化工基础学习知识原理王晓红版习题集规范标准答案第二章
化工原理下册答案
化工原理下册答案化工原理是化学工程专业的重要基础课程，它涉及到化工工程的基本原理和理论知识，对于学生来说是一门重要的课程。
下面是化工原理下册的答案，希望对大家的学习有所帮助。
第一章热力学基础。
1. 什么是热力学？热力学是研究能量转化和能量传递规律的科学，它是化工工程中不可或缺的基础理论。
2. 热力学第一定律的表达式是什么？热力学第一定律可以表达为ΔU = Q W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做功。
3. 热力学第二定律的内容是什么？热力学第二定律可以表述为热不可能自发地从低温物体传向高温物体，也可以表述为熵增原理。
第二章物质平衡。
1. 什么是物质平衡？物质平衡是指在化工过程中，各种物质在系统内的输入、输出和积累之间的平衡关系。
2. 如何计算物质平衡？计算物质平衡时，需要根据系统的输入和输出物质量来进行计算，确保输入和输出物质量达到平衡。
3. 物质平衡的应用范围有哪些？物质平衡在化工工程中有着广泛的应用，包括化工反应、化工装置设计等方面。
第三章能量平衡。
1. 能量平衡的基本原理是什么？能量平衡的基本原理是能量守恒定律，即能量不能被创造或者消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
2. 能量平衡的计算方法有哪些？能量平衡的计算方法包括热平衡法、热效率法、热损失法等多种方法。
3. 能量平衡在化工工程中的应用有哪些？能量平衡在化工工程中有着重要的应用，可以用于热力学系统的分析和设计。
第四章流体力学。
1. 流体力学的基本概念是什么？流体力学是研究流体静力学、流体动力学和流体力学性能的科学。
2. 流体的黏度是什么？流体的黏度是指流体内部分子间相互作用的阻力，它是流体运动阻力的重要参数。
3. 流体的雷诺数是什么？流体的雷诺数是描述流体流动状态的一个重要无量纲参数，它可以用来判断流体流动的稳定性和不稳定性。
第五章传质过程。
1. 传质过程的基本原理是什么？传质过程是指物质在不同相之间传递的过程，它包括质量传递、热量传递和动量传递。
化工原理第二章习题及答案
第二章流体输送机械一、名词解释（每题2分）1、泵流量泵单位时间输送液体体积量2、压头流体输送设备为单位重量流体所提供的能量3、效率有效功率与轴功率的比值4、轴功率电机为泵轴所提供的功率5、理论压头具有无限多叶片的离心泵为单位重量理想流体所提供的能量6、气缚现象因为泵中存在气体而导致吸不上液体的现象7、离心泵特性曲线在一定转速下，离心泵主要性能参数与流量关系的曲线8、最佳工作点效率最高时所对应的工作点9、气蚀现象泵入口的压力低于所输送液体同温度的饱和蒸汽压力，液体汽化，产生对泵损害或吸不上液体10、安装高度泵正常工作时，泵入口到液面的垂直距离11、允许吸上真空度泵吸入口允许的最低真空度12、气蚀余量泵入口的动压头和静压头高于液体饱和蒸汽压头的数值13、泵的工作点管路特性曲线与泵的特性曲线的交点14、风压风机为单位体积的流体所提供的能量15、风量风机单位时间所输送的气体量，并以进口状态计二、单选择题（每题2分）1、用离心泵将水池的水抽吸到水塔中，若离心泵在正常操作范围内工作，开大出口阀门将导致（）Ａ送水量增加，整个管路阻力损失减少Ｂ送水量增加，整个管路阻力损失增大Ｃ送水量增加，泵的轴功率不变Ｄ送水量增加，泵的轴功率下降 A2、以下不是离心式通风机的性能参数( )Ａ风量Ｂ扬程Ｃ效率Ｄ静风压 B3、往复泵适用于( )Ａ大流量且流量要求特别均匀的场合Ｂ介质腐蚀性特别强的场合Ｃ流量较小，扬程较高的场合Ｄ投资较小的场合 C4、离心通风机的全风压等于( )Ａ静风压加通风机出口的动压Ｂ离心通风机出口与进口间的压差Ｃ离心通风机出口的压力Ｄ动风压加静风压 D5、以下型号的泵不是水泵( )ＡＢ型ＢＤ型ＣＦ型Ｄｓｈ型 C 6、离心泵的调节阀( )Ａ只能安在进口管路上Ｂ只能安在出口管路上Ｃ安装在进口管路和出口管路上均可Ｄ只能安在旁路上 B 7、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后以下能量的增加值( )Ａ包括内能在内的总能量Ｂ机械能Ｃ压能Ｄ位能（即实际的升扬高度）B8、流体经过泵后，压力增大∆p N/m2，则单位重量流体压能的增加为( )A ∆pB ∆p/ρC ∆p/ρgD ∆p/2g C9、离心泵的下列部件是用来将动能转变为压能( )A 泵壳和叶轮B 叶轮C 泵壳D 叶轮和导轮 C10、离心泵停车时要( )Ａ先关出口阀后断电Ｂ先断电后关出口阀Ｃ先关出口阀先断电均可Ｄ单级式的先断电，多级式的先关出口阀 A11、离心通风机的铭牌上标明的全风压为100mmH2O意思是( )A 输任何条件的气体介质全风压都达100mmH2OB 输送空气时不论流量多少，全风压都可达100mmH2OC 输送任何气体介质当效率最高时，全风压为100mmH2OD 输送20℃，101325Pa空气，在效率最高时，全风压为100mmH2O D12、离心泵的允许吸上真空高度与以下因素无关( )Ａ当地大气压力Ｂ输送液体的温度Ｃ流量Ｄ泵的吸入管路的长度 D13、如以∆h,允表示汽蚀余量时，p1,允表示泵入口处允许的最低压力，p v为操作温度下液体的饱和蒸汽压，u1为泵进口处的液速，则( )A p1,允= p v + ∆h,允B p1,允/ρg= p v/ρg+ ∆h,允－u12/2gC p1,允/ρg= p v/ρg+ ∆h,允D p1,允/ρg= p v/ρg+ ∆h,允＋u12/2g B14、以下种类的泵具有自吸能力( )Ａ往复泵Ｂ齿轮泵与漩涡泵Ｃ离心泵Ｄ旋转泵与漩涡泵 A15、如图示，列1--1与2--2截面的伯努利方程，为：H e＝∆z＋∆p/ρg＋∆(u2/2g)＋∑H f,1-2，则∆h f,1-2为( )A 泵的容积损失，水力损失及机械损失之和B 泵的容积损失与水力损失之和C 泵的水力损失D 测压点1至泵进口，以及泵出口至测压点2间的阻力损失D16、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )Ａ气缚现象Ｂ汽蚀现象Ｃ汽化现象Ｄ气浮现象A17、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因( )Ａ水温太高Ｂ真空计坏了Ｃ吸入管路堵塞Ｄ排出管路堵塞C18、由阀门全开的条件算出在要求流量为V时所需扬程为H e/。
化工原理王晓红版习题答案第二章资料
第2章1．锅炉钢板壁厚mm 201=δ，其导热系数()K m W/5.461⋅=λ。
若粘附在锅炉内壁上的水垢层厚度为1mm 2=δ，其导热系数()K m 162W/.12⋅=λ。
已知锅炉钢板外表面温度为523K 1=t ，水垢内表面温度为473K 3=t ，求锅炉每平方米表面积的传热速率，并求钢板内表面的温度2t 。
（原题1）解：该题为圆筒壁的热传导问题，如果设锅炉的半径为r ，则02.01+=r r ，r r =2，001.03-=r r ，根据题意，可以得到321r r r ≈≈，所以21m m S S ≈ 由圆筒壁的导热速率方程：22211131111m m ni mii in S b S b t t S b t t Q λλλ+-=-=∑=+ 其中，K 5231=t ，K 4733=t ，()K m W/5.461⋅=λ，()K m W/162.12⋅=λ，m 02.01=b ，m 001.02=b ，S S S m m =≈21。
所以22221131W/m 874.3W/m 162.15.46473523=+-=+-==λλt t S Q q根据圆筒壁的导热速率方程：11121111m i mii in S t t S b t t Q λλ-=-=∑=+ 可以得到：)K (3.5065.46002.0874.3523-1112=⨯-==λqb t t2．在一φ60×3.5mm 的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm 的氧化镁粉，平均导热系数()℃m 07W/.0⋅=λ；外层为20mm 的石棉层，平均导热系数()℃m 15W/.0⋅=λ。
现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃。
已知钢管的平均导热系数()℃m W/45⋅=λ，试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。
（原题2）解：根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式：33322211141333222111411112m m m m m m ni mii in r b r b r b t t πL S b S b S b t t S b t t Q λλλλλλλ++-=++-=-=∑=+ 式中：t 1=500℃，t 4=80℃，r 1=60/2-3.5=26.5(mm)，r 2=60/2=30(mm)，r 3=30+40=70(mm)，r 4=70+20=90(mm)，b 1=3.5mm ，b 2=40mm ，b 3=30mm ，λ1=45W/( m·℃)，λ2=0.07W/( m·℃)，λ3=0.15W/( m·℃)。
化工基础学习知识原理17章习题集规范标准答案解析
目录第一章流体流动与输送机械 (2)第二章非均相物系分离 (32)第三章传热 (42)第四章蒸发 (69)第五章气体吸收 (73)第六章蒸馏 (95)第七章固体干燥 (119)第一章 流体流动与输送机械1. 某烟道气的组成为CO 2 13％，N 2 76％，H 2O 11％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。
解：混合气体平均摩尔质量kg/mol 1098.2810)1811.02876.04413.0(33--⨯=⨯⨯+⨯+⨯=∑=i i m M y M ∴ 混合密度333kg/m 457.0)500273(31.81098.28103.101=+⨯⨯⨯⨯==-RT pM ρm m2．已知20℃时苯和甲苯的密度分别为879 kg/m 3和867 kg/m 3,试计算含苯40％及甲苯60％（质量％）的混合液密度。
解：8676.08794.012211+=+=ρρρa a m混合液密度 3kg/m 8.871=m ρ3．某地区大气压力为101.3kPa ，一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa 。
若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？解：''表表绝＋p p p p p a a =+=∴kPa 3.15675)1303.101)(''=-==＋（－＋真表a a p p p p4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。
容器上方的压力表读数为42kPa ，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m ，其读数为58 kPa 。
试计算液面到下方测压口的距离。
解：液面下测压口处压力 gh p z g p p ρρ+=∆+=10m 36.255.081.990010)4258(30101=+⨯⨯-=+ρ-=ρ-ρ+=∆∴h g p p g p gh p z题4 附图5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm 和600mm 。
化工基础学习知识原理第二版规范标准答案
化工基础学习知识原理第二版规范标准答案第三章机械分离和固体流态化2. 密度为2650 kg/m 3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。
解：20C o 时，351.205/, 1.8110kg m Pa s ρμ-==??空气对应牛顿公式，K 的下限为69.1，斯脱克斯区K 的上限为2.62 那么，斯托克斯区：max 57.4d m μ===min 69.11513d m μ==3. 在底面积为40 m 2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600 m 3/h ，固体的密度3/3000m kg =ρ，操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ，黏度为2×10-5P a·s。
试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
解：在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ，则 36000.025/4003600s t V u m s bl ===? 假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。
min 17.5d um === 核算沉降流型：6min 517.5100.025 1.06R 0.0231210t et d u ρμ--===4. 用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。
矿尘最小粒径为8m μ，密度为4000kg/m 3。
除尘室长 4.1 m 、宽 1.8 m 、高4.2 m ，气体温度为427℃，黏度为3.4×10-5 P a·s，密度为0.5 kg/m 3。
若每小时的炉气量为2160标准m 3，试确定降尘室内隔板的间距及层数。
解：由气体的状态方程PV nRT = 得''s s T V V T =，则气体的流量为：'34272732160 1.54/2733600s V m s +=?= 1.540.2034/1.8 4.2 s t V u m s bH ===? 假设沉降发生在滞流区，用斯托克斯公式求最小粒径。
化工原理王晓红版习题答案第二章
1 .锅炉钢板壁厚61 = 20mm ,其导热系数儿=46.5W/〔m K 〕0假设粘附在锅炉内壁上的水垢层厚度为62=1mm ,其导热系数％ =1.162W/〔m .K 〕.锅炉钢板 外外表温度为t 1 =523K ,水垢内外表温度为t 3 =473K ,求锅炉每平方米外表积的传热速率,并求钢板内外表的温度t 2.〔原题1〕 解：该题为圆筒壁的热传导问题,如果设锅炉的半径为r ,那么r 1=r + 0.02, r 2 = r ,「3 = r —0.001 ,根据题意,可以得到「1球「2%「3 ,所以S m1也S m2,iS mi1 1S m1=523 - 3.874 0.002=506.3(K)46.52 .在一小60x3.5mm 的钢管外包有两层绝热材料,里层为 40mm 的氧化镁粉,平均导热系数 九= 0.07W/〔m 』C 〕；外层为 20mm 的石棉层,平均导热系数 九=0.15W/〔m 」C 〕.现用热电偶测得管内壁温度为500C ,最外层外表温度为80 Co 钢管的平均导热系数 九=45W/〔m 〕,试求每米管长的热损失及两层 保温层界面的温度.〔原题2〕由圆筒壁的导热速率方程:t 1-t n 1b i ■i S mi其中,t 产523K , t 3-473K , -1=46.5W/ m K , 2 =1.162W/ m K , b 1 0.02m ,b 2= 0.001m, S m1 上 S m2 =St 1 -t3523 -473 b 1 .匹 0.02 0.001 ■1 -246.5 1.162W/m 2 = 3.874W/m 2根据圆筒壁的导热速率方程：Q =b ibi qb i可以得到：t 2 =t i -q解：根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式：式中：t i =500C , t 4=80 C , r i =60/2-3.5=26.5(mm) , r 2=60/2=30(mm),r 3=30+40=70(mm) , r 4=70+20=90(mm) , b i =3.5mm , b 2=40mm , b 3=30mm , 九=45W/( m -C), ；2=0.07W/( m C), a=0.15W/( m C).所以每米管长的热损失为：所以 t 3 = t 4 +Q x —b 3— = 80 +191.6 m ------------------ 20 ------------ =130.8 (C)L 2 管 3r m3 2 3.142 0.15 803 .有一列管式换热器,由38根4 25X 2.5mm 的无缝钢管组成,苯在管程流动, 由20c 加热到80C,苯的流量为10.2 kg/s,饱和蒸汽在壳程冷凝.试求：〔1〕 管壁对苯的对流传热系数？ 〔 2〕假设苯的流量提升一倍,对流传热系数将有何变 化？〔原题4〕解：〔1〕苯的定性温度 约出0=50 C,此状况下的物性为：2N=0.45mPa s, P=860kg/m 3, Cp =1.80kJ/〔kg 「C 〕,九=0.14W/〔m ,C 〕 根据公式：=0.023 —Re 0.8Pr 0.4d id i =0.020m,〔12〕苯的流量增加1倍后,4 .苯流过一套管换热器的环隙,自 20c 升高至80C,该换热器的内管规格为小19 mmx 2.5mm,外管规格为 小38 mmx 3 mm .苯的流量为 1800 kg/h,求苯 对内管壁的对流传热系数.t 1 -t4 b 〔b 2b 3'1 r m1- 2r m2' 3r m3二2 7tt 3 -t 4t>3,3r m3Re0.020 1.0 860 0.45 10“= 38222(湍流)解：苯的定性温度 20 80=50 C,此状况下的物性为:, 3N=0.45mPa .s, P=860kg/m , C p =1.80kJ/〔kg ,C 〕,九=0.14W/〔m ,C 〕 苯的流速为: 套管的当量直径为: 流体的雷诺数为:0.013 1.12 860 一出自、---------------- 3- = 27826 〔湍流〕0.45 10由此可得对流传热系数为: 与书上答案1794W/(m 2 ■℃路有不同.5 .常压下温度为120c 的甲烷以10 m/s 的平均速度在管壳式换热器的管间沿轴 向流动.离开换热器时甲烷温度为 30C,换热器外壳内径为190 mm,管束由 37根小19 mmx 2mm 的钢管组成,试求甲烷对管壁的对流传热系数.,.............. .....120 30…..............解：甲烷的平均温度=75C,此状况下的物性为2N=0.012mPa s, P=0.562kg/m 3 , Cp = 2.48kJ/〔kg C 〕,九=0.04W/〔m ,C 〕 列管换热器的当量直径为: 流体的雷诺数为:由此可得甲烷对管的对流传热系数为:6,温度为90c 的甲苯以1500kg/h 的流量通过蛇管而被冷却至 30C .蛇管的直c p =1.853kJ/〔kg C 〕,九=0.1238W/〔m - C 〕Re 二 d e u: 0.02547 10 0.562_ 30.012 10= 11928 〔湍流〕径为小57 mmx 3.5mm,弯曲半径为 、90 30解：甲苯的平均温度一^― =60C,0.6m,试求甲苯对蛇管的对流传热系数.此状况下的物性为:0 =0.3864mPa s , 8 = 831.8kg/m 3,流体的流速为：流体的雷诺数为：duP 0.05 0.255 831.8Re =——= --------------------- 3一= 27447 〔湍流〕」0.3864 10 多湍流时甲苯对直管的对流传热系数为：过渡流的校正系数：圆形弯管的校正系数为：甲苯对蛇管的对流传热系数为：77. 120C的饱和水蒸气在一根425M 2.5mm、长1m的管外冷凝,管外壁温度为80Co分别求该管垂直和水平放置时的蒸气冷凝传热系数.解：〔1〕当管垂直放置时,冷凝传热系数的计算方法取决于冷凝液在管外沿壁面向下流动时的流动型态.采用试差法,假定冷凝液为层流流动,那么：................. 120 80放膜温度为---------- 二100 C ,该温度下水的物性为R = 0.283mPa s ,2P=958.4kg/m3,九=0.683W/〔m、C〕冷凝温度为120C,此温度下水的相变始为：r =2205.2kJ/kg.所以可以计算根据此计算结果校核冷凝液膜的流动是否为层流.冷凝液膜流动雷诺数为：_ d°uP _ doG _ 〔4S/叼o km/S 〕4Q/〔r叼.〕4u垂直nd°l&Q /〔Ed.〕_ 4a垂直l「t e ■'■'■'■'J H代入相关数据后可以求得层流假定成立,以上计算有效.〔2〕当管水平放置时,直接用如下公式计算蒸汽冷凝传热系数:88.实验室内有一高为1m,宽为0.5m 的铸铁炉门,其外表温度为 600C ,室温 为20C .试计算每小时通过炉门辐射而散失的热量.如果在炉门前 50mm 处放置一块同等大小同样材料的平板作为隔热板,那么散热量为多少？如果将隔热板 更换为同等大小材料为已经氧化了的铝板,那么散热量有何变化？解：〔1〕不加隔热板时,铸铁炉门被四壁所包围,铸铁黑度为％ =0.78, Cu = &Co , 角系数Q N =1,根据〔2〕加隔热板后,辐射传热过程可以表示为：炉门 1 一隔热板3一墙壁2.炉门辐射散热量就是它对隔热板的辐射传热量〔1V 〕:炉门与隔热板相距很近,其辐射可以看作是在两极大的平面间进行,于是： C 12==C ——=5.669——=3.62,其角系数中央=1. 11_1,,一1 ；1；3 0.78 0.78隔热板对周围墙壁的辐射传热量〔3隹〕： 其中 C 3' = £3c o= 0.78 x 5.669 =4.42 ,我,=1.过程到达稳态时,Q 1J3 =Q 3工 将数据代入上述公式,可以得到 求出 T 3=718.39K = 443.24C所以热损失为：〔3〕如果将隔热板换为氧化的铝板,其黑度为 名3 =0.15,那么有可以仿照〔2〕的公式求取隔热板温度,然后计算热损失,也可以利用以下公式 直接求取：9 .现测定一传热面积为2m 2的列管式换热器的总传热系数 K 值.热水走管 程,测得其流量为1500kg/h,进口温度为80C,出口温度为50C ；冷水走壳程,测得进口温度为15C,出口温度为30C,逆流流动,试计算该换热器的K值 (原题6解：换热温差：热负荷为：所以换热器的总传热系数:1010.热气体在套管式换热器中用冷却水冷却,内管为 4 25x2.5m的钢管,冷水在管内湍流流动,对流传热系数为2000 W/(m2?K)0热气在套管环隙湍流流动, 对流传热系数为50 W/(m2?K).钢的导热系数为45.4 W/(m?K).试计算：(1) 管壁热阻占总阻力的百分数；(2)冷水流速提升一倍,那么总传热系数有何变化？(3)气体流速提升一倍,那么总传热系数有何变化？(原题8)解：(1)根据题意管壁热阻占总阻力的百分数：(2)冷水流速提升1倍后,管内的对流传热系数变为：总传热系数为：(3)气体流速提升1倍后,管外的对流传热系数变为：总传热系数为：1111 .实验测定管壳式换热器的总传热系数时,水在换热器的列管内作湍流流动, 管外为饱和水蒸汽冷凝.列管由直径为4 25x2.5mm的钢管组成.当水的流速为1m/s时,测得基于管外外表积的总传热系数K o为2115 W/( m2 C)；假设其它条件不变,而水的速度变为1.5m/s时,测得K o为2660 W/( m2：C).试求蒸汽冷凝传热系数.假设污垢热阻可以忽略不计.解：设水流速为1m/s时,叫用1M1.0表示,K用K1.0表示；速度为1.5m/s时,口i用%.5表示,K用K1.5表示.由总传热系数的计算式可以得至IJ:1 1 _ d o 1 1 1两式相减,可以得至IJ:K1.0 K15 d i .-1.0 1.5其中,K 1.0=2115 W/(m 2 -C ), K 1.5 =2660 W/( m 2：C ), d o=25mm,d i =20mm .根据流体在圆形直管内做湍流时的对流传热系数关系式,可以得到: 由以上两个式子可以求得2 c 2 c0t l .0 =3569 W/( m2-C), 0t l .5 =4936 W/( m 2 C)o,_ 一 11 de b de 1 一. 2根据——= ------- °+—-- +一,其中 K IO =2115 W/( m -C), d .=25mm,K 1.0 ：-1.O d i ■ d m :, o2 .d i =20mm, d m =22.5mm, b=2.5mm,烂45W/( m C), «1.0 =3569 W/( m C). 可以求得% =15900W/(m 2 C ]1212 .某套管式换热器用于机油和原油的换热.原油在套管环隙流动,进口温度为120C,出口温度上升到160C ；机油在内管流动,进口温度为 245C,出口 温度下降到175 Co(1)试分别计算并流和逆流时的平均温度差；(2)假设机油质量流量为0.5kg/s,比热为3kJ/ (kg?C),并流和逆流时的总 传热系数K 均为100 W/(m 2?K),求单位时间内传过相同热量分别所需要的传热 面积.(原题5)解：(1)逆流时： 并流时：(2)逆流时换热面积：并流时换热面积:1313.某列管换热器由多根小25X 2.5mm 的钢管组成,将流量为15吨/小时的苯由 20c 加热到55C,苯在管中流速为0.5m/s,加热剂为130c 的饱和水蒸气在管外 冷凝,其汽化潜热1-l 1.0-■ 1.5d i r 1 1 x 20r 1 1 、…2 =- ---------- - ------ =- ------------ - -------- 1 = 7.76父10 [ ( m d o <K 1.0 K 15 , 25 <2115 2660)・C)/ W]为2178kJ/kg,苯的比热C p=1.76kJ/(kg?K),密度p=858kg/m3, 粘度p=0.52M0-3Pa?s,导热系数入=0.148W/(m?K)热损失、管壁及污垢热阻均忽略不计,蒸汽冷凝的OF104W/(m2?K).试求：(1)水蒸气用量(kg/h); (2) 传热系数K (以管外外表积为基准)；(3)换热器所需管数n及单根管长度L 解：(1)加热冷流体苯所需要的热量水蒸汽用量：(2)流体在管内强制湍流传热系数苯的平均温度曳上20=37.5 C,此状况下的物性为：2N=0.52mPas, P=858kg/m3, Cp =1.76kJ/(kg 'C ), >“ = 0.148W/(m C )带入叫表达式有：(3)由于所以可以求得n =31换热面积：S0=—Q—K oAm又So =nid°l1414.在一套管式换热器中用水逆流冷却热油,换热器的传热面积为3.5m2. 冷却水走管内,流量为5000kg/h,流动为强制湍流,入口温度为20C；热油走套管环隙,流量为3800kg/h,入口温度为80C,其比热C p=2.45kJ/(kg?K)0已知两流体的对流传热系数均为2000W/(m2 K 管壁厚度、管壁热阻、污垢热阻均可以忽略.试计算冷热流体的出口温度.如果由于工艺改良,热油的出口温度需要限制在35c以下,当通过提升冷却水流量的方法来实现时,冷却水的流量应限制为多少？解：(1)原工况下:以上两式整理化简后可以得到: 此题中,t i =20C, T i =80C, W h =3800kg/h, W c =5000 kg/h,c ph =2.45 kJ/(kg?K), c pc =4.18 kJ/(kg?K),3800 2.45 二 0.4455 5000 4.18又 W c C pc t 2-t 1=W h C ph 「-T 2联立上述两式,可以求得 T 2=39.9C, t 2=37.8C (2)在新工况下,联立上述方程式,试差求解得到Wc=7135kg/h1515.某列管换热器由多根(|)25X 2.5mm 的钢管组成,管束的有效长度为 3.0m . 通过管程的流体冷凝壳程流量为 5000kg/h 、温度为75c 的饱和有机蒸汽,蒸汽 的冷凝潜热为310kJ/kg,蒸汽冷凝的对流传热系数为 800 W/(m 2?K).冷却剂在 管内的流速为0.7m/s,温度由20c 升高到50C,其比热为C p =2.5kJ/ (kg K), 密度为尸860kg/m 3,对流传热系数为2500 W/(m 2?K).蒸汽侧污垢热阻和管壁 热阻忽略不计,冷却剂侧的污垢热阻为0.00055 m 2?K / W .试计算该换热器的传 热面积并确定该换热器中换热管的总根数及管程数.解：有机蒸汽冷凝放热量： 传热温差 总传热系数： 所需的换热面积： 冷却剂用量：每程换热管的数目: 管程数为： 取管程数为4总管数目：门总=nMN =30父4=1201616.在一台管壳式换热器中,壳方120c 的水蒸汽冷凝将一定流量的空气由20c 加热到80 C,空气的对流传热系数“i =l00W/ 〔m 2?C 〕.换热器由425M 2.5mm , L=6m 的100根钢管组成.现由于工艺需要,空气流量增加50% ,要维持对空气的加热要求,有人建议采用如下四种举措：〔1〕将管方改为双程,〔2〕增加管长到8m, 〔3〕将管束改为ei9x2mm 的规格,所以上8 T2- t 1二expKS W h C ph1 W h C ph-W c C pc=exp 1000M3.5% c/6d(1 - 0.4455)3800 3 ----- x 2.45父 10 <3600= 2.12〔4〕将蒸汽温度提升到124C.蒸汽的量足够,试通过定量计算,必要时作合理简化, 说明上述举措能否满足需要.解：原工况下：S o=n[:d o l =100 3.142 0.025 6m2-47.12m2流量增加40%后：Q'=Qx1.4 =271.5 M1.4kW=380.1kW举措之一：将管方改为双程：传热系数换热面积与传热温差不变,所以热负荷：Q'-K o S o：t m-200.5 47.12 65.48W =618.8kW 380.1kW ,故满足要求.举措之二：增加换热管长：传热系数l' 8 2 2换热面积S o =S o—=47.12 m -62.83m l 6传热温差不变,所以热负荷：Q'=K o S o：t m=115.2 62.83 65.48W -473.9kW 380.1kW ,故满足要求.举措之三：改为19父2mm的换热管：对流传热系数,流量不变的情况下,改变管径,对流传热系数与管径的-1.8次方成正比,再考虑改变流量的情形,所以有：di 15 2 2传热系数：K o=%-L=241.6M — W/〔m C 〕=190.7W/〔m C 〕d o 19换热面积：S；=n「：d o l =100 3.142 0.019 6m2-35.81m2热负荷:Q'= K o S o .：t m =190.7 35,81 65.48W = 447.4kW . 380.1kW ,故满足要求.举措之四：提升蒸汽温度:T -t i , 120 -20 八〜…K o S o所以 In ------- = In ----------- =0.9163 = --------- T -t 2 120- 80 W c C pc可以求得T s =124.3C ,此时蒸汽压力为230kPa注：无论是何种举措,蒸汽流量需要增加 40%,满足热量衡算的要求.所以〔1〕满足〔2〕满足〔3〕满足〔4〕不满足.17. 一列管换热器〔管径 .25X2.5mmmm 〕,传热面积 12m 2 〔按管外径计,下同〕.今拟 使80c 的饱和苯蒸汽冷凝、冷却到 45 Co 苯走管外,流量为 1kg/s ；冷却水走管内与苯逆 流,其进口温度为 10C,流量为 5kg/so 已估算出苯冷凝、冷却时的对流传热系数分别为1500W/〔m 2 K X 870W/〔m 2 K 〕;水的对流传热系数为 2400W/〔m 2 K 取水侧的污垢热阻为0.26 M0-3 m 2 K/W ,并忽略苯侧的污垢热阻及管壁热阻.问此换热器是否可用？ 水、液体苯的比热分别为 4.18 kJ/〔kg K y 1.76 kJ/〔kg ,K 〕；苯蒸汽的冷凝潜热 r =395 kJ/kg .(原题 11)解：欲求换热器是否可用,可计算该换热器的传热面积是否够用. 苯在管外发生 冷凝、冷却,所以换热过程可以分成两个过程.〔1〕在冷却过程中,管外流体为 80 c 的苯液体冷却到出口温度 45 C,而管内 的冷却水从入口温度10 c 加热到一定的温度,设为t m .根据热负荷计算公式Q=Q c=Q h,可以得到：其中,W c =5k g / s C pc = 4.18kJ/〔kg K 〕 , t 1 =10 C , W h = 1k g / sC ph =1.76kJ/(kg K ), T m=80C, 丁2=45℃,该过程的对数平均温差为:所以,t m = t1 ■W h C ph Tm -T 2 1 1.76 80-45 ------------------ =10 -------------------------- W c C pc 5 4.18 =13 (C)=501 W/ m 2 K 1该过程的热负荷为:该过程所需要的换热面积为:(2)在冷凝过程中,管外流体为 80 c 的苯蒸汽冷凝为80 c 的饱和液体,而管内的冷却水从入口温度13 c 加热到出口温度,设为t 2根据热负荷计算公式Q = Q c = Q h ,其中 Q h2 =W r =1 395kW =395kW所以,t 2 =t m +-^=13+^95-=32 C W c C pc 5 4.18该过程的对数平均温差为:该过程的总传热系数为:=-tm1 t i - t 2 T 2 -t i - T m-t m 45 -10 - 80-13 J-t 2 T 2 - t 1 ln --------- T -t m m ln380-13 = 49.3 (C)该过程的总传热系数为:其中,四=2400W/(m 2 K ), d o = 25mm ,d i =25 -2.5 2 = 20(mm),o b b d - R si -0.26 10 与m 2 K/W o =0, R so =0 , , d i:o1 =870W/ m 2K所以,K OI 1 d o _ d o b d o 1 R si 丁 ~ 「 i d i d i ' d mR — so1 0(, —25 0.26 10.〞 0 0 —2400 20 20870 -t m2 △L - t 2 T I -t 2 - T m -t m 80 - 32 - 80 - 13 ln^^ T m - t m 80-32 ln =57 (C)80-13=661 W/ m 2 K 1该过程所需要的换热面积为:所以,该换热过程总共需要的换热面积为： S o =S o1 S o2 =2.5 10.4 =12.9(m 2)>12m 2 所以该换热器不符合要求. K o2 H R si d o ：i d i d i 1 R so 一 ：- o2 募条0由10葭3.+高。
化工基础学习知识原理课后题规范标准答案(部分)
化工原理第二版第1章蒸馏1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。
苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。
t（℃） 80.1 85 90 95 100 105x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压PB *，PA*，由于总压P = 99kPa，则由x = (P-PB *)/(PA*-PB*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。
以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃2.正戊烷（C5H12）和正己烷（C6H14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P =13.3kPa下该溶液的平衡数据。
温度C5H12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1291.7 309.3K C6H14248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8322.8 341.9饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3解：根据附表数据得出相同温度下C5H12（A）和C6H14（B）的饱和蒸汽压以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 PB* = 1.3kPa查得PA*= 6.843kPa得到其他温度下A¸B的饱和蒸汽压如下表t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3PA*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300PB*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以260.6℃时为例当t= 260.6℃时 x = (P-PB *)/(PA*-PB*)=（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例当t= 260.6℃时 y = PA*x/P = 13.3×1/13.3 = 1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0.524 0根据平衡数据绘出t-x-y曲线3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。
化工基础学习知识原理第二版规范标准答案
化工基础学习知识原理第二版规范标准答案第二章习题1. 在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26 m 3/h 时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152 kPa 和24.7 kPa ，轴功率为 2.45 kW ，转速为2900 r/min 。
若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4m ，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。
解：在真空表和压强表测压口处所在的截面11'-和22'-间列柏努利方程，得22112212,1222e f p u p u z H z H g g g g ρρ-+++=+++∑其中：210.4z z m -=41 2.4710()p Pa =-?表压 52 1.5210p Pa =?(表压) 12u u = ,120f H -=∑则泵的有效压头为：521213(1.520.247)10()0.418.41109.81e p p H z z m g ρ-+?=-+=+=? 泵的效率32618.4110100%53.2%1023600102 2.45e e Q H N ρη??==?=??该效率下泵的性能为：326/Q m h = 18.14H m =53.2%η= 2.45N kW =3. 常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760 kg/m 3，黏度小于20 cSt ，在贮存条件下饱和蒸气压为80kPa ，现拟用65Y-60B 型油泵将此油品以15 m 3/h 的流量送往表压强为177 kPa 的设备内。
贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5 m ，吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为1 m 和4 m 。
试核算该泵是否合用。
若油泵位于贮槽液面以下1.2m 处，问此泵能否正常操作?当地大气压按101.33kPa 计。
解：要核算此泵是否合用，应根据题给条件计算在输送任务下管路所需压头,e e H Q 的值，然后与泵能提供的压头数值比较。
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第2章1．锅炉钢板壁厚m m 201=δ，其导热系数()K m W/5.461⋅=λ。
若粘附在锅炉内壁上的水垢层厚度为1m m 2=δ，其导热系数()K m 162W/.12⋅=λ。
已知锅炉钢板外表面温度为523K 1=t ，水垢内表面温度为473K 3=t ，求锅炉每平方米表面积的传热速率，并求钢板内表面的温度2t 。
（原题1）解：该题为圆筒壁的热传导问题，如果设锅炉的半径为r ，则02.01+=r r ，r r =2，001.03-=r r ，根据题意，可以得到321r r r ≈≈，所以21m m S S ≈由圆筒壁的导热速率方程：22211131111m m ni mii in S b S b t t S b t t Q λλλ+-=-=∑=+ 其中，K 5231=t ，K 4733=t ，()K m W/5.461⋅=λ，()K m W/162.12⋅=λ，m 02.01=b ，m 001.02=b ，S S S m m =≈21。
所以22221131W/m 874.3W/m 162.1001.05.4602.0473523=+-=+-==λλb b t t S Q q根据圆筒壁的导热速率方程：11121111m ni mii in S b t t S b t t Q λλ-=-=∑=+ 可以得到：)K (3.5065.46002.0874.3523-1112=⨯-==λqb t t2．在一φ60×3.5mm 的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm 的氧化镁粉，平均导热系数()℃m 07W/.0⋅=λ；外层为20mm 的石棉层，平均导热系数()℃m 15W/.0⋅=λ。
现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃。
已知钢管的平均导热系数()℃m W/45⋅=λ，试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。
（原题2）解：根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式：33322211141333222111411112m m m m m m ni mi i in r b r b r b t t πL S b S b S b t t S b t t Q λλλλλλλ++-=++-=-=∑=+ 式中：t 1=500℃，t 4=80℃，r 1=60/2-3.5=26.5(mm)，r 2=60/2=30(mm)，r 3=30+40=70(mm)，r 4=70+20=90(mm)，b 1=3.5mm ，b 2=40mm ，b 3=30mm ，λ1=45W/( m·℃)，λ2=0.07W/( m·℃)，λ3=0.15W/( m·℃)。
)(3.282305.262211mm r r r m =+=+=)(2.473070ln 3070ln23232mm r r r r r m =-=-=)(80290702433mm r r r m =+=+=所以每米管长的热损失为：W/m 6.191 W/m 8015.0202.4707.0403.28455.380500142.3142.32 233322211141=⨯+⨯+⨯-⨯⨯=++-=m m m r b r b r b t t πLQλλλ因为333433332221114111122m m m m ni mi i in r b t t πL r b r b r b t t πL S b t t Q λλλλλ-=++-=-=∑=+ 所以8.1308015.0142.32206.19180233343=⨯⨯⨯⨯+=⨯+=m r πb L Q t t λ（℃） 33．有一列管式换热器，由38根φ25×2.5mm 的无缝钢管组成，苯在管程流动，由20℃加热到80℃，苯的流量为10.2 kg/s ，饱和蒸汽在壳程冷凝。
试求：（1）管壁对苯的对流传热系数？（2）若苯的流量提高一倍，对流传热系数将有何变化？（原题4）解：（1）苯的定性温度5028020=+℃，此状况下的物性为： s mPa 45.0⋅=μ，3/860m kg =ρ，()℃⋅=kg kJ c p /80.1，()℃⋅=m /W 14.0λ根据公式4.08.0Pr Re 023.0id λα=d i =0.020m ，s /0m .102.04388602.102=⨯⨯⨯==πρA w u s382221045.08600.1020.0Re 3=⨯⨯⨯==-μρdu (湍流)786.514.045.080.1Pr =⨯==λμp C()()℃℃⋅=⋅⨯⨯⨯==224.08.04.08.0m /W 1505m /W 786.538222020.014.0023.0Pr Re 023.0ii d λα （12）苯的流量增加1倍后，()()℃℃⋅=⋅⨯=⨯=228.08.0'm /W 2620m /W 215052i i αα44．苯流过一套管换热器的环隙，自20℃升高至80℃，该换热器的内管规格为φ19 mm ×2.5mm, 外管规格为φ38 mm ×3 mm 。
苯的流量为 1800 kg/h ，求苯对内管壁的对流传热系数。
解：苯的定性温度5028020=+℃，此状况下的物性为：s mPa 45.0⋅=μ，3/860m kg =ρ，()℃⋅=kg kJ c p /80.1，()℃⋅=m /W 14.0λ苯的流速为：()s /m 21.1910.0320.048603600180022=-⨯⨯⨯==πρA w u s套管的当量直径为：()()mm mm d d d d d d d e 1319324421212221=-=-=+-⨯=πππ流体的雷诺数为：278261045.086012.1013.0Re 3=⨯⨯⨯==-μρu d e (湍流) 79.514.045.080.1Pr =⨯==λμp C65.168.1193221>==d d 由此可得对流传热系数为：()()℃℃⋅=⋅⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=2253.0318.053.021318.0m /W 1832m /W 193279.527826013.014.002.0Pr Re 02.0d d d e λα与书上答案1794()℃⋅2m /W 略有不同。
55．常压下温度为120℃的甲烷以10 m/s 的平均速度在管壳式换热器的管间沿轴向流动。
离开换热器时甲烷温度为30℃，换热器外壳内径为190 mm ，管束由37根φ19 mm ×2mm 的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。
解：甲烷的平均温度75230120=+℃，此状况下的物性为s mPa 012.0⋅=μ，3/562.0m kg =ρ，()℃⋅=kg kJ c p /48.2，()℃⋅=m /W 04.0λ列管换热器的当量直径为：()mm mm d d d d d d d d d e 47.2519371901937190373737374422212221212221=⨯+⨯-=+-=+-⨯=πππππ流体的雷诺数为：1192810012.0562.01002547.0Re 3=⨯⨯⨯==-μρu d e (湍流) 由此可得甲烷对管的对流传热系数为：()()℃℃⋅=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯==223.08.03.08.0m /W 3.60m /W 04.0012.048.21192802547.004.0023.0Pr Re 023.0ed λα66．温度为90℃的甲苯以1500kg/h 的流量通过蛇管而被冷却至30℃。
蛇管的直径为φ57 mm ×3.5mm ，弯曲半径为0.6m ，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。
解：甲苯的平均温度6023090=+℃，此状况下的物性为：s mPa 3864.0⋅=μ，3/8.831m kg =ρ，()℃⋅=kg kJ c p /853.1，()℃⋅=m /W 1238.0λ流体的流速为：s m s m d m d V u s s /255.0/8.831050.0142.341360015004141222=⨯⨯⨯⨯===ρππ流体的雷诺数为：27447103864.08.831255.005.0Re 3=⨯⨯⨯==-μρdu (湍流) 湍流时甲苯对直管的对流传热系数为：()()℃℃⋅=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯==223.08.03.08.0m /W 3.2162m /W 1238.03864.0853.127447050.01238.0023.0Pr Re 023.0dλα过渡流的校正系数：612.07.27441061Re 10618.158.15=⨯-=⨯-=φ 圆形弯管的校正系数为： 1475.16.0050.077.1177.11=⨯+=+=R d i φ甲苯对蛇管的对流传热系数为：()()℃℃⋅=⋅⨯⨯=⨯⨯=22m /W 7.240m /W 1475.1612.07.3421475.1612.0'αα7．120℃的饱和水蒸气在一根5mm .252⨯φ、长1m 的管外冷凝，已知管外壁温度为80℃。
分别求该管垂直和水平放置时的蒸气冷凝传热系数。
解：（1）当管垂直放置时，冷凝传热系数的计算方法取决于冷凝液在管外沿壁面向下流动时的流动型态。
采用试差法，假定冷凝液为层流流动，则：413213.1⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆=tl g r μλρα垂直 液膜温度为100280120=+℃，该温度下水的物性为s mPa 283.0⋅=μ，3/4.958m kg =ρ，()℃⋅=m /W 683.0λ冷凝温度为120℃，此温度下水的相变焓为：kg kJ r /2.2205=。
所以可以计算()()()℃℃垂直⋅=⋅⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆=-224133234132m /W 3.5495m /W 80120110283.0683.081.94.958102.220513.113.1tl g r μλρα 根据此计算结果校核冷凝液膜的流动是否为层流。
冷凝液膜流动雷诺数为：()()()()μαμππαμπμπμμρr tl d r tQ l d d r Q S q d S Gd u d o o o m o o o ∆=∆=====垂直垂直4/4/4//4Re 代入相关数据后可以求得()140910283.0102.22058012013.549544Re 33=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=∆==-μαr t l 垂直 层流假定成立，以上计算有效。
（2）当管水平放置时，直接用如下公式计算蒸汽冷凝传热系数：()()()℃℃水平⋅=⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆=-224133234132m /W 7.8866m /W 80120025.010283.0683.081.94.958102.2205725.0725.0td g r o μλρα8．实验室内有一高为1m ，宽为0.5m 的铸铁炉门，其表面温度为600℃，室温为20℃。