
19、流量对出塔吸收液组成和填料层高度的影响。6-7 如何应用平均相对挥发度表示平衡条件下的液相组成 x 与气相组成 y 之间的关系？答：，6-15 精馏塔一般有精馏段与提馏段，他们的作用有什么不同？答：精馏段得到含轻组分较多的产品，提馏段得到含重组分较多的产品。6-16 上下相邻两层塔板的温度、液相组成与气相组成有何不同？答：上板的温度低于下面板；液相和气相组成高于下面板。6-19 当进料流量 F 及组成一定时，若馏出液流量 D 增多而釜液流量 W 减少时，馏出液的组成及釜液的组成将如何变化？答：由可知，增加，减少。6-20 当一定时，若增大，将如何变化？及将如何变化？答：由可知，增加，增加。6-
20、21 何谓恒摩尔流量的假设？其成立的条件是什么？在精馏塔计算中有何意义？答：（1）恒摩尔汽流恒摩尔汽流是指在精馏塔内，从精馏段或提馏段每层塔板上升的汽相摩尔流量各自相等，但两段上升的汽相摩尔流量不一定相等。即精馏段 提馏段（2）恒摩尔液流恒摩尔液流是指在精馏塔内，从精馏段或提馏段每层塔板下降的液相摩尔流量分别相等，但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。即精馏段 提馏段6-22 精馏塔的进料状态有几种？他们对精馏段及提馏段的下降液体流量及上升蒸汽流量有什么影响？答：有五种：冷液进料；饱和液体（泡点）进料；汽液混合物进料；饱和蒸汽（露点）进料；过热蒸汽进料。6-27 精馏段操作线与提馏段操作线的斜率
21、分别是用什么表示的，是大于 1 还是小于 1，为什么？6-28 对正在操作的精馏塔，增大精馏段的液气比对馏出液的组成有何影响？增大提馏段的气液比对釜液的组成有何影响？如何增大精馏段的液气比及提馏段的气液比？答：增大精馏段的液气比对馏出液的组成增加；增大提馏段的气液比对釜液的组成降低；增大冷凝器和加热器的热负荷。6-37 在、 、一定的条件下，进料热状态参数 q 值一定时，若塔顶液相回流比 R 增大，对一定分离要求所需理论板数将如何变化？对一定理论板数的精馏塔，若 R 增大，对馏出液的组成和釜液的组成有何影响？答： ，馏出液组成增加，釜液组成减少。6-40 何谓全回流？在什么情况下应用全回流操作
22、？答：若上升至塔顶的蒸汽经全凝器冷凝后，冷凝液全部回流到塔内，该回流方式称为全回流；开工、实验研究、设备异常或调试时，便于控制。【6-1】苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压数据如下。温度 / 苯饱和蒸气压 ()/BpkPa甲苯饱和蒸气压 ()/BpkPa温度 / 苯饱和蒸气压 ()/BpkPa甲苯饱和蒸气压 ()/BpkPa80.184889296101.33113.59127.59143.72160.5238.844.4050.6057.6065.55100104108110.6179.19199.32221.19234.6074.5383.3393.93101.33根据上表数据绘制总压为 1
23、01.33kPa 时苯一甲苯溶液的 图及 图。此溶液服-tyx从拉乌尔定律。解 计算式为 ,00BAApxyxp计算结果见下表苯-甲苯溶液的 计算数据txy温度 ()/t 0BAp0Apyx80.184889296100104108110.61.01340823596592713084.06752.1305794.0812.1305901.01359082376143058721691790254331905812730苯-甲苯溶液的 图及 图，如习题 6-1 附图 1 与习题 6-1 附图 2 所示。tyx习题 6-1 附图 1 苯- 甲苯 t-y-x 图习题 6-1 附图 2 苯-甲苯 y-x 图【6-11】在一连续操作的精馏塔中分离苯 -甲苯溶液。进料量为 ，进料中苯/10kmolh的组成为 （摩尔分数） ，饱和液体进料。馏出液中苯的组成为 （摩尔分数） ，釜液中0.4 95苯的组成为 （摩尔分数） ，回流比 。试求从冷凝器回流入塔顶的回流液摩尔流量 3R以及从塔釜上升的蒸气摩尔流量。解 已知 ，馏出液流量/.10， 4， 095，FDWFkmolhxx/36WDxkmolh回流液流量 .1LR塔釜上升蒸气流量 因饱和液体进料，则 ./139658Vkolh
