第一章流體流動(dòng)4,某儲(chǔ)油罐中盛有密度為960kg/m3的重油（如附圖所示），油面最高時(shí)離罐底9.5m,油面上方與大氣相通。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760mm的孔，其中心距罐底1000mm,孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作壓力為39.5X106Pa,問(wèn)至少需要幾個(gè)螺釘（大氣壓力為101.3X103Pa）?解：由流體靜力學(xué)方程，距罐底1000mm處的流體壓力為p=p;gh=101.31039609.81（9.5-1.0）Pa=1.813103Pa（絕壓）作用在孔蓋上的總力為33TT24F=(p-pa)A=(1.813x10—101.3黑10)x—M0.76N=3.627x10N4每個(gè)螺釘所受力為Fi=39.510--：0.014N=6.093103N4因此n=FF=3.6271046.093103N=5.95：6(個(gè))習(xí)題習(xí)題5附圖習(xí)題4附圖5.如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè)U管壓差計(jì)。讀數(shù)分別為Ri=500mm,R2=80mm,指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴(kuò)散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R3=100mm。試求A、B兩點(diǎn)的表壓力。解：（1）A點(diǎn)的壓力pA=BxgR3+P汞gR2=（1000M9.81父0.1+13600M9.81M0.08Pa=1.165X104Pa（表）(2)B點(diǎn)的壓力Pb=Pa+曝gR=1.165104136009.810.5Pa=7.836104Pa(表)7.某工廠為了控制乙快發(fā)生爐內(nèi)的壓力不超過(guò)13.3kPa（表壓），在爐外裝一安全液封管（又稱水封）裝置，如本題附圖所示。液封的作用是，當(dāng)爐內(nèi)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，氣體便從液封管排出。試求此爐的安全液封管應(yīng)插入槽內(nèi)水面下的深度ho

解：彘gh=13.3習(xí)題7附圖h=13.3（P水g）=13.3父100叭1000M9.8叩=習(xí)題7附圖.有一裝滿水的儲(chǔ)槽，直徑1.2m,高3m?，F(xiàn)由槽底部的小孔向外排水。小孔的直徑為4cm,測(cè)得水流過(guò)小孔的平均流速w與槽內(nèi)水面高度z的關(guān)系為：U0=0.62、2zg試求算（1）放出1m3水所需的時(shí)間（設(shè)水的密度為1000kg/m3）;（2）又若槽中裝滿煤油，其它條件不變，放出1m3煤油所需時(shí)間有何變化（設(shè)煤油密度為800kg/m3）?解：放出1m3水后液面高度降至Z1,則1Z1=Z0—7=3-0.8846m=2.115m0.7851.2由質(zhì)量守恒，得w2-w1+dM=0，w1=0（無(wú)水補(bǔ)充）d?w2=FU0A=0.62隊(duì)J2gz（A為小孔截面積）=flAZ（A為儲(chǔ)槽截面積）故有即0.62冏2gz'A—二0故有即dzA〃?--0.62—d12gzA上式積分得日二—2—（A）（z12_z『）0.62..2gA0—312-2.1152s=1264s=2.1min0.62.29.810.04.如本題附圖所示，高位槽內(nèi)的水位高于地面7m,水從（f）108mmx4mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5m。已知水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按匯hf=5.5u2計(jì)算，其中u為水在管內(nèi)的平均流速（m/s）。設(shè)流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)，試計(jì)算（1）A-A'截面處水的平均流速；（2）水的流量（m3/h）。解：（1）A-A'截面處水的平均流速在高位槽水面與管路出口截面之間列機(jī)械能衡算方程，得gz1+141+窄=gz2+2Ub22+2（1）式中Zi=7m,Ub1?0,Pi=0（表壓）2z2=1.5m,p2=0（表壓）,Ub2=5.5u

代入式（1)代入式（1)得1229.817=9.811.5Ub2，5.5Ub22Ub=3.0ms（2）水的流量（以m3/h計(jì)）=0.02355m3=0.02355m3s=84.78m3hVs=Ub2A=3.0—0.018—20.004習(xí)題11附圖習(xí)題14附圖習(xí)題13習(xí)題13附圖13.如本題附圖所示，用泵2將儲(chǔ)罐1中的有機(jī)混合液送至精微塔3的中部進(jìn)行分離。已知儲(chǔ)罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓力為1.0133M105pa。流體密度為800kg/m3。精微塔進(jìn)口處的塔內(nèi)壓力為1.21父105Pa,進(jìn)料口高TOC\o"1-5"\h\z于儲(chǔ)罐內(nèi)的液面8m,輸送管道直徑為。68mm父4mm,進(jìn)料量為20m3/h。料液流經(jīng)全部管道的能量損失為70J/kg,求泵的有效功率。解：在截面A-A和截面B-B之間列柏努利方程式，得22"三gZ1Weu2gZ2一二hf5_5___P1=1.0133X10Pa;P2=1.21—10Pa;Z—乙=8.0m;u1：0;qhf=70JkgVV203600u2===m.s=1.966msA,2314M(0.068—2M0.00424422We=99gZ2Z%hf2.21-1.01331051.9662We=-9.88.070Jkg8002=2.461.9378.470Jkg=175JkgNe=wsWe=203600800173W=768.9W14.本題附圖所示的貯槽內(nèi)徑D=2m,槽底與內(nèi)徑d0為32mm的鋼管相連，槽內(nèi)無(wú)液體補(bǔ)充，其初始液面高度”為2m（以管子中心線為基準(zhǔn)）。液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的全部能量損失可按匯hf=20u2計(jì)算，式中的u為液體在管內(nèi)的平均流速（m/s）。試求當(dāng)槽內(nèi)液面下降1m時(shí)所需的時(shí)間。解：由質(zhì)量衡算方程，得將式兀0-Wi=0,W2=—d0Ub卜4dM712dhD2d14d2),(3)代入式(1)得22dh_一d0ub：■■—D：■—=044de,D〈dh八ub()0d°d<1在貯槽液面與管出口截面之間列機(jī)械能衡算方程222Ub1pub2P29zi'——=gz2——hf22UbvUb22gh=一■hf=-20Ub=20.5Ub22ub=0.692.h(5)式(4)與式(5)聯(lián)立，得0.692.h(2)2dh=0

0.032du即-5645dh--duhi.c.0=0,h=hi=2m；9=0,h=1m積分得1=-564521—2123=467s6=1.3h18.某液體以一定的質(zhì)量流量在水平直圓管內(nèi)作湍流流動(dòng)。若管長(zhǎng)及液體物性不變，將管徑減至原來(lái)的1/2,問(wèn)因流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來(lái)的多少倍？解：流體在水平光滑直圓管中作湍流流動(dòng)時(shí)Pf=迂.hf或"hf=Lpf/7='L—ub-d2"hf2一hf112d1(工)(ub2)2ub1式中d1=2,生=(d1)d2ub1d22=4因此又由于0.316因此又由于0.316二c0.25

Re'、"=(工)(2)(4)2=32匚%卜口'1'112/Rei\0.25/d1Ub102510.250.25—=(—)=(--)=(2X-)=(0.5)=0.841,1Re2d2ub24.二hf2=32X0.84=26.9工hf1習(xí)題19附圖19.用泵將2X104kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽（見(jiàn)本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持25.9X103pa習(xí)題19附圖方為大氣壓。管道為巾76mmX4mm的鋼管，總長(zhǎng)為35m,管線上有兩個(gè)全開(kāi)的閘閥、一個(gè)孔板流量計(jì)（局部阻力系數(shù)為4）、五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管路出口的距離為17m。若泵的效率為0.7,求泵的軸功率。（已知溶液的密度為1073kg/m3,黏度為6.3x10-4Pas。管壁絕對(duì)粗糙度可取為0.3mm。）解：在反應(yīng)器液面1-1’與管路出口內(nèi)側(cè)截面2-2’間列機(jī)械能衡算方程，以截面1-1'為基準(zhǔn)水平面，得22(1)gz1與與W=gz2上生、hf(1)式中z〔=0,Z2=17m,Ub1=04w2104…ub2==2ms=1.43ms二…36000.7850.06821073d:43p1=-25.9X10Pa(表)，p2=0(表)將以上數(shù)據(jù)代入式(1),并整理得2We=g(Z2。乙)?典?P21P1一二hf223=9.81X17+1—+25.910+￡hf=192.0+￡hf210732U2Ub22其中￡hf=(K+—^^+￡，)d0.0681.4310730.63100.0681.4310730.63105=1.656X10ed=0.0044根據(jù)Re與e/d值，查得在0.03,并由教材可查得各管件、閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度分別為閘閥（全開(kāi)）0.43X2m=0.86m標(biāo)準(zhǔn)彎頭:2.2X5m=11m2350.86111.43ZG=（0.03X———+0.5+4）2Jkg=25.74J/kgWe=192.025.74Jkg=217.7Jkg泵的軸功率為Ns=Wew/=217.7210436000.7W=1.73kW流體輸送管路的計(jì)算20.如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的底部與內(nèi)徑為100mm的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個(gè)閘閥，距管路入口端15m處安有以水銀為指示液的U管壓差計(jì)，其一臂與管道相連,另一臂通大氣。壓差計(jì)連接管內(nèi)充滿了水，測(cè)壓點(diǎn)與管路出口端之間的直管長(zhǎng)度為20m。（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，測(cè)得R=600mm、h=1500mm；當(dāng)閘閥部分開(kāi)啟時(shí)，測(cè)得R=400mm、h=1400mm。摩擦系數(shù)為可取為0.025,管路入口處的局部阻力系數(shù)取為0.5。問(wèn)每小時(shí)從管中流出多少水（m3）?習(xí)題20附圖（2）當(dāng)閘閥全開(kāi)時(shí)，U管壓差計(jì)測(cè)壓處的壓力為多少Pa（表壓）。（閘閥全開(kāi)時(shí)Le/d=15,摩擦系數(shù)仍可取0.025。）解：（1）閘閥部分開(kāi)啟時(shí)水的流量在貯槽水面1-1'與測(cè)壓點(diǎn)處截面2-2’間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)截面2-2的中心作基準(zhǔn)水平面，得22gTc=gzW?””（a）式中pi=o（表）p2=PHggR-PH20gR=136009.810.4-10009.811.4Pa=39630Pa（表）Ub2=0,Z2=0Z1可通過(guò)閘閥全關(guān)時(shí)的數(shù)據(jù)求取。當(dāng)閘閥全關(guān)時(shí)，水靜止不動(dòng)，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程知「H20g（Z'h）-:HggR（b）式中h=1.5m,R=0.6m將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得Zi136000.6-1.5m1000=6.66mF-2K'L；）生=2.13u2=（0.025X—+0.5）ub=2.13u220.12將以上各值代入式（a）,即“23963029.81X6.66=j+2.13Ub21000解得ub=3.13m.s水的流量為Vs=3600；d2Ub=(3600m0.785m0.12x3.13]m3/s=1.43m3/s（2）閘閥全開(kāi)時(shí)測(cè)壓點(diǎn)處的壓力在截面1-1’與管路出口內(nèi)側(cè)截面3-3’間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)管中心線作基準(zhǔn)平面，得(c)Ub1R/Ub3P3(c)g乙+"2"+干=gz3+"2"+下+乙%/-3式中z〔=6.66m,Z3=0,Ub1=0,P1=P3L%LL%Le.hf,13=(1c)一d：=0025(含+15)+0.5%=4.81u：2將以上數(shù)據(jù)代入式（c）,即9.81X6.66=叱+4.81Ub2解得Ub=3.13ms再在截面1-1,與2-2'間列機(jī)械能衡算方程，基平面同前，得(d)22(d)gZ5?:gz222/卜12式中Z1=6.66m,Z2=0,Ub1定0,Ub2=3.51m/s,p1=0(表壓力)—hf」—hf」21.5cu3.51=0.025—0.50.12-Jkg=26.2Jkg將以上數(shù)值代入上式，則23.512P29.816.66=26.221000解得P2=3.30x104Pa（表壓）22.如本題附圖所示，自水塔將水送至車間，輸送管路用型14mm4mm的鋼管，管路總長(zhǎng)為190m（包括管件與閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度，但不包括進(jìn)、出口損失）。水塔內(nèi)水面維持恒定，并高于出水口15m。設(shè)水溫為12C,試求管路的輸水量（m3/h）。解：在截面1-1'和截面2-2'之間列柏努利方程式，得2P2.U2gZ2%hf習(xí)題22附圖5P1=1.0133105Pa；5P=1.0133105PajZ2-Z1=15.0m；Ui：02U2L-二g乙一乙-hf=9.815iJ0.5U2,d2U21+1.5=294294u2=-1792.45.1.5(1)采用試差法，假設(shè)U2=2.57m/s5=2.195=2.1910124.2310-取管壁的絕對(duì)粗糙度為0.2mm,一、.e02則管壁的相對(duì)粗糙度為￡=02：?.0.0019d106查圖1-22,得常=0.024代入式（1）得,u2=2.57ms故假設(shè)正確，U2=2.57m./s管路的輸水量3.1423-3V=u2A=2.57—0.114-20.0043600mh=81.61mh4第二章流體輸送機(jī)械2.用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900r/min）進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)。在某流量下泵入口真空表和出口壓力表的讀數(shù)分別為60kPa和220kPa,兩測(cè)壓口之間垂直距離為0.5m,泵的軸功率為6.7kW。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為80mm,吸入管中流動(dòng)阻力可表達(dá)為￡卜,0[=3.0^（5為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為2.5m,實(shí)驗(yàn)是在20C,98.1kPa的條件下進(jìn)行。試計(jì)算泵的流量、壓頭和效率。解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之間列柏努利方程式（池中水面為基準(zhǔn)面），得到20=gZ1p1,[hf,0A將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得32601033.5U122.59.81=35.481000U1=3.184m/sErr2233則q=(-0.0823.1843600)m/h=57.61m/h（2）泵的揚(yáng)程H=HiH2H=HiH2h0_(60220)103

L10009.810.5=29.04m（3）泵的效率Pa-以：gPa-以：g36410310009.81=Hg0.612.4Hqs；-g29.0457.6110009.81,==XlUU/o=68%1000P360010006.7在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：q=57.61m3/hH=29.04mP=6.7kW中68%4.用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900r/min）將20C的清水以60m3/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的壓頭損失和動(dòng)壓頭分別為2.4m和0.61m。規(guī)定泵入口的真空度不能大于64kPa。泵的必需氣蝕余量為3.5m。試求（1）泵的安裝高度（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00kPa）;（2）若改送55C的清水，泵的安裝高度是否合適。解：（1）泵的安裝高度在水池液面和泵入口截面之間列柏努利方程式（水池液面為基準(zhǔn)面），得2U1KHg—Hf,。1)2g.Hg=3.51mg（2）輸送55C清水的允許安裝高度55C清水的密度為985.7kg/m3,飽和蒸汽壓為15.733kPapa-pvpa-pv-.-(NPSH)-Hf,°」:gHg=)(3.50.5)-2.4Hg|L985.79.81原安裝高度（3.51m）需下降1.5m才能不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。8.用離心泵將水庫(kù)中的清水送至灌溉渠，兩液面維持恒差8.8m,管內(nèi)流動(dòng)在阻力平方區(qū)，管路特性方程為He=8.8+5.2M105q；（qe的單位為m3/s）單臺(tái)泵的特性方程為523一、H=28—4.2M10q（q的單位為m/s）試求泵的流量、壓頭和有效功率。q、q、H,進(jìn)而計(jì)算Pe°管路特性方程He=8.85.2105q2泵的特性方程H=28-4.2105q2聯(lián)立兩方程，得到q=4.52X103m3/sH=19.42m貝UR=Hqs：g=19.424.5210&10009.81W=861W11.用離心通風(fēng)機(jī)將50C、101.3kPa的空氣通過(guò)內(nèi)徑為600mm,總長(zhǎng)105m（包括所有局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）的水平管道送至某表壓為1X104Pa的設(shè)備中。空氣的輸送量為1.5X104m3/h。摩擦系數(shù)可取為0.0175?，F(xiàn)庫(kù)房中有一臺(tái)離心通風(fēng)機(jī)，其性能為：轉(zhuǎn)速1450min-1,風(fēng)量1.6X104m3/h,風(fēng)壓為1.2X104Pa。試核算該風(fēng)機(jī)是否合用。解：將操作條件的風(fēng)壓和風(fēng)量來(lái)?yè)Q算庫(kù)存風(fēng)機(jī)是否合用。u2HT=(p2-pl)，'hf2pm=101300pm=101300十41X102,Pa=106300Pa生=1.205父0父啰kg/m1.20520.11.20520.13VsPv冗.2VsPv冗.2dPm415000101300m/s=14.40m/s兀__236000.61063004Ht=110依4=0.6,^Re"=431.9,查出：Ret=^d依4=0.6,^Re"=431.9,查出：Ret=^de=0.3,所以:_.0.62HT=104831.2Pa=10967Pa1.147庫(kù)存風(fēng)機(jī)的風(fēng)量q=1.6X104m3/h,風(fēng)壓Ht=1.2X104Pa均大于管路要求（qe=1.5X104m3/h,Ht=10967Pa）,故風(fēng)機(jī)合用。第三章非均相混合物分離及固體流態(tài)化.顆粒在流體中做自由沉降，試計(jì)算（1）密度為2650kg/m3,直徑為0.04mm的球形石英顆粒在20C空氣中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度為2650kg/m3,球形度4=0.6的非球形顆粒在20C清水中的沉降速度為0.1m/s,顆粒的等體積當(dāng)量直徑是多少？（3）密度為7900kg/m3,直徑為6.35mm的鋼球在密度為1600kg/m3的液體中沉降150mm所需的時(shí)間為7.32s,液體的黏度是多少？解：（1）假設(shè)為滯流沉降，則：?d2（一Ut=18」查附錄20c空氣P=1.205kg/m3,N=1.81M10^Pas,所以,UtW匕UtW匕3g一18口320.04102650-1.2059.81-181.8110五ms=0.1276ms核算流型:Re=1.2050.12760.0410&1.8110Re=1.2050.12760.0410&1.81105=0.34<1所以，原假設(shè)正確，沉降速度為0.1276m/s。（2）采用摩擦數(shù)群法Re」Re」4」：一：g3：2U；口431.941.8110，2650-1.2059.81口431.9de0.31.81101.2050.1=4.50610-m=45m(3)假設(shè)為滯流沉降，得:2d(-；-)g18ut其中ut=h,1-0.157.32ms=0.02049ms將已知數(shù)據(jù)代入上式得：?0.0063527900-16009.81180.02049Pas=6.757Pas核算流型PdutRede0.31.81101.2050.1=4.50610-m=45m(3)假設(shè)為滯流沉降，得:2d(-；-)g18ut其中ut=h,1-0.157.32ms=0.02049ms將已知數(shù)據(jù)代入上式得：?0.0063527900-16009.81180.02049Pas=6.757Pas核算流型PdutRet0.006350.0204916000.03081<16.7572.用降塵室除去氣體中的固體雜質(zhì)，降塵室長(zhǎng)5m,寬5m,高4.2m,固體雜質(zhì)為球形顆粒，密度為kg/m3。氣體的處理量為3000(標(biāo)準(zhǔn))m3/h。試求理論上能完全除去的最小顆粒直徑。(1)若操作在20c下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為1.06kg/m3,黏度為1.8X0-5Pa?s(2)若操作在420c下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為0.5kg/m3,黏度為3.3X0-5Pa?s)解：(1)在降塵室內(nèi)能夠完全沉降下來(lái)的最小顆粒的沉降速度為：3000utqv,s300027320273bl360055ms=0.03577ms設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：d2"s7gU—0.03577—t18」18也’(；；)g181.81050.03577&=1.985M10m=19.85師(3000-1.06)9.81核算流型:Ret二dutP1.98510-0.035771.065=0.0418：二11.810-原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.985M0-5m。(2)計(jì)算過(guò)程與(1)相同。完全能夠沉降下來(lái)的最小顆粒的沉降速度為:utqv,s

bl3000273420273360055ms=0.0846ms設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則:18飛(18飛(;：s-:?)g_183.31050.0846

(3000-0.5)9.81-4"S--=4.13210m=41.32核算流型:Re=0.0529<1dut:4.13210-Re=0.0529<1一」-3.3105原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.13210-5m。

3.對(duì)2題中的降塵室與含塵氣體，在427c下操作，若需除去的最小顆粒粒徑為10科均試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。解：取隔板間距為h,令L_huq,「L/、則卜=-11t(1)3000273427一二邈0—27Jms=0.1017msbH54.210塵粒的沉降速度「R-Pg(10父10至一(3000-。5產(chǎn)9.81工ut=二7rms=4.954「10rms18」183.3110-由(1)式計(jì)算h.53--…h(huán)=>4.95410—m=0.244m0.1017H42層數(shù)n=H==17.2取18層h0.244H4.2h=—=—m=0.233m1818核算顆粒沉降雷諾數(shù)：101064.9541040.5生d7.510<13.3105核算流體流型:RedeU：P-RedeU：P-)uP250.2335.2330.10170.53.310-=686<210067kPa,測(cè)得過(guò)濾5min.67kPa,測(cè)得過(guò)濾5min后得濾液1L,再過(guò)濾5min后，又得濾液0.6L。試求，過(guò)濾常數(shù)K,Ve,并寫(xiě)出恒壓過(guò)濾方程式。解：恒壓過(guò)濾方程為：q22qqe二K?由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)知：0.00132Q=5minq1==0.01m/m0.1工二10min,q1=0.016m(0.016)2(0.016)qe(0.016)2(0.016)qe=10K將上兩組數(shù)據(jù)代入上式得：2(0.01)22(0.01)qe=5K

解得qe=0.007m3/m2K=4.810-m2/min=8102m2/s所以，恒壓過(guò)濾方程為q2+0.014q=8父10“(m3/m2,s)或V2+0.0014V=8x10-0(m3,s).用10個(gè)框的板框過(guò)濾機(jī)恒壓過(guò)濾某懸浮液，濾框尺寸為635mmX635mmX25mm。已知操作條件下過(guò)濾常數(shù)為K=2x10*m2/s,qe=0.01m3/m2,濾餅與濾液體積之比為v=0.06。試求濾框充滿濾餅所需時(shí)間及所得濾液體積。解：恒壓過(guò)濾方程為q22qqe=K1q20.02q=210匕TOC\o"1-5"\h\z___233Vc=100.63520.025m3=0.1008m3Vc0.100833222V=二=m3=1.680m3,A=0.6352M2x10m2=8.0645m2v0.0632=0.208m/mV1.68032=0.208m/mq=一二m/mA8.0645代入恒壓過(guò)濾方程0.208220.010.208=210匕得i=2317.2s=39.52min.在0.04m2的過(guò)濾面積上以1X10-4m3/s的速率進(jìn)行恒速過(guò)濾試驗(yàn)，測(cè)得過(guò)濾100s時(shí)，過(guò)濾壓力差為3M04Pa；過(guò)濾600s時(shí)，過(guò)濾壓力差為9M04Pa。濾餅不可壓縮。今欲用框內(nèi)尺寸為635mmX635mmX60mm的板框過(guò)濾機(jī)處理同一料漿，所用濾布與試驗(yàn)時(shí)的相同。過(guò)濾開(kāi)始時(shí)，以與試驗(yàn)相同的濾液流速進(jìn)行恒速過(guò)濾，在過(guò)濾壓強(qiáng)差達(dá)到6X104Pa時(shí)改為恒壓操作。每獲得1m3濾液所生成的濾餅體積為0.02m3。試求框內(nèi)充滿濾餅所需的時(shí)間。解：第一階段是恒速過(guò)濾，其過(guò)濾時(shí)間。與過(guò)濾壓差之間的關(guān)系可表示為：p二a二b板框過(guò)濾機(jī)所處理的懸浮液特性及所用濾布均與試驗(yàn)時(shí)相同，且過(guò)濾速度也一樣，因此，上式中a,b值可根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的兩組數(shù)據(jù)求出：3M04=100a+b9M04=600a+b解得a=120,b=1.8M04即.p=12011.8104恒速階段終了時(shí)的壓力差A(yù)pr=6M104Pa,故恒速段過(guò)濾時(shí)間為Pr-bPr-b

a6104-1.8104一120s=350s恒速階段過(guò)濾速度與實(shí)驗(yàn)時(shí)相同Ur110Ur110-

0.04m/s=2.510-m/s__._33.23.2qR=Ur*=2.510—350m/m=0.875m/m根據(jù)方程3-71,2a=ruR=—=120k.uRqe4b=-r.Urqe==1.810k解得：k=5.20810-8m2/(Pas),qe=0.375m3/m2恒壓操作階段過(guò)濾壓力差為6X104Pa,所以K=2k.：p=25.20810-6104m2/s=6.25010Jm2/sTOC\o"1-5"\h\z222板框過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾面積A=20.635m=0.8065m濾餅體積及單位過(guò)濾面積上的濾液體積為Vc=0.6352父0.06m2=0.0242m332=1.5m/mVc32=1.5m/mq二(—)/二m/mA0.80650.02應(yīng)用先恒速后恒壓過(guò)濾方程(q2-qR)2qe(q—Qr)=K(i-%)將K、qe、qR、q的數(shù)值代入上式，得：1.52-0.875220.371.5-0.875)=6.25210，350解得1=662.5s9.在實(shí)驗(yàn)室用一個(gè)每邊長(zhǎng)0.16m的小型濾框?qū)μ妓徕}顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行過(guò)濾試驗(yàn)。操作條件下在過(guò)濾壓力差為275.8kPa,漿料溫度為20C。已知碳酸鈣顆粒為球形，密度為2930kg/m3。懸浮液中固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0723。濾餅不可壓縮，每1m3濾餅烘干后的質(zhì)量為1620kg。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得得到1L濾液需要15.4s,得到2L濾液需要48.8s。試求過(guò)濾常數(shù)K和Ve,濾餅的空隙濾舟濾餅白^比阻r及濾餅顆粒的比表面積a。解：根據(jù)過(guò)濾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求過(guò)濾常數(shù)K,Ve已知8=15.4s,V=0.001m3;6=48.8s,V=0.002m3及A=2父0.162m2=0.0512m2代入恒壓過(guò)濾方程式V22VVe^KA2^1062103Ve=15.40.05122K410$410，Ve=48.80.05122105K聯(lián)立以上兩式，解得K=4.234M105m2/s,Ve=3.547父10」m3濾餅的空隙濾；=1一儂=0.44712930

懸浮液的密度TOC\o"1-5"\h\zRn=1x1_xf=\20.07230.927、7kg/m=10510g/m

(—)()懸浮液的密度?飛.29301000以1m3懸浮液為基準(zhǔn)求v10500.072333濾講體機(jī)Vs=m=0.04686m,1620濾液體積V=1-Vs濾液體積V=1-Vs=0.9531m-0.04686一0.9531濾餅不可壓縮時(shí)，K=2k；：p=紅「Yv3所以，濾餅比阻為=2.6481014m-2.：p2所以，濾餅比阻為=2.6481014m-」vK-10J0.04924.234103143里而將的卜卜走面和/,名\0.5/2.648M10M0.44710.52I3QCQUWC62/3a=(7)=(3——)mm=3.93510mm5(1-;)25(1-0.4472)2第五章傳熱過(guò)程基礎(chǔ)2.某平壁燃燒爐由一層400mm厚的耐火磚和一層200mm厚的絕緣磚砌成，操作穩(wěn)定后，測(cè)得爐的內(nèi)表面溫度為1500C,外表面溫度為100C,試求導(dǎo)熱的熱通量及兩磚間的界面溫度。設(shè)兩科接觸良好，已知耐火科的導(dǎo)熱系數(shù)為入=0.8+0.0006t,絕緣科的導(dǎo)熱系數(shù)為％=0.3+0.0003t,W/(m，七)。兩式中的t可分別取為各層材料的平均溫度。解：此為兩層平壁的熱傳導(dǎo)問(wèn)題，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，通過(guò)各層平壁截面的傳熱速率相等，即Q1=Qz=Q(5-32)或Q-'18--=12S-(5-32a)b1b21500t式中-1=0.80.0006t=0.80.0006=1.250.0003t2100t-2=0.30.0003t=0.30.0003=0.3150.00015t2代入%、%得1500-tt-100(1.250.0003t)=(0.3150.00015t)-TOC\o"1-5"\h\z0.40.2解之得t=t2=977C11=1.250.0003t=1.250.0003977W.mC)：=1.543WmCmtt.t1-t1500-97722貝UQS=111.543W.m2=2017W.m2b10.44.直徑為*57mm父3.5mm的鋼管用40mm厚的軟木包扎，其外又包扎100mm厚的保溫灰作為絕熱層?，F(xiàn)測(cè)得鋼管外壁面溫度為-120C,絕熱層外表面溫度為10C。軟木和保溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.043W/(m■℃)和0.07W/(m1℃),試求每米管長(zhǎng)的冷損失量。

解：此為兩層圓筒壁的熱傳導(dǎo)問(wèn)題，則23.14-120-10~1,0.02850.041,0.02850.040.1InIn0.0430.02850.070.02850.04=-24.53Wm7.解：此為兩層圓筒壁的熱傳導(dǎo)問(wèn)題，則23.14-120-10~1,0.02850.041,0.02850.040.1InIn0.0430.02850.070.02850.04=-24.53Wm7.在一傳熱面積為25m2的單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機(jī)溶液。冷卻水的流量為28000kg/h,其溫度由25C升至38C,平均比熱容為4.17kJ/(kgC)。有機(jī)溶液的溫度由110C降至65C,平均比熱容為1.72kJ/(kgC)。兩流體在換熱器中呈逆流流動(dòng)。設(shè)換熱器的熱損失可忽略，試核算該換熱器的總傳熱系數(shù)并計(jì)算該有機(jī)溶液的處理量。解：Cp,c=4.17kJ/(kgC)Q=WCCp,c(t2T)2800035=4.171038—25W=4.2210W3600求.’,卻有機(jī)物110一65水38-25.-tm72-40,72In—4054.2210K=2554.4Wh=7240C=54.4CWm2Ci>310.3W.m2C4.22105CphT1-T21.72103110-65kg.s=5.452kgs=1.963104kgh8.在一單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機(jī)溶劑。冷卻水的流量為10000kg/h,其初始溫度為30℃,平均比熱容為4.174kJ/(kg?℃)。有機(jī)溶劑白流量為14000kg/h,溫度由180c降至120C,平均比熱容為1.72kJ/(kgC)。設(shè)換熱器的總傳熱系數(shù)為500W/(m2-C),試分別計(jì)算逆流和并流時(shí)換熱器所需的傳熱面積，設(shè)換熱器的熱損失和污垢熱阻可以忽略。解：Q=WcphT1—T2)=140001.72180-120kJh=1.4448106kJh=401.3kW冷卻水的出口溫度為t2qt1t2qt1.WcCpc100004.174逆流時(shí)180—64.61H120180—64.61H120-30In理衛(wèi)色120-30C=25.39C=102.2C,115.39In90并流時(shí)Q401.3103并流時(shí)Q401.31032二:二mKtm500102.22=7.854m.寸m120-64.61?4.寸m120-64.61?418O30C94.61?120-64.61In180-30,55.39In150C=94.97C2=8.452m2401.3102=8.452m2mKlmKlm10.在一單殼程、雙管程的管殼式換熱器中，水在殼程內(nèi)流動(dòng)，進(jìn)口溫度為30C,出口溫度為65C。油在管程流動(dòng)，進(jìn)口溫度為120C。出口溫度為75C,試求其傳熱平均溫度差。解：先求逆流時(shí)平均溫度差TOC\o"1-5"\h\z油120―75水65<-30.t5545.\t2-.11.\t2-.11二^t^55-45C=49.8CIn—45計(jì)算P及Rt2-tt2-t1T-t165-30120-30=0.389」二股二1.286

t2Y65-30查圖5-11(a)得%=0.875Atm=匕。9=0.875義49.8七=43.6七12.在一單程管殼式換熱器中，管外熱水被管內(nèi)冷水所冷卻。已知換熱器的傳熱面積為5m2,總傳熱系數(shù)為1400W/(m2；C)；熱水的初溫為100C,流量為5000kg/h;冷水的初溫為20C,流量為10000kg/h。試計(jì)算熱水和冷水的出口溫度及傳熱量。設(shè)水的平均比熱容為4.18kJ/(kgC),熱損失可忽略不計(jì)。解:WhCph5000解:WhCph3600W4cpecpc100003600W4cpecpc1000036004.18103W.C=11611WCCC__CC__JminCr-Cmmax5805.6=0.511611查圖得傳熱量(NTU)minKACmin；查圖得傳熱量(NTU)minKACmin；=0.575Q=Cmi(T1t)1140051.215805.6=0.5755805.6100-20W=2.67105W二」=3=6575T1Tl100-20

解出T2=54CCri=A^0=0.5T1-T2100-54解出t2=43c解出T2=54CCri=A^0=0.5T1-T2100-54解出t2=43c22.某煉油廠擬采用管殼式換熱器將柴油從的循環(huán)水。要求換熱器的管程和殼程壓降不大于30kPa,試選擇適宜型號(hào)的管殼式換熱器。解：略L在溫度為40。壓力為10L3kPa的條件下,涮件溶液上方班的平衢分壓為kPa時(shí).氯在水中的溶髀度為766g(NH?10M成求在此溫度和壓力下的亨利系敷己相平面常數(shù)m及溶解度泵數(shù)H解：水溶液中氮的摩足分?jǐn)?shù)為766-0.07517

7661000

TF+-iF-0.075由p*=￡x亨利系數(shù)為口*150F=±—=——kPa=2OO.OkP^x0075200.0101.3=200.0101.3=1.974由于盛水的濃度較帳*溶液的巒度可按純水的交度計(jì)算.40亡時(shí)水的交度為p=992.2卜目加溶解魔宗數(shù)為H=j1gMm=0^76kmol/0n3-kPa)3.在總壓為110.5kPa的條件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空氣中的氨氣。測(cè)得在塔的某一截面上，氨的H=0.725kmol/(m3kPa)。氣、液相組成分別為y=0.032、c=1.06koml/m3。氣膜吸收系數(shù)kG=5.2x10-6kmol/(m2H=0.725kmol/(m3kPa)。X10-4m/so假設(shè)操作條件下平衡關(guān)系服從亨利定律，溶解度系數(shù)(1)試計(jì)算以如、&表示的總推動(dòng)力和相應(yīng)的總吸收系數(shù);(2)試分析該過(guò)程的控制因素。解：(1)以氣相分壓差表示的總推動(dòng)力為L(zhǎng)p=p-p*=pty--=(110.50.032-「Ob)kPa=2.074kPaH0.725其對(duì)應(yīng)的總吸收系數(shù)為

1

kG11

kG1

HkL11i-=(~~kG0.7251.5510J125T^)(mskPa)/kmol=(8.8991031.923105)(m2sPa)/kmol=2.012105(m2sPa)/kmolKG=4.9710-kmol/(m2skPa)TOC\o"1-5"\h\z以液相組成差表示的總推動(dòng)力為_(kāi)_3_3Jc=c*-c=pH-c=(110.50.0320.725-1.06)kmol/m=1.504kmol/m其對(duì)應(yīng)的總吸收系數(shù)為Kl11._6Kl=m/s=6.855父10-m/s1H10.725'4'6kLkG1.5510-5.210-(2)吸收過(guò)程的控制因素氣膜阻力占總阻力的百分?jǐn)?shù)為1/kG1/kG1/kG1/kGkG4.97105.210-100%=95.58%氣膜阻力占總阻力的絕大部分，故該吸收過(guò)程為氣膜控制。5.在101.3kPa及25c的條件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合氣中的二氧化硫。已知混合氣進(jìn)塔和出塔的組成分別為y1=0.04、y2=0.002。假設(shè)操作條件下平衡關(guān)系服從亨利定律，亨利系數(shù)為4.13X103kPa,吸收劑用量為最小用量的1.45倍。(1)試計(jì)算吸收液的組成；(2)若操作壓力提高到1013kPa而其他條件不變，再求吸收液的組成。解：(1)Y1=-y^=0.04=0.0417-y11-0.04y21-y20.0021-0.002:0.002E4.13y21-y20.0021-0.002:0.002E4.13103m=一=pt101.3=40.77吸收劑為清水，所以X2=0%njY1-Y2=g,V.Y/m-X20.0417-0.0020.0417/40.77-0=38.81所以操作時(shí)的液氣比為眄=1.45眄=1.45'qn,Vg,V?=1.4538.81=56.27吸收液的組成為QnV1上X1=JY-丫2+X2=M0.0417-0.002+0=7.054^104,l56.27(2)4.13103Pt(2)4.13103Pt1013=4.077「4」_Xi_0.0417-0.002,=Y/m-X2=0.0417二.n，V士min12_01.453=8815.627n,Vn,L1.453=8815.627n,Vn,LJXi=0.002=07.0355101(Y-Y2)+Xi=0.002=07.0355105.6276.在一直徑為0.8m的填料塔內(nèi)，用清水吸收某工業(yè)廢氣中所含的二氧化硫氣體。已知混合氣的流量為45kmol/h,二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為0.032。操作條件下氣液平衡關(guān)系為Y=34.5X,氣相總體積吸收系數(shù)為0.0562kmol/(m3s)o若吸收液中二氧化硫的摩爾比為飽和摩爾比的76%,要求回收率為98%。求水的用量(kg/h)及所需的填料層高度。解：丫=含=嚼"0331Y=丫1-a=0.03311-0.98=0.000662X1*m0.0331X1*m0.033134.54=9.59410一X1=0.76X1*=0.769.59410—7.29110上惰性氣體的流量為qn,v=45父(1-0.032)kmol/h=43.56kmol/hqn,vqn,v(Y-Y2)qn,L=X1-X2343.560.0331-0.00066234kmol/h=1.93810kmol/h7.291104-04qm,L=1.938^10M18kg/h=3.488父10kg/h求填料層高度Hogqn,vHogqn,vKy3I143.56/36000.05620.7850.82m=0.429mY-Y2“mY-Y2“mNog4Y1=Y1-Y1*=0.0331-34.57.29110=0.00795Y2=\-Y2*=0.000662-34.50=0.0006620.0331-0.000662==11.070.00293Z=NogHog=11.070.429m=4.749m7.某填料吸收塔內(nèi)裝有5m高，比表面積為221m2/m3的金屬階梯環(huán)填料，在該填料塔中，用清水逆流吸收某

混合氣體中的溶質(zhì)組分。已知混合氣的流量為50kmol/h,溶質(zhì)的含量為5%(體積分?jǐn)?shù)%);進(jìn)塔清水流量為200kmol/h,

其用量為最小用量的1.6倍；操作條件下的氣?^平衡關(guān)系為Y=2.75X;氣相總吸收系數(shù)為3x10^kmol/(m2s);

填料的有效比表面積近似取為填料比表面積的90%。試計(jì)算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直徑。解：（1）惰性氣體的流量為qn,V=50x(1—0.05)kmol/h=47.5kmol/h對(duì)于純?nèi)軇┪誈J?GJ?一□nVminYl-丫2Y/m-X2依題意3]=200=2.63247.5m1.\\n\3.149.某制藥廠現(xiàn)有一直徑為1.2m,填料層高度為3m的吸收塔，用純?nèi)軇┪漳硽怏w混合物中的溶質(zhì)組分。入塔混合氣的流量為40kmol/h,溶質(zhì)的含量為0.06（摩爾分?jǐn)?shù)）；要求溶質(zhì)的回收率不低于95%;操作條件下氣液平衡關(guān)系為Y=2.2X;溶劑用量為最小用量的1.5倍；氣相總吸收系數(shù)為0.35kmol/（m2h）o填料的有效比表面積近似取為填料比表面積的90%。試計(jì)算（1）出塔的液相組成；（2）所用填料的總比表面積和等板高度。A,^d26*95.71%(2)Y'=1-y/1黑二°.0526丫2=Y{1—%)=0.0526x(1-0.9571)=0.00226X1'丫1X1'丫1-丫2X2qn,L47.52000.0526-0.002260=00120△丫=丫一丫*=0.0526-2.750.0120=0.0196丫2=丫2-Y2*=0.00226-2.750=0.00226△Ym丫1-丫2△Ymu10.00803「：丫0.0196InIn-丫20.00226K1丫—Y20.0526-0.00226Nog===6.269.Ym0.00803Z5HOG———m=0.798mHogqn,VK丫aHogHogqn,VK丫aHog2=0.277m23**解：(1)Y=^y—=0.06=0.06381-Y11-0.06Y2=Y1-A=0.06381-0.95=0.00319惰性氣體的流量為qn,V=40(1-0.06)kmol/h=37.6kmol/hFqn,L"qFqn,L"qn,V=ma=2.20.95=2.09min&,lmin=2.09m37.6kmol/h=78.58kmol/hqn,L=1.575.58kmolh=117.9kmolhqn,V37.6XiYi—Y2X20.0638-0.00319=00.0193qn,l117.9(2)AY=Y—Y*=0.0638—2.2x0.0193=0.0213△Y2=工—Y*=0.00319-2.x200.00319；：Ym△Y3

ln△*；：Ym△Y3

ln△*

lnY20.0213-0.00319,0.0213ln0.00319=0.00954NogY—Y20.0638-0.003190.00954=6.353Z3Hog=——=m=0.472mNog6.353由H由Hog%VKYa'J填料的有效比表面積為qn,va二Hqn,va二HogKy「「37.60.4720.350.7851.22一2,3m/m2,3=201.35m/m填料的總比表面積為at:201.35m2/m3=223.72m2/m30.9Nog_lnSNtS-1mqn,vS-mqn,vS-qn,L2.237.6117.9=0.702=5.3516.353(0.702-1)

ln0.702=5.351Z=HETPtN填料的等板高度為3

HETP=m=0.561m0.085,操作條件下0.085,操作條件下10.用清水在塔中逆流吸收混于空氣中的二氧化硫。已知混合氣中二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為物系的相平衡常數(shù)為26.7,載氣的流量為250kmol/h。若吸收劑用量為最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率為92%。試求水的用量（kg/h）及所需理論級(jí)數(shù)。解：丫=_y1解：丫=_y1-Yi1-0.0850.085=0.0929Y2=Y（1—中a）=0.092球（1—0.92）=0.00743用清水吸收，X2=0=mA=26.70.92=24.564qn,Vmin操作液氣比為qni吐=1.5524.564=38.074qn,V水的用量為qn,L=38.074x250kmol/h=9.519x103kmol/hqm,L=9.519父103父18kg/h=1.713><105kg/hA=_qn^=38J2Z4=1.426mqnv26.7用清水吸收，=a=0.92A—&1n1」由Nt=-1InA,1.426-0.92InNt1-0.92-1=4.198In1.42611.某制藥廠現(xiàn)有一直徑為0.6m,填料層高度為6m的吸收塔，用純?nèi)軇┪漳郴旌蠚怏w中的有害組分。Y=1.5現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下：V=500m3/h、丫1=0.02、丫2=0.004、Xi=0.004Y=1.5X。現(xiàn)因環(huán)保要求的提高，要求出塔氣體組成低于X。現(xiàn)因環(huán)保要求的提高，要求出塔氣體組成低于0.002（摩爾比）。該制藥廠擬采用以下改造方案：維持液氣比不變，在原塔的基礎(chǔ)上將填料塔加高。試計(jì)算填料層增加的高度。解：改造前填料層高度為Z=HogNog改造后填料層高度為Z=HogNog故有Z_=HOGNogZHogNog由于氣體處理量、操作液氣比及操作條件不變，故HOG=HOGS：二SX2X2=0,Y2*=0ln[（1-S）YrYr*S]

TOC\o"1-5"\h\z1Y故Nogln[(1-S)y1S]I-SY21Y1Nogln[(1-S)-1.S]I-SY2因此，有_Y-1n[(「S)Y，+S]Z_Y2Zln[(1-S)Y+S]操作液氣比為qnLY—Y20.02-0.004—二一—二二4qnVX1-X20.004-0mqnV1.5S一=——=0.375%,L4Zln[(1-0.375)Zln[(1-0.375)Zln[(1-0.375)Zln[(1-0.375)鬻=1.509-0^2-0.375]0.004Z=1.5096m=9.054m填料層增加的高度為Z=Z-Z=(9.054-6)m=3.054m第九章蒸儲(chǔ)3.在100kPa壓力下將組成為0.55（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)）的兩組分理想溶液進(jìn)行平衡蒸儲(chǔ)和簡(jiǎn)單蒸儲(chǔ)。原料液處理量為100kmol,汽化率為0.44。操作范圍內(nèi)的平衡關(guān)系可表示為y=0.46x+0.549。試求兩種情況下易揮發(fā)組分的回收率和殘液的組成。解：（1）平衡蒸儲(chǔ)（閃蒸）依題給條件q=1-0.44=0.56Xf0.56Xf0.56二xq-10.56-10.550.56-1=1.25—1.273x由平衡方程y=0.4160.54聯(lián)立兩方程，得y=0.735,x=0.4045nD=0.44nF=0.44100kmol=44kmol”=￡"%=：；國(guó)父1。?（2）簡(jiǎn)單蒸儲(chǔ)nDnD=44kmolnW=56kmol,nF.ln—=ln,nF.ln—=ln

nw100560.55=Jxwdxy-x10.549-0.54Xw0.5798=——lnW0.540.549-0.540.55解得Xw=0.378556xF-xW=0.55440.55-0.3785=0.7683440.7683a-100%=61.46%1000.55簡(jiǎn)單蒸儲(chǔ)收率高（61.46%）,釜?dú)堃航M成低（0.3785）5.解得Xw=0.378556xF-xW=0.55440.55-0.3785=0.7683440.7683a-100%=61.46%1000.55簡(jiǎn)單蒸儲(chǔ)收率高（61.46%）,釜?dú)堃航M成低（0.3785）5.在連續(xù)精微塔中分離A、B兩組分溶液。原料液的處理量為100kmol/h,其組成為0.45（易揮發(fā)組分A的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和液體進(jìn)料，要求儲(chǔ)出液中易揮發(fā)組分的回收率為96%,釜液的組成為0.033。試求（1）儲(chǔ)出液的流量和組成；（2）若操作回流比為2.65,寫(xiě)出精儲(chǔ)段的操作線方程；（3）提儲(chǔ)段的液相負(fù)荷。解：（1）儲(chǔ)出液的流量和組成由全塔物料衡算，可得qn,DXD=0.96qn,FXF=0.96X100x0.45kmol/h=43.2kmol/hqn,wXw=1—0.961000.45kmol/h=1.8kmol/hqn,W1.8kmol/h=54.55kmol/h0.033qn,D=qn,F—qn,W=(100—54.55、mol/h=45.45kmol/h43.2

xD==0.950545.45(2)精微段操作線方程RxD2.650.9505y=x=x=0.726x-0.2604R1R13.653.65（3）提儲(chǔ)段的液相負(fù)荷qn,L=qn,LqQn,F=Rq,D+qn,F=(2.65^45.45+100Rmol/h=220.4kmol/h6.在常壓連續(xù)精微塔中分離爾分?jǐn)?shù)，下同），原料液的泡點(diǎn)為A、B兩組分理想溶液。進(jìn)料量為60kmol/h,其組成為0.46（易揮發(fā)組分的摩92C。要求儲(chǔ)出液的組成為0.96,釜液組成為0.04,操作回流比為2.8。試求如下三種進(jìn)料熱狀態(tài)的q值和提儲(chǔ)段的氣相負(fù)荷。(1)已知:40C冷液進(jìn)料;飽和液體進(jìn)料；飽和蒸氣進(jìn)料。原料液的汽化熱為371kJ/kg,比熱容為1.82kJ/（kg?C）。解：由題給數(shù)據(jù)，可得Xf-Xw0.46-0.04qnD=qnF=60kmol/h=27.39kmol/hXd-Xw0.96-0.04qn,W=(60—27.39kmol/h=32.61kmol/h（1）40C冷液進(jìn)料（1）40C冷液進(jìn)料q值可由定義式計(jì)算，即q=1...=118292一40=1.255r371V'=(R+iqn,D-(1—qF=(2.8+1,27.39—(1—1.255,60kmol/h=119.4kmol/h(2)飽和液體進(jìn)料此時(shí)q=1V'=V=(R+1qn,D=3.8X27.39kmol/h=104.1kmol/h(3)飽和蒸氣進(jìn)料q=0V'=V-qn,F=(104.1-60kmol/h=44.1kmol/h三種進(jìn)料熱狀態(tài)下，由于q的不同，提儲(chǔ)段的氣相負(fù)荷(即再沸器的熱負(fù)荷)有明顯差異。飽和蒸氣進(jìn)料V'最小。7.在連續(xù)操作的精微塔中分離兩組分理想溶液。原料液流量為50kmol/h,要求儲(chǔ)出液中易揮發(fā)組分的收率為94%。已知精微段操作線方程為y=0.75x+0.238;q線方程為y=2-3x。試求(1)操作回流比及儲(chǔ)出液組成；(2)進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料的總組成；(3)兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值Xq及yq；(4)提儲(chǔ)段操作線方程。解：(1)操作回流比及儲(chǔ)出液組成由題給條件，得-R-=0.75及-xL=0.238R1R1解得R=3,Xd=0.9522)進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料液組成由于工川及士=2q-11-q解得q=0.75(氣液混合進(jìn)料)，Xf=0.5(3)兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值Xq及yq聯(lián)立操作線及q線兩方程，即y=0.75x0.238y=2-3x解得xq=0.4699及yq=0.5903(4)提儲(chǔ)段操作線方程其一般表達(dá)式為.qn,L-qn,W

y=xxwqn,V-qn,V-式中有關(guān)參數(shù)計(jì)算如下：qnD=Aqn,FXF=0.94500.5kmol/h=24.68kmol/hqnw=QnFYnD=「50-24.68kmol/h=25.32xD0.952kmol/h1-kmol/h1-Aqn,FXFXw二qn,W1-0.94500.5一25.32=0.0592qn,L，=Rqn,D+qqn,F=(3黑24.68+0.75父50)kmol/h=111.54kmol/hqn,V，=qn,L-qn,W=(111.54-25.32)kmol/h=86.22kmol/h

111.54.25.32yx一0.0592=1.294x—0.0173986.2286.229.在板式精微塔中分離相對(duì)揮發(fā)度為2的兩組分溶液，泡點(diǎn)進(jìn)料。儲(chǔ)出液組成為0.95（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），釜?dú)堃航M成為0.05,原料液組成為0.6。已測(cè)得從塔釜上升的蒸氣量為93kmol/h,從塔頂回流的液體量為58.5kmol/h,泡點(diǎn)回流。試求（1）原料液的處理量；（2）操作回流比為最小回流比的倍數(shù)。解：（1）原料液的處理量由全塔的物料衡算求解。對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1qn,v=qn,v=R1qn,D=93kmol/hqn,D=qn,V—qn,L=（93-58.5）kmol/h=34.5kmol/hqn,W=qn,F-qn,D則0.6qn,F=0.95M34.5+（qn,F—34.5,0.05解得qn,F=56.45kmol/h（2）R為Rmin的倍數(shù)93=R134.5R=1.70對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料，Rmin的計(jì)算式為.333Xd二(1-Xd)_0.952(1-0.95).333xF-1-xF[0.6-1-0.6一于是Rmin1.7于是Rmin1.71.333=1.275第十章液-液萃取和液-固浸取1.25c時(shí)醋酸（A）費(fèi)醇-3（B）冰（S）的平衡數(shù)據(jù)如本題附表所示。習(xí)題1附表1溶解度曲線數(shù)據(jù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）醋酸（A）庚酉1-3(B)水(S)醋酸（A）庚酉1-3(B)水(S)096.43.648.512.838.73.593.03.547.57.545.08.687.24.242.73.753.619.374.36.436.71.961.424.467.57.929.31.169.630.758.610.724.50.974.641.439.319.319.60.779.745.826.727.514.90.684.546.524.129.47.10.592.4——475——20.4321000.4—99^—習(xí)題1附表2聯(lián)結(jié)線數(shù)據(jù)（醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)％）

水層庚酉1-3層水層庚酉1-3層6.45.338.226.813.710.642.130.519.814.844.132.626.719.248.137.933.623.747.644.9試求：（1）在直角三角形相圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線，在直角坐標(biāo)圖上繪出分配曲線。（2）確定由200kg醋酸、200kg庚醇-3和400kg水組成的混合液的物系點(diǎn)位置。混合液經(jīng)充分混合并靜置分層后，確定兩共軻相的組成和質(zhì)量。（3）上述兩液層的分配系數(shù)kA及選擇性系數(shù)P。（4）從上述混合液中蒸出多少千克水才能成為均相溶液?1曲線SNP所示。分配曲線如附圖解：（1）溶解度曲線如附圖11曲線SNP所示。分配曲線如附圖（2）和點(diǎn)醋酸的質(zhì)量分率為200=0.25X=0.25200200400水的質(zhì)量分率為400X水的質(zhì)量分率為400XS二200200400=0.50由此可確定和點(diǎn)M的位置，如附圖1所示。由輔助曲線通過(guò)試差作圖可確定則可得1313RM800kg由此可確定和點(diǎn)M的位置，如附圖1所示。由輔助曲線通過(guò)試差作圖可確定則可得1313RM800kg=260kg4040M點(diǎn)的差點(diǎn)R和E。由杠桿規(guī)E=M-R=800-260kg=540kg習(xí)題1附圖1習(xí)題1附圖2由附圖1可查得E相的組成為yA=0.28,yS=0.71,yR相的組成為xA=0.20,xS=0.06,x（3）分配系數(shù)yA喳yA喳=1.40.20Xb0.01Xb0.010.01350.74選擇性系數(shù)14=103.70.0135（4）隨水分的蒸發(fā)，和點(diǎn)M將沿直線SM移動(dòng)，當(dāng)M點(diǎn)到達(dá)H點(diǎn)時(shí)，物系分層消失，即變?yōu)榫辔锵?。由杠桿規(guī)則可得3434HM800kg=494.5kg5555需蒸發(fā)的水分量為M-H=1800-494.5kg=305.5kg30%的醋酸淡醇-3混合液中提取醋酸。已知原料10%。試30%的醋酸淡醇-3混合液中提取醋酸。已知原料10%。試（1）水的用量；（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作條件下的平衡數(shù)據(jù)見(jiàn)習(xí)題解：（1）物系的溶解度曲線及輔助曲線如附圖所示。由原料組成Xf=0.3可確定原料的相點(diǎn)F,由萃余相的組成xa=0.1可確定萃余相的相點(diǎn)R。借助輔助曲線，由R可確定萃取相的相點(diǎn)E。聯(lián)結(jié)RE、FS,則其交點(diǎn)M即為萃取操作的物系點(diǎn)。由杠桿規(guī)則可得TOC\o"1-5"\h\zF37=S26c3737S=—F=—1000kg=1423kg2626（2）由杠桿規(guī)則可確定萃余相的量。習(xí)題2附圖R49=McR49=Mc16〃R=M4916164910001423kg=791kg由附圖可讀得萃取相的組成為0.142423-791萃取率=二76.2%10000.35.在多級(jí)逆流萃取裝置中，以水為溶劑從含丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的丙酮椰酸乙酯混合液中提取丙酮。已知原料液的處理量為2000kg/h,操作溶劑比（S/F）為0.9,要求最終萃余相中丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于6%,試求（1）所需的理論級(jí)數(shù)；（2）萃取液的組成和流量。操作條件下的平衡數(shù)據(jù)列于本題附表。習(xí)題5附表丙酮（A）椰酸乙酯（B）冰（S）的平衡數(shù)據(jù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）瑩舌取相萃余相丙酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）丙酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）07.492.6096.33.53.28.388.54.891.04.26.08.086.09.485.65.09.58.382.213.580.56.012.89.278.016.677.26.214.89.875.420.073.07.017.510.272.322.470.07.621.211.867.027.862.010.2264150586326510132解：（1）由平衡數(shù)據(jù)在直角三角形坐標(biāo)圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線，如附圖所示。由原料組成Xf=0.40,在圖中確定原料相點(diǎn)F。F=1000kg/h、S/F=0.9,再根據(jù)杠桿規(guī)則可確定F、S的和點(diǎn)M。由習(xí)題5附圖最終萃取要求Xn=0.06確定Rn°聯(lián)結(jié)Rn、M,其延長(zhǎng)線與溶解度曲線交于Ei,FE〔、RnS兩線的交點(diǎn)A即為操作點(diǎn)°借助輔助曲線作圖可得Ei的共軻相點(diǎn)Ri（第一級(jí)萃取萃余相點(diǎn)），聯(lián)結(jié)RiA與溶解度曲線交于E2。同理可找到R2、R3……，直至萃余相的組成小于0.06為止，操作線的條數(shù)即為理論級(jí)數(shù)。由作圖可得n=6（2）聯(lián)結(jié)S、Ei,并延長(zhǎng)交AB與E',E'即為萃取液的相點(diǎn)，讀圖可得yA=0.65

=0.92000kgh=1800kgh=0.92000kgh=1800kghM=FS=20001800kgh=3800kgh由杠桿規(guī)則可得Ei35.5=M27Ei2735.527Ei2735.527

怎3800kgh=2890kg.hE'72.5=E129E,:^E1E,:^E12972.5二28902972.5kgh=1156kgh第十一章固體物料的干燥習(xí)題解答3.在總壓101.3kPa下，已知濕空氣的某些參數(shù)。利用濕空氣的HT圖查出附表中空格項(xiàng)的數(shù)值，并繪出分題4的求解過(guò)程示意圖。習(xí)題3附表序濕度干球溫度濕球溫度相對(duì)濕度始水汽分壓露點(diǎn)號(hào)kg/kg絕干氣/CC%kJ/kg絕干氣kPaC1(0.02)86(35)51403232(0.03)793711(160)4.2303(0.04)8642(10)1936354(0.05)(60)42371927.538.5解：附表中括號(hào)內(nèi)的數(shù)為已知，其余值由H-I圖查得。分題4的求解過(guò)程示意圖略。4.將t0=25°C、H0=0.005kg水/kg絕干氣的常壓新鮮空氣，與干燥器排出的t2=40°C、出=0.034kg水/kg絕干氣的常壓廢氣混合，兩者中絕干氣白^質(zhì)量比為1：3。試求（1）混合氣體的溫度、濕度、始和相對(duì)濕度；（2）若后面的干燥器需要相對(duì)濕度10%的空氣做干燥介質(zhì)，應(yīng)將此混合氣加熱至多少攝氏度？(a)(b)解：（1）對(duì)混合氣列濕度和燃的衡算，