化工原理习题解答(华南理工大学化工原理教研组.doc
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传热1、对流传热系数关联式中普兰特准数是表示（A ）的准数。
A、物性影响B、流动状态C、对流传热D、自然对流影响2、实际生产中沸腾传热过程应维持在（D ）区操作。
A、自然对流B、强制对流C、膜状沸腾D、泡核沸腾3、傅立叶定律是（B ）的基本定律。
A、对流传热B、热传导C、总传热D、冷凝4、一定流量的液体在一0）25X2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数 a i=1000W/m2«°C ；如流量与物性都不变，改用一①19X 2mm的直管，则其a将变为（D ）。
A、1259B、1496C、1585D、16785、在蒸气一空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的（B ）在工程上可行。
A、提高蒸气流速B、提高空气流速C、采用过热蒸气以提高蒸气温度D、在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积6、已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度（D ）耐火砖的黑度。
A、大于B、等于C、不能确定D、小于7、穿过2层平壁的稳态热传导过程，已知各层温差为刀"=40°C, At2=15°C,则第一、二层的热阻Rl、R2的关系为（D ）«A.无法确定B.R1<R2C.R1=R2D.R1>R28、某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20°C升至80°C,现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热系数应为原来的（B ）倍。
A、1.149B、1.74C、2D、不定1、水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的20.8倍:管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的1/2L8 倍。
（设条件改变后仍在湍流范围）2、在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数, 而壁温接近于水蒸汽侧流体的温度值。
化工原理习题解答(华南理工大学化工原理教研组
第五章 蒸发5-1、在单效蒸发器内，将10%NaOH 水溶液浓缩到25%，分离室绝对压强为15kPa ，求溶液的沸点和溶质引起的沸点升高值。
解：查附录：15kPa 的饱和蒸气压为53.5℃，汽化热为2370kJ/kg (1)查附录5，常压下25%NaOH 溶液的沸点为113℃ 所以，Δa= 113-100=13℃()729.023702735.530162.00162.022=+=''=r T f 所以沸点升高值为Δ=f Δa =0.729×13=9.5℃ 操作条件下的沸点： t=9.5+53.5=63℃ (2)用杜林直线求解蒸发室压力为15kPa 时，纯水的饱和温度为53.5℃，由该值和浓度25%查图5-7，此条件下溶液的沸点为65℃因此，用杜林直线计算溶液沸点升高值为 Δ=63-53.5=9.5℃5-2、习题1中，若NaOH 水溶液的液层高度为2m ，操作条件下溶液的密度为 1230kg •m -3。
计算因液柱引起的溶液沸点变化。
解：液面下的平均压力kPa g h p p m 65.24281.912306.1101523=⨯⨯+⨯=+=ρ pm=24.65kPa 时，查得水的饱和蒸气温度为：63℃所以液柱高度是沸点增加值为： Δ=63-53.5=9.5℃所以，由于浓度变化和液柱高度变化使得溶液的沸点提高了 Δ=9.5+9.5=19℃因此，操作条件下溶液的沸点为： t=53.5+19=72.5℃5-3、在单效蒸发器中用饱和水蒸气加热浓缩溶液，加热蒸气的用量为2100kg •h -1，加热水蒸气的温度为120ºC ，其汽化热为2205kJ •kg -1。
已知蒸发器内二次蒸气温度为81ºC ，由于溶质和液柱引起的沸点升高值为9ºC ，饱和蒸气冷凝的传热膜系数为8000W •m -2k -1，沸腾溶液的传热膜系数为3500 W •m -2k -1。
华南理工大学化工原理计算题汇总
四、计算题（共45分，每小题15分）1、 如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽， 两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ， 泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真 空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表 安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。
当输水量为 36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ， 出水管道全部阻力损失为 4.9J/kg ，压力表读数为2.452×105Pa ，泵的效率为70%，水的密度ρ为1000kg/m 3， 试求：（1）两槽液面的高度差H 为多少？ （2）泵所需的实际功率为多少kW ？（3）真空表的读数为多少kgf/cm 2？ 1、解：（1）两槽液面的高度差H在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程， ∑-+++=++32,323222222f h p u gH p u gH ρρ 其中，∑=-kg J hf /9.432,, u 3=0, p 3=0,p 2=2.452×105Pa, H 2=5m, u 2=Vs/A=2.205m/s代入上式得： m H 74.2981.99.481.9100010452.281.92205.2552=-⨯⨯+⨯+= （2）泵所需的实际功率在贮槽液面0-0´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有：∑-+++=+++30,323020022f e h p u gH W p u gH ρρ 其中，∑=-kg J hf /9.864.630,, u 2= u 3=0, p 2= p 3=0, H 0=0， H=29.4m代入方程求得： W e =298.64J/kg ， s kg V W s s /101000360036=⨯==ρ故 w W W N e s e 4.2986=⨯=， η=70%， kw N N e 27.4==η（3）真空表的读数在贮槽液面0-0´与真空表截面1-1´间列柏努利方程，有：∑-+++=+++10,1211020022f h p u gH p u gH ρρ 其中， ∑=-kg J hf /96.110,, H 0=0， u 0=0, p 0=0, H 1=4.8m, u 1=2.205m/s代入上式得，2421/525.01015.5)96.12205.28.481.9(1000cm kgf Pa p -=⨯-=++⨯-=2．在由118根25 2.5，长为3m 的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。
华南理工大学851化工原理计算题汇总.
热损失和污垢热阻可以忽略。试求：
(1)
冷却水用量；
(2)
基于内管外侧面积的总传热系数；
Байду номын сангаас(3)
对数平均温差；
(4)
内管外侧传热面积。
3、某板框压滤机共有 10 个框, 框空长、宽各为 500 mm, 在一定压力下恒压
过滤 30min 后, 获得滤液 5m3, 假设滤布阻力可以忽略不计, 试求: (1) 过
1、解：（1）两槽液面的高度差 H
在压力表所在截面 2-2´与高位槽液面 3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，得：
gH 2
u
2 2
2
p2
gH u32 2
p3
h f ,23
其中，
hf ,23 4.9J / kg , u3=0, p3=0,
p2=2.452×105Pa, H2=5m, u2=Vs/A=2.205m/s
为 8000 W/(m2℃)，假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求：
（1）加热空气需要的热量 Q 为多少？
（2）以管子外表面为基准的总传热系数 K 为多少？
（3）此换热器能否完成生产任务？
2、解：（1） Q w2c p2 t2 t1 7200 / 3600 1.005 60 20 80.4 kJ/s
滤常数 K; (2) 如果再过滤 30min, 还能获得多少 m3 滤液?
四、计算题（共 45 分）
解：
(1) 由题意知 900 kg/m3， Pv 26.66 kPa， H 0.2 m，
gh 49 kPa， Pa 101300 48000 53300 Pa
Hg
1 53300 26660 49000 0.2
(完整版)化工原理课后答案
3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。
若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？解：KPa.1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。
已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。
试计算容器中液面上方的表压。
解：kPaPa gmρgR ρp ghρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.13300==-=⨯⨯-⨯⨯⨯=-==+1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。
已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h ,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。
解: (1) 大管: mm 476⨯φh kg ρq m V s /1647918319=⨯=⋅= s m d q u V /69.0068.0785.03600/9785.0221=⨯==s m kg u G ⋅=⨯==211/4.1263183169.0ρ (2) 小管: mm 5.357⨯φ质量流量不变 h kg m s /164792=s m d q u V /27.105.0785.03600/9785.02222=⨯==或: s m d d u u /27.1)5068(69.0)(222112=== s m kg u G ⋅=⨯=⋅=222/4.2325183127.1ρ1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。
现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。
化工原理——带答案doc)
化工原理——带答案(D O C)文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]第一章流体力学1.表压与大气压、绝对压的正确关系是（A）。
A. 表压＝绝对压-大气压B. 表压＝大气压-绝对压C. 表压＝绝对压+真空度2.压力表上显示的压力，即为被测流体的（ B ）。
A. 绝对压B. 表压C. 真空度D. 大气压3.压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为（ B ）。
A.真空度B.表压强C.绝对压强D.附加压强4.设备内的真空度愈高，即说明设备内的绝对压强（ B ）。
A. 愈大B. 愈小C. 愈接近大气压D. 无法确定5.一密闭容器内的真空度为80kPa,则表压为（ B ）kPa。
A. 80B. －80C. 某设备进、出口测压仪表中的读数分别为p1（表压）=1200mmHg和p2（真空度）=700mmHg，当地大气压为750mmHg，则两处的绝对压强差为（D ）mmHg。
7.当水面压强为一个工程大气压，水深20m处的绝对压强为（ B ）。
A. 1个工程大气压B. 2个工程大气压C. 3个工程大气压D. 4个工程大气压8.某塔高30m，进行水压试验时，离塔底10m高处的压力表的读数为500kpa，（塔外大气压强为100kpa）。
那么塔顶处水的压强（A ）。
A．403．8kpa B. 698. 1kpa C. 600kpa D. 100kpa 9.在静止的连续的同一液体中，处于同一水平面上各点的压强（A ）A. 均相等B. 不相等C. 不一定相等10.液体的液封高度的确定是根据( C ).A.连续性方程B.物料衡算式C.静力学方程D.牛顿黏性定律11.为使U形压差计的灵敏度较高，选择指示液时，应使指示液和被测流体的密度差（ρ指-ρ）的值（B ）。
A. 偏大B. 偏小C. 越大越好12.稳定流动是指流体在流动系统中，任一截面上流体的流速、压强、密度等与流动有关的物理量（A ）。
华南理工大学851化工原理计算题汇总.
热损失和污垢热阻可以忽略。试求：
(1)
冷却水用量；
(2)
基于内管外侧面积的总传热系数；
(3)
对数平均温差；
(4)
内管外侧传热面积。
3、某板框压滤机共有 10 个框, 框空长、宽各为 500 mm, 在一定压力下恒压
过滤 30min 后, 获得滤液 5m3, 假设滤布阻力可以忽略不计, 试求: (1) 过
其中，
hf ,03 6.864.9J / kg , u2= u3=0, p2= p3=0, H0=0， H=29.4m
代入方程求得： We=298.64J/kg，
故
Ne Ws We 2986 .4w ， η=70%， N Ne 4.27kw
（3）真空表的读数
在贮槽液面 0-0´与真空表截面 1-1´间列柏努利方程，有：
吸入管道因阻力损失的压头为 0.20［米液柱］，试决定泵的安装位置。若泵入口
端容器改为敞口，该泵又应如何安装？
2、在一内钢管为18010mm 的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃
从 100C 冷却到 60C，其平均比热为 2380J/(kgK)。环隙逆流走冷却水，其进出
口温度分别为 40C 和 50C，平均比热为 4174 J/(kgK)。内管内外侧对流传热系 数分别为 2000W/(m2K)和 3000W/(m2K)，钢的导热系数可取为 45 W/(mK)。假定
1、解：（1）两槽液面的高度差 H
在压力表所在截面 2-2´与高位槽液面 3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，得：
gH 2
u
2 2
2
p2
gH u32 2
p3
h f ,23
化工原理习题解答(华南理工大学化工原理教研组编).doc
化工原理习题及解答（华南理工大学化工原理教研组编）2004年6月流体力学与传热第一章 流体流动1.1 解：混合气体的平均分子量Mn 为Mn=M 2co y 2co + M 2o y 2o + M 2N y 2N + M O H 2y O H 2=44×0.085+32×0.075+28×0.76+18×0.08=28.86kg/kmol该混合气体在500℃，1atm 时的密度为ρ=po T p To Mm **4.22**=4.2286.28×273273=0.455kg/m ³ 1.2 解：设备上真空表的绝对压强为绝对压强=大气压―真空度=740―100=640mmHg=640×760100133.15⨯=8.53×104N/m²设备内的表压强为 表压强=―真空度=―100mmHg =―（100×760100133.15⨯）=―1.33×104N/m² 或表压强=―（100×1.33×102）=―1.33×104N/m²1.3 解：设通过孔盖中心的0—0水平面上液体的静压强为p ，则p 便是罐内液体作用于孔盖上的平均压强。
根据流体静力学基本方程知p=p a +ρg h作用在孔盖外侧的是大气压强p a ，故孔盖内外两侧所受压强差为Δp =p ―p a = p a +ρgh ―=a p ρghΔp=960×9.81(9.6―0.8)=8.29×104N/m²作用在孔盖上的静压力为 =p Δp ×24d π=8.29×104241076.376.04⨯=⨯⨯πN每个螺钉能承受的力为N 321004.6014.04807.9400⨯=⨯⨯⨯π螺钉的个数=3.76×10341004.6⨯=6.23个1.4 解：U 管压差计连接管中是气体。
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qmw1=4920kg/h
qmw2=5125kg/h
qmw3=5485kg/h
(五)各效传热量及温差计算
不取额外蒸汽
qmD2=qmw1=4920kg/h,qmD3=qmw2=5125kg/h
因此各效的传热量为
Q1=qmD1r1=7840×2115=1.65×107W
同理可求得
Q2=2.94×106W
TK=t3=40˚C r΄3=2401kJ/kg
(2)总蒸发量
(3)估算各效蒸发量及料液量
因为各效溶液的比热熔均相同，故
（a）
(b)
(c)
代入已知值
解得：
（d）
(e)
(f)
(g)
(h)
因此，可解出
qmF= 43180kg/h
qmw1= 11634kg/h
qmw2= 13454kg/h
qmw3= 12740kg/h
10%及40%NaOH水溶液杜林线的斜率及截距如下：
浓度（%）
斜率
截距
10
40
1.02
1.11
4.5
3.4
解：溶液沸点用40%NaOH水溶液杜林线的数据计算：
t1＝３４+1.11t
＝３４+1.11×80
＝１２２.８℃
由溶液静压强引起的温度差损失：
＝80-75＝5℃
5-7、双效并流蒸发系统的进料速率为1t•h-1，原液浓度为10%，第一效和第二效完成液浓度分别为15%和30%。两效溶液的沸点分别为108ºC和95ºC。当溶液从第一效进入第二效由于温度降产生自蒸发，求自蒸发量和自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数。
1
2
3
二次蒸汽压力，atm
3.4
1.8
0.2
二次蒸汽温度，˚C
137.2
116.3
59.7
二次蒸汽焓，kJ/kg
2734
2703
2605
二次蒸汽潜热，kJ/kg
2157
2216
2356
2、计算各效温度损失，求有效温差和各效溶液的沸点
由图5-7查得各效溶液的沸点tA分别为143˚C、127˚C、78˚C，因此可求取各效由于溶液蒸汽压降低所引起的温差
η1=0.98-0.07×（13.5-10.6）= 0.962
同理可求得
η2=0.946
η3=0.896
由式（5-19a）
忽略蒸汽汽化潜热的差别，代入已知量
所以
（a）
所以
（b）
（c）
由总蒸发量与各效蒸发量之间的关系
（d）
联合求解式（a）、(b)、(c)和(d)得到
生蒸汽消耗量
qmD1=7840kg/h
（设各效传热面积相等）
解：
（一）总蒸发量
（二）估算各效溶液浓度
设各效水分蒸发量相等，故
所以
可得
同理可得
x2= 0.1865=18.65%
x3= 0.3=30%
（三）估算各效溶液的沸点和有效温度差
1、蒸汽压力按等压分配原则，各效压降为
atm
因此，计算得各效蒸汽压力，并由此查得相应二次蒸汽压力下的参数，列表于下
Q3=3.14×106W
各效传热系数分别为1500、1000、560W/m2˚C，因此
已知总的有效温差∑Δt=45.6˚C，当各效传热面积相同时，各效分配到的温差为
同理可算得
Δt2=11.5˚C
Δt3=22˚C
(六)复核及结果校正
因为，以上结果是建立在两个假定基础上的，因此计算出的结果需要校核
1、末效沸点为t3=84˚C，现求得Δt3=22˚C，因此末效加热蒸汽温度为
Δ1΄=143-137.2=5.8˚C
Δ2΄=127-116.3=10.7˚C
Δ3΄=78-59.7=18.3˚C
∑Δ΄=5.8+10.7+18.3=34.8˚C
取各效由于液柱高度引起的温差分别为
Δ1″=1˚C
Δ2″=2˚C
Δ3″=5˚C
∑Δ″= 8˚C
管路损失引起的温度差每一效为1˚C，因此
∑Δ″΄= 3˚C
Δt2=20˚C
Δt3=40˚C
很相近，故认为该温差分配合适，所以
qmF= 43240kg/h
5-9、用双效蒸发器，浓缩浓度为5%（质量分率）的水溶液，沸点进料，进料量为2000kg•h-1，经第一效浓缩到10%。第一、二效的溶液沸点分别为95ºC和75ºC。蒸发器消耗生蒸汽量为800kg•h-1。各温度下水蒸气的汽化潜热均可取为2280kJ•kg-1。忽略热损失，求蒸发水量。
5-3、在单效蒸发器中用饱和水蒸气加热浓缩溶液，加热蒸气的用量为2100kg•h-1，加热水蒸气的温度为120ºC，其汽化热为2205kJ•kg-1。已知蒸发器内二次蒸气温度为81ºC，由于溶质和液柱引起的沸点升高值为9ºC，饱和蒸气冷凝的传热膜系数为8000W•m-2k-1，沸腾溶液的传热膜系数为3500W•m-2k-1。
解：第一效蒸发水量：
已知：qmD1=800kg/h, r1=r1΄=2280kJ/kg,
qmw1=qmD1=800kg/h
第二效蒸发水量：
已知：qmD2=qmw1=800Kg/h,
qmF2=qmF-qmw1=2000-800=1200kg/h
X02=X1=qmFX0/(qmF-qmw1)=2000×0.05/(2000-800)=0.033
所以沸点升高值为
Δ=fΔa=0.729×13=9.5℃
操作条件下的沸点：
t=9.5+53.5=63℃
(2)用杜林直线求解
蒸发室压力为15kPa时，纯水的饱和温度为53.5℃，由该值和浓度25%查图5-7，此条件下溶液的沸点为65℃
因此，用杜林直线计算溶液沸点升高值为
Δ=63-53.5=9.5℃
5-2、习题1中，若NaOH水溶液的液层高度为2m，操作条件下溶液的密度为
T3=Δt3+ t3=84+22=106˚C
此值也是第二效的二次蒸汽温度
2、有所求得的各效蒸发水量可求得各效溶液的浓度
同理可得到
1230kg•m-3。计算因液柱引起的溶液沸点变化。
解：
液面下的平均压力
pm=24.65kPa时，查得水的饱和蒸气温度为：63℃
所以液柱高度是沸点增加值为：
Δ=63-53.5=9.5℃
所以，由于浓度变化和液柱高度变化使得溶液的沸点提高了
Δ=9.5+9.5=19℃
因此，操作条件下溶液的沸点为：
t=53.5+19=72.5℃
各效的沸点计算于下
t1=143+1=144˚C
t2=127+2=129˚C
t3=78+5+1=84˚C
(四)生蒸汽消耗量和各效水分蒸发量
以所求得各效溶液的沸点作为初值，求各效的自蒸发系数
分母可以用二次蒸汽汽化潜热简化计算。
同理可求得
β2=0.00695，β3=0.02
由于系数ηi=0.98-0.07Δxi，所以
5-4、某效蒸发器每小时将1000kg的25%（质量百分数，下同）NaOH水溶液浓缩到50%。已知：加热蒸气温度为120ºC，进入冷凝器的二次蒸气温度为60ºC，溶质和液柱引起的沸点升高值为45ºC，蒸发器的总传热系数为1000W•m-2k-1。溶液被预热到沸点后进入蒸发器，蒸发器的热损失和稀释热可以忽略，认为加热蒸气与二次蒸气的汽化潜热相等，均为2205kJ•kg-1。
求蒸发器的传热面积。
忽略换热器管壁和污垢层热阻，蒸发器的热损失忽略不计。
解：
热负荷Q=2100×2205×103/3600=1.286×106W
溶液温度计t=81+9=90℃
蒸汽温度T=120℃
∵1/K=1/h1+1/h2=1/8000+1/3500
∴K=2435W/m2K
∴S=Q/[K(T-t)]=1.286×106/[2435×(120-90)]=17.6 m2
第五章蒸发
5-1、在单效蒸发器内，将10%NaOH水溶液浓缩到25%，分离室绝对压强为15kPa，求溶液的沸点和溶质引起的沸点升高值。
解：
查附录：15kPa的饱和蒸气压为53.5℃，汽化热为2370kJ/kg
(1)查附录5，常压下25%NaOH溶液的沸点为113℃
所以，Δa= 113-100=13℃
已知：8%NaOH的沸点在55.6Kpa时为88ºC，88ºC时水的汽化潜热为2298.6kJ•kg-1。
8%NaOH的比热容为3.85kJ•kg-1oC-1，110ºC水蒸气的汽化潜热为2234.4kJ•kg-1。
解：
qmw=4540(1－8/18)=2522kJ/h
t=T－t=109.2－88=21.2℃
解：
两效并流蒸发的流程见图
自蒸发水分量为:
其中t1=108˚C，t2=95˚C，
x1<20%，近似地cp1=cpw（1-x1）=4.187(1-0.15)=3.56kJ/(kg˚C)
95˚C时r΄2=2270.9kJ/kg
所以自蒸发量为
自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数为
5-8、在三效蒸发系统中将某水溶液从5%连续浓缩到40%。进料温度为90ºC。用120ºC的饱和水蒸气加热。末效二次蒸气的温度为40ºC。各效的传热面积均为140m2。各效的总传热系数分别为：K1=2950W•m-2•ºC-1,K2=2670W•m-2•ºC-1,K1=2900W•m-2•ºC-1。若忽略溶液中溶质和液柱高度引起的沸点升高和蒸发器的热损失。求：原料液的流量和加热蒸气消耗量。
参数如下：
第一效：
生蒸气压强：4atm
进料：浓度10.6%；温度，80ºC；