浙江大學考研化工原理91-99真題答案

1991年（共兩大題、Hー小題）ー、計算題:（10分）如圖所示,水自水面為大氣壓的高位槽經總管道流入分支管道A和B,然后排入大氣。管道的內徑均為27nlm管內摩擦系數可取為入=0.04,支管A上的全部管件及閥門（全開）的當量長度工leA=9.8m,支管B上的全部管件及閥門（全開）的當量長度EleB=9m,總管的全部管件和入口的當量長度EleO=l.1m,當支管A上的閥Av全開，而支管B上的閥Bv部分開啟到某一定程度時,測得支管A中的水流量為0.5m3/h,試求此時支管B中的水流量為多少m3/ho(排入大氣,d=27mm,X=0.04,ELeA=9.8m,LLeB=9m,LLeo=l.Im;當A全開,B部分開啟,VA=0.5m3/h,求此時VB）5tti020m5tti020m16m曳ペサイ i5mSOLU:doe=deA=deB=27mm,V0=VA+VB,u0=uB+uB,uA=4V/nd2=4X0.5/(nX0.0272X3600)m/s=0.243m/sEto'=Eta+Wfoe+WfeA=EtB+Wfoe+WfeBEta+WfeA=EtB+WfeB16+{X(LeA+LLeA)/deA)}(uA2/2g)={入(LeB+￡LeB')/deB)}(uB2/2g)20={X(Loe+ELoe)/doe)}(u02/2g)+16+{X(LeA+ELeA)/deA)}(uA2/2g)得20={0,04(16+50+1.1)/0.027)}(u02/2g)+16+{0,04(16+5+9.8)/0.027)}(0.2432/2g)u0=0.873m/suB=u0—uA=0.63m/s，VB=uBAB=0.063Xnd2/4=l.298m3/h即此時B支管流量為1.3m3/h.(15分)如圖所示,用離心泵將敞口水池中的水送到反應塔內,出水管口高出水池液面4m,塔頂壓カ表讀數為1.17X105Pa,輸送管道為內徑50mm的鋼管,己知管路調節(jié)閥全開噴水量為30m3/h時,管路總阻カ為2mH20柱。若該離心泵的特性方程為H=20-0.00055Q2,式中:H為泵的揚程m,Q為泵的流量m3/h,設水的密度為!000kg/m3o問:(1)此泵單獨使用能否完成0.5m3/min的輸送任務?(2)寫出調節(jié)閥全開時的管路特性方程,以L=f(Q)函數式表示。式中:L為管路所需功頭m,Q為管路輸送流量m3/ho(3)若將這種泵兩臺并聯(lián)使用于該管路,當管路調節(jié)閥全開時,噴水量為多少m3/h(H=4m,P=l.17X105Pa,d=50mm,當Q=30m3/h時,Hf總=2mH20.泵H=20-0.00055Q2(H-m,Q-m3/h),P=1000kg/m3,求:(1)泵單獨用,能否完成Q=0.5m3/min的輸送任務?(2)寫出閥全開時,管路特征方程,L=f(Q)(3)兩臺泵并聯(lián)于管路,閥全開時,Q=?4m第2題SOLU:(1)泵單獨用時，管路特征曲線L=A+BQ2,A=AZ+△p/pgA=(4+l.17X105/1000X9.8)mル15.93m,L=15.93+BQ2Q=30m3/h,Hf總={。入(L+￡Le)/d)}(u2/2g)=2mH2O， B=8/L[X(L+LLe)/d5]n2g,Hf總=BQ2,B=Hf總/Q2/.管路曲線L=15.93+(Hf總/Q2)'Q2=15.93+(3/302)Q2=15.93+0.00222Q2=20-0.00055Q2解出Q=38.33m3/h=0.639m3/min>0.5m3/min單獨用泵時，能完成Q=0.5m3/min的輸送任務。(2)調節(jié)閥全開時,由(1)知管路特性曲線L=15.39+0.00222Q2⑶兩臺泵并聯(lián)于管路,泵的特性曲線H=20-0.0055(2Q)2=2〇ー〇.0022Q2=15.39+0.00222Q2,解出Q=3〇.345m3/h即兩臺并聯(lián)于管路,閥門全開時,噴水量9為30.345m3/h(15分)有一臺管殼間不加折流擋板的列管式換熱器,較高壓強的氣體在管內與管殼間的水成逆流換熱,可將流量Gkg/h的氣體自80'C冷卻到60℃,冷卻水的溫度自20c升高到30℃,總傳熱系數K=40w/m2-K?，F需將氣體的出口溫度降到50C以下。有人建議將水的流量Wkg/h增加一倍,有人建議增加一臺規(guī)格完全相同的換熱器,假設無論采用并聯(lián)或串聯(lián)操作,每一臺換熱器的冷卻水都是單獨使用，而且流量W相同。水的初始溫度均為20C,傳熱溫差均可用算術平均值計算。請以計算結果說明這些建議中那些是可行的。已知:流體作強制對流時的對流傳熱系數關聯(lián)式為al/X=0.023(lup/u)0.8?(Cp?ロ/入)0.4式中:a:對流傳熱系數w/m2,k,水的對流熱系數為幾千w/m2-k!氣體的對流熱系數為幾十w/m2?k。人:流體的導熱系數w/m?k, 口:流體的流速m/s,P:流體的密度kg/m3, ロ:流體的粘度N?S/m2,Cp:流體的比熱kj/kg?k, 1:定性尺寸m[逆流換熱，msl=akg/h,Tl=80℃,T2=60℃,tl=20℃,t2=30℃,K=40W/m2?K,要求T2小于50℃。則:(1)ms2加倍;(2)并聯(lián);(3)串聯(lián)問哪種方案可行?]SOLU:原狀態(tài)下,CRl=(mscp)l/(mscp)2=(t2-tl)/(Tl-T2)=0.5NTU1=KA/(mscp)1=(T1-T2)/Atm=O.446￡=(T1-T2)/(Tl-tl)=1/3=0.333(1)ms2加倍,a2，=20.8a2,a1不變,CR1'=CR1/2=O.25K=al/[l+(a1/a2)(dO/di)](a1?a2)Kルa1不變NTUl=KA/(mscp)1不變e1z={1-exp[NTUl(1-CR1Z)]}/{CR1z-exp[NTUl(l-CR1Z)]}=0.345,T2Z=59.3℃>50℃(2)并聯(lián) 就某個換熱器而言,CR1不變,NTU1Z=2NTU1=O.892,e1z=0.529,T2=48.25℃ <50℃(3)串聯(lián) 將兩個換熱器看作一個整體,則CR1Z=0.5CR1,NTU1Z=KAZ/(mscp)1=2NTU=O.892e1z={1-exp[NTUlz(1-CR1Z)]}/{CR1Z-exp[NTUlz(1-CR1Z)]}=0.56,T2Z=46.30℃<50℃比較上述三個結論可知，方案二、三可行,但方案三更好。(15分)一座裝10m高填料的吸收塔,用清水吸收氣體中某ー組分A,在氣液相中的平衡關系為y*=l.5x(y,x均為摩爾分率,以下同)在操作情況下測得A組分在塔頂,底氣液中的組成數據如圖中的a塔所示?，F要求將排出氣流中A組分降低到0.002kmol/kmol,為此再接一座裝6m高填料的吸收塔b,其塔頂填料等結構尺寸均與a塔相同,用與a塔等流率的清水吸收,兩塔的傳質系數可認為相等。試求排出氣體中A組分的y2b能否達到要求?一4%a b~_ I—?_Y1a=0.02T^マX1a=0.008X1b第4題[ha=10m,y=l.5x,x2a=x2b=0,hb=6m,La=Lb,Kxa=Kxa,則y2b<0.02?(ylb=0.02y2a=0.02xla=0.008)]S0LU:L/G=(0.02-0.004)/0.008=2=(0.004-2y2b)/xlb,l/A=mG/L=0.75ha=N0G,a,HOG,a,hb=NOG,bHOG,b,HOG,a=G/Kya=H0G,b=G/KybNOG,a/NOG,b=ha/hb=10/6NOG,a=[l/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(yla-mx2a)/(y2a-mx2a)+1/A]NOG,b=[1/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(y2a-mx2b)/(y2b-mx2b)+1/A]NOG,a/NOG,b=Ln[(l-0.75)(0.02/0.004)+0.75]/Ln[(l-解出 y2b=0.00082<0.002即排出氣體中A組分的y2b能滿足要求。(10分)有一連續(xù)精徳塔,分離A、B雙組分理想溶液,料液含易揮發(fā)組分A的摩爾分率xA=0.4,泡點進料,測得塔頂壓強為760mmHg柱，氣相溫度為81.5℃,同時測得回流量為0.8kmol/kmo!進料液，和產品量為0.4kmol/kmol進料液。己知A、B組分的飽和蒸汽壓與溫度的關系為:logl0p0A=6.898-1206.35/(t+220.24)loglOpOB=6.953-1343.94/(t+219.58)式中:t溫度C,pOA,pOB分別為A、B的飽和蒸汽壓mmHg柱。求:(1)塔頂產品及釜液的組成xD,xW,塔釜的汽化量い;(2)寫出精懶段及提儲段的操作線方程。[xF=0.4,頂:P0=760mmHg,t0=81.5℃,L/F=0.8,q=l,D/F=0.4,LgPA0=6.898-1206.35/(t+220.24)LgPB0=6.953-1342.94/(t+219.58)(t-℃,PA,BO-mmHg),求:(1)xD,xN及V'；(2)精儲段及提饋段的操作線。]SOLU:(1)將tD=81.5℃代入公式,得PA0=794.37mmHg,PBO=307.71mmHg:.x=(PD-PBO)/(PAO-PBO)=(760-307.71)/(794.37-307.71)=0.93,y=(PAOx/PD)=0.97,xD=O.97,D/F=(xF-xW)/(xD-xW)=0.4,xW=O.067R=L/D=(L/F)/(D/F)=0.8/0.4=2,V'/F=V/F=(R+1)D/F=3X0.4=1.2即V’為1.2kmoL/kmoL進料液。(2)精儲線y=Rx/(R+l)+xD/(R+l)=2x/(2+l)+0.97/(2+l)即y=0.67x+0.3233(3)提循線y=L'x/V'-Wxw/Vz=(F+RD)x/[(R+1)D]-(F-D)xw/[(R+l)D]=(1+RD/F)x/[(R+1)D/F]-(l-D/F)xW/[(R+l)D/F]=l.5x-0.5即精微段、提儲段的操作線分別為:y=0.67x+0.3233;y=L5x-0.5.(10分)將狀態(tài)為:干球溫度tA=25℃,濕含量HA=0.01kg/kg的新鮮空氣A,與狀態(tài)為:干球溫度tB=61℃,濕含量HB=O.046kg/kg循環(huán)廢氣B,以混合比為3kgB/kgA進行混合,試求混合氣體的溫度,已知:干空氣的比熱Ca=l.01kj/kg℃,水汽的比熱Cw=l.88kj/kg?℃,水在0℃時的汽化潛熱r0=2492kj/kgo[B:A=3:1;A狀態(tài):tA=25℃,HA=O.Olkg/kg新鮮空氣。B狀態(tài):tB=61℃,HB=O.046kg/kg循環(huán)廢氣,求:t(Ca=l.01kj/kg?℃,Cw=l.88kJ/kg?℃, rD=2492kJ/kg.)]SOLU:狀態(tài)A: IA=(1.01+1.88HA)tA+2492HA狀態(tài)B：IB=(1.01+1.88HB)tB+2492HBIA(t-25)=3IB(61-t),解出t=[(3X61IB)+25IA]/(IA+3IB)IA=(1.01+1.88X0.01)X25+2492X0.01=50.64IA=(1.01+1.88X0.046)X61+2492X0.046=181.52即以B：A=3：1混合成的混合氣體的溫度為57.94℃二、選擇題L流體以雷諾準數Re=500的流動型態(tài),在ー根水平的直管中流動,如果將流體的流量增加一倍,克服摩擦阻カ消耗的功率增加為原來的( )A：2倍:B：4倍:C；21/2倍;D：22.75倍分析:前Re=pdu/y=500,u;后Re'=pd2u/u=500,2uX=64/Re,Xhf'/￡hf=(入’?u'2)/(X?u2)=(Re?u'2)/(Re,-u2)=[(2u)2/(2u)]?(u/u2)=2即克服摩擦阻カ消耗的功率增加為原來的2倍。.某板框壓濾機作恒壓過濾,使濾渣充滿濾框需20分倂リ現將框數增加一倍,操作壓カ,物料性質均不變,此時濾渣充滿濾框需要時間為:( )A.20分鐘B.40分鐘C.80分鐘分析:恒壓過濾V2+2VeV=kA2〇F近イ以假設 Ve=0,貝リV2=kA2OF,k=2Apl-s/ruc原來:0F=20min,A,V=V餅/u現在;OF'=?,2A,V'=2V餅/u即(2V餅/u)2=K(2A)2。F',其中(V餅/u)2=kA2OF即濾渣充滿濾框所需時間不變,仍為20min..某流體以流速u=30m/s,流過1m長的平板,與板面進行對流傳熱,已知:流體的粘度U=0.025Cp,密度P=0.12kg/m3,普蘭德數Pr=0.70,則其流動邊界層8與熱邊界厚6c之間的關系應該是:A:6く6c；B：6=5c；C：8>5C；分析:沿平板流動時的邊界層厚度Rex=(xu0°P)/U其中x為版長6=4.96xRex-0.5=1X4.96X[(0.12X1X3O)/(O.025X10-3)]-0.5=0.013與板面進行對流傳熱 Nu=L/8c,6C=L/NuNu=0.023Re0.8PrO.4=0.023X[(0.12X1X30)/(0.025X103)]0.8X0.700.4，8c=L/Nu=0.003745<6即此時的流動邊界層大于傳熱邊界層.進行萃取操作時,應使:A分配系數大于1, B選擇系數大于1〇分析:選擇恒系數P=(yA/xA)/(yB/xB)=kA/kB是衡量萃取難易程度的物理分配系數k是代表某組分在萃取相與萃余相間的分配比例,即進行萃取操作時,應使選擇系數大于1萃取操作中,一般情況下,稀釋劑B組分的分配系數KB值應A大于1B小于1 C等于1分析: 萃取過程,要求KA>1,但小于1也可:但是KBVV1。即稀釋劑B組的分配系數,一般情況下應小于11992年(共五大題,十小題)ー、(16分)20C之水自ー個大貯槽中流出,流經總長度為39m的水管后,排入大氣。從貯槽流出的前15m管路的內徑是50mm,后24m路的內徑是75mm。如果管路上的摩擦系數可按入=4f=0.3164/Re0.25式子計算,其中X為摩擦系數,f為范寧因子,Re=duP/ロ,d為管徑,u為管內流體平均速度,P和口分別為流體的密度和粘度。試求當流量需為0.0028m3/s時,貯槽內的液面需高出管路的出口多少米。前小管上裝有一個其阻カ系數C=6.0的全開的標準閥。已知20C時水的粘度為1厘泊.)[2O'C,L=39mm,大氣 前15m,50mm; 后24m,75mm入=4f=0.3164/ReO.25,Re=Pdu/u,C=6.0,u=lcp,求V=0.0028m3/s時的H=? (LeA=15m,LAB=24m)]SOLU:V=0.0028m3/s,u=4V/nd2uOa=4XO.0028/(nX0.052)=1.426m/suAB=4X0.0028/(nX0.0752)=0.634m/s在〇一B之間進行衡算,EtO=EtB+WfeabH=(XHeA/deA+C)(ueA2/2g)+(X2LAB/dAB)(uAB2/2g)+uAB2/2gRel=Pdlul/p=1000X0.05X1.426/(1X10-3)=71300,Re2=Pd2u2/u=1000X0.075X0.634/(1X10-3)=47775,X2=0.3164/RelO.25=0.0214:.H=[0.02X(15/0.05)+6]1.4362/2g+0.0214X(24/0.075)X(0.6342/2g)+0.6342/2g=1.42m即貯槽內液面需高出管路約1.4m二、(16分)有一加熱釜,內放質量為1000kg,比熱為4.18kj/kg?℃的液體,現用ー蛇管加熱器加熱,蛇管內通入120C的飽和蒸汽,放出潛熱后以飽和態(tài)的凝液離開蛇管,釜內的液體從40c被加熱到100C。已知釜周圍的環(huán)境溫度為20℃,釜的外壁與環(huán)境間的對流ー輻射聯(lián)合傳熱系數為aT=12W/m2°C。釜內液體的溫度均勻。釜的外壁溫度可認為與釜內液體溫度相同。蛇管內的蒸汽與蛇管外的液體間的傳熱系數為K=1000W/m2℃o蛇管的傳熱面積為lm2,釜的外壁散熱面積為10m2。試計算:(1)加熱釜內液體所需的時間;(2)釜內液體被加熱可達到的最高溫度。(假定金屬器皿的熱容量可以略去不計。)[W=1000kg,Cp=4.18kJ/kg.℃,T=120℃,tl=40℃,t2=100℃,t=20℃,aT=12w/m2?℃,K=1000W/m2?℃,Al=lm2A2=10m2,求:所需加熱時間;(2)釜內加熱最高溫度。]SOLU:dQ=KAl(T-t)dx=WCpdt+aTA2(t-tO)dt, 解出t=7510s=2.09ht=/tlt2dt/(a-bt)=-{Ln[(a-btl)/(a-bt2)]}/b,t-*°°,(a-bt2)/(a-btl)=e-bt=0,t2=a/b=109.3℃所以 所需加熱時間2.09h;釜內加熱最高溫度可達!09.3℃三、(16分)有一個雙元系溶液,其輕重組份間的相對揮發(fā)度a可取等于2,兩個組份的摩爾氣化潛熱相同。今用一精徳塔來分離這兩個組份。進料為汽、液混合物,其汽、液摩爾數各占一半,其混合組成為含易揮發(fā)組份0.5摩爾分率。欲使儲出液中含易揮發(fā)組份0.9摩爾分率,釜液中含易揮發(fā)組份0.05摩爾分率。塔在常壓下作連續(xù)操作。試計算:(1)最小回流比;(2)當操作回流比取最小回流比的1.2倍,冷凝器為全凝操作時,從由上向下數的第二塊理論塔板下降液體的組成。[a-2,q=l/2,xF=0.5,xD=0.9,xw=0.05I求:Rmin;(2)R=1.2Rmin,全凝器,x2=?]SOLU!平衡線 y=ax/[l+(a-l)a]=2x/(l+x) ——(1)進料線y=qx/(qT)-xF/(q-l)=-x+lRmin=(xD-ye)/(ye-xe)由上兩根線求出 xe=0.414,ye=0.586:.Rmin=(0.9-0.586)/(0.586-0.414)=1.83R=1.2Rmin=2.2精儲線y=Rx/(R+l)+xD/(R+l)=0.6875x+0.2813 ——(2)yl=xD=O.9 (1) xl=0.82 (2) y2=0.8438 (1) x2=0.73即第二塊理論塔板下降液組成為0.73.四、(16分)在總壓為760mmHg柱下,將相對濕度為80%,溫度為20C,含有10kg絕對干燥空氣的濕空氣,通過一間壁式換熱器加熱到150C。(1)試求預熱該濕空氣所需的熱量,和預熱后該濕空氣的體積。(2)如將此預熱后的濕空氣使其沿絕熱飽和過程正好達到飽和,試述求此絕熱飽和溫度及其濕含量的計算方法(時間不夠時,第(2)小題可不必算出結果)。已知干空氣的平均定壓比熱為1010J/kg-k水汽的平均定壓比熱為1880J/kg?k,0C時水的汽化潛熱為2492000J/kg水的平均比熱為4180J/kg-k水的蒸汽壓可用Antoine方程計算ln(p)=18.3036-3816.44/(T-46.13)其中蒸汽壓P以mmHg柱表示,溫度T以K表示。假定濕空氣可認為是理想氣體。空氣的摩爾質量取28.96kg/kmol〇[P=760mmHg,60=0.8,t0=20℃,m干空氣=10kg,tl=150℃,求:(1)QP；V1；(2)沿絕熱飽和過程達飽和,tas=??X=?(Cp=l.OlkJ/kg.K,CL=1.88kJ/kg.k,rO=2492kJ/kg,LnP=18.3036-3816.44/(T-46.13)P—mmHg,T-K,M=28.96)]SOLU:(1)將T0=20+273.15=293.15K代入公式得P0=exp[18.3036-3816.44/(293.15-46.13)]=17.35mmHgPl=exp[18.3036-3816.44/(150+273.15-46013)]=3572.26mmHgH0=0.622PW/(P-PW),PW=(i)0P0=0.8X17.35,H0=0.0116I0=(1.01+1.88H0)t0+2492H0,I1=(1.01+1.88Hl)tl+2492HlHO=H1，QP=L(I1-I0)=L(1.01+1.88H0)(tl-tO)=10X(1.01+1.88X0.0116)X(150-20)=1341.35kJ/h濕比容:單位質量絕干空氣體積及其所帶水汽體積之和:uHl=(O.772+1.244H0)X(273+t0)/273=(0.772+1.244X0.0116)X(273+150)/273=1.218Vl=vH1L=1OX1.218=12.18m3/h(3)由濕焰圖知由圖中A點沿絕熱飽和線至B點,則H'即為所求濕含量。五、問答:(略)1992年(共五大題,十小題)ー、(16分)20c之水自ー個大貯槽中流出,流經總長度為39m的水管后,排入大氣。從貯槽流出的前15n!管路的內徑是50mm,后24m路的內徑是75mm。如果管路上的摩擦系數可按入=4f=0.3164/Re0.25式子計算,其中X為摩擦系數,f為范寧因子,Re=duP/ロ,d為管徑,u為管內流體平均速度,P和口分別為流體的密度和粘度。試求當流量需為0.0028m3/s時,貯槽內的液面需高出管路的出口多少米。前小管上裝有一個其阻カ系數《=6.0的全開的標準閥。己知20c時水的粘度為1厘泊.)[2O'C,L=39mm,大氣 前15m,50mm; 后24m,75mm入=4f=0.3164/ReO.25,Re=Pdu/u,C=6.0,u=lcp,求V=0.0028m3/s時的H=? (LeA=15m,LAB=24m)]SOLU:V=0.0028m3/s,u=4V/nd2，uOa=4XO.0028/(nX0.052)=1.426m/suAB=4X0.0028/(nX0.0752)=0.634m/s在。一B之間進行衡算,EtO=EtB+WfeabH=(XlLeA/deA+C)(ueA2/2g)+(X2LAB/dAB)(uAB2/2g)+uAB2/2gRel=Pdlul/u=1000X0.05X1.426/(1X10-3)=71300,X1=0.3164/RelO.25=0.02Re2=Pd2u2/u=1000X0.075X0.634/(1X10-3)=47775,X2=0.3164/RelO.25=0.0214:.H=[0.02X(15/0.05)+6]1.4362/2g+0.0214X(24/0.075)X(0.6342/2g)+0.6342/2g=1.42m即貯槽內液面需高出管路約1.4m二、(16分)有一加熱釜，內放質量為1000kg,比熱為4.18kj/kg?℃的液體,現用ー蛇管加熱器加熱,蛇管內通入120C的飽和蒸汽,放出潛熱后以飽和態(tài)的凝液離開蛇管,釜內的液體從40'C被加熱到100C。已知釜周圍的環(huán)境溫度為20C,釜的外壁與環(huán)境間的對流ー輻射聯(lián)合傳熱系數為aT=12W/m2℃o釜內液體的溫度均勻。釜的外壁溫度可認為與釜內液體溫度相同。蛇管內的蒸汽與蛇管外的液體間的傳熱系數為K=1000W/m2℃o蛇管的傳熱面積為lm2,釜的外壁散熱面積為10m2。試計算:(1)加熱釜內液體所需的時間;(2)釜內液體被加熱可達到的最高溫度。(假定金屬器皿的熱容量可以略去不計。)[W=1000kg,Cp=4.18kJ/kg.℃,T=120℃,tl=40℃,t2=100℃,t=20℃,aT=12w/m2?℃,K=1000W/m2?℃,Al=lm2A2=10m2,求:所需加熱時間;(2)釜內加熱最高溫度。]SOLU:dQ=KAl(T-t)dT=WCpdt+aTA2(t-tO)dt,解出t=7510s=2.09ht=1tlt2dt/(a-bt)=-{Ln[(a-btl)/(a-bt2)]}/b,t(a-bt2)/(a-btl)=e-bt=0,t2=a/b=109.3c所以 所需加熱時間2.09h;釜內加熱最高溫度可達!09.3℃三、(16分)有一個雙元系溶液,其輕重組份間的相對揮發(fā)度a可取等于2,兩個組份的摩爾氣化潛熱相同。今用一精儲塔來分離這兩個組份。進料為汽、液混合物,其汽、液摩爾數各占一半,其混合組成為含易揮發(fā)組份0.5摩爾分率。欲使儲出液中含易揮發(fā)組份0.9摩爾分率,釜液中含易揮發(fā)組份0.05摩爾分率。塔在常壓下作連續(xù)操作。試計算:(1)最小回流比;(2)當操作回流比取最小回流比的1.2倍,冷凝器為全凝操作時,從由上向下數的第二塊理論塔板下降液體的組成。[a=2,q=l/2,xF=0.5,xD=0.9,xw=0.05,求:Rmin;(2)R=1.2Rmin?全凝器,x2=?]SOLU：平衡線 y=ax/[l+(a-l)a]=2x/(l+x) ——(1)進料線y=qx/(qT)-xF/(q-l)=-x+lRmin=(xD-ye)/(ye-xe)由上兩根線求出 xe=0.414,ye=0.586:.Rmin=(0.9-0.586)/(0.586-0.414)=1.83R=1.2Rmin=2.2精儲線y=Rx/(R+l)+xD/(R+l)=0.6875x+0.2813 ——(2)yl=xD=O.9 (1) xl=0.82 (2) y2=0.8438 (1) x2=0.73即第二塊理論塔板下降液組成為0.73.四、(16分)在總壓為760mmHg柱下,將相對濕度為80%,溫度為20℃,含有10kg絕對干燥空氣的濕空氣,通過一間壁式換熱器加熱到150C。(1)試求預熱該濕空氣所需的熱量,和預熱后該濕空氣的體積。(2)如將此預熱后的濕空氣使其沿絕熱飽和過程正好達到飽和,試述求此絕熱飽和溫度及其濕含量的計算方法(時間不夠時,第(2)小題可不必算出結果)。已知干空氣的平均定壓比熱為1010J/kg-k水汽的平均定壓比熱為1880J/kg?k,0℃時水的汽化潛熱為2492000J/kg水的平均比熱為4180J/kg?k水的蒸汽壓可用Antoine方程計算ln(p)=18.3036-3816.44/(T-46.13)其中蒸汽壓P以mmHg柱表示,溫度T以K表示。假定濕空氣可認為是理想氣體?？諝獾哪栙|量取28.96kg/kmolo[P=760mmHg,巾0=0.8,t0=20℃,m干空氣=10kg,tl=150℃, 求:(1)QP；VI；(2)沿絕熱飽和過程達飽和,tas=?,X=?(Cp=l.OlkJ/kg.K,CL=1.88kJ/kg.k,rO=2492kJ/kg,LnP=18.3036-3816.44/(T-46.13) P—mmHg,T-K,M=28.96)]SOLU:(1)將T0=20+273.15=293.15K代入公式得P0=exp[18.3036-3816.44/(293.15-46.13)]=17.35mmHgPl=exp[18.3036-3816.44/(150+273.15-46013)]=3572.26mmHgH0=0.622PW/(P-PW),PW=4)0P0=0.8X17.35,H0=0.0116二!0=(1.01+1.88H0)t0+2492H0,IHO=H11=(1.01+1.88Hl)tl+2492HlHO=H1QP=L(I1-I0)=L(1.01+1.88H0)(tl-t0)=10X(1.01+1.88X0.0116)X(150-20)=1341.35kJ/h濕比容:單位質量絕干空氣體積及其所帶水汽體積之和:uHl=(0.772+1.244H0)X(273+t0)/273=(0.772+1.244X0.0116)X(273+150)/273=1.218Vl=vH1L=1OX1.218=12.18m3/h(3)由濕焰圖知由圖中A點沿絕熱飽和線至B點,則H'即為所求濕含量。五、問答:(略)1994年(共七大題)(12分)用一條水管將兩個水位差為6m的水庫連通。管線總長為720m,在離高位水庫240m管線上的C點處于管線的最高位置,C點高出高位水庫的水面3m。管線的直徑為1m,水在該管內流動的摩擦系數人=0.04。 試求(1)管內的流量,以m3/h表示;(2)點C的流體壓カ。如果管線在點C發(fā)生破裂,將會發(fā)生什么現象。[LAB=720mm,LAC=240mm,HCA=-3m,HCB=-6m,d=lm,入=0.04,求：(1)Q；(2)Pc,若c破裂,發(fā)生什么現象?]Solu:(1)列〇-!間的衡算式 EtO=Etl+WfO-1即 HCA=HCB+WfO-l=HCB+X(LAB/d)(u2/2g):.u=[(2dg/XLAB)(HCA-HCB)]O.5=2.02m/sQ=Au=nud2/4=l.59m3/s=5709m3/h即 管內流量為5709m3/h(2)列0一C間的衡算式 EtO=Etc+Wf0-c即Pa/Pg=Pc/Pg+X(LAc/d)(u2/2g)+(u2/2g)+Hc，Pc=Pa-(XLAc/d+1)(pu2)/2-PgHe=80677Pa如果C點破裂,Pa=Pc假設此時水管中的水靜止則u=0那么EtA=Pa/pEtC=Pc/p+g(Hc-HA)則EtC>EtA則水將由C點回流至A(12分)用一直徑為200mm的管道將一高位水庫中的水引到水庫水面以下70m處排入大氣,管線全長為100m。管線上裝有一水輪機,用它來帶動發(fā)電機發(fā)電。已知管路的摩擦系數X=0.03,試求:(1)每kg水流經水輪機時,所能提供能量的表達式;(2)管內的水流經水輪機時,所能提供功率的表達式:(3)如水輪機ー發(fā)電機組的效率為60%,試求最大發(fā)電功率.[d=200mm,H=70m,L=100m,X=0.03,求:每kg水提供能量的表達式;提供功率的表達式;n=60%時,Nmax=?]SOLU:在0—1間劃定衡算范圍,ByBernoulli-LawEtO=Etl+WfO-1,HO=X(L/d)(u2/2g)所以流速u=[2H0dg/XL]0.5=9.57m/s設水輪機A置于距出口H米處,在A—1間進行衡算,EtA=Etl+WfA-l=Pa/p+X(Hu2/2d)=101.325+6.87H每kg水提供能量的表達式為EtA=101.325+6.87H提供功率的表達式為 N=PVEtA,V=uA...N=puAEtA=3.04X104+2.064X103H, n=0.6時,N'=N/n=5.07X104+3.44X103H，Nmax'=N' (H=70m)=2.91X105W=291.466kWZ.每kg水流經水輪機時,提供能量表達式為EtA=101.325+6.87H每kg水流經水輪機時,提供功率的表達式為N=3.04X104+2.064X103Hq=60%時,最大發(fā)電為291.466kW(12分)有兩個銅質薄球殼,內球殼外徑為0.05m,外球殼內徑為0.1m,兩球殼間裝入ー種其導熱系數待測的粉粒料。內球內用電加熱,輸入電功率為50W,熱量穩(wěn)定地傳向外球,然后散發(fā)到周圍大氣中。兩球壁上都裝有熱電偶,測得內球殼的平均壁溫為120C,外球殼的平均壁溫為50C,周圍大氣環(huán)境溫度為20C,設粉粒料與球壁貼合,試求:(1)待測材料的導熱系數;(2)外球壁對周圍大氣的傳熱系數。[d=0.05,D=0.1,N=50w,Tl=50℃,T2=120℃,t0=20℃,求:(1)a1；(2)K]SOLU:(l)Q=a1Am(T2-T1),其中,Am=(A1-A2)/[ln(Al/A2),A1=4nD2,A2=4nd2,Aa1=[2Qln(D/d)]/[n(D2-d2)(T2-T1)]=10.5W/m2.℃(2)Q=kAw(tw-t)=kAl(Tl-tO):. k=Q/Al(tl-t0)=50/[4nXO.12X(50-20)]=13.26w/m2.℃.?.待測材料的導熱系數為10.5W/m2.℃,外球壁對周圍大氣的傳熱系數為13.26W/m2℃.(12分)ー油槽內裝有1噸熱的重油,用冷卻水流經裝于油槽內的盤管式換熱器以冷卻重油。已知冷卻水的流量2kg/s,水的進口溫度維持為20c不變。由于油一水間的換熱,2小時內將油從120c冷卻到80℃,已知冷卻盤管的傳熱面積為2n12,試核算該換熱器的傳熱系數。已知水的比熱為4.18kJ/(kg-K),重油的比熱為3.00kJ/(kg?K),槽內油溫均勻一致,并可略去熱損失。[W=lT=103kg,ms2=2kg/s,tl=20℃,t=2hr,Tl=120℃,T2=80℃,A=2m2, Cp2=4.18kJ/kgK,Cpl=3.OOkJ/kgK,QL=O,求K.]SOLU:Q=KAAtmt=Wcpl(T1-T2)=ms2Cp2(t2-tl)tt2=tl+WCpl(Tl-T2)/(ms2cp2t)=22CAtm=[(Tl-t2)-(T2-t1)]/Ln[(Tl-t2)/(T2-t1)]=11.45℃K=WCpl(T1-T2)/AAtrni=0.lW/m2K即該換熱器的傳熱系數為0.lW/m2K.(12分)有一面積為10cm2帶有保護套的熱電偶嵌入ー輸送空氣的長管內，用來測量空氣的溫度。已知熱電偶的溫度讀數為300C,輸氣管的壁溫為200C,空氣對保護套管的對流傳熱系數為60W/(m2?K),該保護套管的黑度為0.8.試估算由于輻射所造成的氣體溫度測量誤差。并試述減小測量誤差的途徑.已知Stefan-Boltzmann常數O=5.67X10-8W/(m2?k4)。[A=10cm2,Tl=300℃,Tw=200℃,a1=60W/m2K,e1=0.8,Co=5.67X10-8W/m2K4,求誤差及減小誤差途徑?]SOLU:設氣體溫度的真實值為Tg,遮墊罩表面溫度T2?熱電偶指示溫度T1',則:q=al(Tg-Tl)=e1Co[(T1/100)4-(TW/100)4],得Tg=343.7℃氣體以對流方式傳給遮熱罩內外表面的傳熱速率,ql=2a1(Tg-Tl)=2X60X(343.7-T2)遮熱罩對管壁的散熱速率q2=eCo[(T2/100)4-(TW/1OO)4],ql=q2于是可從兩式用試差法求出遮墊壁溫 T2=590K氣體對熱電偶的對流傳熱速率q3=a1(Tg-Tl)=60X(343.7+273.15-T1')=370U-60Tlz熱電偶對遮熱罩的輻射散熱速率q4=eCo[(Tl>/100)4-(T2/100)4]=4.536(T1'/100)4-5496.43由q3=q4,求出熱偶的指示溫度Tl'=606.3K此時,測溫誤差(絕對誤差)為606.3-573.15=33.15K,相對誤差為5.5%.不用遮熱罩時的測溫絕對誤差為343.7-300=43.7k,相對誤差為7.1%.所以 采用遮墊罩可減小測量誤差;另外，可通過降低熱電偶黑度，提高氣體對熱電偶的局部給熱系數,加強管道保溫措施等方法以提高壁溫減小誤差。(12分)有一常壓連續(xù)操作的精儲塔用來分儲苯一甲苯混合液。塔頂設有ー平衡分凝器,自塔頂逸出的蒸氣經分凝后,液相的摩爾數為氣相摩爾數的ー倍,所得液相全部在泡點下回流入塔,所得氣相流經全凝器冷后作為產品取出。已知產品中含苯為0.95摩爾分率,苯對甲苯的相對揮發(fā)度可取2.5〇試計算自塔頂向下數第二塊理論板的上升蒸氣組成。[平衡分凝器,L=D,xD=0.95,a=2.5求y2]SOLU:R=L/D=1所以精微段操作線y=Rx/(R+l)+xD/(R+l),=0.5X+0.475--(1)平衡線y=ax/[l+(a-l)x]=2.5x/l+l.5x,x=y/(2.5T.5y)—(2)yl=xD=0.95 (2) xl=0.884 (1) y2=0.917即 第二塊理論板上升蒸汽組成為0.917頂逸出的蒸氣經分凝后,液相的摩爾數為氣相摩爾數的ー倍,所得液相全部在泡點下回流入塔,所得氣相流經全凝器冷后作為產品取出。已知產品中含苯為0.95摩爾分率,苯對甲苯的相對揮發(fā)度可取2.5〇試計算自塔頂向下數第二塊理論板的上升蒸氣組成。(12分)將20C壓カ為101.3kPa、相對濕度為70%的空氣經間壁式換熱器加熱到120C后,送入ー對流式干燥器,用來干燥400kg/h的固體濕物料。已知濕物料的初始濕含量為10%,最終濕含量為1%(皆為濕基百分率)?？諝怆x開干燥器時的溫度為60C,相對濕度30%,試求(1)空氣自預熱器出口的相對濕度;(2)產品量,kg/h;(3)干空氣用量,kg/h;(4)預熱器加熱量;(5)如干燥器入口處,熱空氣的線速度為0.4m/s,試求該圓筒形干燥器的直徑。已知:干空氣比熱為1.01kJ/(kg?K);水汽比熱為1.88kJ/(kg?K);水在0℃時的汽化熱為2492kJ/kg,水的蒸汽壓方程為lnp=23.1964-3816.44/(T-46.13),p以Pa表示,T以K表示.[t0=20℃,P=101.3kPa,(I)0=70%,tl=120℃,Gl=400kg/h,wl=10%,w2=l%,t2=60℃,巾2=30%,Ca=l.OlkJ/kg.℃,Cw=l.88kJ/kg.℃,rO=2492kJ/kg,LnP=23.1964-3816.44/(T-46.13),(T-k,P-Pa),求:(1)巾1;(2)G2;(3)L(kg/h);(4)Qp;(5)ul=0.4m/s,D=?]SOLU:(l)LnPS,0=23.1964-3816.44/(t0+273.15-46.13)，PS,0=2313.4Pa,P0=4)PS,0=1619.4PaH0=0.622P0/(P-P0)=0.01=Hl=0.622P1/(P-Pl),fPO=P1f@OPS,0=eIPS,1LnPS,1=23.1964-3816.44/(t1+273.15-46.13)PS,1=198520.5Pa，巾1=yOPS,0/PS,1=0.816%(2)W=G1(wl-w2)/(l-w2)=G2(wl-w2)/(1-wl),G2=G1(l-wl)/(l-w2):.G2=363.6kg/h(3)W=G1(wl-w2)/(l-w2)=36.36kg/hLnPS,2=23.1964-3916.44/(11+273.15-46.13)PS,2=19922.92PaP2=4)2PS,2=5976.88Pa,H2=0.622P2/(P-P2)=0.04L=W/(Hl-H2)=W/(H2-H0)=1254.2kg/h=0.35kg/sQp=L(11-10)=LCH1(t1-tO)=0.35X(1.01+1.88X0.01)X(120-20)=35.84kJ/svH=(0.772+1.244H)(237+t)/237,vHl=l.129VA=uHL=O.395m3/s,VA=Au=und2/4,d=(4VA/un)0.5=1.12m所以預熱器出口相對濕度為0.816%;產品量363.6kg/h,干空氣量0.35kg/s:預熱器加熱量為35.84kJ/s(干燥器直徑1.12m。1995年試題(共四大題,二十五小題)ー、選擇題.圖1所示為一異徑管段,從A段流向B段時測得U形壓差的讀數為R=R1,從B段流向A段測得U形壓差計讀數為R=R2o若兩種情況下的水流量相同,則有()A B圖1(A)|R1|>R21;(B)R1=R2;(C)|RI|<|R21;(D)Rl=-R2[A—B,RI; BfA,R2.則!ANALYSIS:AfB時,EtA=EtB+WfABBfA時,EtB=EtA+WfBAuA2/2g+PA/p9=uB2/2g+PB/pg+(XL/d+C1)uB2/2g,PA-PB=(pO-P)gRluB2/2g+PB/pg=uA2/2g+PA/Pg+(入L/d+U2)uB2/2g,PB-PA=(p0-p)gR2(RI-R2)(pO-p)/p=(C1-U2)uB2/2g+2(uB2/2g-uA2/2g)忽略《l,2的大小關系,知uB>uA則R1>R2,選擇（A）2.用離心通風機將5000kg/h的空氣輸入加熱器中,由20C加熱至I40℃,對于該風機安裝于加熱器前或加熱器后兩種情況,有（）（A）需要輸送的流量不變，但需要的全風壓要變;（B）需要的全風壓不變,但需要的流血量要變;（0需要輸送的流量和需要的全風壓都要變;（D）需要輸送的流量和需要的全風壓都不變。[Q=5000kg/h,20℃-140℃,風機裝于加熱器前后,則]提示:由于氣體密度在加熱器前后發(fā)生變化，從而流量與全風壓都將改變。5.套管冷凝器的內管走空氣,管間走飽各水蒸汽,如果蒸汽壓カー定,空氣進ロ溫度一定，當空氣流量增加時,空氣出口溫度（）（A）增大;（B）減小;（C）基本不變;（D）不確定[ms2t,CR=0,則 ]Analysis：（1）CR=0,NTU2=KA/（msCp）2I-e2=（t2-tl）/（Titi）I/.t2I,即空氣出口溫度降低。7.在ー個低濃度液膜控制的逆流吸收塔中,若其他操作條件不變,而液量與氣量成比例同時增加，則回收率將（ ）（A）增加；（B）減少;（C）不變;（D）不定。[液漠控制,逆流吸收,L/G不變,L、Gt,巾?]Analysis:h=HOGNOG,HOG=G/Kya℃GO.3，NOGI,l/A=Gm/L不變，，fRIR=(yb-mxa)/(ya-mxa)I-*yat,d)=(yb-ya)yb=l-ya/ybI即回收率減小二、填空題(20分)3.在除去某粒徑的顆粒時,若降塵室的高度增加一倍,則沉降時間,允許氣流速度,生產能力〇[Ht.t,u,V?]ANALYSIS:u=(pO-P)gd2/18u不變,V=uA不變，t=H/ut所以:沉降時間上升,允許氣流速度不變,生產能力不變。三、分析題(10分)某廠用清水在填料塔中逆流吸收排放氣中的有害組分Ao進塔氣中的摩爾分率為yl=0.02,清水用量為最小用量的1.15倍。出塔所達到排放標準y2=0.002。已知相平衡關系為y=l.5x,吸收過程為氣膜控制。因工藝改造原因使入塔氣濃度上升到y(tǒng)l=0.0025并要求液氣比保持不變。問能否通過增加填料層高度的方法保持出塔氣濃度仍達到排放標準。[x2=0逆流吸收,yl=0.02,L=l.15Lmin,,y2=0.002,y*=l.5x,氣膜控制,現yl'=0.025,L/G不變,問h改變,y2能否繼續(xù)滿足要求?]SOLU:(L/G)min=(yl-y2)/(xl*-x2)=m(yl-y2)/yl=1.35L/G=l.15(L/G)min=l.5525l/A=mG/L=l.5/L5525=0.966不變,h=H0GN0G,其中H0G=G/Kya不變,NOGt1/A不變NOGtfRl=(yl-mx2)/(y2-mx2)=yl/y2t所以ylt時可通過增高h來滿足y2的要求,并且,當NOG上升時,氣液于塔底達平衡,故能達到指定要求。四、計算題(60分)(10分)在ー內徑為0.25(cm)的管的軸心位置上,穿一直徑為0.005(cm)的細導線,用以測定氣體的導熱系數。當導線通以0.5(A)的電流時,產生的電壓降為0.12(V/cm)。測得導線溫度為167℃,空心管內壁溫度為150℃。(1)試求充入管內之氣體的導熱系數;(2)試分析儀器精度以外造成結果誤差的客觀原因。[D=0.25cm,d=0.005cm,1=0.5A,U=0.12V/cm,Tl=167℃,TW=150℃,求:(1)a；(2)誤差原因。]SOLU:Q=IVi(!為金屬絲長度/cm)Q=aTA(t-tw),其中,A=ndL...IUL=aTndi(t-tw),aT=IU/nd(t-tw)=22.47W/m2K所以 充入管內之氣體的導熱系數為22.47W/m2K.造成誤差的客觀原因為管內的傳熱過程實質上是熱對流和幅射傳熱共同進行的過程,在傳遞過程中,存在熱損失.

(15分)某生產系統(tǒng)要求以4(kg/s)的流量將容器A中的飽和液體用離心泵送至容器B(見圖2)。兩容器中的液面高度維持恒定。液體的密度為800(kg/m3)、粘度為0.0015(Pa?s)〇已知:高差ZAC=9(m)、ZBC=20(m);管長(包括當量長度在內)LAC=20(m)、LBC=50(m);壓カ表讀數PA=O.02(MPa)、PB=0.12(MPa);管路采用4)57X3.5的無縫鋼管?，F因原有的輸送泵損壞,擬將庫存的一臺離心泵換上。該泵的銘牌上標明揚程為40(m),流量為20(m3/h),允許汽蝕裕量為2.3(m),均小于原有泵的值。試校核庫存泵是否能完成此輸送任務?[G=4kg/s,P=800,u=0.0015,ZAC=9,ZBC=20,LAC=20,LBC=50,PA=0.02,PB=0.112,中57X3.5,泵:Q'=20m3/h,He'=40,Ah'=2.3m,問該泵能否滿足要求?]SOLU:V=G/p=4X3600/800=18m3/h<Q'=20m3/h,即流量滿足要求。在A-B之間進行能量衡算,EtA+We=EtB+WfAB,即PA/Pg+ZAC+He=PB/Pg+ZBC+HfAB--(1)HfAB=X(L/d)(u2/2g)-(2)u=V/A=(18/3600)/(0.785X0.052)=2.55m/sRe=Pdu/u=6.8X104,X=0.3164/ReO.25=0.02代入(1)(2)得He=(PA-PB)/pg+(ZBC-ZAC)+HfAB=33m<He'ュ揚程滿足要求。Ah允=Ah+0.3=Pe/Pg+ue2/2g-Pv/pg+0.3=PA/pg+ZAC-X(LAC/d)(u2/2g)-Pv/Pg+0.3=1.59m<h即氣蝕余量滿足要求=1.59m<h即氣蝕余量滿足要求所以泵能滿足要求(15分)某物料初始含水量X1=O.362(kg水/kg干料),要求干燥到X2=0.05(kg水/kg干料)〇經實驗測得臨界含水量Xc=0.187(kg水/kg干料),等速階段的干燥時間為2.75小時。如將將速階段的干燥速度曲線作為通過原點的直線處理,試估算整個干燥過程所需的時間。[Xl=0.365,X2=0.05XC=0.187,t1=2.75hr,X*=0,求:t1+t2]SOLU: t1=(XI-X2)GC/VCA,GCパCA=t1/(XI-X2)=15.7降速階段 t2=(GC/VCA)(Xc-X*)Ln[(Xc-X*)/(X2-X*)]=3.876hrt1+t2=6.626hr(20分)ー連續(xù)精僧塔每小時處理100(kmol)二元理想溶液,塔內的平均相對揮發(fā)度為2.5.進料中輕組分摩爾率為0.44,塔頂產品流量為44(kmol/h)o 已知:精徳段操作線方程為 y=0.75x+0.24,q線方程為y=-0.5x+l.5xF,Gilliland關聯(lián)可表為(N-Nmin)/(N+l)=0.75{l-[(R-Rmin)/(R+l)]0.567} 試求:(A)回流比R;(B)塔頂產物組成xD和塔底產物組成xW;(〇理論板數NT和加料板位置NF。(捷算法)[F=100,a=2.5,xF=0.44,D=44,精y=0.75x+0.24,q線y=-0.5x+l.5xF,Gillilend關聯(lián)式(N-Nmin)/(N+1)=0.75{1-[(R-Rmin)/(R+l)]0.567} 求:R;(2)xD和xW;(3)N和NF(捷算法)]SOLU:由精儲線 y=0.75x+0.24,R/(R+1)=O.75,xD/(R+l)=0.24R=3,xD=0.96,又W/F=(xD-xF)/(xD-xW)得xw=xD-(F/W)(xD-xF)=0.0314,q=l/3.Nmin=Log{[xD/(1-xD)],[(1-xW)/xW]}/Loga-1=6.21又y=ax/[l+(aT)x]與y=-0.5x+l.5xF,得x=0.096,y=O.512Rmin=(xD-y)/(y-x)=2.07,(N-Nmin)/(N+l)=0.75X(1-0.4373)N=11.475 即理論板數N約為11.5塊;精徳段 Nmin=Log{[xD/(1-xD)],[(1-xF)/xF]}/Loga-1=2.73I求出NF=5.454即加料板位置NF約為第6塊.1996年試題(共四大題、二十三小題)ー、選擇題(20分)2.在板框壓濾機中,如濾餅的壓縮指數S=0.4且過濾介質阻カ可忽略,則當過濾的操作壓力增加到原來的2倍后,過濾速率將為原來的()倍。A)1.3 B)1.2 C)l.4 D)1.5[s=0.4,P'=2P,(dV/dtF)'/(dV/dtF)=?]ANALYSIS:dV/dxF=KA2/2(V+Ve),K=2△Pl-s/urc/.(dV/dxF)'/(dV/dxF)=(AP'/AP)l-s=20.6=1.52即過濾速率為原來的1.52倍.5.精儲塔設計時,若F、xF、xD、xW和W(塔釜上升蒸汽量)均為定值,將進料熱狀態(tài)從q=l改為q>l,則設計理論板數()〇A)減少B)不變 C)增加 D)的變化不確定[F、xF、xD、xW、V不變q=l-*q>l,NT=?]ANALYSIS:D/F=(xF-xW)/(xD-xW)不變.W/F=(xD-xF)/(xD-xW)不變,D,W不定.V'=v-(1-q)F=(R+l)D-(1-q)F,V=V'+(l-q)Fqt,Vl,V=(R+l)D,Rl1=w+W不變,L'/V’不變,L/V=R|,.,.NTt二、填空題(20分)1、如下圖所示管路中,將支管A的閥門開大,則A管流量 ,B管流量,總管流量 ,壓カ表讀數〇Analysis:A閥開大,VAt,Vt-PI-VBI.在一列管換熱器中用殼程的飽和蒸汽加熱管程的液體(無相變)。若飽和蒸汽壓カ增大,而液體的流量和進口溫度不變，則液體出口溫度,蒸汽側的對流傳熱系數〇[PSf,ms2、tl不變,tl、al?]ANALYSIS:Q=ms2cp2(t2-tl)=KA△tm=WlrOPst,rOt,Qt,t2t,a!幾乎不變化,的流量和進口溫度不變,則液體出口溫度,蒸汽側的對流傳熱系數.擬設計一座用清水吸收NH3的吸收塔,已規(guī)定出塔氣中的NH3濃度不得大于給定值。若進塔氣中NH3含量增大,則最小液氣比將〇[x2=0,y2給定,ylt,(L/G)min?]ANALYSIS:(L/G)min=(yl-y2)/(xl*-x2)=m(yl-y2)/yl=m(l-y2/y1)ylt,l-y2/ylt,(L/G)mint.ー操作中的精儲塔在保持F、xF、q、V不變的情況下增大回流比R,則xD,xW〇[F、xF、q、V,不變,Rt,xD,xwl?]Analysis:Vz=V-(l-q)F,V不變;V=(R+1)D,Rt,DIL/D=R/(R+1)=1/(1+1/R)tL'=V'+W=V'+(F-D)t,L'/V'fNT不變,由圖可知xDt,xWt三、分析題.用離心泵把江水送至敞口高位槽,若管路條件不變,而江面下降,則泵的壓頭、泵的流量、管路總阻カ損失和泵出口壓カ表讀數將如何變化?[管路條件不變,江面下降,He,V,Hf,P出?]ANALYSIS:EtO+We=Etl+WfO-1即He=AZ+BQ2(管路)泵的特性曲線L=a-BQ2不變,現AZt,由圖可知QKHet又B=(入i/d+EC)(l/2gA2)幾乎不變,WfO-l=BQ2I,HfO-1I,Et2=Et2+Wf2TP2/p+u2/2=PO/p+gAZl-2+gHf2-l(P2-PO)/p=gAZ1-2+(Xi/d+￡CT)(u2/2)QI,uI推出(P2—PO)/pI,P出I.如下圖,溫度為tO、濕度為HO、流量為L的新鮮空氣經ー預熱器(加熱介質為飽和水蒸汽)后,進入干燥室。濕物料的流量為G1、進ロ溫度為tMl、含水率W1,現氣溫下降致使tO下降,若保持L、HO、Gl、tMl、W1及飽和水蒸汽壓カ不變,問Hl、H2、tl、W2(干燥后物料的含水率)如何變化?[tOI,L,HO,G1tmlwlqp不變HlH2tlw2?]ANALYSIS:qp=(Il-10)L/W=CHl(tl-tO)L/W,tOIftlIH0=0.622巾OPSO/(P-巾OPSO),HO不變,tOI^PSOI^d)0t同理巾1t:新鮮空氣吸濕能力t-H2t,W=G2(wl-w2)/(1-wl),Gl,wl都不變,故G2,w2同方向變化;L(H2-H1)=W=G1-G2,H2t-G2レw2I結論:Hl不變,tlI,H2t,w2I四、計算題(45分).如右圖所示，水通過傾斜變徑管段AB。管徑dA=100mm,dB=250mm,水流量為2.2m3/mino在截面A、B間接ーU形管汞差壓計,其讀數R=20mmHg(汞密度為13600kg/m3)oA、B間的高差h=0.8m。試求:(1)A、B間的壓差等于多少Pa?(2)AB管段的能頭損失為多少mH20?若管段水平放置而流量不變,定性討論U形管汞差壓計讀數及A、B間壓差的變化趨勢。[dA=100mm,dB=250mm,V=2.2m3/min,R=20mmHg,(PHg=13600kg/m3),h=O.8m,PA-PB=?(2)HfAB?并加以討論.]SOLU：uA=V/AA=(2.2/60)/(0.785X0.12)=4.67m/s,uB=0.747m/sEtA=EtB+WfAB:PA/p+uA2/2=PB/P+uB2/2+gh+ghfAB;PA+pgR=PB+p0gR+pgh, PA—PB=(p—P0)gR+pgh=1.032X104Pa， hfAB=(PA-PB)/pg+(uA2-uB2)/2-h=1.335mH2O討論:若將AB管水平放置,V不變,則h=0,R(p-pO)/p=HfAB-(uA2-uB2)/2g,即R值與PA,PB無關,只受流動阻カ和速度變化影響,故R值不變化,PA-PBI.在ー套管換熱器中，用”0C的飽和水蒸汽將0.2kg/s的甲苯(Cp=l.84kJ/kgK)由30℃加熱到70℃〇甲苯在《25X2.5mm的內管中流動。已知水蒸汽的冷凝對流傳熱系數為14000W/m2-K,甲苯的對流傳熱系數為1100W/m2?K,甲苯側的污垢熱阻為0.15X10-3m2K/Wo試求所需的管長。若換熱器的內管直徑加大,壁厚不變，則所需管長將如何變化?[CP2=0.84kJ/kg.K,a0=14000W/m2K,ai=1100W/m2K,Ri=0.15X103m2K/W,求i并定付論dit時!變化情況?]SOLU:以外徑為基準,設管長im1/K=1/a0+RidO/di+R0+(l/ai)(dO/di)推出K=716.7W/m2.K傳熱面積 A=ndOI=0.07854t,△tm=57.7℃Q=KAAtm=ms2Cp2(t2—tl)=WrOi=ms2Cp2(t2-tl)/0.0785KAtm=4.53m討論:ms2Cp2(t2-tl)/ndOKAtm,其中只有dOK變化。二!/(KdO)=l/(dOaO)+Ri/di+RO+l/(aidi),dit,dO-dl不變fdOtf1/KdOI-KdOtfiI即在壁厚不變的情況下,增加內徑所需管長減小。.在填料高度為5.67m的吸收塔中用清水吸收空氣中的氨。已知混合氣含氨量為1.5%(體積),入塔氣體流率G=0.024kmol/m2?s,吸收率為98%,用水量為最小水量的1.2倍,操作條件下的平衡關系為y=0.8xo求所用的水量和填料層的體積總傳質系數.[h=5.67m,xa=0,yb=l.5%,G=0.024,①=(yb-ya)/yb=O.98,L=l.2Lmin,y=0.8x,求L,Kya]SOLU:由①=(yb-ya)/yb=O.98,yb=l.5%,設yc=0.03%xa=0 (L/G)min=(yb-ya)/(xb*-xa)=m6=0.784L=l.2Lmin=l.2G(L/G)min=0.02258kmoL/m2.s1/A=m/(L/G)=mG/L=0.85NOG=[1/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(yb-mxa)/(ya-mxa)+l/A]=3.13由HOG=h/NOG=G/Kya推出Kya=NOGG/h=0.0133kmoL/m3.s.擬用一座3塊理論板(含塔釜)的精徳塔分離含苯50%(摩爾分率,下同)的苯ー氯苯混合物,處理量F=100kmol/h,要求D=45kmol/h且xD>84%,若精微條件為:回流比R=l,泡點進料,加料位置在第二塊理論板,相對揮發(fā)度〇=4.1,問能否完成上述分離任務?[NT=3,xF=O.5,F=100,D=45,xD>0.84,R=1,q=l,a=4.1,NT=2;問能否滿足分離要求?]ANALYSIS:(1)校核xD大于0.84與否?(2)假設xD滿足,求滿足條件的xW’與要求的xD之大小關系?SoLution:設xD=0.84,則W/F=(xD-xF)/(xD-xW')推出xW'=0.22182平衡線y=ax/[l+(a-l)x]=4.lx/(l+3.lx)—(1)精饋線y=Rx/(R+l)+xD/(R+l)=0.5x+0.42 --(2)q=l,L,=L+qf=RD+F=145,V'=V=(R+l)D=90提饋線y=L'x/V'-WxW/V'=1.61x-0.61xWyl=XD=0.84(1)xl=0.56(2)y2=0.7(1)x3=0.36(3)yW=0.5820.16xWVxWyW滿足(1)式求出xW=0.18<xWz，xD能滿足要求,即能完成分離任務1997年(共四大題，二十四小題)ー、選擇題(20分,每ー選擇2分)1.如圖三根等徑管(其內徑dl=d2=d3)內的流量相同,二測壓點間距離也相同。1d2u- d4 5d3 6(1)記AP1=P1-P2, AP2=P3-P4,AP3=P5-P6.則〇(A)AP1=AP2=AP3 (B)AP2>AP1〉AP3(C)AP3>APl>AP2(D)APl>AP2>AP3(2)差壓計讀數RI、R2、R3間關系為〇(A)R1=R2=R3 (B)R2>R1>R3(C)R3>R1>R2 (D)R1>R2>R3[dl=d2=d3ul=u2=u3i1=i2=i3,則APiRi大小關系?]ANALY