化工原理测试题

解：定储槽液面为1-1，且为基准面，高位槽液面为2-2，列伯努利方程式：

2u12p2u2z1gwez2ghf22z10;z28mp1p1p0Hgghp2p0hfhf吸hf压=19.6+ 2H0gh19.6+4*9.858.8KJ/KgH022Hgg0.1we8*9.858.8H02

H0按103Kg/m3算0.1*13.6*9.8we8*9.858.8we150.53KJ/KgNeweQm150.53KJ/KgNe663.8KW4(603.52)2106m22m/s103Kg/m3

2．如图所示，某厂计划建一水塔，将

20℃水分别送至第一、第二车间的吸收塔中。第一车间的吸收塔为常压，第二车间的吸收塔内压力为20kPa（表压）。总管内径为50mm钢管，管长为（30＋z0），通向两吸收塔的支管内径均为20mm，管长分别为28m和15m（以上

各管长均已包括所有局部阻力当量长度在内）。喷嘴的阻力损失可以忽略。钢管的绝对粗糙度为0.2mm。现要求向第一车间的吸收塔供应1800kg/h的水，向第二车间的吸收塔供应2400kg/h的水，试确定水塔需距离地面至少多高？已知

0.2358－320℃水的粘度为1.0×10 Pa·s，摩擦系数可由式0.1 计算。 dRe

解：总管路的流速为

u0＝qm0/（ρπr2）

＝4200 kg/h/（1×103kg/m3×π×0.0252m2） ＝0.594m/s

第一车间的管路流速为

u1＝qm1/（ρπr2）

＝1800kg/h/（1×103kg/m3×π×0.012m2） ＝1.592m/s

第二车间的管路流速为

u2＝qm2/（ρπr2）

＝2400 kg/h/（1×103kg/m3×π×0.012m2） ＝2.122m/s

则

Re0＝duρ/μ＝29700

λ0＝0.1（ε/d＋58/Re）0.23＝0.0308 Re1＝duρ/μ＝31840

λ1＝0.1（ε/d＋58/Re）0.23＝0.036 Re2＝duρ/μ＝42400

λ2＝0.1（ε/d＋58/Re）0.23＝0.0357

以车间一为控制单元，有伯努利方程

u12/2＋gz1＋p1/ρ＋Σhf1＝gz0＋p0/ρ

p1= p0，故

（1.592m/s）2/2＋9.8m/s2×3m＋0.0308×（0.594m/s）2×（30＋z0）m/（2×0.05m）＋0.036×（1.592m/s）2×28m/（2×0.02m）＝9.8m/s2×z0

解之得

z0＝10.09m

以车间二为控制单元，有伯努利方程

u22/2＋gz2＋p2/ρ＋Σhf2＝gz0＋p0/ρ

（2.122m/s）2/2＋9.8m/s2×5m＋20kPa/（1×103kg/m3）＋0.0308×（0.594m/s）2×（30＋z0）m/（2×0.05m）＋0.0357×（2.122m/s）2×15m/（2×0.02m）＝9.8m/s2×z0 解之得

z0＝13.91m

故水塔需距离地面13.91m

3. 某厂准备建一个降尘室来净化常压，温度为40℃的含尘空气流，气体进入降尘室的流速保持在0.15m/s，而微粒在室内的沉降速度为0.025m/s，现依厂房面积分配，降尘室只允许做成宽为3m，高为2m。问：（1）降尘室的最小长度应为多少m？（2）降尘室的最大生产能力为多少标准m3/h？（3）若因厂房面积有限，降尘室的长度仅允许为你计算的最小长度的一半，你认为应采取什么措施来完成此净化任务？ 解：（1）求最小长度L

∵(L/u)≥(H/U )∴L≥（uH/U)=0.15×2/0.025=12m （2）最大生产能力V标

V实=Au=Lbu=12×3×0.025=0.9m3/s=3240 m3/h

V标=V实T0/T=3240×273/(40＋273)=2826 m3/h

（3）若L只能为原来的0.5时，为完成同样的生产任务，可在降尘室中间加一隔板。

4. 拟用套管换热器来加热丙酮，使之从20℃加热至50℃，处理量为1000 kg/h，丙酮走管内，管子用φ25×2.5钢管，加热剂用热水，入口温度为90℃，流量为450 kg/h，采用逆流操作，若已知传热系数为930 w/m.K，问传热面积要多大?需要多长的钢管?（丙酮平均定压比热为2.26 kJ/kg.K）。 解：Q=1000×2.26×(50-20)=67800 kJ/h

67800=450×4.187×(90－T) T=54℃

Δtm=[(90-50)-(54-20)]/ln(40/34)=37℃

A=Q/(K·Δt)=67800×103/(3600×930×37)=0.55m2 l=A/(πd)=8.76 m

5. 某燃烧炉的平壁由耐火砖（λ=1.05w/m.K)，绝热砖（λ=0.15 w/m.K)和普通砖(λ=0.8 w/m.K)三种材料组成。已知耐火砖内侧温度为1273K，耐火砖与绝热砖接触面温度1213K，绝热砖与普通砖接触温度411K；普通砖厚230mm，设为稳定热传导，问：(1）耐火砖和绝热砖应砌多厚才能保证热损失不超过274w/m2； (2）普通砖的外侧温度为多少？ 解：b耐=λb绝=λ

绝

耐

×△t/Q=1.05(1273-1213)/274=0.2299m

×△t/Q=0.15(1213-411)/274=0.4391m

普

△t=Q×b普/λ411-t外=78.78 ∴t外=332.2K

=274×0.23/0.8=78.78K