您的当前位置：首页正文

齐齐哈尔大学化工原理题库

来源：画鸵萌宠网

第一章流体流动

[一]名词解释（每小题2分）

1.法定计量单位

由国家以命令形式规定允许使用的计量单位。 2.稳定流动

流动系统中各截面上的流速、压强、密度等各有关物理量仅随位置变化不随时间变化。 3.不稳定流动

流动系统中各截面上的流速、密度、压强等随位置及时间而变。 4.流动边界层

流体流过壁面时，如果流体润湿壁面，则必然形成速度梯度很大的流体层：叫流动边界层。 5.边界层分离

流体在一定条件下脱离壁石的现象叫边界层的分离。 6.速度梯度

7.牛顿粘度定律

8.当量长度Le

把流体流过某一管件或阀门的局部阻力折算成相当于流过一段与它直径相同，长度为 le的直管阻力。所折算的直管长度称为该管件或阀门的当量长度。 9.因次分析法

用位数不多的无因次数群代替较多的变量，对一个复杂的物理现象可简化实验工作，该方法称为因次分析法。

10.相对粗糙度 ε /d - 相对粗糙度。 11.粘性与粘度

运动流体内部产生的阻碍流体向前运动的特性。

12.点速度

流通截面上某一点的速度，可直接测量m/S。 13.绝压

以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。

14.表压

表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。 15.真空度

真空度等于大气压强减去绝对压强。

[二]单选择题（每小题2分）

1某物体的质量为1000kg，则其重量为____________。B

A 1000N B 9810N C 9810kgf D 1000/9.81kgf

2 4℃水在SI制中密度为________；重度为________；在工程单位制中密度为________；重度为________。 B D C A

33243

A 1000kgf/m B 1000kg/m C 102kgf·s/m D 9810N/m

3 如图所示,若液面恒定,忽略流动阻力损失,则放水管的出口速度U与____有关。 A A H B H、d C d D Pa E H、d 、Pa

4 用标准孔板流量计测量管中的流量，采用如图所示三种装置，两测压孔距离h相等，d1＝d2＝d3，各管流速相等。其读数分别为R1，R2，R3。则＿＿＿。（流体皆为水，指示液皆为汞）。 D

A R2＜R1＜R3 B R1＜R2＝R3 C R1＜R2＜R3 D R1＝R2＝R3 E R1＞R2＝R3

5图示所表示的R值大小反映______。 A

A Ａ、Ｂ两截面间压差值 B Ａ－Ｂ截面间流动压降损失 C Ａ、Ｂ两截面间动压头变化 D 突然扩大或缩小流动损失

6 一敞口容器,底部有一出水管(如图示)。容器内水面保持恒定,管内水流动的速度头为0.5m水柱。水由容器流入管内,则2点的表压 p2=( )水柱。 C A 1.5m B 1.0m C 0.75m D 0.5m

7 如图所示,用U形压差计与管道A、B两点相连。已知各图中管径、A、B间的管长L及管道中流体流量均相同,管内流体均为20℃水,指示液均为汞,则________。 B A R1≠R2 , R1 = R2 = R4 B R1 = R2 = R3 = R4 C R1 = R2  R3  R4 D R1≠R2≠R3≠R4

8 如图表明,管中的水处于________。C

A 静止 B 向上流动 C 向下流动 D 不一定

9层流与湍流的本质区别是：________。 D

A 湍流流速>层流流速；流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 流的雷诺数<湍流的雷诺数； D 流无径向脉动，而湍流有径向脉动

10如图，若水槽液位不变，在阀门打开后，①、②、③点的流体总机械能的关系为____ 。

A =②=③ B =②>③ C >②=③ D 能肯定

11 一个工程大气压等于_______Pa； _______Kgf/cm。 B G

A .013×10 B .81×10 C 60

D 35.6 E 0.33 F 0 G

12 如图所示，连接A、B两截面间的压差计的读数R表示了的大小。C A A、B间的压头损失HFab B A、B间的压强差△P

C A、B间的压头损失及动压头差之和 D A、B间的动压头差(uA－uB)/2g

13 转子流量计的主要特点是________。（从流道截面与压差改变考虑）。C

A 恒截面、恒压差 B 变截面、变压差 C 恒流速、恒压差 D 变流速、恒压差

14下图中高位槽液面保持恒定,液体以一定流量流经管路,ab与cd两段长度相等, 管径与管壁粗糙度相同,则:(1)U形压差计读数 _____。 B A R1R2 B R1=R2 C R1R2D 不定 (2)液体通过ab与cd段能量损失______。B A hfab  hfcd B hfab = hfcd

15有一并联管路，如图所示，两段管路的流量，流速、管径、管长及流动阻力损失分别为v1，u1，d1，L1，Σhf1及 v2，u2，d2，L2，Σhf2。若d1＝2d2 ，L1＝2L2，则： 1. Σhf1/Σhf2＝（） E

A 2 B 4 C 1/2 D 1/4 E 1

2. 若两段管路中流体均作滞流流时，u1/u2＝（） A

A 2 B 4 C 1/2 D 1/4 E 1

. .

16 一敞口容器,底部有一进水管(如图示)。容器内水面保持恒定,管内水流动的速度头为0.5m水柱。水由水管进入容器,则2点的表压 p2=( )水柱。 B A 2.0m B 1.5m C 1.0m D 0.75m

17孔板流量计的孔流系数Co，当Re数增大时，其值________。B

A 总在增大 B 先减小，当Re数增大到一定值时，Co保持为某定值 C 总是减小 D 不定

18 在完全湍流(阻力平方区)时，粗糙管的摩擦系数λ数值________。C

A 与光滑管一样 B 只取决于Re C 只取决于相对粗糙度 D 与粗糙度无关 19如图，U形压差计测得：________。A

A A、B间的阻力损失 B A、B间的压强差 C A、B间的位头差加阻力损失 D A、B间位头差

20下图中高位槽液面保持恒定,液体以一定流量流经管路,ab与cd两段长度相等,管径与管壁粗糙度相同,则:

(1) ab与cd两段静压差______。 C

A Pab  Pcd B Pab = Pcd C Pab  Pcd D 不定 (2) R1值表示_______。 C

A ab段的压差值 B ab段位能变化

C ab段流动能量损失 D ab段压差值及流动能量损失

21．气体是（）的流体。 B

A 可移动 B 可压缩 C 可流动 D 可测量

22．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。 C A 绝对压强 B 表压强 C 静压强 D 真空度 23．以绝对零压作起点计算的压强，称为（）。 A A 绝对压强 B 表压强 C 静压强 D 真空度

24．真空表上的读数表示被测流体的绝对压强（）大气压强的读数。 A A 低于；B 等于；C 高于；D 近似于 25．绝对压强等于（）与表压强之和。 A

A 大气压强 B 表压强 C 相对压强 D 绝对压强 26．单位时间内流过管道任意截面的流体量称为（）。 C A 流速 B 流线 C 流量 D 流函数

27．（）内流体在流动方向上所流过的距离称为流速。 B A 无限时间 B 单位时间 C 长时间 D 短时间

．柏努利方程式中的（）项表示单位质量流体所具有的位能。 A

A gz B C D we

28．柏努利方程式中的

项表示单位质量流体因克服流动阻力而（）的能量。 A 增加 B 扩大 C 需求 D 损失

29．流体在直管中流动，当（）≤2000时，流体的流动类型属于层流。 A A Re B Pr C Nu D Gr

30．流体在管内作（）流动时，其质点作不规则的杂乱运动。 B A 层流 B 湍流 C 过渡流 D 漩涡流

31．流体在圆管内（）流动时，最大速度是平均速度的二倍。 A

A 层流 B 湍流 C 过渡流 D 漩涡流

32．对于（），当量直径等于四倍的流通截面积除以润湿周边。 B A 圆形管 B 非圆形管 C 矩形管 D 直管

[三]填空题（每小题2分）

1 当计算流体由粗管进入细管的流动局部阻力时，其公式中的流速应该用_______管中的速

度。流体在管内作湍流流动时(不是阻力平方区)其摩擦系数λ随Re和_________而变。细管 e/d

2 牛顿粘性定律的数学表达式为____________，牛顿粘性定律适用于_______型流体。 τ=μdu/dy 牛顿

3在毕托管中，测压孔正对水流方向的测压管液位代表_______，流体流过测速管侧壁小孔的测压管液位代表_______________________。动静压头之和静压头

4 稳定流动中，点流速只与_________有关，而不稳定流动中，点流速除与位置有关外，还与__________有关。位置时间

5 列伯努利方程时选取的截面，期中的两个必须具备的条件是____________， ___________。连续、垂直流动方向或流体流线平行

6 流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的_____倍；如果只将管径增加一倍，流速不变，则阻力损失为原来的__________倍。 2； 1/4

7下图表示流体在圆形直管进口段内流动时边界层发展的情况,图中ab截面管中心a点的流

速为us ,b点的流速为u,图示中所表示的符号意义是1为，2为 _______ 3为 , us 表示。

滞流边界层厚度湍流边界层厚度滞流内层主流区流速

8 在SI制中压强的因次为_____________；功率的因次为____________速度梯度。

-2-1-32

MTL MTL

9实际流体在管道内流动时产生阻力的主要原因是:________。流体具有粘性 10 图示并联管路。流体由高位槽经A、B两路流出。当开大阀门A后，管路A中流速UA ，O点压强P0 。增大降低

11 流体流动的连续性方程是：___________________________；适用于园形直管内不可压缩

流体流动的连续性方程是：____________________________ u1A1ρ1 = u2A2ρ2= 常数 u1d1 = u2d22= 常数

12 流体在一段圆形水平直管中流动，测得平均流速为0.5m/s，压强降为10Pa，Re为1000，问管中心处点速度为_________m/s，若平均流速增加为1m/s，则压强降为________Pa。

1m/s 20Pa

13 LZB-40转子流量计其转子为不锈钢（比重：7.92），刻度标值以水为基准，量程范围为0.25 ~ 2.5m3/h，若用此转子流量计来测量酒精（比重：0.8），则酒精的实际流量值要比刻度

值______，测量酒精时，此流量计的最大流量值为___________________。大 2.84m/h 14如图所示，液体在等径倾斜管中稳定流动，则阀的局部阻力系数ζ与压差计读数R 的关

系式为____________________。 2Rg21

1u215 如附图所示,容器中盛有油(ρ=800kg/m3)。油上界面a2以上是空气。U形管中指示液为水(ρ=1000kg/m3),a1 ,a2 ,a3在同一水平面上,b1 ,b2 ,b3 点也在同一高度上,h1=100mm,h2=200mm,则各点的表压Pa1＝________,Pa2＝________,Pb1＝__________,Pb3＝____________。(表压值以mm水柱表示) Pa1＝0 Pa2＝ 100mmH2O Pb1＝300mmH2O Pb3＝_ pa2 + (h1+h2)ρ油/ρ水=340mmH2O

16流体动力黏度(简称为黏度)μ的SI单位为_____________。运动黏度ν的SI单位为

____________。 Pas或Ns/m、 m/s

17 边长为0.4m的正方形通风管道，其润湿周边长为_________，当量直径为_________。 1.6m 当量直径为 0.4m

18 米糠油在管中作层流流动，若流量不变，μ、L不变，管径增加一倍，则摩擦阻力损失________________________。 1/16

19流体机械能衡算式如衡算基准以J/kg表示, 则该方程可表示为，若

用N/m(Nm/m)表示则可表示为。（无外加机械能）

uPugz11gz222hf22P122

Z1gP1u122Z2gP2u222hf

20如图所示，液体在等径管中稳定流动，则阀的局部阻力系数ζ与压差计读数R的关系式

为。

2R(i)gu2

21 层流时,管内平均流速是最大流速的________；湍流时,管内平均流速约是最大流速的________。 0．5 0．8 22如图所示系统，其大管内径d1 = 45mm ，液体在管内流速为0.5m/s ，小管内径d2 =19mm ，从1-1到2-2断面的阻力损失为15J/kg ，则2-2断面处的流速为__________m/s，是根据＿＿＿＿＿＿＿＿方程而得。2.8m/s 连续性

23 空气在内径一定的圆管中稳定流动，若气体质量流量一定，当气体温度升高时，Re值将________________。下降

24 ___________________的流体称为理想流体。无粘性

-0.5

25 某种油漆服从幂率方程τ=10（du/dy），Pa。在剪切速率du/dy=1 1/s时的黏度为_______ Pa.s；当du/dy=100 1/s时其黏度为 Pa.s。 10 1

26并联管路的特点是：A)并联各管段压强降_______________；B)主管流量等于并联的各管段__________________。相等流量之和

27 LZB-40转子流量计其转子为不锈钢（比重：7.92），刻度标值以水为基准，量程范围为0.25 ~ 2.5m3/h，若上述转子流量计改用形状完全相同的铅转子（比重：10.67）代替原不锈钢转子，测量的流体仍为水，则实际流量值要比刻度值________，实际量程范围为_________________m3/h.。大 0.295～2.95

28 测流体流量时，随着流体流量增加，孔板流量计两侧压差值将___________，若改用转子流量计测量，当流量增大时，转子两端压差值将______________。增加不变 29 已知搅拌器功率P是搅拌桨直径D、转速N、流体密度ρ及黏度μ的函数，即

P=f(D,N,ρ,μ)，利用因次分析法处理，最终所得准数关系式中共有个准数。2

30压强表上的读数表示被测流体的（）比大气压强高出的数值，称为表压强。绝对压强

[四]问答题（每小题2分）

1．如何判断一流体的流动类型?

Re≤2000的流动称为层流流动，Re＞4000的流动称为湍流流动 2．层流与湍流是如何定义的？

Re≤2000的流动称为层流流动，Re＞4000的流动称为湍流流动 3．简述层流与湍流的区别。

流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的漩涡

4．什么是“当量直径”?

对非圆形截面的通道, 可以找到一个与圆形管直径相当的“直径”来代替, 此直径即称为“当量直径”

5．当量直径是如何计算的?

当量直径等于四倍的流通横截面积除以润湿周边长

6．某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面1-1’的压强、流速也相等。问：在三种情况中，下游截面2-2’的流速是否相等？

三种情况中，下游截面2-2’的流速相等

7．某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面1-1’的压强、流速也相等。问：在三种情况中，下游截面2-2’的压强是否相等？如果不等，指出哪一种情况的数值最大，哪一种情况的数值最小？其理由何在？

三种情况中，下游截面2-2’的压强不相等，其中（a）的压强最大，（c）的压强最小。这是因为（c）管上不仅有一个阀门消耗能量，且管子末端垂直上升一段，又使得静压强降低 8活塞在汽缸中以0.2m/s速度移动，见附图。活塞与汽缸之间的油膜厚度为0.1mm，求油膜的速度梯度是多少？

duu0.220003dyy0.110 9漆刷以0.8m/s速度在平板表面移动，漆膜厚度为0.2mm，见附图。问漆膜中形成的速度梯度为多少？

duu0.84000dy0.2103

10 如图，有一敞口高位槽，由管线与密闭的低位水槽相连接，在什么条件下，水由高位槽向低位槽流动？为什么？

PazgP2时，水向低位槽流动

[五]判断题（每小题1分）

1已知搅拌器功率P是搅拌桨直径D、转速N、流体密度ρ及黏度μ的函数，即

P=f(D,N,ρ,μ)，利用因次分析法处理，最终所得准数关系式中共有3个准数。错 2某物体的质量为1000kg，则其重量为9810N 。对 3一敞口容器,底部有一出水管(如图示)。容器内水面保持恒定,管内水流动的速度头为0.5m水柱。水由容器流入管内,则2点的表压 p2=0.75m 水柱。对

4 层流与湍流的本质区别是湍流流速>层流流速。错

5一个工程大气压等于1.013×10Pa。错

6孔板流量计的孔流系数Co，当Re数增大时，其值先减小，当Re数增大到一定值时，Co保持为某定值。对 7流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的2倍。对 8流体在一段圆形水平直管中流动，测得平均流速为0.5m/s，Re为1000，问管中心处点速度为1m/s。对 9边长为0.4m的正方形通风管道，当量直径为0.6。错 10测流体流量时，随着流体流量增加，孔板流量计两侧压差值将增加。对

[六]计算题

1、某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，在管截面上的速度分布可表达为：v=20y-200y，式中：y—截面上任一点至管壁的径向距离，m；v—该点的点流速，m/s。试求：⑴管半径中点处的流速；⑵管壁处的剪应力。该流体的黏度为0.05 Pas 。 5分 (1)已知 v=20y－200y，则

dv20400y dy 令

dvR0，解得y=0.05m，即管半径R=0.05m当y=0.05/2=0.025m， dy22

V =20y－200y=200.025－200(0.025)=0.375 m/s 3分

(2) dvdv2

=20(m/s)/m 则 w==0.05×20=1.0N/m 2分 dyy0dyy02、水在水平管内流动，截面1处管内径d1为0.2m，截面2处管内径d2为0.1m。现测得

水在某流量下截面1、2处产生的水柱高度差ｈ为0.20m，若忽略水由1至2处的阻力损失，

试求水的流量m/h。 10分

u12Pu22P21Z1gZ2g 4分

22 zi、pi均按管中心线取值，因z1=z2，u2=4u1 得

p1p2u22224uuu121122u2115

2p1p215u12 ∴h= =0.20 ∴ u1=0.511m/s 4分 g2gm3m3vdu10.20.5110.016157.8 2分

44ss2123、水从喷嘴口1-1截面垂直向上喷射至大气。设在大气中流束截面保持圆形。已知喷嘴内直径d1=25mm,现要求在高于喷嘴出口5m处水流的直径d2为d1的1.2倍，试计算出喷嘴口的水流速u1。忽略阻力。 5分

令高于喷嘴出口5m处水流截面为2－2截面 1－2 截面间：p1=p2 ∵d2=1.2d1， u1d12= u2d22

du11u u2=1u1 3分 1d1.21.44222 13

u12u22u12u121zg 即9.815  u1=13.76 m/s 2分由 2221.44224、某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一敞口搅拌反应槽B中, 输

液管规格为φ38×2.5mm,已知料液在管中的流速为u m/s,系统的Σhf=20.6u/2 J/kg。因扩

大生产，须再建一套同样的系统,所用输液管直径不变，而要求的输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少? 10分

u2∵u1≈0≈u2 p1=p2 于是gZ1=gZ2+Σhf g(Z1-Z2)=Σhf =20.6 4分

22gz1z2u= 20.60.529.81620.60.5

=2.39m/s 2分

20.61.32.39u`2Z1′=Z2+20.6=15.14m 2分 52g29.82 增高为：Z1′-Z1=15.14-11=4.14m 2分

5、用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为 38.4T/h。池及槽皆敞口。高位槽中液面比池中液面高20m,管路总长(包括局部阻力)430m，进出口阻力不计。管径为φ1084mm，油

的粘度为3430cP，密度为960kg/m, 泵的效率为50%，求泵的实际功率。 10分

2u38.410341.4150.129603600dum 2分 s Re640.11.41596039.6 层流 =1.62 2分

Re3.43列两截面柏方

wezghfhf209.81 u0,p08

lu24301.4252Jhf1.626957.2 d20.12kg

we6957.2209.817153NeJ 4分 kgWsWe715338.4103N153KW 2分

0.536006、用离心泵经φ57×3.5mm的钢管,将敞口贮槽内的有机溶液(密度为800kg/m, 粘度为

20cP)输送到反应器中。设贮槽内的液面离反应器内的液面高度保持16m，见附图。已知钢

管总长度(包括局部阻力当量长度)为25m，反应器内的压力恒定为4kgf/cm(表压)，有机溶

液输送量为6m3

/h，泵的效率为60%，试确定泵的轴功率。 10分

Redu8000.8490.05201031698层流 641698 u6m0.849s 240.053600列两截面柏方

WZP225u2e2ghf hf0.052 2分

49.807103W64250.8492Je169.8180016980.052654.3kg NeWsWe654.3680038.4103N0.636001.454KW 2

2分 2分 4分

分

7、 40℃水由高位槽经异径收缩管向下流动，40℃水的密度为992kg/m，饱和蒸汽压pv=7.38kPa，当地大气压为97kPa。现拟d0取135mm，试问：当不计阻力损失，水在流经收缩管时会不会汽化？ 10分管子出口流速u=2gh=29.8110 =14.0 m/s 2分 ∵14.0(0.15) =u0(0.135) ∴u0=17.28m/s 2分

由水槽液面至收缩管处排伯努利方程：

P017.282971039.817

9929922 ∴p0=17.010Pa 4分

∵p0pv，故收缩管处不会发生水汽化。 2分

8、如图所示，水从槽底部沿内径为100mm的管子流出，槽中水位稳定。阀门关闭时测得R=50cm，h=1.8m。

求：⑴阀门全开时的流量

⑵阀门全开时B处的表压(阀全开时Le/d=15，入管口及出管口的阻力系数分别为0.5及1.0，设摩擦系数λ=0.018 15分

阀关时：(ZA+1.8)×1000=0.5×13600 ZA=5m 2分 ⑴阀全开：对A-A和C-C截面外侧列伯努利方程：

uC2uA2pApCgZAgZChf 取Zc=0(基准面),

22uC2puA2p0,0,AC0 4分 2250u9.8150.01810.515C 解出：u=3.02m/s

0.122m3V0.13.02360085.4 3分

4h2 16

⑵对A-A到B-B截面列伯努利方程：

u2pBgZAhf

22pB3.022503.029.8150.0180.5 4分

210000.12解出pB=1.76×10

N/m2（表） 2分

9．在图示装置中，水管直径为Φ57×3.5 mm。当阀门全闭时，压力表读数为0.3大气压, 而在阀门开启后，压力表读数降至0.2大气压。设管路入口至压力表处的压头损失为 0.5 mH2O，求水的流量为若干m3/h？ 10分

0.31.0131053.1m 即水槽液面距阀门中心线的解：阀门全闭时，由 P2 =ρgH，H10009.81高度为3.1 m。 2分阀门开启时，以水槽液面为上游截面1-1'，压力表处为下游截面2-2'，管路中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式

4分

Z1 = H = 3.1 m，Z2 = 0，P1 = 0，P2 = 0.2×1.013×105 Pa，u1≈0，Σhf/g = 0.5 mH2O 代入上式

u220.21.0131050.5. 解得 u2 = 3.24 m/s 2分 33.110009.8129.81

m3 Vdu360022.9 2分

4h210、如图示常温水由高位槽以1.5m/s流速流向低位槽，管路中装有孔板流量计和一个截

止阀, 已知管道为φ573.5mm的钢管，直管与局部阻力的当量长度(不包括截止阀)总和为 60m,截止阀在某一开度时的局部阻力系数ζ为7.5。设系统为稳定湍流,管路摩擦系数为0.026。

求：⑴管路中的质量流量及两槽液面的位差△Z； ⑵阀门前后的压强差及汞柱压差计的读数R2 。

若将阀门关小，使流速减为原来的0.8倍，设系统仍为稳定湍流，近似不变。问: ⑶截止阀的阻力系数ζ变为多少?

⑷阀门前的压强Pa如何变化?为什么? 20分

(1) WS4d2u40.0521.510002.945KgT10.6 Sh1-1.2-2截面列伯努利方程 Zghf

21601.57.54.438m 5分 Zg0.026g0.052u21.527.510008.438103Pa (2)阀前后：P7.522 ∵ p = (i)gR 即 8.43810= (13.61) 109.81R2

∴ R2 = 0.06826 m=6mm 5分 (3) 1-1.2-2截面列伯努利方程

当u= 0.8u = 0.8 1.5 = 1.2 m/s

2l2g4.438luZghf  2dud23

∴ 29.814.438600.02629.3 5分

1.220.05(4)因高位槽水位不变，流量减小，阀前管路阻力减小，必引起a点压强pa增大。 5分

11计算题水塔供水系统如附图所示。管路总长50m(不包括局部阻力当量长度)，水塔内水

位高9.8m，管内径d=45mm，现测得流量V为12m/h，摩擦系数λ可按0.02 计，试计算所

有局部阻力当量管长Le之值。 10分

1-1.2-2截面列伯努利方程

u2Z1ghf 4分

2u36001242.10.0452m 2分 Slleu2lleu2u2hfd2 Z1g2d2

50le2.122.129.819.80.02 2分

0.0452229.819.80.045le15045.85m 2分 22.10.0212计算题

有一内径d＝50mm的管子，用孔板流量计测量水的流量，孔板内孔直径d0=25mm，U形

压差计的指示液为汞，孔流系数C0=0.62。当需测的最大水流量为18m/h，问：U形压差计最大读数Ｒmax为多少？ 5分

VsA0u0A0C02gRi期中u0C02gRi 3分

29.81R13600i100018 0.02520.62360041000 19

18429.8112.6R 20.0250.6236002R1.092m 2分

13、计算题

333

密度为10kg/m、粘度为1cP的水，以10m/h的流量在φ51×3mm 的水平光滑管内流过。在管内某处p1=1.5at(表压)，若局部阻力不计，问距该处100m下游处p2为多少Pa?

50.25

(Re=3000～1×10，= 0.3164/Re) 10分

u1036004d236001041.750.0452m 2分 sRe

du0.0451.75100078750 2分

1030.31640.019 1分 0.2518750

列两面的柏方

P1lu2hf 3分 d2P2P2lu21001.7524P2P1.59.807100.01910008.3104Pa(表) 2分 1d20.045214、内截面为1000mm×1200mm的矩形烟囱的高度为30m。平均摩尔质量为30kg/kmol，平均温度为400℃的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20℃，地面处的大气压强为101.33×103pa。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.05，试求烟道气的流量为若干？ 20分解:烟囱底端为上游截面1—1’、顶端内侧为下游截面2—2’，并以截面1—1’为基准水平

2u1p1u2p2gZ2hf 面。在两截面间列柏式，即： gZ22式中 Z1=0，Z2=30m，u1≈u2 4分

由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按1.033×105pa及400℃计算，即：

pM1.033105300.543kg/m3 2分 3RT8.31410273400以'表示大气的密度，pa，1与pa，2分别表示烟囱底端与顶端大气压强，即：

P1= pa，1—49Pa

因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强，故p2= pa，2 = pa，1—'gZ2 2分

标准状况下空气的密度为1.293kg/m3，所以1.0133×105Pa、20℃时的密度为

'1.2932731.2kg/m3 2分

27320于是 p2= pa，1—1.2×9.81×30= pa，1—353 Pa 将以上各值代入柏式，解得

hfpa,149pa,13530.543908130266J/kg 2分

lu2hfd2 2分

e其中 de411.21.09m 2分

211.22661.09219.7m/s 2分

0.0530烟道气的流速为 u烟道气的流量为 s3600uA360019.71.210.54346210kg/h 2分 15、已知输水量为15m3/h，管径53mm，总机械能损失为40J/kg，泵的效率0.6，求泵的轴功率。 15分

P2=500 kN/m2 20m P1=0(表压) 取池内水面为截面1，作为基准面；输水管出口为截面2，则有

z1=0, z2=20m,p1=0, p2=500×103Pa u1=0, 2分

u236001541.890.0532m 2分 S2u12PuPZ1g1WeZ2g22hf 3分

22 21

代入数值，得We=738J/kg 2分质量流量: WS=(15/3600)(1000)=4.17kg/s 2分有效功率:Ne= 4.17×738=3080J/s=3.08kw 2分泵的轴功率:

2分

PPe3.080.65.13kW

16某液体密度为800 kg/m，粘度为73cP，在连接两常压容器间的光滑管中流动，管径300mm，总长为50m（包括全部局部阻力当量长度），两容器液面差为3.2m（如图示）。求：(1)管内流量为多少？

(2)若在连接管口装一阀门，调节此阀的开度使流量减为原来的一半，阀的局部阻力系数是多少？按该管折算的当量长度又是多少？层流：λ=64/Re；湍流λ=0.316/Re 0.25 15分

解：（1）在1-1，2-2两截面间列柏努力方程，

u1=u2=0，p1=p2=0，We=0

gz1hf12由lu2 4分

d2du0.316Re ，代入上式 0.25Re得u=3.513m/s 2分

验证Re=0.3×3.513×800/0.073=11550﹥4000

假设正确，V=A·u=893.95m/h 2分（2）流量减半，流速减半，即u=1.7565m/s Re=5775符合伯拉修斯式列1-1，2-2间柏努力方程

20.316lugz10.25

dRe2则14.3 3分

leu20.316leu2u20.252d2Red2 dleRe0.25118.2m0.316 4分 17.右图，有一直径为Φ38×2.5mm，长为30m的水平直管段AB，在其中装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量，流量系数Co为0.63，流体流经孔板的永久压降(局部损失)为6×104Pa，AB段摩擦系数λ取为0.022，试计算：(1)流体流经AB段的压力差；(2)若泵的轴功率为800W，效率为62%，求AB管段消耗的功率为泵的有效功率的百分率，已知：操

作条件下液体密度为870kg/m，U管指示液为汞，其密度为13600kg/m。 15分

VfC0A00.632Rgse3216.41041.75103m3/suVf20.69.8113600870870 42.05m/s0.03323分

（1）由A、B两点列柏努力方程

PAuA2PBuB2ZAhZBhfg2geg2gZAZB,uAuB,he0lu302.05Pf0.0221038706104d23329.66104PaPAPB（2）NeN轴80062%496W AB段消耗的功率：NmsWeVfu

5分

p1.751039.66104169.05W 4分

则

N169.05100%34.1% 3分 Ne49618．一敞口高位水槽A中水流经一喉径为14mm的文丘里管，将浓碱液槽B中的碱液（密谋为1400 kg/m3）抽吸入管内混合成稀碱液送入C槽，各部分标高如附图所示；输水管规格为φ57×3mm，自A至文丘里喉部M处管路总长（包括所有局部阻力损失的当量长度在内）为20m，摩擦系数可取0.025。

（1）当水流量为8m3/h时，试计算文丘里喉部M处的真空度为多少mmHg；（2）判断槽的浓碱液能否被抽吸入文丘里内（说明判断依据）。如果能被吸入，吸入量的

大小与哪些因素有关？ 15分

B 1C

主管道uVs/A(8/3600)/[(/4)0.051]1.09m/s (1)文丘里喉部M处u2Vs/A2(8/3600)/[(/4)0.014]14.4m/s 3分在高位水槽上面与M处界面间的列柏努利方程得：

22p2/g(Z1Z2)(u2/2g)(1/d)(u2/2g)814.42/2g0.025(20/0.051)(1.092/2g) 3.16mH2O232mmHg(真空度）5分

(2) h碱碱＝水h水 h水＝1.5×1400/1000＝2.1mH2O(<3.6mH2O)

故浓碱液能被吸入管内。 3分

在B槽液面与M处水平截面间的列柏努利方程得：

2Pa/(g)hu2/(2g)P2/(g)hf 吸

(PaP2)/(g)hu2/(2g)hf 吸

可见吸入量的大小不仅与M处的真空度、B槽液面与M处的位差有关，而且与吸入管的管路情况（管径、管长、粗糙度等）有关。 4分

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 A (2) 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 B (3) 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 C (4)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 D

(5) 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） B

(8) 流体经过泵后，压力增大p N/m，则单位重量流体压能的增加为 ( ) A p B p/

C p/g D p/2g C (9) 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 C (10) 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 A (11) 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100mmH2O

B 输送空气时不论流量多少，全风压都可达100mmH2O C 输送任何气体介质当效率最高时，全风压为100mmH2O

D 输送20℃，101325Pa空气，在效率最高时，全风压为100mmH2O D (12)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 D

(13) 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，pv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 = pv + h,允

B p1,允/g = pv/g + h,允－u1/2g C p1,允/g = pv/g + h,允

D p1,允/g = pv/g + h,允＋u1/2g B

(14) 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 A (15) 如图示，列1--1与2--2截面的伯努利方程，为：

He＝z＋p/g＋(u/2g)＋Hf,1-2 ，则 hf,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

D (16)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 A

(17) 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 C

(18) 由阀门全开的条件算出在要求流量为V时所需扬程为He。在离心泵的性能曲线上查得

与V对应的扬程为He，HeHe，在流量为V时泵的效率为，则泵的轴功率N为( )

A VHeg/1000kw

B VHeg/1000 kw B

(19)用离心通风机将空气输入加热器中，由20℃加热至140℃。该通风机安于加热器前，或加热器后,则 ( )。

Ａ输送的流量不变Ｂ需要的全风压不变Ｃ需要的全风压不变，但流量要变

Ｄ输送的流量和需要的全风压都要变 D (20) 离心泵最常用的调节方法是 ( ) Ａ改变吸入管路中阀门开度Ｂ改变压出管路中阀门的开度

Ｃ安置回流支路，改变循环量的大小

Ｄ车削离心泵的叶轮 B

(21) 当管路性能曲线写为H=A+BV 时 ( ) A A只包括单位重量流体需增加的位能

B A包括单位重量流体需增加的位能与静压能之和

C BV代表管路系统的局部阻力损失

D BV代表单位重量流体增加的动能 B (22) 往复泵没有以下缺点 ( )

Ａ流量不均匀Ｂ流量不大

Ｃ没有自吸能力Ｄ不宜输送悬浮液 C

(23) 有两种说法(1)往复泵启动不需要灌水；(2)往复泵的流量随扬程增大而减小，则（） A 两种说法都对 B 两种说法都不对

C说法(1)对，说法(2)不对 D说法(2)对，说法(1)不对 C (24)离心泵效率最高的点称为 ( )

Ａ工作点Ｂ操作点

Ｃ设计点Ｄ计算点 C (25) 泵的效率不包括 ( )

Ａ水力效率Ｂ机械效率Ｃ原动机效率Ｄ容积效率

(26) 一台离心泵在管路系统中工作，当阀门全开时，相应的管路性能曲线可写为H = A + BV2，且B≈0(即动能增加值，阻力损失两项之和与位能增加值、压能增加值两项之和相较甚小),当泵的转速增大10%，如阀门仍全开，则实际操作中( ) Ａ扬程增大21%，流量增大10%

Ｂ扬程大致不变，流量增大10%以上Ｃ扬程减小，流量增大21%

Ｄ流量不变，扬程增大21% B (27) 理论上推导表明,扬程一般 ( ) A 与流量无关

B 与流量成直线关系

/ 2

C可写为 He= A + BV,且B  0

D dHe/dV  0 B

(28) 离心泵在n = n1时的特性曲线(H1～V1关系)与n = n2时的特性曲线(H2～V2关系)对应点的关系是 ( )。

A V1=V2 H2=H1(n2/n1)

B V2=V1(n2/n1) H2=H1(n2/n1) C H2=H1 V2=V1(n1/n2)

D V2=V1(n2/n1) H2=H1(n2/n1) B (29)当离心泵内充满空气时，将发生气缚现象，这是因为 ( ) Ａ气体的黏度太小Ｂ气体的密度太小

Ｃ气体比液体更容易起漩涡Ｄ气体破坏了液体的连续性 B (30)离心泵漏入大量空气后将发生 ( ) Ａ汽化现象Ｂ气缚现象

Ｃ汽蚀现象Ｄ气浮现象 B (31)离心泵的调节阀开大时,则( )

Ａ吸入管路的阻力损失不变Ｂ泵出口的压力减小

Ｃ泵入口处真空度减小Ｄ泵工作点的扬程升高 B

三、填空题（每题2分）

(1) 离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生现象。气蚀

(2) 离心通风机的全风压是指。动风压和静风压之和

(3) 单级往复泵的理论流量计算式为。 V = Asn

(4) 离心泵常采用＿＿＿＿调节流量，往复泵常采用＿＿＿＿调节流量。出口阀门旁路阀门

(5) 写出有外加能量时，以单位体积流体为基准的实际流体伯努利方程式各项的单位均为____________________。

u12u222

z1gp1Hegz2gp2gHf,12 N/m(Pa)

22(6) 离心泵的工作点是＿＿＿＿＿＿曲线与＿＿＿＿＿＿曲线的交点。管路特性泵特性

(7) 离心通风机全风压的单位是＿＿＿＿＿＿＿其物理意义是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

＿＿＿＿。

N/m2 风机提供给每m3气体的能量

(8) 离心泵的允许吸上真空高度的数值＿＿＿＿＿于允许的安装高度的数值（大，小）。

大

(9) 用离心泵将一个低位敞口水池中的水送至敞口高位水槽中，如果改为输送ρ =1100kg/m3但其他物性与水相同的溶液，则流量＿＿＿＿＿＿，扬程＿＿＿＿＿＿＿，功率＿＿＿＿＿＿。（增大，不变，减小，不能确定）不变不变增大

(10)① 离心泵的轴封装置主要有两种：ａ；ｂ。 ② 管路特性曲线的一般表达式是。

(1) a: 填料密封 b: 机械密封 (2) He = A+BV

(11) 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的扬程，流量，效率，轴功。减小；减小；下降；增大

(12) 往复泵主要适用于＿＿＿＿、＿＿＿＿的场合。小流量；高扬程

(13).离心泵叶轮按有无盖板可分为＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿, ＿＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿。敞式半敞式闭式(或开式，半开式，闭式)

（14）.离心泵按叶轮串联的多少可分为＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿。单级，多级

(15) 离心泵用来输送常温的水，已知泵的性能为：V = 0.05m/s时，He= 20m ；管路特性为V = 0.05m3/s时，He = 18m ，则在该流量下，消耗在调节阀门上的扬程值= m。 2

(16)离心泵用来输送常温的水，已知泵的性能为：V= 0.05m/s时，He= 20m ；管路特性为V= 0.05m3/s时，He = 18m ，则用阀调节到该流量下，有效功率Ne＝＿＿＿＿＿＿kW 9.81

四、问答题（每题3分）

（1）．启动离心泵前及停泵前应做哪些工作?

启动离心泵前应灌泵、关闭泵的出口阀门，停泵前也应关闭泵的出口阀门。（2）．启动离心泵前为什么要灌泵？为了防止气缚现象发生。

（3）．启动离心泵前为什么要关闭泵的出口阀门？为了减小启动电流，以保护电机。

（4）．停泵前为什么要关闭泵的出口阀门？防止高压液体倒流，对泵造成损害。

（5）．启动离心泵前如果不灌泵会发生什么现象？会发生气缚现象。

（6）．若离心泵的实际安装高度大于允许安装高度会发生什么现象？会发生气蚀现象。

（7）．如何防止气蚀现象的发生?

离心泵的实际安装高度小于计算的允许安装高度就可以防止气蚀现象的发生。（8）．启动往复泵时是否需要灌泵？启动往复泵时能否关闭出口阀门？往复泵的流量调节能否采用出口阀门调节？不需要，不能，不能。

(9)什么是离心泵的工作点？试用图说明之。

泵的工作点是泵的特性曲线Ｈe－V与管路特性曲线He′－V的交点，如图中的D点。

(10)何谓泵的扬程？何谓泵的升扬高度？

泵的扬程：单位重量流体从泵获得的机械能。（各1.5分）泵的升扬高度：泵的实际吸上高度与排出高度之和。

(11)离心泵发生“汽蚀”的主要原因是什么？

原因是叶轮进口处的压力降至被输送液体的饱和蒸汽压，引起部分液体沸腾汽化。

(12)下列两图为离心泵的两种安装方式,用以输送热水,在热水的温度下饱和蒸汽压pV=0.4kgf/cm2,大气压可取为10mH2O,两种安装方式中,管路特性视为相同,请回答:两种安装方式是否有一种能将水送到高位槽?为什么?

由安装高度的计算式:Hg,max=(Pa-Pv)/ρg-△h，允-∑Hf，吸=10-4-△h，允-∑Hf,吸<6m

而实际安装高度Hg均大于允许的最大安装高度,故两种安装方式均不可能将水送到高位槽。

(13)为什么离心泵的壳体要做成蜗壳形？

使部分动能有效地转变为静压能，减少能量损失。

(14)为什么调节流量的阀门一般不装在泵的吸入管路上？令pK为叶轮入口处液体压力。 pK随∑Hf，吸增大而降低

为了保证泵在实际操作中不发生气蚀现象，要尽量减小吸入管的阻力。这就要求吸上管路短而直且无调节阀门，以使∑Hf，吸尽量小。因此, 调节流量的阀门一般不装在吸入管路上，而装在出口管路上。

五、计算题（每题10分）

1．以离心泵把水由储罐A输至储罐B，B内液位比A内液位高1.2m，管子内径80mm，pA= -0.2kgf/cm2 , pB= 0.25kgf/cm2 (均为表压), １min输送500kg水。 AB间管线总长5m(包括局部阻力), 摩擦系数0.02，轴功率0.77kw ,求泵的效率。解（2分，2分，3分，3分）

V5008.33103m3/s601000Vu1.66m/sA(ppA)He'(zBzA)BHf,ABg

1.6621.2(0.250.2)100.02(50.08)5.88m29.819.81He'Vg/Na5.888.3310310000.6240.771000

2．生产要求以18m/h流量将饱和温度的液体从低位容器Ａ输至高位容器Ｂ内。液体密度

960kg/m，粘度与水相近。两液位高度差21m，压力表读数：pA= 0.2at , pB= 1.2at。排出

管长50m、吸入管长20m(均包括局部阻力)，管内径50mm，摩擦系数0.023。现库存一台泵，

铭牌标明：扬程44m，流量20m/h，此泵是否能用？若此泵能用，该泵在18m/h时的允许气蚀余量为2.3m，现拟将泵安装在容器A内液位以下9m处，问：能否正常操作？解（5分）

p2p18LV2He'z2z125ggd(1.20.2)9.81109609.8142.1m21480.023(5020)(182)3600

3.1429.810.055

可见，管路要求V=18m3/h,He′=42.1m,而该泵最高效率时：V=20m3/h , He=44m,管路要求的（V，He′）点接近最高效率的状态，故此泵适用。

（5分）

Hg,maxp0pvHf吸h,允g8LV5.34m2gd52故可正常工作。

2.3

3．如图所示的输水系统,输水量为36m/h,输水管路均为φ80×2mm的钢管,已知：吸入管路的阻力损失为2J/Kg,压出管路的压头损失为0.5mH2O柱,压出管路上压力表的读数为

2.5Kgf/cm,试求： (1)水泵的升扬高度；

(2)水泵的轴功率N轴(kW),设泵的效率η=70%；

(3)若泵的允许吸上高度[Hs]=6.5m,水温为20℃,校核此系统的安装高度是否合适? 当时

当地大气压为1atm；ρ水=1000Kg/m。

解

(1)U36(0.7850.0762)2.2m/s3600P3U322.22Z34Hf342.5100.524.75m

g2g29.81Z升扬Z13Z34524.7529.75m （4分）

P3U322(2)HeZ13Hf吸入52530.45mg2g9.81NaHeV30.450.01103(1020.7)4.265KW4.3KW102

（4分）

(3)Hg,max合适U12[Hs]Hf吸入6.50.2470.2046.05m4.8m 2g（2分）

4．某厂准备用离心泵将20℃的清水以40m3/h的流量由敞口的储水池送到某吸收塔的塔顶。已知塔内的表压强为1.0kgf/cm2, 塔顶水入口距水池水面的垂直距离为6m, 吸入管和排出管的压头损失分别为1m和3m, 管路内的动压头忽略不计。当地的大气压为10.33(m水柱), 水的密度为1000[kg/m3]。

现仓库内存有三台离心泵,其型号和铭牌上标有的性能参数如下,从中选一台比较合适的以作上述送水之用。型号 3B57A 3B33 3B19 流量(m3/h) 50 45 38 扬程(m) 38 32 20 允许吸入真空高度(m) 7.0 6.0 5.0

解（列方程4分，求出压头4分，选泵2分）

2PU12P2U21Z1HeZ2hfg2gg2ghhff,1hf,24m

9.81104He63420m109.81He20mV40m3/h根据流量，压头，选3B33较合适。

5．某型号的离心泵,在一定的转速下,在输送范围内,其扬程与流量的关系可用He=18-6×523

10v(He单位为m，V单位为m/s)来表示。用该泵从贮槽将水送至高位槽。两槽均为敝口,

两水面高度差3m且水面维持恒定。管路系统的总长为20m(包括所有局部阻力的当量长度),管径为φ46×3mm,摩擦系数可取为0.02,试计算:

(1)输水量m/h;

(2)若泵的效率为65%,水的密度为1000Kg/m,求离心泵轴功率kW？

解 (1) （ 7分）

He'(zz3m,p)Hfg20V23.23105V220.040.7850.049.81

Hf0.02p0gHe'33.23105V2.............................(1)离心泵特征曲线:He186105V2.....(2)由(2)找工作点:186105V233.23105V2V0.00403m3/s14.51m3/h由式(1)知:He8.25m(2) （3分） NaHeVg10000.004038.250.501KW

10001020.656m，6．现有一台离心泵，允许吸上真空度Hs 用来输送20C的清水，已知流量为20m3/h，

吸入管内径为50 mm，吸入管的全部阻力损失为Hf1.5mH2O，当地大气压为10 mH2O。试计算此泵的允许安装高度Hg为多少米？

204V36002.831m/s （5分）解： u12d0.0524u12Hf （5分） HgHs2g2.83121.560.4091.54.091m 629.807

7. 欲用离心泵将20℃水以30 m /h的流量由水池打到敝口高位槽，两液面均保持不变，液面高差为18m，泵的吸入口在水池液面上方2m处。泵的吸入管路全部阻力为1mH2O柱，出口管的全部阻力为3mH2O，泵的效率为0.6，（1）求泵的轴功率；（2）若已知泵的允许

吸上真空高度为6m，问上述安装高度是否合适？（动压力可忽略）。水的密度可取1000kg/m。

解：如图在1-1，2-2截面间列柏努力方程，以1-1截面为水平基准面

Hzhf12181322m （3分）

3022100QH3600N轴3KW （2分）

1021020.6Hg允u2Hs允Hf吸615m （5分）

2gHg实2m Hg实＜Hg允

安装高度合适

8. 用泵将苯和甲苯的混合物送到精馏塔，精馏塔操作压强为0.5at，原料槽压强为0.1 at。管路总长为20m(包括全部局部阻力的当量长度)，管路直径为50mm，摩擦系数为0.02，密

3523

度为800kg/m。离心泵的特性曲线可表示为He=20-1.12×10V，式中V以m /s表示。试求原料输送量及泵的理论或有效功率为多少？解

V20.050.50.19.811040.02204131.06105V2 H88009.810.0529.8152与He201.1210V联立

2解出：V=5.67×10m/s （5分）

-33

He201.121055.6710316.4m

2NeHegV16.49.815.67103800729.8W （5分）

9．用3B33型泵从敞口容器将水送到别处，流率为55m3/h，查得该流量下的允许吸上真空度为3m。吸入管压头损失为1m，忽略液体在吸入管的动压头。当地大气压736mmHg。

（1）3B33的B指的是什么？

（2）输送20˚C水时，泵的安装高度；[2m]

解：（1）B指的是清水泵（3分）（2）根据

u12HgHsHf （2分）

2g因为（5分）

Hs3m，Hf1mu120 2g当地大气压736mmHg约为10 mH2O，因此

u12HgHsHf=3-1=2m

2g10．用安装在液面上方2米的泵输送流量为12m3/h的20℃水, 泵的出口处压力表读数1．9at(表)，泵入口处真空表读数140mmHg, 轴功率1．20kw, 电动机转数2900转/分，真空表与压力表距离0．7m, 出口管与入口管直径相同。若泵的允许吸上真空度为6米，吸入管的全部阻力为1m水柱，动压头可忽略。求：

（1）泵的压头H ；

（2）泵的安装高度是否合适？解：

(1) 列真空表与压力表间柏努力方程，以真空表处管中心为水平基。（5分）

Pu2HZHf

g2g管径相同，u0，则：

21.99.81104140133.3104H0.721.6m 39.810u12Hf01=6-0-1=5m （5分） (2)HgH2g's实际安装高度为2m＜5m,安装高度合适。

第三章机械分离

一、名词解释（每题2分）

1. 非均相混合物

物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界面 2. 斯托克斯式

d2u(s)u2tr18r

3. 球形度s

非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值4. 离心分离因数

离心加速度与重力加速度的比值 5. 临界直径dc

离心分离器分离颗粒最小直径 6．过滤

利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作 7. 过滤速率

单位时间所产生的滤液量 8. 过滤周期

间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间

9. 过滤机生产能力

过滤机单位时间产生滤液体积 10. 浸没度

转筒过滤机浸没角度与圆周角比值

二、单选择题（每题2分）

(1) 自由沉降的意思是_______。

Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计Ｂ颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度

Ｃ颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用

Ｄ颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程 D (2) 颗粒的沉降速度不是指_______。Ａ等速运动段的颗粒降落的速度

Ｂ加速运动段任一时刻颗粒的降落速度Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度

Ｄ净重力（重力减去浮力）与流体阻力平衡时颗粒的降落速度 B

(3) 对于恒压过滤_______。

A 滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的2倍 B 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍 C 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍

D 当介质阻力不计时,滤液体积增大一倍,则过滤时间增大至原来的4倍 D

(4) 恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量___ 。

Ａ增大至原来的2倍Ｂ增大至原来的4倍

Ｃ增大至原来的2倍Ｄ增大至原来的1.5倍

(5) 以下过滤机是连续式过滤机_______。Ａ箱式叶滤机Ｂ真空叶滤机

Ｃ回转真空过滤机Ｄ板框压滤机 C (6) 过滤推动力一般是指______。

Ａ过滤介质两边的压差Ｂ过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差Ｃ滤饼两面的压差Ｄ液体进出过滤机的压差 B

(7) 回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时，能自动地进行相应的不同操作：______。

Ａ转鼓本身Ｂ随转鼓转动的转动盘Ｃ与转动盘紧密接触的固定盘Ｄ分配头 D (8) 非球形颗粒的当量直径的一种是等体积球径，它的表达式为 ______。 A dp＝6V/A 此处V为非球形颗粒的体积，A为非球形颗粒的表面积

1/3

B dp＝(6V/)

1/2

C dp＝(4V/)

1/3

D dp＝(kV/) (k为系数与非球形颗粒的形状有关) B (9)在讨论旋风分离器分离性能时，分割直径这一术语是指_________。Ａ旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径Ｂ旋风分离器允许的最小直径

Ｃ旋风分离器能够50%分离出来的颗粒的直径

Ｄ能保持滞流流型时的最大颗粒直径 C (10)在离心沉降中球形颗粒的沉降速度__________。

Ａ只与dp, p, ,uT, r, μ有关Ｂ只与 dp，p，uT，r 有关

Ｃ只与 dp，p，uT，r ，g有关Ｄ只与 dp，p，uT， r ，k 有关（题中 uT 气体的圆周速度， r 旋转半径， k 分离因数） A (11) 降尘室没有以下优点______________。Ａ分离效率高Ｂ阻力小

Ｃ结构简单Ｄ易于操作 A (12)降尘室的生产能力__________。

Ａ只与沉降面积A和颗粒沉降速度uT有关Ｂ与 A ， uT 及降尘室高度H有关

Ｃ只与沉降面积 A 有关

Ｄ只与 uT 和 H 有关 A

(13) 回转真空过滤机的过滤介质阻力可略去不计，其生产能力为5m/h（滤液）。现将转速度降低一半，其他条件不变,则其生产能力应为____________。

A 5m/h B 2.5m/h

C 10m/h D 3.54m/h D

(14) 要除去气体中含有的5μ～50μ的粒子。除尘效率小于75％，宜选用。 A 除尘气道 B 旋风分离器 C 离心机 D 电除尘器 B (15) 等压过滤的滤液累积量q与过滤时间τ的关系为______________。

B (16) 过滤基本方程是基于____________推导出来的。 A 滤液在过滤介质中呈湍流流动 B 滤液在过滤介质中呈层流流动 C 滤液在滤渣中呈湍流流动

D 滤液在滤渣中呈层流流动 D

(17) 一般而言，旋风分离器长、径比大及出入口截面小时，其效率，阻力。 A 高 B 低 C 大 D 小 A

(18) 在板框过滤机中，如滤饼不可压缩，介质阻力不计，过滤时间增加一倍时，其过滤速率为原来的_____________。

A 2倍 B 1/2倍 C)1/2倍 D 4倍 C

(19) 在长为Lm，高为Hm的降尘室中，颗粒的沉降速度为uT m/s，气体通过降尘室的水平流速为u m/s，则颗粒能在降尘室内分离的条件是：____。 A L/u＜H/uL B L/uT＜H/u

C L/uT≥H/u D L/u≥H/uT D (20) 粒子沉降受到的流体阻力________。

Ａ恒与沉降速度的平方成正比Ｂ与颗粒的表面积成正比

Ｃ与颗粒的直径成正比Ｄ在滞流区与沉降速度的一次方成正比

D (21) 板框压滤机中，最终的滤液流率是洗涤液流率的 _______。（ΔpE=Δpw，μ=μw）Ａ一倍Ｂ一半Ｃ四倍Ｄ四分之一 C

(22) 球形度（形状系数）恒小于或等于1，此值越小，颗粒的形状离球形越远，球形度的定义式可写为______。

A =Vp/V ，V为非球形粒子的体积， Vp 为球形粒子的体积

B =Ap/A ，A为非球形粒子的表面积, Ap为与非球形粒子体积相同的球形粒子的表面积

C =ap/a ，a 为非球形粒子的比表面积, ap 为球形粒子的比表面积 D =6ap/(d) B (23) “在一般过滤操作中，实际上起到主要介质作用的是滤饼层而不是过滤介质本身”，“滤渣就是滤饼”则_______。

Ａ这两种说法都对Ｂ两种说法都不对

Ｃ只有第一种说法正确Ｄ只有第二种说法正确 A (24) 旋风分离器的总的分离效率是指 __________。Ａ颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率Ｂ颗粒群中最小粒子的分离效率

Ｃ不同粒级（直径范围）粒子分离效率之和

Ｄ全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率 D (25) 降尘室的生产能力由________决定。

A 降尘室的高度和长度 B 降尘室的高度

C 降尘室的底面积 D 降尘室的体积 C

(26) 在板框过滤机中，如滤饼不可压缩，介质阻力不计，黏度增加一倍时，对同一q值，过滤速率为原来的 _____________。

A 2倍 B 1/2倍 C 1/2倍 D 4倍 B (27)回转真空过滤机洗涤速率与最终过滤速率之比为（）。

A l B 1/2 C 1/4 D 1/3 A (28)以下说法是正确的（）。

A 过滤速率与S(过滤面积)成正比 B 过滤速率与S2成正比 C 滤速率与滤液体积成正比 D 过滤速率与滤布阻力成反比 B

(29)板框压滤机中（）。

A 框有两种不同的构造 B 板有两种不同的构造

C 框和板都有两种不同的构造 D 板和框都只有一种构造 B (30)助滤剂应具有以下性质（）。

A 颗粒均匀、柔软、可压缩 B 颗粒均匀、坚硬、不可压缩 C 粒度分布广、坚硬、不可压缩 D 颗粒均匀、可压缩、易变形 B

三、填空题（每题2分）

1．一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由20℃升至50℃，则其沉降速度将。下降

2．降尘室的生产能力与降尘室的和有关。长度宽度

3．降尘室的生产能力与降尘室的无关。高度

4．在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降时间。增加一倍 5．在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，气流速度。减少一倍 6．在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，生产能力。不变 7．在滞流(层流)区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比。 2 8．在湍流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比。1/2 9．在过滤的大部分时间中，起到了主要过滤介质的作用。滤饼

10．过滤介质阻力忽略不计，滤饼不可压缩，则恒速过滤过程中滤液体积由Vl增多至V2=2Vl时，则操作压差由ΔPl增大至ΔP2= 。 2ΔPl

11．已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/S，qe为Ve/S，Ve为过滤介质的当量滤液体积(滤

液体积为Ve时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力)，在恒压过滤时，测得 Δ/Δq=3740q+200 则过滤常数K= 。 0.000535

12．已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/S，qe为Ve/S，Ve为过滤介质的当量滤液体积(滤液体积为Ve时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力)，在恒压过滤时，测得 Δ/Δq=3740q+200 则过滤常数qe= 。 0.0535

13．最常见的间歇式过滤机有和。板框过滤机叶滤机 14．在一套板框过滤机中，板有种构造，框种构造。 2 1

15．板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间，设框已充满，则在每一框中，滤液穿过厚度为的滤饼。框的厚度

16．板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间，设框已充满，在洗涤时，洗涤液穿过厚度为的滤饼。框厚度之半

17．板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间，设框已充满，在洗涤时，洗涤液穿过的滤布面积等于。框的内面积

18．旋风分离器性能的好坏，主要以来衡量。临界粒径的大小 19．离心分离设备的分离因数定义式为Kc= 。 uT2/gR （或ur/ut） 20．当介质阻力不计时，回转真空过滤机的生产能力与转速的次方成正比。1/2 21．间歇过滤机的生产能力可写为Q=V/，此处V为。一个操作循环中得到的滤液体积

22．间歇过滤机的生产能力可写为Q=V/，此处表示一个操作循环所需的。总时间 23．一个过滤操作周期中，“过滤时间越长，生产能力越大”的看法是否正确？

不正确的

24．一个过滤操作周期中，“过滤时间越短，生产能力越大”的看法是否正确？

不正确的

25．一个过滤操作周期中，过滤时间有一个值。最适宜

26．一个过滤操作周期中，最适宜的过滤时间指的是此时过滤机生产能力。最大 27．对不可压缩性滤饼dV/d正比于ΔP的次方，对可压缩滤饼dV/d正比于ΔP的次方。 1 1-s

28．对恒压过滤，介质阻力可以忽略时，过滤量增大一倍，则过滤速率为原来的。二分之一

29．对恒压过滤，当过滤面积增大一倍时，如滤饼不可压缩，则过滤速率增大为原来的倍。对恒压过滤，当过滤面积增大一倍时，如滤饼可压缩，则过滤速率增大为原来的倍。 4 4

30转鼓沉浸度是＿＿＿＿＿＿＿＿与＿＿＿＿＿＿＿＿的比值(1)

转鼓浸沉的表面积转鼓的总表面积

31按ψ＝Ap/A定义的球形度（此处下标p代表球形粒子），最大值为＿＿＿。 越小则颗粒形状与球形相差越＿＿＿。 1 大 32．将固体物料从液体中分离出来的离心分离方法中，最常见的有＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。将固体物料从液体中分离出来的离心分离设备中，最常见的为＿＿＿＿＿。离心过滤离心沉降离心机

33．在Stokes区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的_____次方成正比；在牛顿区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的______次方成正比。 2 1/2 34．一个过滤操作周期中，“过滤时间越长生产能力越大”的看法是＿＿＿＿＿， “过滤时间越短，生产能力越大”的看法是＿＿＿＿＿。过滤时间有一个＿＿＿＿＿值，此时过滤机生产能力为＿＿＿＿＿＿。

不正确的不正确的最适宜最大

35．含尘气体通过长为4m，宽为3m，高为1m的除尘室，已知颗粒的沉降速度为0.03m/s，

则该除尘室的生产能力为______________________m3/s。 0.36m3/s

四、问答题（每题3分）

(1) 影响回转真空过滤机生产能力的因素有哪些？（过滤介质阻力可忽略）

当过滤介质阻力可忽略时 QKA2n K2p/r

可见，影响因素有：转筒的转速、浸没度、转筒尺寸、操作压强及处理物料的浓度及特性。

(2) 有一旋风分离器，在正常的速度和阻力的范围内操作，但除尘效率不够满意，现在仓库里还有一个完全相同的旋风分离器，有人建议将这台备用的旋风分离器与正在用的那一台一起并联使用，问这种措施能否提高除尘效率？为什么？不行。因为速度降低，离心惯性力减小，使除尘效率下降。

(3)恒压过滤时，如加大操作压力或提高滤浆温度，过滤速率会发生什么变化？为什么？由dq/dt=Δp/［rΦμ(q+qe)］知,加大操作压力，过滤速率变大。提高滤浆温度，使滤液黏度降低，过滤速率增大。

(4) 临界直径dc 及分割直径d50 ，可以表示旋风分离器的分离性能，回答 dc 与d50 的含义是什么？

dc旋风分离器的分离分离颗粒最小直径; d50分离效率50%时颗粒直径 (5)由过滤基本方程dq/dt=Δp/［rΦμ(q+qe)分析影响过滤速率的因素?

影响过滤速率的因素有：①物性参数，包括悬浮液的性质（φ、μ）及滤饼特性（r）；②操作参数Δp；③设备参数qe (6)试说明滤饼比阻的意义?

比阻r表示滤饼对过滤速率的影响，其数值的大小反映滤液通过滤饼层的难易程度。

五、计算题（每题10分）

1．某板框过滤机框空的长、宽、厚为250mm×250mm×20mm,框数为8, 以此过滤机恒压过滤

某悬浮液,测得过滤时间为8.75min与15min时的滤液量分别为0.15m及0.20m，试计算过滤常数K。解：

过滤面积A = 8×2×0.25×0.25 = 1.0 m

（2分）

3 3

已知: τ1 = 8.75 min V1 = 0.15 mτ2 = 15 min V2 = 0.20 m

∵V+2VVe = KAτ （4分）

可得 0.15+2×0.15Ve = K×1×8.75 (1)

0.20+2×0.20Ve = K×1×15 (2)

2-52

(1)、(2)式联立,解得 K = 0.0030 m/min = 5.0×10 m/s （4分）

2．以板框压滤机恒压过滤某悬浮液，过滤面积10m，操作压差1.96×10Pa。每一循环过

滤15min得滤液2.91m。过滤介质阻力不计。

(1)该机生产能力为4.8m/h滤液，求洗涤、装拆总共需要的时间及过滤常数K。

(2)若压差降至9.81×10Pa，过滤时间及过滤量不变，其他条件不变，需多大过滤面积？设滤饼不可压缩。

(3)如改用回转真空过滤机，转一圈得滤液0.2m，转速为多少才可以维持生产能力不变？解： (1) ∵V2=KA2τ 即 2.912=K×102×15 ∴K=5.65×10-3 m2/min 又 Q= V/∑τ

即 4.8/60=2.91/（15+τw+τD） ∴ τw+τD=21.4 min

（4分）（2）V2=KA2τ A2= V2/Kτ （4分）

A1K而KpAA'Kp2K'p'

A'2A14.1m2（3）Q=4.8/60=0.2×n （n-r/min） ∴ n=0.4 r/min （2分）

3．用某叶滤机恒压过滤钛白水悬浮液。滤叶每侧过滤面积为(0.81)m,共10只滤叶。测得:

过滤10min得滤液1.31m；再过滤10min共得滤液1.905m。已知滤饼与滤液体积比n=0.1。试问:(1)过滤至滤饼厚为21mm即停止,过滤时间是多少?

(2)若滤饼洗涤与辅助时间共45min,其生产能力是多少?（以每小时得的滤饼体积计）

解：(1) ∵V + 2VVe = KAt

2 2

由题意得 1.31+ 2×1.31Ve = KA×10 (a)

1.905 + 2×1.905Ve = KA×20 (b)

263

(a)、(b)联立,解得 KA= 0.2076 m/min,Ve = 0.1374 m

（3分）

又 A = 10×2×0.81 = 13.12m

过滤终了时,共得滤液量VE = 13.12×0.021/0.1 = 2.755 m

由 2.755 + 2×2.755×0.1374 = 0.2076tE,∴tE = 40.2 min

（3分） (2) 生产能力 = nVE /(tE+tw+t辅)

-333

= 0.1×2.755/(40.2+45) =3.23×10 m/min = 0.194 m/h(滤饼) （4分）

4．在3×105Pa的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验，测得过滤常数K=5×10-5m2/s、qe=0.01m3/m2，又测得滤饼体积与滤液体积之比v=0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机处理此料浆，过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同。试求：（1）过滤至框内全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕，以相当于滤液量1/10的清水进行洗涤，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min，求每台过滤机的生产能力（以每小时平均可得多少（m3）滤饼计）。解：（1）所需过滤时间

A=0.812×2×38=49.86m2

Vc=0.812×0.025×38=0.6233m2

Vc0.62330.1563m3/m2 vA0.0849.86112q22qqe0.156320.15630.01551s 5K510q（4分）

（2）洗涤时间

KA510549.86dV1.874105m3/s dw8qq080.15630.01 47

3WVW/0.1V/1.87410

dWdV 0.10.156349.86/1.87410 （3）生产能力 Qc3416s （4分）

0.623336001.202m3(滤饼)/h（滤饼）/h （2分）

5514181560

5．用板框过滤机过滤某悬浮液，一个操作周期内过滤 20分钟后共得滤液 4m （滤饼不可压缩，介质阻力可略）。若在一个周期内共用去辅助时间30分钟，求：（1）该机的生产能力

（2）若操作表压加倍，其它条件不变（物性，过滤面积，过滤时间与辅助时间），该机生产能力提高了多少？解：滤饼不洗涤（1）4分

Q60V40.08m3/min

wD2030（2）6分

V12K1A2,V'2K'A2V'2K'2V1K1KpV'pV'2V1.41445.65m3Q5.650.113m3/min50

6．对某悬浮液进行恒压过滤。已知过滤时间为300s时，所得滤液体积为0.75m3，且过滤面积为1m2，恒压过滤常数K=5*10-3m2/s。若要再得滤液体积0.75m3，则又需过滤时间为多少？

解:由q22qeqK 3分

得2qeqKq2 3分 Kq251033000.752qe0.6252q20.75q22qeq1.5220.625158253 4分 K510825300525s

7．一小型板框压滤机有框10块，长宽各为0.2m，在2at（表压）下作恒压过滤共二小时滤

框充满共得滤液160l，每次洗涤与装卸时间为1hr，若介质阻力可忽略不计，求：

(1)过虑常数K，洗涤速率。

(2)若表压增加一倍，其他条件不变，此时生产能力为若干？解：（1）（5分）

P2at

A=0.2×0.2×10×2=0.8m

V2KA20.1623K0.02m/h 20.821KA2dv0.01m3/hdW42V（2）（5分）

P2P K2K 0.16K 0.81h故生产能力为 0.16/（1+1）=0.08m3/h

8.某板框压滤机的过滤面积为0.4 m，在恒压下过滤某悬浮液，4hr后得滤液80 m，

2过滤介质阻力可略去不计。

试求：①若其它情况不变，但过滤面积加倍，可得多少滤液？

②若其它情况不变，但操作时间缩短为2hr，可得多少滤液？

③若在原表压下过滤4hr后，再用5m水洗涤滤饼，需多长洗涤时间？设滤液与水性质相近。解：（1）（3分）

V2KA22V22A222V1A1V0.8800.42V2160m3（2）（3分）

2222

V222 2804V55.6m3

（3）（4分）

802KA1600m6/h4KA2KA2dv dE2VVe2VVwVww2h21KA1dv4dE42V2V2

9．一小型板框过滤机，过滤面积为0．1m2 ，恒压过滤某一种悬浮液。得出下列过滤议程式：

（q +10）2=250（θ+0．4）式中q以l/m，θ以分钟计。

试求：（1）经过249．6分钟获得滤液量为多少？

（2）当操作压力加大1倍，设滤饼不可压缩同样用249．6分钟将得到多少滤液量。

解：（1）(q10)2250(0.4)

当249.6分时

q=240L/M2 V=240×0。1=24L

(5分)

（2）P2P, K2K

(q10)22250(249.60.4)22502 q343.5l/m2

V343.50.134.3L (5分)

第四章传热

一、名词解释

1. 导热

若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。 2. 对流传热

热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。 3. 辐射传热

任何物体, 只要其绝对温度不为零度 (0K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。 4. 传热速率

单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2） 5.等温面

温度场中将温度相同的点连起来，形成等温面。等温面不相交。

二、单选择题

1．判断下面的说法哪一种是错误的（）。 B A 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；

B 在同一温度下，物体吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此A与ε的物理意义相同； C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强； D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。

2. 在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为_______ 。 C A 传导和对流 B 传导和辐射 C 对流和辐射

3. 沸腾传热的壁面与沸腾流体温度增大，其给热系数_________。 C A 增大 B 减小

C 只在某范围变大 D 沸腾传热系数与过热度无关

4. 在温度T时，已知耐火砖辐射能力大于磨光铜的辐射能力，耐火砖的黑度是下列三数值之一，其黑度为_______。 A A 0.85 B 0.03 C 1

5. 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______耐火砖的黑度。 D A 大于 B 等于 C 不能确定是否大于 D 小于

6. 多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻_____。 A A 成正比 B 成反比 C 没关系

7. 在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否正确： A 甲、传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；

乙、换热器总传热系数K将接近空气侧的对流给热系数。 A 甲乙均对 B 甲乙均不对 C 甲对，乙不对 D 乙对，甲不对

8. 列管换热器管程常用流速范围为：一般液体_______，气体__________。 A C A 0.5 - 3 m/s B 3 - 15 m/s C 5 - 30 m/s

9. 一管壳式换热器，管内走液体，管间走蒸汽，由于液体入口温度下降，在流量不变情况下，仍要达到原来的出口温度t，此设备已不允许再提高蒸汽压力强度，采取简便有效措施______。 A A 管内加扰流内件 B 提高壳程数

10. 碳钢的导热率为_______；不锈钢的导热率为_______；铜的导热率为_______，常压常温空气的导热率为_______；常温水的导热率为_______。 C, D, B, F, E A 151W/(m·℃) B 370W/(m·℃) C 45W/(m·℃) D 16W/(m·℃) E 0.62W/(m·℃) F 0.025W/(m·℃) 11. 套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸气，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时 A B B ① 传热系数K应 A 增大 B 减小 C 基本不变 ② 空气出口温度 A 增大 B 减小 C 基本不变 ③ 壁温 A 增大 B 略有减小 C 基本不变

12. 一定流量的液体在一25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流给热系数＝

1000W/(m·℃)。如流量与物性都不变，改用一19×2mm的直管，则其值将变为__________

W/(m·℃)。 D A 1059 B 1496 C 1585 D 1678

13. 穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示。试比较第一层的热阻 R1与第二、三层热阻R2、R3的大小____________。 C A C A R1> (R2+R3) B R1< (R2+R3) C R1= (R2+R3) D 无法比较

14. ①在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，换热器最好____________放置；冷却水应走____________。 A C A 水平 B 垂直 C 管内 D 管外

②已知某平壁外两层不等厚(b12

15. 稳定传热是指______。 B A 传热系统中各点的温度不随位置和时间而变。

B 传热系统中各点的温度仅随位置变，而不随时间变。 C 传热系统中各点的温度不随位置变而随时间变。 D 传热系统中各点的温度随位置和时间而变。

16. 棉花保温性能好，主要是因为______。 C A 棉纤维素导热率小； B 棉花中含有相当数量的油脂；

C 棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到阻碍； D 棉花白色，因而黑度小。

17. 无相变强制对流来自_______。 C A 纯经验方法 B 纯理论方法 C 因次分析与实验结合（半理论、半经验方法） D 数学模型法 E 因次分析法

18. 在蒸汽冷凝中，不凝气体的存在对的影响是______。 B A 使值升高 B 使值大大降低 C 使值有一定影响 D 对值无影响

19. 红砖的黑度为0.93，若温度为300℃，则红砖的发射能力为________W/m。B

2222

A 6112.3 W/m B 5684 W/m C 916.8 W/m D 1000 W/m

20. 当换热器中冷热流体进出口温度一定时，下面说法中正确的是。 D A tm并<tm逆<tm折 B tm逆＝tm并＝tm折 C tm并<tm逆＝tm折 D tm并< tm逆 >tm折

21. 对在蒸汽与空气间壁换热过程中，为强化传热下列方案中的_____在工程上可行。 A A 提高空气流速 B 提高蒸汽流速

C 采用过热蒸汽以提高蒸汽温度 D 在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液。

22. 在间壁换热器中，当两流体均变温时，采用折流的目的是。 A A 提高K B 提高tm

C 增加传热面积A D 使K和A均增加。

23. 100℃时铜的导热率为_____，18℃时钢的导热率近似为_______，20℃时空气的导热率近似为______，20℃水的导热率近似为______。 C A B D A 45W/(m·K) B 0.026W/(m·K) C 377W/(m·K) D 0.6W/(m·K)

24. 在相同温度下，实际物体的吸收率A与黑体的吸收率A0的关系是。 C A A  A0 B A  A0 C A A0 D 不一定

25. 判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的_______。 C A 通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值； B 系统中任一点的温度维持恒定；

C 总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各传热面的传热速率之和； D 系统中任一传热面上的热通量在过程中不变。

26. 一管壳式换热器，管内走液体，管间走蒸汽，由于液体入口温度下降，在流量不变情况下，仍要达到原来的出口温度t，此设备已不允许再提高蒸汽压力强度，采取简便有效措施______。 A A 管内加扰流内件 B 提高壳程数

27. 有一列管换热器，由38根252.5mm无缝钢管组成，某有机蒸汽在管外冷凝，管内通

冷却水，水流速0.5m/s，相应的Re=10及对流给热膜系数为。当水流量减为一半时，对流给热膜系数改变为，则。 A A (1) B (1)

20.820.8C (1) D 不一定

20.828. 两流体在一套管换热器中换热，热流体温度由90℃降至60℃，冷流体温度由20℃升至50℃。若逆流操作，tm＝。 D A 70℃ B 30℃ C 10℃ D 40℃ 29. 热传递的基本方式是：（）、对流、辐射。 A A 传导； B 传递； C 放射； D 流动。 30. 物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为（）。 A A 热传导； B 热传递； C 热放射； D 热流动。

31. 流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为（）。 A A 对流； B 流动； C 传递； D 透热。

32. 物质导热系数的顺序是：（）。 A A 金属＞一般固体＞液体＞气体； B 金属＞液体＞一般固体＞气体； C 金属＞气体＞液体＞一般固体； D 金属＞液体＞气体＞一般固体。

33. 吸收率（）1的物体称为黑体。 C A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。

34.（）等于1的物体称为白体。 B A 吸收率； B 反射率； C 透过率； D 折射率。

35. 单原子气体和对称双原子气体均可视为（）。 D A 白体； B 灰体； C 黑体； D 透热体。

36. 液体是（）。 D A 白体； B 灰体； C 透热体； D 不透热体。

37. 在管壳式换热器中，不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内（）。 A A 清洗比较方便； B 流速较快； C 流通面积小； D 易于传热。

38. 在管壳式换热器中，腐蚀性的流体宜走管内，以免（），而且管子也便于清洗和检修。 A A 壳体和管子同时受腐蚀； B 流速过快； C 流通面积过小； D 传热过多。

39. 在管壳式换热器中，压强高的流体宜走管内，以免（），可节省壳程金属消耗量。 A 壳体受压； B 流速过快； C 流通面积过小； D 传热过多。 A 40. 在管壳式换热器中，饱和蒸气宜走管间，以便于（），且蒸气较洁净，它对清洗无要求。 A A 及时排除冷凝液； B 流速不太快； C 流通面积不太小； D 传热不过多。 41. 在管壳式换热器中，有毒流体宜走管内，使（）。 A A 泄漏机会较少； B 流速很快； C 流通面积变小； D 传热增多。

42. 在管壳式换热器中，被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，（）。 A 以增强冷却效果； B 以免流速过快； C 以免流通面积过小； D 以免传热过多。 A 43. 在管壳式换热器中，粘度大的液体或流量较小的流体宜走（），因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值（Re＞100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。 B A 管内； B 管间； C 管径； D 管轴。

44. 对于刚性结构的换热器，若两流体的温差较大，对流传热系数较大者宜走（），因壁面温度与大的流体温度相近，可以减少热应力。 B A 管内； B 管间； C 管径； D 管轴。

45. 在管壳式换热器中安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的（），使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。 C A 粘度； B 密度； C 速度； D 高度。

46. 有一套管换热器，环隙中有119.6℃的蒸气冷凝，管内的空气从20℃被加热到50℃，管壁温度应接近（）。 D A 20℃； B 50℃； C 77.3℃； D 119.6℃。

47. 已知在温度T时耐火砖的发射能力（辐射能力）大于铜的发射能力，则铜的黑度为

（），耐火砖的黑度为（）。 A B A 0.6； B 0.9； C 1.0； D 1.2。

48. 两灰体间进行辐射换热，两者间的温度差为100℃。若将两灰体的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的传热量相比，将（）。 A A 增大； B 减小； C 不变； D 不一定。

49. 判断下面的说法哪一种是错误的（）。 B A 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；

50. 当换热器中冷热流体的进出口温度一定时，判断下面的说法哪一个是错误的（）。B A 逆流时，Δtm一定大于并流、错流或折流时的Δtm； B 采用逆流操作时可以节约热流体（或冷流体）的用量； C 采用逆流操作可以减少所需的传热面积；

D 温度差校正系数φΔ t 的大小反映了流体流向接近逆流的程度。

三、填空题

1. 对流给热的热阻主要在____________，此处的__________最大。

滞流内层温差

2. 热损失是_______损失和________损失之和。

热辐射传热引起的对流给热引起的

3. 列管式换热器中，壳程设有折流挡板，当两流体均无相变时，挡板能起强化传热的作用，其原因是

①______________________________________________________________； ②______________________________________________________________； ③_____________________________________________________________ 。

① 流速增大，使壳程增大；

② 流体大部分横穿流过管束，流道短，边界层薄，比顺着管子纵向流动高；

③ 流体在折流挡板间穿行时，流向及流速都在不断变化，增加了扰动，强化了传热。

4. 水蒸气冷凝时的比气体无相变时的大得多，其原因是气体的__________________________________，而蒸汽冷凝，其凝液的_____________________________；且只有_______________才有热阻。

导热率小、密度小，整个气体都呈现热阻导热率和密度都比气体大很薄的液膜

5. 在管式间壁换热器中，以外表面为基准的传热系数K的计算式为_________________，与之对应的传热量Q＝_______________。

Ko1dobd1Rs1oRs2ididmo2

K0A0tm

6. ① 已知传热系数K=1250kcaL/(m·h·℃)，在SI制中，K=_____W/(m·K)；汽化潜热r=2200kJ/kg，在工程单位制中r =________________kcaL/kg。

② 普兰德准数的定义式是__________________________。

C① 1453 525 ② Prp

7. 在压强恒定的条件下，空气黏度随温度升高而________________。

增大

8. 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1b2b3，导热率1 2 3。在稳定传热过程中，各层的热阻R1 R2 R3，各层导热速率Q1 Q2 Q3。

>， > ； =， =

9. 一包有石棉泥保温层的蒸汽管道,当石棉泥受潮后，其保温效果应_____________________________________________________，主要原因是_______________________________________________________________。

降低因水的导热率大于保温材料的导热率,受潮后,水占据一定的孔隙空间，使保温层材料导热率增大,保温效果降低。

10. 蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放_________，这是因为 ______________________________________________________________。

不凝气和冷凝水不凝气构成附加的气膜传热阻力，而冷凝水的积累减小换热面积。

11. ①设置隔热挡板是____________辐射散热的有效方法。挡板材料的黑度愈低，辐射散热量 ____________。

②有一单层平壁如图所示。已知材料的导热率为常数，从左等温面t1至右等温面t2 的稳定导热热流量为Q，则平壁内的温度分布表达式为__________________________。

① 减少愈低 ② Q(t1t)xtt1Qx

12. 某物体（可近似为灰体）在20℃时，其黑度为ε=0.8，其吸收率为______________。 0．8

13. 浮头式或带膨胀节的换热器适用于____________ 与____________流体的温差很大的场

合。

管程壳程

14. ① 根据有无热补偿或补偿方法不同，列管式热器的一般结构型式有__________________、 __________________、__________________。

② 换热器中，热流体由200℃ 冷却到140℃，冷流体由20℃升高到35℃，热流体的热容量流率较小, 则传热效率为__________________。

① 膨胀节；浮头式；U型管 ② 33.3%

15. 消除列管换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加______________，采用______________结构或采用______________式结构。

膨胀节浮头式 U型管

16. 如图所示，为尽量减少Ａ、Ｂ两个温度不同的固体表面间的辐射传热，可以采取的措施是________________________________________________。

在两固体壁面间，平行放置多块黑度较小的遮热板。

17. ① 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较。方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量W1___W2，所需传热面积A1___A2。

② 如图所示,蒸汽在管束外冷凝，(a)、(b)两种排列方式的其它条件均一样，比较它们的冷凝给热系数的大小a___b，因为______________________________________。

① 大于, 小于

② 大于,因为冷凝液从上面各排流到下面各排,液膜逐排增厚,沿垂直方向管数愈多,液膜愈厚。

18. 两流体的间壁换热过程中QWCpt计算式中，t表示。

T1-T2 或t2-t1

19. 设备保温层外包一层表面_________、颜色_________的金属，可使设备的热损失减少。

光滑较浅

20. 举出五种间壁式换热器____________、____________、____________、____________、____________。

套管式换热器，列管式换热器，夹套式换热器，板式换热器，螺旋板式换热器，蛇管式换热器，板翅式换热器等任选五种。

21. 导热率的物理意义是____________________________________，其SI制的单位为_____________，工程制的单位为_______________。

单位温度梯度、单位导热面积上所传导的热量 W/(m·℃) 千卡/小时·米·℃

22. ① 定性温度是指____________________。

② 沸腾传热可分为三个区域，它们是____________、____________和____________，生产中的沸腾传热过程应维持在____________区操作。

① 确定准数中各物性参数的温度

② 自然对流区核状沸腾区膜状沸腾区核状沸腾

23. 对多层圆筒壁的热传导，通过各层的传热速率________，热通量________,沿圆筒壁的径向温度分布为____________线。

相等不相等曲线

-3

24. ① 已知导热率λ=2.388×10Cal/(cm·s·℃), 此值在SI制中为__________W/(m·K)。

② 写出比热Cp的单位，工程制为____________，SI制为____________。 ③ 物体的辐射传热速率与其绝对温度的_________次方成正比。

① 1 ② kCaL/(kg·℃), J/(kg·℃) ③ 四

25. 在传热实验中，用饱和水蒸气加热空气，总传热系数Ｋ接近于____________侧的对流传

热系数，而壁温接近于________________侧流体的温度。蒸汽冷凝时的对流给热系数较大。原因是__________________________。

空气饱和水蒸气蒸汽冷凝时释放较大冷凝潜热

26. ① 估计列管式换热器中金属管壁的温度tw，壳程为0.1MPa的饱和水蒸气冷凝。 A 管程是平均温度为40℃的空气，tw约为________；

B 管程是平均温度为40℃的水，水的对流给热系数为2000W/(m·℃)，基于内面积的总

传热系数Ki=1600W/((m·℃)) ，tw约为_______。

② 在设计时，欲略为增大一卧式冷凝器的传热面积，从有利于传热角度看，宜采取的措施为_____________，因为_____________________________。

① (1) 100℃ (2) 88℃

② 增加管长。如果采用增加管数的办法,则沿垂直方向管数也增加,冷凝液从上面各排流到下面各排,液膜逐渐增厚,α降低。

27. 管内湍流传热，流体内温度梯度最大的部分是在______________，原因是_______________。

滞流底层滞流底层的传热机理是导热, 流体的导热率一般比较低。

28. 在稳态传热中，凡热阻大处其温差也____________。滴状冷凝的给热系数_________膜状冷凝给热系数。

大大于

29. 沸腾传热时，在核状沸腾区壁面与沸腾流体的温差愈大，则__________。越大

30. 对于间壁式换热器：WcC（pt2t1)WhCh(T1T2)KAtm等式成立的条件是、、。

31. 下列各种情况下的对流给热系数

空气流速为6m/s时的1；空气流速为25m/s 时的2；水的流速为1.2m/s时的3；水的流速为2.5m/s时的4；蒸汽膜状冷凝时的5之间的数值按自大而小的顺序为 ________ > ________ > ________ > ________ > ________。

5 4 3 2 1

32. 不需要任何介质的传热称为（）传热。

辐射

33. 在列管式换热器中，流体在管内流动称为流经（）。

管程

34．列管式换热器中，流体在（）流动称为流经壳程。

管间 35．能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞的所有波长范围的辐射能的物体称为（）。

灰体

36．在辐射传热中，气体的反射率为（）。 0

37．在辐射传热中，黑体的透过率为（）。 0

38．在辐射传热中，灰体的透过率为（）。 0

39．灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比，称为物体的（）。

黑度

40．在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则传热管的壁温接近（）的温度。

饱和蒸气

41．在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则总传热系数Ｋ接近（）的对流传热系数。

空气

42．在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则空气应走（）。

管内

43．在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则饱和蒸气应走（）。

管间

44. 判断下列物性数值大小金属 ____ 液 ___气。

＞＞

四、判断题（每题1分）

1. 在辐射传热中，黑体的反射率为1。（ × ） 2. 对流传热包括强制湍流传热和强制层流传热。（ × ） 3. 滴状冷凝比膜状冷凝效果好。（ √ ） 4. 圆筒壁热传导是传热速率与热通量相等（ × ） 5. 一般固体、液体和气体相比较，导热系数值的大小顺序为固体＞气体＞液体。（ × ） 6. 夏季人们穿深色衣服不会感觉太热。（ × ） 7. 对流传热仅发生在流体中。（ × ） 8. 流体与固体壁面间对流传热的热阻主要集中在流动边界层。（ × ） 9. 一套管换热器逆流操作与并流操作一样。（ × ） 10. 虽然大气层包围着地球，但阳光仍能照射到地球表面，因为空气是透热体。（ √ ）

五、问答题

1．在列管换热器中，拟用饱和蒸气加热空气，传热管的壁温接近哪一种流体的温度？为什么？（3分）答：壁温接近饱和蒸气的温度。因为

TTWtt ，饱和蒸气的o＞＞空气的i，w11iAioAo则

1i＜＜

1o 所以，TTW＜＜twt,传热管的壁温接近饱和蒸气(大)的温度。

2．为什么内部孔隙多的材料保温效果好? （3分）

因为大量的孔隙中包含着导热系数非常小的气体，对导热不利，从而起到了保温的作用。

3．在强化传热的过程中，为什么要想办法提高流体的湍动程度? （3分）由于对流传热的热阻主要集中在层流底层内，提高流体的湍动程度能减薄层流底层的厚度，可以提高传热效果。

4. 在传热实验中，试分析说明饱和水蒸气与管壁间的对流给给热系数(α)如何确定的？并指出相应测试的基本参量有哪些？（4分）答：QA0(Tstw)WcCp(t2t1)

∴ WcCp(t2t1)(Tstw)A0

即需测参数：空气流量Wc；空气进、出口温度（ｔ1、ｔ2）；饱和蒸汽压力,然后查出饱和蒸汽温度Ts ；管壁温（ｔw）

5. 在蒸汽冷凝时，其冷凝液为层流流动，若要提高蒸汽冷凝的给热系数，可考虑采取哪些措施？（4分）

答：措施一：让液膜和蒸汽同向流动，则磨擦力使液膜流动加速，厚度减薄，从而使增大；

措施二：若为单根管，将垂直放置改为水平放置。若为管束，则需减小垂直列上的管数，或把管子排列旋转一定的角度；

措施三：及时排除不凝气体。

6. ① 作图定性示出沸腾传热系数随相应的传热温差Δｔ（壁面和沸腾液体之间）的变化关系。

② 列管换热器封头装置隔板的作用是什么？（4分）答：① 如图

② 隔板将管子分成若干组，构成多程换热器, 增大流速, 以提高管程。

7. 现场有一列管式加热器，管程有φd×δmm钢管n根，每根长L米,内通水。壳程为压力等于PPa(绝)的饱和水蒸气冷凝。今欲实测此换热器传热系数K，试问 ① 需要测取哪些数据?说出所用仪表。

② 根据测得的数据列出计算K值的有关公式及计算方法。（4分）

答： ① 需要测水的进、出口温度t1和t2，可使用温度计测量;需要的加热蒸汽温度,可使用热电偶测量, 需要测水的流量, 可使用转子流量计测量。

② QW水Cp(t2t1)

水换热器面积 A0nd0L 平均推动力 tm

t1t2 t2Tt1 t1Tt2

tln(1t2V水Cp水（t2t1)Q基于外表面的总传热系数 K0 A0tmnd0Ltm[五]计算题

1．某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100 mm，其导热系数

分别为0.9 W/（ｍ·℃）及0.7 W/（ｍ·℃）。待操作稳定后，测得炉壁的内表面温度为700℃, 外表面温度为130℃。为减少燃烧炉的热损失，在普通砖的外表面增加一层厚度为40 mm, 导热系数为0.06 W/（ｍ·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃, 外表面温度为90℃。设两层材料的导热系数不变。计算加保温层后炉壁的热损失比原来减少百分之几？（10分）解：设单位面积炉壁的热损失为q（qQS），加保温层前，是双层平壁的热传导

q1t1t37001302240w/m2 （4分）

b1b20.10.1120.90.7加保温层后，是三层平壁的热传导

q2t1t474090707w/m2 （4分） 0.10.10.04b1b2b30.90.70.06123q1q2224070768.4% （2分） q12240热损失减少的百分数

2．外径为426 mm的蒸气管道, 其外包扎一层厚度为426 mm的保温层, 保温材料的导热系数可取为0.615 W／(ｍ·℃)。若蒸汽管道的外表面温度为177℃, 保温层的外表面温度为38℃, 求每米管长的热损失。（10分）

解：由已知 r2 = 0.426/2 = 0.213 m， r3 = 0.213 + 0.426 = 0.639 m （5分）

每米管长的热损失

Q2(t2t3)2(17738)489w/m （5分）

r0.639Llnln30.213r23. 计算题：在一套管换热器中，用水蒸气加热空气，已知空气侧的对流给热系数为

40W/(m·℃),蒸汽冷凝侧的对流给热系数为5000W／(m·℃)，现欲提高此传热过程的总传热系数,应从何着手解决？试用具体数据说明理由。（注：管壁热阻及污垢热阻可忽略,空气湍流）（15分）

解：当忽略管壁及污垢热阻时

11111 K12500040K39.7 W/(m2·℃) (4分)

由于1>>2,故应设法增大2之值

在管程允许的压力降范围内增大空气的流量,设将空气流量提高2.4倍,则 22.40.822.40.84080 W/(m·℃)

 K111111150008078.7 W/(m2·℃) (5分)

2K78.71.98 若将1增大一倍110000 W/(m·℃) (3分) K39.7K39.81.98 (3分) K39.8 W/(m·℃)

K39.7

4. 计算题：某厂精馏塔顶,采用列管式冷凝器,共有φ25×2.5mm的管子60根, 管长为2m,蒸汽走管间,冷却水走管内,水的流速为1m/s 。进、出口温度分别为20℃和60℃,在定

3-4

性温度下水的物性数据为:ρ=992.2kg/m λ=0.6338W/(m·℃) μ=6.56×10Pa.s Pr=4.31

① 求管内水的对流给热系数

② 如使总管数减为50根,水量和水的物性视为不变,此时管内水的对流给热系数又为多大? (15分)

解: Redu0.021992.243.025101000 46.5610 65

0.6Pr160 Ld20.0210050 (3分)

0.8∴可采用下式计算对流给热系数 Nu0.023RePrn

流体被加热 n=0.4 ∴Nu158.5 (2分) dNu0.6338158.55024 W/(m2·℃) (2分) 0.02 (2) 当管子根数减少时,流速变大 u(n)u(60)11.2m/s (4分) n50(u)0.8 (2分) u(uu)0.850241.20.85813W/(m2℃） (2分)

5. 计算题：一套管换热器,由φ48×3mm和φ25×2.5mm的钢管组成,两种流体在内管和环隙流过，分别测得对流给热系数为1和2，若两流体的流量保持不变，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。

求将内管改φ32×2.5mm后,管内对流给热系数有何变化?(假设流动状态皆为湍流) (10分) 解: 原内管外径d125mm 内径 d2 25-2.5220mm

 32mm 内径d232-2.5227mm 新内管外径 d1 设改用φ32×2.5钢管后,内管对流给热系数14Vρ0.81)1.8 (5分)

dddμ'20()1.80.583 (5分) 27α(6. 一套管换热器用 133℃的饱和水蒸汽将管内的氯苯从 33℃加热到 73℃，氯苯流量为

5500Kg/h。现因某种原因，氯苯流量减少到 3300Kg/h，但其进出口温度维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少才能满足要求？此时饱和水蒸汽冷凝量为原工况的百分之几？（设两种工况下的蒸汽冷凝热阻，管壁热阻，垢层热阻及热损失均可略，且氯苯在管内作湍流流动，忽略两工况下蒸汽汽化潜热的变化） (15分) 解：

WCCPCt2t1KStm(1) (3分)

WCCPCt2t1KStm(2)0.83300KK0.66K

5500 66

Tt11得:5500KTt2 (5分) 23300KlnTt1Tt2lnnTt15500133330.66ln0.567 Tt2330013373Tt11.76 (3分)

Tt2T1.76t2t11.767333125.9C

0.760.76Ktm0.6 (4分) KtmWh/Wh7. 重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243℃和128℃；终温

分别为167℃和157℃。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽略。

解：以下标“′”表示并流的情况。由传热速率和热量衡算式知：

WhCph(T1T2)WcCpc(t2t1) QK0tmQK0tmWhCph(T1T2)WcCpc(t2t1) (3分)

两式相除，得：

T1T2t2t1QK0tm （a） QK0tmT1T2t2t1将和比定律应用于下式，得：

t1)(T1T2)(t2t1)(243167)(157128)tm(TT2)(t2471tm(T1T2)(t2t1)(T1t2)(T2t1)t2t1t2t1tm(243128)(167157)43℃ (4分)

115ln10t2t47t14711.093 所以 ln2t143t2t1t2t143ln

t2e1.0932.98 (3分) t167

243t22.98T2128

或t22.98T2128243 （b）

由式a得：

243167157128

243T2t2128 即： t20.38243T2128 （c）联立式b和c解得：

t2161.3℃ T2155.4℃

tmt2t1(243161.3)(155.4128)49.7℃ (5分) t21.093lnt12

8. 一套管式换热器管内流体的对流传热系数i = 20 W/（m·℃），管间流体的对流传热系数o= 350 W/（m·℃）。若将管内和管间两种流体的对流传热系数分别提高一倍，总

传热系数K分别相应增加多少？（管壁热阻及污垢热阻可忽略不计，管壁厚度按薄壁管处理）(10分) 解：原流动情况

m·℃/W

K=18.92 W/ m·℃ (2分)

（1）管内对流传热系数增加一倍

= 2

= 2×20= 40 W/ m·℃

m·℃/W K=35.9 W/ m·℃

（35.9-18.92）/18.92 = 89.75% (4分)

（2）管外对流传热系数增加一倍 = 2×350 = 700 W/ m·℃

m·℃/W K = 19.44 W/ m·℃

（19.44-18.92）/18.92 = 2.75% (4分) 9．在列管式换热器中用水冷却油，水在管内流动。已知管内水侧对流传热系数i为349 W/

（m·℃），管外油侧对流传热系数o为258 W/（m·℃）。换热器在使用一段时间后，

管壁面两侧均有污垢形成，水侧的污垢热阻Rsi 为0.00026 （m·℃）/W，油侧的污垢热阻RSO2

为0.000176 （m·℃）/W。若此换热器可按薄壁管处理，管壁导热热阻忽略不计。(10分) 求：（1）产生污垢后热阻增加的百分数；（2）总传热系数K。解：（1）产生污垢前的热阻

（m·℃）/W (4分)

产生污垢后的热阻

（m·℃）/W

（0.007177-0.00674）/0.00674 = 6.48% (4分) （2）总传热系数

W/（m·℃） (2分)

10．在并流换热器中, 用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃, 油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃, 设油和水的流量、进口温度及物性均不变, 若原换热器的管长为1m, 求将此换热器的管长增加多少米才能满足要求。换热器的热损失可忽略。 (15分)

解：原平均温度差 t1 150-15135℃ t2 100-40  60℃

tmt1t21356092.5℃ (3分)

t135ln(1)ln(60)t2由热量衡算 QWhCph(T1T2)WCCpc(t2t1)

WhCphWcCpct2t140150.5 (4分)

T1T2150100 69

当油的温度降至80℃时, 由热量衡算得

15) QWhCph(15080)WCCpc(t2 或

WhCphWcCpc15t250℃ (3分) 0.5 解得 t215080= 150-15 = 135℃, t2= 80-50 = 30℃ 新的平均温度差，t1 tm1353069.8℃

135ln30 由传热速率方程可分别得

原换热器 QWhCph(150100)KStmKndL92.5

KndL69.8 新换热器 QWhCph(15080)KStm ∴ L7092.511.855m 5069.8 L1.85510.855m (5分) 11．一单程列管式换热器, 由直径为Φ25×2.5 mm的钢管束组成。苯在换热器的管内流动, 流量为1.25 kg/s，由80℃冷却到30℃，冷却水在管间和苯呈逆流流动, 进口水温为20℃,

出口不超过50℃。已知水侧和苯侧的对流传热系数分别为1.70和0.85 kW／(ｍ·℃)，污垢热阻和换热器的热损失可忽略，求换热器的传热面积。苯的平均比热为1.9 kJ/(kg·℃), 管壁材料的导热系数为45 W/(m·℃)。 (10分) 解：由总传热速率方程式 QKOSOtm

式中 QWhCph(T1T2)= 1.25×1.9×10×（80 - 30）= 118.8 kW (3分)

kW／(ｍ·℃)

℃ (5分)

∴ m

(2分)

12．在一传热外表面积S0为300 m的单程列管换热器中，300℃的某气体流过壳方被加热到420℃。另一种560℃的气体作为加热介质。两气体逆流流动，流量均为10000 kg/h，平均比热为1.05 kJ／（kg·℃）。求总传热系数K0。 (10分) 解：换热器的传热量 QWcCpc(t2t1)

=（10000/3600）×1050×（420 - 300）= 3.5×10 W

热气体出口温度 QWhCph(T1T2)

即 3.5×10 =（10000/3600）×1050×（560 – T2）

解得 T2= 440 ℃ (4分)

流体的平均温度差 ∵ ＜2

∴ ℃ (3分)

W／(ｍ·℃) (3分)

13．某套管换热器内管为φ30×3mm铜管,外管为φ48×3钢管,长2m,管间通110℃饱和水蒸气加热管内空气,使空气温度由20℃加热至80℃,已知空气流量为50kg/h,周围环境温度为20℃,试求:

(1)空气侧对流给热系数；[ 101.6W/(m·K)]

(2)套管裸露时的蒸汽用量(kg/h)。空气比热可取Cp=1.005kJ/(kg·k)

换热器外侧壳壁对周围空气的对流给热系数: o9.40.052(ttw) W/(m·℃)

式中:tw --换热器外壳温度,℃ t --周围空气的温度,℃

饱和蒸汽汽化热可取r=2232.4kJ/kg (15分)

(1) iKiQ Aitm QW2Cp2(t2t1)501.005(8020)3015kJ/h837.5w

2 AidiL0.02420.151m (3分)

802054.6℃

90ln()30837.5 i101.6W/(m2K) (2分)

015154.6 tm(2) twT110℃

o9.40.052(ttw)9.40.052(11020)14.1 W/(m·K)

Q0A0(twt)14.1(0.0482)(11020)382.7W 蒸汽放热 QQQ382.7837.51220W

蒸汽用量 WQ120036002kg/h (5分) r2232.410314. 有一单壳程双管程列管换热器，管外用120 0C饱和蒸汽加热，干空气以12m/s的流速在

管内流动，管径为φ38×2.5mm，总管数为200根，已知空气进口温度为26 ℃，要求出口温度为86 ℃，试求：该换热器的管长应为多少？（不计出口温度变化对物性影响，忽略热损失、污垢热阻及管壁热阻）。

已知定性温度下空气的物性数据为cp=1.005kJ/(kgK),=1.07 kg/m3, = 0.0199 cP, K)，Pr=0.697。 (15分) = 0.0287W/(m·

解：因为管外蒸汽冷凝的1比管内空气的2大得多，且管壁及污垢热阻可略去，有

K11d1≈2d2 (2分)

12d2d1 QKAtm21d2nd1ltm2nd2ltm (2分) d1Q (2分)

则 l2nd2tm注意：上式中的n为列管换热器总管数。。

Vs2 = 0.785d20.0332×(200/2)×12 = 1.026 m3/s2(n/2)u= 0.785×

注意：求Vs2 时必须用每管程的管数，对双管程即n/2，不能用总管数n。

Q =ms2cp2(t2t1) = Vs2cp2(t2t1) = 1.026×1.07×1.005×103×(86-26)= 6.62×104 W Re =

d2u =

0.033121.07 = 2.13×104＞104 为湍流 (3分) 30.0199102 = 0.023

0.80.40.0287×(2.13×104)0.8×0.6970.4=50 W/(m2·k) RePr= 0.023×0.033d2tm=

t2t18026= = 59 ℃ (4分)

Tst1ln12026ln12086Tst2

Q6.62104所以 l = = = 1.08m (2分)

2nd2tm502003.140.0335916. 用一套管换热器将2000kg/h的甲苯饱和蒸气（110C）冷凝为饱和液体，甲苯的气化热

为363KJ/kg。冷却水于16C及5000kg/h的流量进入套管内管（内径50mm）作强制湍流流

2 o

动，其传热膜系数为1740w/(mK)。水的比热可取为4.19KJ/(kgC)，假设甲苯侧热阻和管壁热阻远小于水侧热阻。（20分）（1）求冷却水的出口温度及套管管长。

（2）由于气候变化，冷却水的进口温度升高到25C，试计算换热器的热负荷变化（以%表示）。忽略物性参数的变化。

（3）冷却水温度升高后，有人建议将冷却水流率加倍，问此时的热负荷、冷却水出口温度与末升高时相比如何，计算出热负荷增加或减少的百分数？

(1) QWhrWcCp(t2t1) t2o

200036310002.01105w

3600Whr20003631000t11650.65 oC (2分)

WcCp50004.191000Ki1740 w/(m2oC)

t11101694 oC t211050.6559.35

t1t22

2(9459.35)276.8 oC

tm(t1t2)QKAtmidLtm (3分)

KAtm2.01105L9.6m (1分)

idtm17400.0576.8 73

(2) AdL3.140.059.61.5m

2t1)KAtmKA QWCp(t2)(Tt2)(Tt1

2 50004.19)(11025)(110t2100025)17401.5 (t23600256.1 (3分) t2Tt11102585C 升温后 t1 o

Tt211056.153.9C t2 o

t12 t2t1)50004.19QWCp(t21000(56.125)1.81105w 3600QQ2.011051.811059.9% (3分) Q2.01105(3)

iW)0.820.81.74 (iWi1.7417403027.6w/(m2K)

2WCp(t225) (2分) QKAtm tm25195t22110t2

22o52.8C 根据给出数据算得： t2 tm19552.8195t271.1oC 223027.61.571.13.23105w (2分) QKAtmt1)WCp(t2t1) 2WCp(t225)WCp(50.6516) WCp(t242.3C t2 o

t11102585C t211042.367.7C

t1t2＜2 tt1t276.4 oC 2QKAt3027.61.576.43.47105w

QQ2.011053.4710572.6% Q2.01105

第五章蒸馏

一、名词解释：

1、蒸馏：

利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进

行质量传递，实现混合物的分离。

2、拉乌尔定律：

当气液平衡时溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正比。

3、挥发度：

组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。 4、相对挥发度：

混合液中两组分挥发度之比。

5、精馏：

是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。

6、理论板：

气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。

7、采出率：

产品流量与原料液流量之比。

8、操作关系：

在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸

汽的组成之间的函数关系。 9、回流比：

精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。

10、最小回流比：

两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。

11、全塔效率：

在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。

12、单板效率：

是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。

二、填空题：

1在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点温度的

大小相比是_________。相等

2当塔板上____________________________________________________时，称该塔板为理论塔板。离开的汽相与液相之间达到平衡时 3、直接水蒸汽加热的精馏塔适用于

__________________________________________________的场合。

难挥发组分为水，且要求釜液中易挥发组分浓度很低

4、简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐________，其沸点则逐渐_________。

降低，升高

5、间歇精馏操作中，若欲保持馏出液组成不变，必须不断______________，若保持回流比不变，则馏出液组成________________。增加回流比，不断下降 6、在精馏塔设计中，若

xF、xD、R、qxW，间，D/F相同时，直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比，

NT，间

NT，直，

xW，直。 < , >

7、总压101.3kPa、95℃温度下苯与甲苯的饱和蒸汽压分别为155.7kPa与63.3kPa，则平衡时汽相中苯的摩尔分率为_______，液相中苯的摩尔分率为_________，苯与甲苯的相对挥发度=_______。 0.632、0.411、2.46

8、精馏操作的依据是__________________________________________________。实现精馏操作的必要条件包括____________________________________________和___________________________________________。混合液中各组分挥发度的差异由塔板或填料层所构成的若干个接触级、塔顶有液相回流、塔底有上升气流。

9、精馏塔操作时，保持F、xF、q、R不变，增加塔底排液量W，试定性画出变化前、后塔的操作线。

y y y x 附图1 x 附图2 x 附图3

10、精馏塔塔顶某理论板上汽相的露点温度为t1、液相的泡点温度为t2，塔底某理论板上汽相的露点温度为t3、液相的泡点温度为t4，试按从大到小顺序将以上4个温度排列如下：。t4t3＞t2t1

11、简单蒸馏的主要特点是 __________________________________________。

间歇、不稳定、分离程度不高

12、测得在精馏塔操作中，离开某块理论板的两股物流的组成分别为0.82和0.70，则其中________是汽相组成。 0.82

13、已知在塔顶为全凝器的连续精馏塔中，完成一定分离任务需N块理论板。现若按下图流程设计，则在相同回流比条件下，完成相同的分离任务，所需理论板数将为块。 N-1

L,xL D,xD F,xF W,xW

14、间歇精馏与连续精馏不同点在于：_________________________________________和____________________________________________。前者为非稳态，而后为稳态前者只有精馏段，没有提馏段。

15、某二元理想混合物（相对挥发度为3）中易挥发组分xF0.4（摩尔分率），用平衡蒸馏方法使50%的物料汽化，则汽相中易挥发组分的回收率为。 66% 16、精馏塔中第n1、n、n+1三块实际塔板的板效率小于1，与汽相组成yn相平衡的液

****相组成为xn,则xn____xn，与液相组成xn+1相平衡的汽相组成为yn1,则yn1___yn1｡和

yn___xn1。＜，＞，＞

17、试比较某精馏塔中（从塔顶往下）第n1，n，n1层理论板上参数的大小,即:

yn-1___yn,Tn1___Tn,yn___xn,Tn___tn,Tn___Tn+1｡

（T—气相温度；t—液相温度）＞，＜，＞，＝，＜

18、对于二元理想溶液，x-y图上的平衡曲线离对角线越近，说明该物系。

不容易分离 19、在精馏塔设计中，若xF、xD、R、q、xW相同，则直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比，

DDNT，间NT，直；。 > ， >

F间F直20、某二元物系的相对挥发度α=3,在具有理论板的精馏塔内作全回流精馏操作,已知

x20.3，则y1=____(由塔顶往下数)。 0.794

21、平衡蒸馏和简单蒸馏的主要区别

__________________________________________________。前者为稳态过程，后者为非稳态过程

22、精馏塔设计中，回流比并不总是越大越好，原因是____________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ ____________________________________________________。

回流比增大，所需理论板数减少，塔设备所引起的设备费降低；但冷凝器、再沸器热负荷增大，换热器设备费及加热蒸汽、冷却水所消耗的动力费增大。当R大到一定值后，总费用（设备费和动力费之和）呈现上升趋势。

23、有三个精馏塔分离相同的理想混合液，塔顶冷凝部份如图，塔顶第一板上升气相流率均为Vkmol/s，其摩尔组成均为y1，相对挥发度相同且均为常数。

请对图示的三种冷凝器情况，按从大到小的顺序排列回流液浓度xL1，xL2，xL3，以及产品浓度xD1，xD2，xD3的相对大小： 。 xL1xL3xL2 xD3xD2xD1

V V 全凝分凝全凝分凝全凝 y1 11V V V 34 y1 y1 xL1 xD1 xL2 xD2 xL3 xD3

24、在分离要求一定的条件下，当回流比一定时，________状况进料所需的总理论板数最少。

冷液

25、用连续精馏方法分离双组分理想混合液，原料中含易挥发组分0.40，馏出液中含易挥发组分0.90（以上均为摩尔分率），溶液的平均相对挥发度为2.5，最小回流比为2，则料液的热状况参数q=________。 q=0.38

26、溶液被加热到鼓起第一个气泡时的温度称为温度。泡点

27、气相混合物被冷却到有第一滴液滴析出时的温度称为温度。露点 28、对于二元理想溶液，若轻组分含量越高，则泡点温度。越低 29、对于二元理想溶液，若重组分含量越高，则泡点温度。越高 30、对于二元理想溶液，相对挥发度大，说明该物系。容易分离

31、在相同的外压及温度下，沸点越低的物质其饱和蒸气压。越高 32、完成一个精馏操作的两个必要条件是和塔底上升蒸气。塔顶液相回流 33、为完成精馏操作，需要在设置冷凝器。塔顶 34、为完成精馏操作，需要在设置再沸器。塔底

35、设计一精馏塔时，回流比选的大，则塔板数。少 36、精馏操作中，回流比的上限称为。全回流 37、精馏操作中，回流比的下限称为。最小回流比

38、精馏操作中，全回流时塔顶的产品量。为零

39、精馏操作中，再沸器相当于一块板。理论板

40、用逐板计算法求理论板层数时，用一次方程就计算出一层理论板。

相平衡

41、用图解法求理论板层数时，代表一层理论板。一个梯级 42、精馏操作中，当q=0.6时，表示进料中的含量为60%。液相

43、对于正在操作中的精馏塔，若加大操作回流比，则塔顶产品浓度会。提高

三、单选择题

1、连续精馏塔设计时，当采用塔顶全凝器、泡点回流方案时，为完成分离任务所需理论板数为Ｎ。若采用塔顶分凝器，而回流比和前方案相同时，则完成同样分离任务所需理论板数为Ｎˊ，其相对大小是______。 C

Ａ、Ｎˊ＞Ｎ；Ｂ、Ｎˊ＝Ｎ；Ｃ、Ｎˊ＜Ｎ；Ｄ、判断依据不足。

002、对某双组分理想物系，当温度t=80℃时，PA106.7kpa，PB40kpa，液相摩尔组成

xA0.4，则与此液相组成相平衡的汽相组成yA为。 B

A、0.5 ； B、0.64 ； C、0.72 ； D、0.6

3、恒摩尔流假定主要前提是两组分的分子汽化潜热相近，它只适用于理想物系。此话________。 B

A、对 ; B、错; C、无法判断

4、精馏段操作线方程为：y=0.75x+0.3，这绝不可能。此话______________。A

A、对; B、错; C、无法判断

5、某二元混合物，其中Ａ为易挥发组分，液相组成ｘ＝0.6相应的泡点为ｔ，与之相平衡的汽相组成ｙ＝0.7，相应的露点为T，则：（）。 A

A、ｔ＝T B、ｔ＜T C、ｔ＞T D、不能判断 6、对有恒沸现象的二元体系，用恒沸精馏比萃取精馏好，因为前者能耗小。B

A、对 B、错 C、无法判断

7、在常压下苯的沸点为80.1℃，环己烷的沸点为80.73℃，为使这两组份的混合液能得到分离，可采用哪种分离方法？ C

Ａ、恒沸精馏Ｂ、普通精馏Ｃ、萃取精馏Ｄ、水蒸汽直接加热精馏 8、某二元混合物，汽液相平衡关系如图。t1和t2分别表示图中1，2点对应的温度。则。 D

A、t1t2 B、t1t2 C、t1t2 D、t1与t2大小关系不能判断

1 2 y 1 1 x 0 .

9、精馏塔引入回流，使下降的液流与上升的汽流发生传质，并使上升汽相中的易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是由于________。D

A、液相中易挥发组分进入汽相； B、汽相中难挥发组分进入液相；

C、液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多； D、液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时发生。 10、对于某理想溶液的平衡蒸馏，若维持进料量F、物料温度tF、蒸发室压强P不变，而将物料浓度xF增加，则气相馏出物组成xD ,气相馏出物量D。C、A

A、变大 B、变小 C、不变 D不确定

11、精馏塔设计时，若F、xF、xD、x、V均为定值，将进料热状态从q=1变为q>1，则设计所需理论板数。B

A、多 B、少 C、不变 D、判断依据不足 12、以下说法中不正确的是________。C 精馏段操作线方程式是描述精馏段中

A、某板下降的液体浓度与下一板上升的蒸汽浓度间的关系式； B、某板上升的蒸汽浓度与上一板下降的液体浓度之间的关系式； C、进入某板的气体与液体的浓度之间的关系式；

D、在相邻两板间相遇的汽相与液相浓度之间的关系式。

13、精馏设计时，若回流比R增加并不意味产品D减小，精馏操作时也可能有类似情况。此话___________。A

A、对; B、错; C、无法判断 14、操作中的精馏塔，若保持F、q、xD、V不变，而增大xF，则R、D。 B、A

A、变大 B、变小 C、不变 D、不确定

15、二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化______________。B

Ａ、平衡线；Ｂ、操作线与ｑ线；Ｃ、平衡线与操作线；Ｄ、平衡线与ｑ线。 16、某精馏塔的设计任务为：原料为F、xf，塔顶为xD，塔底为xW，若塔釜上升蒸汽量V不变，加料热状态由原来的饱和蒸汽改为饱和液体，则所需理论板NT。A

A、增加 B、减少 C、不变 D、不确定

17、精馏分离2.5的二元理想混合液，已知回流比R=3，塔顶xD=0.96，测得第三层塔板（精馏段）的下降液体浓度为0.4，第二层板下降液体浓度为0.45，则第三层塔板的汽相单板效率Emv为。 C

A、22.2% B、32.68% C、44.1% D、107.5%

18、被分离物系最小回流比Rmin的数值与___________无关。 D

A、被分离物系的汽液平衡关系； B、塔顶产品组成； C、进料组成和进料状态； D、塔底产品组成。 19、蒸馏是分离（）混合物的单元操作。 B

A、气体； B、液体； C、固体； D、刚体。 20、蒸馏是利用各组分的（）不同的特性实现分离的目的。 C

A、溶解度； B、等规度； C、挥发度； D、调和度。 21、在二元混合液中，（）的组分称为易挥发组分。 A

A、沸点低； B、沸点高； C、沸点恒定； D、沸点变化。 22、在二元混合液中，（）的组分称为难挥发组分。 B

A、沸点低； B、沸点高； C、沸点恒定； D、沸点变化。 23、（）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。 A

A、液相回流； B、进料； C、侧线抽出； D、产品提纯。

24、在（）中溶液部分气化而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。 C

A、冷凝器； B、蒸发器； C、再沸器； D、换热器。 25、再沸器的作用是提供一定量的（）流。 D

A、上升物料； B、上升组分； C、上升产品； D、上升蒸气。 26、（）的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相回流。 A

A、冷凝器； B、蒸发器； C、再沸器； D、换热器。 27、在精馏塔中，原料液进入的那层板称为（）。 C

A、浮阀板； B、喷射板； C、加料板； D、分离板。 28、在精馏塔中，加料板以上的塔段称为（）。 A

A、精馏段； B、提馏段； C、进料段； D、混合段。 29、在精馏塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（）。 B

A、精馏段； B、提馏段； C、进料段； D、混合段。 30、（）是指离开这种板的气液两相相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。 C

A、浮阀板； B、喷射板 C、理论板； D、分离板。

四、判断题：

1、若过热蒸汽状态进料，q线方程的斜率>0；( ) 对

2、理论板图解时与下列参数:F,xF,q，R，α，xD，xW无关；( ) 错

3、连续精馏塔，塔顶及塔底产品分别为D及W，则提馏段液汽比总是大于1，精馏段液汽比总是小于1。( ) 对

4、精馏设计时,采用相同的塔釜蒸发量，则冷加料比热加料需要较少理论板数。( ) 错

五、问答题：

1、试分析精馏过程中回流比大小对操作费与设备费的影响并说明适宜回流比如何确定。

取较小回流比时，为达到一定的分离程度需要的理论板层数要多，使设备费高，随回流比加大，所需理论板数减少，使设备费降低，同时操作费增加；但若继续加大回流比，则会因塔径，换热器的加大，而使设备费又将上升。操作回流比Ｒ应尽可能使设备费与操作费总和为最小，通常取R＝（1.1～2）Rmin。

2、在设计连续精馏塔时，欲保持馏出液组成xD和易挥发组分的收率η不变，试定性判断分别改变如下操作参数（其它参数不变）时所需理论板层数将如何变化：（１）加大回流比R，＿＿＿＿；（２）提高操作压强P，＿＿＿＿；

（３）提高加料温度t，回流比R保持不变＿＿＿＿＿；（４）增加生产能力30％（仍能正常操作）。＿＿＿＿

(1)ＮT↓； (2)α↓，ＮT↑； (3)ｑ↓，ＮT↑； (4)不变 3、精馏操作时，若F、xF、q、R均不变，而将塔顶产品量D增加，其结果将导致塔顶组成

xD、塔底残液xW如何变化？试定性分析。 xD、xW均下降。

理由：由F不变、D增加可知W变小；由F、q、R不变，可知V，R1Dq1F随D增大而增大，因而，提馏段操作线斜率提高，xW。

至于xD的变化情况需用排除法确定，过程如下：R不变，则精馏段操作线斜率不变。假设xD不变或变大，作图可知，理论板数均比原工况时的多（见附图1、2），这与理论板数固定相矛盾。所以，xD只能变小。

LVWW将变小，提馏段理论板分离能力1VVV 附图附图2’

4、某板式精馏塔，提馏段ｎ'板上液相浓度为Xn，试在下面yx图中表示该板下一层板上升的汽相组成yn1。如ｎ'板为理论板，标示出ｎ'板上升蒸汽的组成。如n'板为实际板，定性标示出n'板上升蒸汽组成。

，

5、简述简单蒸馏与精馏的区别。

简单蒸馏是一次部分气化与部分冷凝，而精馏则是多次部分气化与部分冷凝。

6、精馏塔的塔顶和塔底为什么要分别设置冷凝器和再沸器?

冷凝器提供液相产品与液相回流，再沸器提供塔内上升的蒸气。 7、设计一精馏塔时，回流比选取的大小对塔板数有何影响?

回流比越大，达到要求的分离精度所需要的塔板数越少。

8、精馏操作中，在下限操作时，能否达到所要求的分离精度？为什么?

不能，若要达到所要求的分离精度需要有无穷多块理论板，实际上是不可能的。 9、精馏操作中，在上限操作时对实际生产有无意义？一般在什么情况下采用?

在上限操作时，产品量为零，对实际生产无意义，一般在科研、装置开工期间或紧急停工时采用。

10、为什么再沸器相当于一块理论板?

在再沸器中，物料又一次部分气化，气液两相达到平衡，与理论板的效果相同。 11、用逐板计算法求理论板层数时，为什么用一次相平衡方程就计算出一层理论板?

使用一次相平衡方程，就意味着物料达到一次气液平衡，就相当于越过一块理论板。 12、用图解法求理论板层数时，为什么一个梯级代表一层理论板?

每一个梯级与平衡线相交一次，表示汽、液两相达到一次平衡，因此代表一层理论板。

13、对于正在操作中的精馏塔，若改变其操作回流比，对塔顶产品浓度会有何影响?

回流比越大，塔顶产品浓度越高。

14、设计一精馏塔时，进料量对塔板层数有无影响？为什么?

进料量对塔板层数无影响，影响塔板层数的因素主要有进料和产品的浓度、进料热状况以及回流比。

15、用q代表进料热状况，说明q=0，q=1，0＜q＜1时的意义。

q=0表示饱和气相进料，q=1表示饱和液相进料，0＜q＜1表示气液混合进料。 16、塔板的作用是什么?

塔板的作用是提供气液接触的场所。

六、计算题：

1、（15分）

分离苯一甲苯混合液，原料液中含苯0.5（摩尔分率，下同），泡点进料，馏出液中要求含苯0.95，塔顶用分凝器一全凝器流程（如图），测得塔顶回流液中含苯0.88，离开塔顶第一层理论板的液体含苯0.79，求：

(1)操作条件下平均相对挥发度； (2)操作回流比R；

(3)最小回流比Rmin。

V 分凝器全凝器 L D,xD

解：（1） xD

xL 将xD0.95,xL0.88代入得：

1(1)xL0.88 0.95 解之得： 2.59 (5分)

1(1)0.88xL2.590.790.907 (2)设离开第一块理论板的汽相组成为y1，y11(1)xL11.590.79Vy1LxLDxDV0.907L0.88D0.95又 VLD(R1)D 即 V(R1)D

LRDLRD解之得： R1.59 （5分）

xF2.590.5*0.721 （3）q1, yF1(1)xF11.590.5 Rmin*xDyF0.950.721*1.04 （5分） yFxF0.7210.52、（15分）

由一层理论板及塔釜组成的常压连续回收塔，每小时加入甲醇水溶液100kmol，其中甲醇含量为0.3（摩尔分率，下同），要求塔顶得到甲醇含量为0.6的馏出液。塔顶采用全凝器，泡点进料，塔内只有一层理论板，料液就在这一板上加入，且不用回流。在操作范围内，相对挥发度5.8。试求：（1）釜液组成；

（2）馏出液量（kmol/h）。

解：（1）如图所示。

y1 D,xD F,xF L x1 yW W, xW

y1xD0.6

y10.6x10.205 （5分）

(1)y15.84.80.6L'F,V'VD

WxFxFDxDL'FyW'x1Wx 1'VVDD1001000.3D0.6 0.205DD9.5 （1）（5分） 0.6DxW5.8xW又 yW （2）

1(1)xW14.8xWF(xFxW)100(0.3xW)30100xW且 D （3）

xDxW0.6xW0.6xW5.8xW9.5(0.6xW)0.6将式2、3代入式1得：

14.8xW30100xW解之得：xW0.0914 xW0.396（舍去）

（2）将xW0.0914代入式3得： D41.01kmol/h （5分） 3、（15分）

在常压连续精馏塔内分离苯和甲苯混合液，混合液的流量为1000kmol/h，其中含苯40%，要求塔顶馏出液中含苯90%，塔釜残液中含苯2%（均为摩尔分率）。泡点进料，塔顶冷凝器为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，取回流比为最小回流比的1.5倍。全塔平均相对挥发度为2.5。试求：

（1）塔顶与塔底产品量D、W；（2）回流比R；

（3）从上往下数的塔内第二块理论板上升气体组成；

（4）若在塔操作中，将进料状态改为饱和蒸汽进料，而保持F、R、D、xF不变，此时能否完成分离任务？为什么？解：（1） FDW 即

FxFDxDWxW100DW 1000.4D0.9W0.02解之得：D=43.2kmol/h （3分）

W=56.8kmol/h 86

xe2.50.40.625

11xe11.50.4xye0.90.625RminD1.22yexe0.6250.4 （3分） R1.5Rmin1.51.221.83xR1.830.9（3）精馏段操作线方程： yn1xnDxn0.65xn0.318

R1R12.832.83｛2｝泡点进料，xexF0.4 yey1xD0.9 x1y10.90.783

(1)y12.51.50.9y20.65x10.3180.650.7830.3180.827 （4分）

（4）F、R、D不变，而进料状态由饱和液体改为饱和蒸汽时，q，故VR1D LVWWq1F随q而，1，提馏段塔板分离能力，xW必，又由全塔物

VVV料衡算可知，xD。可见不能完成分离任务。（5分） 4、（15分）

由一层理论板与塔釜组成的连续精馏塔，每小时向塔釜加入含甲醇40%（摩尔分率）的甲醇水溶液100kmol，塔顶采用全凝器，塔釜间接蒸汽加热，回流比R=3，要求塔顶馏出液组成xD=0.84，在操作条件下的平衡关系为y0.45x0.55，求：

（1）塔釜组成x；

（2）每小时能获得的馏出液量D。解：（1）y1xD0.84 x1y10.550.840.550.644 （4分）

0.450.45xR30.84y2x1D0.6440.693 （4分）

R1R144y0.550.6930.55xW20.318 （3分）

0.450.45(2) D5、（15分）

F(xFxW)100(0.40.318)15.7kmol/h （4分）

xDxW0.840.318组成为xF0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中气液摩尔比为12，塔顶

xD0.95（以上均为摩尔分率），塔顶易挥发组分回收率为95%，回流比R1.5Rmin，塔

釜间接蒸汽加热，相对挥发度2.5，试求：

(1)原料中汽相和液相组成； (2)列出提馏段操作线方程；

解：(1)设原料中汽相组成为ye，液相组成为xe，则

21yxexFe33  将xF0.45，2.5代入得：

xeye1(1)xe21yxe0.45e33 解之得：xe0.375 ye0.6 （5分）

2.5xeye11.5xe(2) qxye0.950.621.556 R1.5Rmin1.51.5562.334 RminDyexe0.60.3753DxDxD0.450.95 0.95F0.950.45 FxFFxD0.95WxDxDWxWDx1 W1D0.05 （5分） FxFFxFFxFFxF2D2.3340.45qLRDqF31.47 F'V(R1)D(q1)F(R1)D(q1)3.3340.45(21)F3WxW0.05FxF0.05xF0.050.450.0193 'D2V(R1)D(q1)F(R1)(q1)3.3340.45(1)F3'RWxL'1.47x0.0193 （5分） 提馏段操作线方程为：y'xW'VV6、（15分）

在一连续常压精馏塔中分离某理想混合液，xD0.94，XW=0.04。已知此塔进料q线方程为采用回流比为最小回流比的1.2倍，混合液在本题条件下的相对挥发度为2，y6x1.5y，求：

（1）精馏段操作线方程。

（2）若塔底产品W＝150kmol/h，求进料量F和塔顶产品量D。（3）提馏段操作线方程。解：（1）由q线方程

xq6,F1.5q1q1q1.2,xF0.32x与 y6x1.51x得 xq0.333,yq0.5联立方程 y

RminxDyqyqxq0.940.52.635

0.50.333R1.2Rmin1.22.6353.162

yxRxD0.76x0.226 （5分） R1R1（2）FDW

FxFDxDWxWD=60.94kmol/h F=210.94kmol/h （5分）

VR1Dq1F60.944.1621.21210.94285.8kmol/h（3）

LLqFRDqF60.943.1621.2210.94445.8kmol/hywxLxW1.507x0.0203 （5分） VV7、（15分）

一常压连续操作的精馏塔，用来分离苯和甲苯混合物。混合物含苯0.6摩尔分率，以100Kmol/h流量进入精馏塔，进料状态为气液各占50%摩尔数，操作回流比为最小回流比的1.5倍；要求塔顶馏出液组成为0.95(苯的摩尔分率，下同)，塔底釜液组成为0.05。在操作条件下，苯和甲苯的相对挥发度为2.5。试求：（1）塔顶和塔底产品量；（2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）提馏段操作线方程。

FDW解：（1）由 

FxDxWxDWF得DF(xFxW)100(0.60.5)61.11kmol/h

xDxW0.950.0589

WFD10061.1138.89kmol/h （4分）

（2）由题可知：q0.5

q线方程为：y0.5xx0.51F0.51

yx1.2 ①

平衡线方程为：yx1(1)x

y2.5x11.5x ②

令①=②并化简得：1.5x21.7x1.20 求得q线与平衡线交点：

xq0.492，yq0.708

RxDyq0.950.708miny0.7080.4921.12 （5分）

qxq（3）R1.5Rmin1.51.121.68

yRxnx1.68xnn1(R1)D(R1)1.6810.951.681 （3分）yn10.627xn0.354（4）L'LqFRD0.5F1.6861.110.5100152.66

V'V(q1)FD(R1)(0.51)100113.77V

yLx'mWx152.66xm0.0538.89m1V'WV'113.77113.77 ym11.34xm0.017 （3分）8、（15分）

一连续精馏塔，泡点进料。已知操作线方程如下：精馏段 y0.8x0.172 提馏段 y1.3x0.018

求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。解：由精馏段操作线方yR1R1xR1x221x1D210.90.667x0.3

R10.8，得R4； xD0.172，得xD0.86 5分 R1R1将提馏段操作线方程与对角线方程yx联立

y1.3x0.018 解得x0.06，即xw0.06 5分 yx将两操作线方程联立

y0.8x0.172 解得x0.38 y1.3x0.018因是泡点进料，q1，q线垂直，两操作线交点的横坐标即是进料浓度， ∴xF0.38 5分

9、（15分）

用一连续精馏塔分离由组分A、B所组成的理想混合液。原料液中含A 0.44，馏出液中含A 0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最小回流比为1.63，说明原料液的热状况，并求出q值。

解：采用最小回流比时，精馏段操作线方程为 yn1即yRmin1xnxD

Rmin1R11.631x0.9570.62x0.364 5分

1.6311.631由相平衡方程 yx，

1(1)x得y2.5x2.5x 5分

1(2.51)x11.5xy0.62x0.364联立两方程 ，解得 x0.367，y0.592 2.5xy11.5x此点坐标（0.367，0.592）即为(xq,yq)。

因xF0.44，即xqxFyq，说明进料的热状况为气液混合进料。由q线方程 yqqxxF， q1q1此线与平衡线的交点即是操作线与平衡线的交点有 0.592qq0.3670.44 q1q1 91

解出q0.676 5分

10．（15分）

用连续精馏塔每小时处理100kmol含苯40%和甲苯60%的混合物，要求馏出液中含苯90%，残液中含苯1%（组成均以mol%计），求：

（1）馏出液和残液的流率（以kmol/h计）；

（2）饱和液体进料时，若塔釜的气化量为132kmol/h132，写出精馏段操作线方程。解：（1）FDW100DW 代入数据

FxFDxDWxW1000.40.9D0.01W解此方程组，得 D43.8kmol/h，W56.2kmol/h 5分（2）饱和液体进料时，VV，即V132kmol/h，则

'LVD13243.888.2kmol/h

L88.2R2

D43.8精馏段操作线方程

yRR21xxDx0.90.667x0.3 10分 R1R12121

第六章吸收

一、选择题（每题2分）

１、对极易溶的气体，气相一侧的界面浓度yi__________ye。 A 大于 B 等于 C 接近于 D 小于 C

2、在吸收塔设计中，当吸收剂用量趋于最小用量时，____________________。

A 回收率趋向最高； B 吸收推动力趋向最大 C 操作最为经济； D 填料层高度趋向无穷大 D

3、选择题：（按A 增加 B减少C 不变 D 不定填入括号内）随温度增加，气体的溶解度（），亨利系数E（）。 B A

4、选择题：（请按A 增加 B 减少C 不变填入括号内）对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当温度和压力不变，而液相总浓度增加时其溶解度系数H 将（），亨利系数Ｅ将（）。 C C

5、选择题：（请按A增加 B 减少 C 不变填入括号内）

在常压下用水逆流吸空气中的CO2，若将用水量增加，则出口气体中的CO2含量将（）气相总传质系数Ky将（），出塔液体中CO2浓度将（）。

B A B 6、选择题：（按 A增加 B减少C 不变填入括号内）含低浓度溶质的气体在逆流吸收塔中进行吸收操作，若其他操作条件不变，而入口气体量增加，则对于气膜控制系统：其出口气体组成y2将（）；出口液体组成x1将（）；溶质回收率将（）。 A A B

7、当系统服从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍则与之平衡的气相浓度（或分压）——————。

A y增大一倍 B p增大一倍 C y减小一倍 D p减小一倍。 C

8、对含低浓度溶质的气体与溶液的平衡系统，溶质在气相中的摩尔浓度与其在液相中摩尔浓度的差值是__________。

A 正值 B 负值 C 等于零 D 不定 D 9、用水作为吸收剂来吸收某低浓度气体，生成稀溶液（服从亨利定律），操作压力为113kPa，相平衡常数m = 0.25，已知其气膜吸收分系数kG=1.2310-2kmol/(m2hkPa)，液膜吸收分系数kL=0.85m/h，则该系统属于__________控制过程。 A 气膜控制 B 液膜控制 C 双膜控制 D 不确定 A

10、吸收塔设计中，最大吸收率max与_____无关。

A 液气比 B 液体入塔浓度x2 C 相平衡常数m D 吸收塔型式 D

11、在吸收中，当相平衡关系为直线，且气液浓度都很低时，以下说法中_________是错误的。

A ky沿塔高的变化可以忽略不计 B Ky随浓度的变化可以忽略不计

C kx随塔高的变化可以忽略不计 D Ky随溶解度系数的变化可以忽略不计。 D

12、只要组分在气相中的分压__________液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行，直至达到一个新的平衡为止。

A 大于 B 小于 C 等于 D 不等于

13、吸收中，温度不变，压力增大，可使相平衡常数＿＿＿＿＿（增大，减小，不变），传质推动力＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ A 增大 B 减小 C 不变 B C

14、在填料塔中用清水吸收混合气中NH3,当水泵发生故障水量减少时,气相总传质单元数NOG___________

A 增加 B 减少 C 不变 A

15、根据双膜理论,当被吸收组分在液体中溶解度很小时,以液相浓度表示的总传质系数 ___________

A 大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C 小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数Ｂ

16、单向扩散中的漂流因子_____。 A >1 B <1 C =1 D 不一定 A

17、已知SO2水溶液在三种温度t1 、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm, E2=0.011atm,E3=0.00652atm,则______

A t1t3 C t2t2 A

18、低浓度液膜控制系统的逆流吸收，在塔操作中，若其他操作条件不变，而入口气量有所增加，则：

液相总传质单元高度HOL（A 增加 B 减少 C 基本不变 D 不定）

液相总传质单元数NOL（ A 增加 B 减少 C 基本不变 D 不定）气相总传质单元高度HOG（A 增加 B 减少 C 基本不变 D 不定）操作线斜率将（A增加 B 减少 C 基本不变 D 不定） C C A B

19、采用化学吸收可使原来的物理吸收系统的液膜阻力（A 增加 B 减少 C 不变）气膜阻力（A 增加 B 减少 C 不变）。

B C

20、某吸收过程，已知其气相传质分系数ky=410-4kmol/(m2s)，液相传质分系数

kx=810-4kmol/(m2s) 由此可判断该过程为__________。

A 液膜控制 B 气膜控制 C 判断依据不足 D 气膜阻力和液膜阻力相差不大 C

21、在以下情况中，哪一个属液相扩散控制？_________ A 操作线极平（斜率极小） B 溶解度系数H极高；

C 平衡线为y=mx，常数m极小 D 系统服从亨利定律，亨利系数E极高。 D

22、两个低浓度溶质的汽液平衡系统。系统1液相总浓度大于系统2，若浓度溶质相等，气相分压相等，则溶解度系数H1________H2，亨利系数E1_________E2

A 大于 B 小于 C 等于 D 不确定 C A

23、扩散通量式 JA=-D(dCA/dZ)

A 可以用于多组分系统 B只能用于双组分系统, 但可以同时用于液相或气相系统 C只能用于稀溶液 D 只能用于理想气体 E 只能用于液相 B

24、在双膜模型中，气液界面没有传质阻力的假定等同于下述论点____________。

A y*=y B x*=x C xi*=xi D yi=xi C

25、传质速率NA等于扩散通量JA的条件是____________。

A 单向扩散 B 等分子相互扩散 C 湍流流动 D 稳定过程 B

26、双组分气体（A、B）在进行定常分子扩散，JA及NA分别表示在传质方向上某截面处溶质A 的分子扩散速率与传质速率，当整个系统为单向扩散时：

┃JA┃（A 大于 B 等于 C 小于）┃JB┃ ┃NA┃（A 大于 B 等于 C 小于）┃NB┃

B A

27、双组分理想气体混合物中，组分A 的扩散系数是——————（A系统的物质属性 B 组

分A 的物质属性C 只取决于系统的状态）；当系统总浓度增加时，此扩散系数将——————（A增加B 减少 C不变 D 不定）；当系统中组分B 的分子量增加时，此扩散系数将

。 ——————（A 增加B减少 C不变 D 不定）

A B B

28、在一个低浓度液膜控制的逆流吸收塔中，若其他操作条件不变，而液量与气量成比例同时增加，则：

气体出口组成y2为（A 增加 B 减少 C 不变 D 不定）液体出口组成x1为（A 增加 B 减少 C 不变 D 不定）回收率将（A 增加 B 减少 C 不变 D 不定） A B B 29、对解吸因数

1＝0.6的系统进行逆流吸收，相平衡关系y＝mx，当塔高为无穷大时，若A系统压力减小一倍，而气液摩尔流量与进口组成均不变，则此时气体入口组成y1将__________ ye 。

A 大于 B 小于 C 等于 D 不确定 C

30、对常压操作的低浓度吸收糸统，当糸统总压在较小范围内增加时，亨利糸数E将（），相平衡常数将（），溶液解糸数H将（）。 A 增加 B 降低 C 不变 D 不确定 C B C 31、操作中的吸收塔，当其它操作条件不变，仅降低吸收剂入塔浓度，则吸收率将（）；又当用清水作吸收剂时，当其它操作条件不变，仅降低入塔气体浓度，则吸收率将（）。

A 增大 B 降低

C 不变 D 不确定 A C

32、低浓度逆流吸收操作中，若其它操作条件不变，仅增加入塔气量，则气相总传质单元高度将（）；气相总传质单元数将（）。

A 增加 B减少

C 不变 D不确定； A B

33、“液膜控制”吸收过程的条件是（）

A易溶气体，气膜阻力可忽略 B难溶气体，气膜阻力可忽略 C易溶气体，液膜阻力可忽略 D难溶气体，液膜阻力可忽略 B

二、填空题（每题2分）

1、如图所示为同一温度下A、B、C三种气体在水中的溶解度曲线。由图可知，它们溶解度大小的次序是______________________；因为_____________________________________。

p kPa A B C 0 C kmol/m3

C >B > A，在相同气相分压下，CceCBeCAe

2、由于吸收过程气相中的溶质分压总是__________液相中溶质的平衡分压，所以吸收过程的操作线总是在其平衡线的__________。大于，上方

3、对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则该塔的HOG将__________，NOG将__________ 。不变，变大

4、某低浓度气体吸收过程,已知:相平衡常数m=1,气膜和液膜体积吸收系数分别为kya=2×10-4Kmol/(m3 s),kxa=0.4kmol/(m3.s)。则该吸收过程为_________膜阻力控制。气膜阻力占总阻力的百分数为______;该气体为_____溶气体。漂流因数可表为______,它反映_____________________。

气膜 100% 易 P/PBm 由于总体流动的存在使传质速率比单纯分子扩散增加的倍数。

5、在某填料塔中，用清水逆流吸收某溶液，如果被吸收下来的溶质量为NA时，可使出塔溶液达到平衡，其组成为x1e，则此时溶剂用量最小，其值Lmin＝__________。

NAx1e

6、对低浓度溶质的气液传质系统A、B，在相同操作条件下，A系统中的溶质溶解度较B系统中的溶质溶解度高，则A系统的亨利系数EA____EB,相平衡常数mA_____mB。 <，< 7、在101.3kPa、20℃下，某低浓度气体被清水吸收，气相传质分系数kG=9.8710-4 kmol/(m2h kPa)，液膜吸收分系数kL=0.25 kmol/(m2hkmol/m3)，溶质的溶解度系数H＝1.48 kmol/(m3 kPa)，则该溶质为__________溶气体，气相总传质系数Ky=__________ kmol/(m2h)，液相总传质系数Kx=__________ kmol/(m2h)。易，0.1，0.0369

8、对低浓溶质的气液平衡系统，当系统温度增加时，其溶解度系数E将__________；而气相分压不变，当系统中液相总浓度增加时，其平衡常数m将__________。增加，增加

9、吸收塔底部的排液管成Ｕ形，目的是起＿＿＿＿＿＿作用，以防止＿＿＿＿＿＿＿。操作中的吸收塔，若使用液气比小于设计时的最小液气比，则其操作结果是吸收效果＿＿＿＿＿＿＿＿；若吸收剂入塔浓度ｘ2降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率＿＿＿＿＿＿＿出口气体浓度＿＿＿＿＿＿＿。液封作用气体倒灌

达不到要求吸收率增大，出口气体浓度降低

10、若某一低浓气体吸收塔的气相总传质单元数NOG＝1，这就意味着此塔的气相进出口浓度差将等于________________________________________ 。气相平均总推动力

11、某操作中的吸收塔，用清水逆流吸收气体混合物中A组分。若进塔气体浓度y1下降，其余操作条件不变，则回收率将 __________。不变

12、在常压下，测定知稀水溶液中溶质A的摩尔浓度为0.56kmol/m3，此时气相中A的平衡摩尔分率为0.02，则此物系的相平衡常数m = __________ 。若将总压增加一倍，则相平衡常数m = __________。 2、1

13、总传质系数与分传质系数之间的关系可以表示为1/KL=1/kL+H/kG其中1/kL表示__________,当_______________项可忽略时,表示该吸收过程为液膜控制。液膜阻力气膜阻力 H/kG

14、亨利定律的表达式之一为p=Ex,若某气体在水中的亨利系数E值很大,说明该气体为______________气体。难溶

15、低浓气体吸收中,已知平衡关系y=2x, ky=0.2 kmol/m2.s, kx=2×10-4 kmol/m2.s,则此体系属_______控制，总传质系数近似为kx=_________ kmol/m2.s 。液膜 2×10-4

16、液相中，液相粘度增加则物质的扩散系数__________。减小

17、写出以下形式的传质速率方程：NA=KG ( __________ )。式中KG为总传质系数，kmol/(m2hkPa)。 p – p* 18、双组分理想气体中进行定常单向扩散，如维持气相总摩尔浓度及溶质的摩尔浓度梯度不变，则：当气相中溶质摩尔浓度增高时，溶质通量NA将＿＿＿＿＿＿＿＿。当系统温度升高时NA将＿＿＿＿＿＿＿＿。当系统总压降低时NA将＿＿＿＿＿＿＿＿。增加增加减少

19、一般而言，两组分A、B的等摩尔相互扩散体现在__________单元操作中。精馏 20、在气体吸收中，若可溶气体组分的浓度越大，则总体流动对传质的影响______________。也越大

21、在一个稳定的传质过程中，若两点间传质推动力越大，则表明此两点间的传质阻力__________。越大 22、漂流因数可表示为__________，它反映了________________________________________。

PpBm，总体流动对传质速率的影响。

23、对气膜控制的系统,气体流量越大,则气相总传质系数Ky_________,气相总传质单元高度HOG___________。越大；越大

24、对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统A.B.在同样条件下,A系统中溶质的溶解度较

，

B系统中溶质的溶解度为高,则A 系统的溶解度系数(kmol3/m3.kPa)HA ____HB,亨利系数

，，

EA____EB,相平衡常数 mA___mB。

大于小于小于

25、吸收过程物料衡算时的基本假定是：

⑴＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

⑵＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。气相中惰性气体不溶于液相吸收剂不挥发

26、接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增加时，亨利系数E＿＿＿＿，相平衡常数m＿＿＿＿＿＿＿，溶解度系数H＿＿＿＿＿＿＿。不变减少不变

27、在设计吸收塔时，增加吸收剂用量，将使操作线的斜率__________和吸收过程的推动力_______。变大变大

28、实验室用水逆流吸收空气中的CO2，当水量和空气量一定时，增加CO2量，则入塔气体浓度________，出塔气体浓度_______，出塔液体浓度______ 增加增加增加

29、吸收总推动力用气相浓度差表示时，应等于________________和______________________________之差。

气相主体摩尔浓度同液相主体浓度相平衡的气相浓度 30、完成下列方程，并指出吸收糸数的单位。 Nkci k的单位__________________. 

KG 的单位_______________.

NKGpNAk.CiC m NAKG.PP Kmol2

sm.s.KPa31、吸收过程中的传质速率等于分子扩散速率的条件是___________________

层流或静止。

32、实验室用水吸收空气中的C02，基本属于_________控制，其气膜中的浓度梯度________液膜中的浓度梯度，气膜阻力______液膜阻力。液膜控制小于小于

33、享利定律是____________________________________________________。其数学表达式__________._____________._______________.____________。总压不太高时，在一定温度下，稀溶液上方溶质组分的平衡分压与它在液相中的浓度之间的关系。pE.x，

pCH*，ymx，YmX。

*34、所谓气膜控制，即吸收总阻力集中在______一侧，而_______一侧阻力可忽略；如果说吸收质气体是属于难溶气体，则此吸收过程是________控制。气膜液膜液膜。

35、填料层高度的计算将要涉及_________.__________与_________这三种关系式的应用。

物料衡算传质速率相平衡

36、在选择吸收剂时，应主要考虑的4个方面是_____________、___________、_____________、______________。

溶解度选择性挥发度粘性。

37、对于低浓度气体吸收操作，在求传质单元数时，解析法的适用条件是__________________，对数平均推动力法的适用条件是__________________，梯级图解法的适用条件是____________, 图解积分法的适用条件是_______。

操作范围内平衡线为直线操作范围内平衡线为直线操作范围内平衡线弯曲程度不大各种情况。

38、生产上常见的脱吸方法有___________、____________、__________。

通入惰性气体通入水蒸汽降压

39、吸收操作的依据是＿＿＿＿＿，以达到分离气体混合物的目的。混合气体中，能够溶解于溶剂中的组分称为＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿。

各组分在同一种溶剂中溶解度的差异吸收质溶质 40、由于吸收过程中气相溶质分压总是＿＿＿＿＿溶质的平衡分压，因此吸收操作线总在平衡线的＿＿＿＿＿。大于上方。

41当V，Y1，Y2及X2一定时，增加吸收剂用量，操作线的斜率＿＿＿＿，吸收推动力＿＿＿＿；此斜率又称为＿＿＿。增大增加液气比

42吸收因数S可表示为＿＿＿＿＿，它是＿＿＿＿＿＿＿＿＿与＿＿＿＿＿＿＿得比值。 MV/L 平衡线斜率m 操作线斜率L/V

43当吸收剂用量为最少用量时，吸收过程的推动力为＿＿＿＿＿，则所需填料层高度将为＿＿＿。

零无限高

44双膜理论是将整个相际传质过程简化为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。经由气、液两膜层的分子扩散过程

45用水吸收氨-空气混合气体中的氨，它是属于＿＿＿＿＿控制的吸收过程，对于该过程来说，要提高吸收速率，则应该设法减小＿＿＿＿＿。气膜气膜阻力

46求传质单元数时，对于低浓度气体吸收，当平衡线为直线可用＿＿＿＿＿法，当平衡线为弯曲程度不大的曲线时可用＿＿＿＿＿法，当平衡线为任意形状曲线时可用＿＿＿＿＿法。

解析法梯形图解图解积分

47在吸收过程中，由于吸收质不断进入液相，所以混合气体量由塔底至塔顶＿＿＿＿＿。在计算塔径时一般应以＿＿＿＿＿的气量为依据。逐渐减少塔底

48 气体吸收计算中表示设备(填料)效能高低的一个量是________,而表示传质任务难易程度的一个量是____________。传质单元高度传质单元数

三、判断题（每题1分）

(1) 在相际传质中,由于两相浓度相等,所以两相间没有净物质传递。( ) × (2)计算填料层的高度可以用传质单元数乘上填料的等板高度。( ) ×

(3)当亨利系数E很大时,根据双膜理论,可判断过程的吸收速率为气膜控制。( ) ×

(4)对某一吸收系统,如果1/ky>>1/kx,则为气膜控制;1/ky<<1/kx,则为液膜控制。( ) × （5）在吸收计算中，用摩尔比组成来表示是为了计算上的方便。（）√

（6）吸收操作线总是位于平衡线的上方是由于气相中的温度高于液相中的温度。（）× （7）一个气相传质单元高度是指这段填料层内的浓度变化与推动力相等。（）×

（8）用水吸收空气中微量氨的操作，在一定的温度和压强下，只要用水量足够小，接触时间足够长，就能得到很浓的氨水（）×

（9）亨利定律是描述互成平衡的气，液两相间组成关系的。所以可用于任意条件下的气，液平衡计算（）×

（10）扩散系数是物质的特性常数之一，其值可由实验测定，或从手册中查得（）√ （11）在吸收计算中，为方便起见，常采用物质的量之比Y和X分别表示气、液两相的组成（）√ （12）利用相平衡关系可判断过程进行的方向，若气相的实际组成Y小于与液相呈平衡的组

成Y(=mx)，则为吸收过程（）×

（13）一般来说，增大吸收剂用量，降低入口温度和组成，都可增大吸收推动力，从而提高吸收率（）√

(14)加压和降温对吸收操作有利,升温和减压有利于脱吸过程。（）√ （15）在同一溶剂中，难溶气体的E值很小，而易溶气体的E则很大。（）× （16）漂流因数反映总体流动对传质速率的影响。（）√ （17）分子扩散系数简称扩散系数，它不是物质的特性常数。（）× （18）对流传质是指在运动着的流体与相界面之间的传质过程。（）√

（19）双膜理论把复杂的相际传质过程归结为经由两个流体膜层的分子扩散过程。（）√ （20）吸收过程的总推动力应该用任何一相的主体组成与其平衡组成的差值来表示。（）√

（21）用水吸收氧气和二氧化碳的过程，都是气膜控制的吸收过程。（）×

（22）体积吸收系数的物理意义是单位推动力下，单位时间、单位体积填料层内吸收的溶质量。（）√

（23）传质单元数反映吸收过程的难易程度。（）√ （24）脱吸因数是平衡线斜率与操作线斜率的比值。（）√

（25）吸收过程进行的方向与限度不取决于溶质在气液两相中的平衡关系。（）× （26）对于一定的溶质和溶剂，H值随温度升高而减小。（）√ （27）易溶气体的H值很小，难溶气体的H值则很大。（）×

（28）一切偏离平衡的气液系统都是不稳定，溶质必由一相传递到另一相，其结果是使气液两相渐趋于平衡。（）√

（29）传质过程的推动力通常用一相的实际组成与其平衡组成的偏离程度表示。（）√ （30）发生在流体中的扩散有分子扩散与涡流扩散两种。（）√

（31）若混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分皆可认为不溶解于吸收剂，这样的吸收过程称为单组分吸收。（）√

（32）如果混合气体中有两个或多个组分进入液相，则称为多组分吸收。（）√ （33）吸收过程进行的方向与限度取决于溶质在气液两相中的平衡关系。（）√ （34）当气相中溶质的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由气相向液相转移，即发生吸收过程。（）× （35）当气相中溶质的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由液相向气相转移，即发生解吸过程。（）√

（36）吸收操作中，液相温度远远低于其沸点，溶剂没有显著的汽化现象。（）√ （37）经过吸收操作，能直接取得较纯净的溶质组分。（）× （38）吸收是净化工业废气常用的方法之一。（）√

100

三、名词解释(每题2分)

1、吸收：利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的操作称为吸收。

2、分子扩散：是凭借流体分子无规则热运动而传递物质的，发生在静止或层流流体里的扩散就是分子扩散。

3、扩散通量：单位面积上单位时间内扩散传递的物质量称为扩散通量，其单位为kmol/m2.s。 4、涡流扩散：凭借流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象，称为涡流扩散。

5、体积吸收系数：是在单位推动力下，单位时间、单位体积填料层内吸收的溶质量。 6、脱吸因数：是平衡线斜率与操作线斜率的比值，量纲为1，S=mV/L。 7、吸收因数：是操作线斜率与平衡线斜率的比值，量纲为1，A=L/mV。

8、喷淋密度：单位时间内喷淋在单位塔截面积上的液相体积，m3/（m2h）即m/h。 9、脱吸：使溶解于液相的气体释放出来的操作称为脱吸。

四、问答题

1、解释公式1/Kx=1/kx+1/mky的物理意义;

对易溶气体吸收时,欲提高总传质系数,主要可采取什么措施?为什么?(4分)

1/Kx表示以液相组成表示的跨过两膜的总阻力,该总阻力等于气膜与液膜阻力的加和(1/kx表示液膜阻力,1/mky表示气膜的阻力)。(2分)

对易溶气体,欲提高Ky,应加大气相湍动或流速,以加大ky(因为ky∝U0.8)。 (2分) 2、含低浓度溶质和混合气体与溶剂进行并流吸收，如下图所示：

①请在y--x图上示意画出操作线，并标明端点组成。 ②标出用气相组成表示的塔顶及塔底的推动力。

③如液气比L/G 增加，请示意表明操作线的变化。(4分)

101

(4分)

3、逆流解吸塔如右图，其操作线与平衡线如左图，请在左图上标出①塔顶和塔底气液组成②以气相浓度差表示的塔底和塔顶的总推动力；③画出最小气液比下的操作线，并列出其计算公式。(5分)

(3分)

102

xx2xx2G1 (2分) 1Lyymxymin1e212

五、计算题

1、常压25C下，气相溶质A的分压为5.47kPa的混合气体与溶质A浓度为0.003kmol/m3的水溶液接触，求溶质A在两相间的转移方向。

若将总压增至5大气压，气相溶质的摩尔分率保持原来数值，则A的传质方向又如何？(10分)

解：操作条件下，体系符合亨利定律，亨利常数E1.52105kPa。

对于稀水溶液，总摩尔浓度c100055.56kmol/m3 (2分)

18c于是：x110.0035.40105 (2分)

c55.56 * (2分) pEx11.521055.401058.2kPa可见p*p11.525.47kPa，传质方向从液相到气相。 (2分) 若总压增大到5atm，则气相分压p1'55.4727.35kPa，

可见p*p1'，故传质方向从气相到液相。 (2分)

2、在总压P=500 kN/m2、温度t=27℃下使含CO23.0%(体积%)的气体与含CO2370g/m3的水相接触,试判断是发生吸收还是解吸?并计算以CO2的分压差表示的传质总推动力。(10分) 已知:在操作条件下,亨利系数E1.73105KN/m2。水溶液的密度可取1000kg/m3,CO2的分子量44。

解：主体中CO2的分压为 pco25000.0315KN/m2

与溶液成平衡的CO2分压为: p*Ex1

对于稀溶液: c100055.56kmol/m3 (4

18 分)

c13700.00841

100044 103

c10.008415421.513104 ∴p*Ex11.73101.5131026.16kN/m c55.56 ∵p*pco2 于是发生解吸作用。 (4 分)

以分压差表示的传质推动力为 pp*p11.16KN/m2 (2 分)

3、在逆流操作的吸收塔中，用纯溶剂等温吸收某气体混合物中的溶质。在常压、27℃下操作时混合气流量为 1200m3/h。气体混合物的初始浓度为0.05（摩尔分率），塔截面积为 0.8m2，填料层高为4m，气相体积总传质系数Kya为 100kmol/m3.h，气液平衡关系符合亨利定律，且已知吸收因数为1.2。试求：混合气离开吸收塔的浓度和回收率。注：计算中可近似用摩尔分率代替摩尔比。(15 分)

1200273/300解：G60.94kmol/m2h

0.822.4 4 HOGG60.940.6094m NOGH6.564 (5分)

Kya100HOG0.6094 x1 yL1111.2 , S0.833 NOGln[(1S)1S] (5分)

A1.2mG1Sy210.05 6.564ln[(10.833)0.833] 10.833y2

y20.00387 y1y21y210.0038792.3% (5分)

y1y10.05NOG4、某厂使用填料塔，以清水逆流吸收某混合气体中的有害组分A 。已知填料层高度为8m。

操作中测得进塔混合气组成为0.06（组分A 的摩尔分率，以下同），出塔尾气中组成为0.008，出塔水溶液组成为0.02。操作条件下的平衡关系为y=2.5x。试求： 1、该塔的气相总传质单元高度；

2、该厂为降低最终的尾气排放浓度，准备另加一个塔径与原塔相同的填料塔。若两塔串联操作，气液流量和初始组成均不变，要求最终的尾气排放浓度降至0.005 ，求新加塔的

填料层高度。注：计算中可近似用摩尔分率代替摩尔比。(15分)

解：1、Ly1y20.060.0082.6 (2分)

Gx1x20.02

y S1m2.50.9615 NOG1ln[(1S)1S]5.80

AL/G2.61Sy2

HOGH81.38m (6分)

NOG5.802、若两塔串联操作,设串联后两塔总填料高H’

y'20.005, 填料相同,流量不变,所以HOG不变 , 则H'HOGN'OG

y N'OG1ln[(1S)1S]9.17 H'1.389.1712.7m (5分)

1Sy2' 于是:新增塔的填料层高HH'H4.7m。 (2分)

5、设计一填料塔,在常温常压下用清水吸收空气-丙酮混合气体中的丙酮,混合气入塔流率为80kmol/h,含丙酮5%(体积%),要求吸收率达到95%。已知塔径0.8m,操作条件下的平衡关系可以y=2.0x表示,气相体积总传质系数Kya=150Kmol/m3.h。而出塔溶液中丙酮的浓度为饱和浓度的70%,试求:

1、所需水量为多少[m3/h];

104

2、所需填料层高度,m;

3、用水量是最小用水量的多少倍。(15分)解：1、y2y1(1)0.05(10.95)0.0025

y10.050.025 (3分) m2.0x170%x*70%0.0250.0175

yy20.050.0025LG180217kmol/h3.91m3/h (4分)

x1x20.01750Y1Y2(ymx1)(y2mx2)10.00698 (2分) 2、 Ymln(Y1/Y2)ln(y1mx1)/(y2mx2) x*

HHOGNOG

11GD2800.824Y1Y24(0.050.025)7.21m (4分) KyaYm1500.00698G(y1y2)/(x1x2)x*L0.025 3、 1.43 (2分) *LminG(y1y2)/(xx2)x10.0175

6、在一吸收塔中，用清水逆流吸收某气体混合物中的溶质组分A，操作条件下的平衡关系为y = 1.2x，操作液气比为1.2，气相入塔含A为0.06（摩尔分率，下同），气相出塔含A为0.01。若气、液初始组成、流量及操作条件不变，当另加一个完全相同的塔，两塔按串联逆流操作组合时，气体最终出塔组成为多少？(10分)

解：低浓度气体吸收

1m1.21,操作线与平衡线平行，即YmY2y2 ALG1.2HH 所以 HOG (4分) NOG5yy20.0615相同的塔后, 另串联一个完全NOG1y20.01原塔：

相当于塔高加倍HOG不变 NOG2H2H10 (4分) HOGH5 10y1y0.0611 y20.00545 (2分)

y211117、今有常压逆流操作的填料吸收塔，用20℃清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为

1000m3/h（标准状态），原料气中含甲醇100g/m3（按标准状态计），吸收后的水溶液中含甲醇量等于与进塔气体相平衡时的浓度的67%。要求甲醇的回收率为98%，吸收平衡关系可取为y = 1.15x，总体积传质系数Kya=95kmol/(m3h)，取塔内的气体空塔气速为0.5m/s。试求：

(1) 用水量； (2) 塔径；

(3) 填料层高度。

注：甲醇分子量为32。(15分)

105

解：

(1) 进气浓度y1100320.07（属低浓气体吸收）

100022.4 x1ey10.070.061 x167%x1e67%0.0610.041 (3分) m1.15 又y2y110.07198%0.0014 故

Ly1y20.070.00141.67 Gx1x20.0410

又G100022.444.64kmol/h L1.6744.6474.5kmol/h (5分)

(2)DVs4u1000293.23600273.20.87m (2分) 0.54 (3) HOG11GD244.640.872440.79m

Kya951mG1.1544.640.689 AL74.5 NOG1y1ln111ln10.6890.070.6898.96 10.6890.00141Ay2A1A1 HHOGNOG0.798.967.1m (5分)

8、今拟在一逆流操作的填料塔中，用纯矿物油吸收混合气中的溶质，进口混合气中溶质含量为1.5%（体积%），要求吸收率为85%，操作条件下的平衡关系y = 0.5x。试求：

(1) 出口矿物油中溶质的最大浓度； (2) 最小液气比；

(3) 取吸收剂用量为最小用量的3倍时的传质单元数； (4) 气相总传质单元高度为1m时的填料层高度。(15分)

解：低浓气体吸收 (1) 出口矿物油中溶质的最大浓度为：x1ey10.0150.03 (2分) m0.5(2)y2y111.5%185%0.00225 yy21.5%0.00225L0.425 1G0.030xxmin1e2 106

或 (L)minm0.50.850.425 (5分) GLL330.4251.275 GGmin (3)

1m0.50.392 (3分) ALG1.275 NOG 11y11ln1 11AAy2A10.015ln10.3920.3922.45 (3分)

10.3920.00225 (4)HHOGNOG12.452.45m (2分)

9、在20℃和101.3kPa条件下，用清水吸收空气混合气中的氨，使其氨的分压从1.33kPa下降到0.0068kPa。混合气体的处理量为1020kg/h，其平均分子量为28.8，操作条件下的平衡关系为y = 0.755 x。若吸收剂用量是最小用量的5倍，求所需的吸收剂用量和气相总传质单元数。(15分) 解：y11.330.00680.0131 ； y26.71105； G102035.4kmol/h

28.8101.3101.3y1y2y1y20.01316.71105L*0.75 (5分) y0.0131Gxxmin11e20x20.755mLL550.753.75 (3分) GGminL3.7535.4132.75kmol/h1mG0.7550.20AL3.75 (5分)

11y1mx21NOGln111AAy2mx2A

10.01310ln10.200.206.3 (2分) 510.206.7110010、常压下,用煤油从苯蒸汽与空气的混合物中吸收苯,要求吸收率为99%。混合气量为

53Kmol/h。入塔气中含苯2%(体积),入塔煤油中含苯0.02%(摩尔分率)。溶剂用量为最小用量的1.5倍。在操作温度50℃下,相平衡关系为y=0.36x,总传质系数Kya=0.015Kmol/m3.s。塔径为1.1米。试求所需填料层高度。 (15分) 解：x*1ey10.020.0556 y2y110.02199%0.0002 m0.36 107

y1y20.020.0002L0.3577*Gminx1ex20.05560.0002

LL1.51.50.35770.5366 (5分) GGmin x1x2y1y20.020.00020.0002()0.0371 (2分)

L/G0.5366 y1y1mx10.020.360.03710.00664 y2y2mx20.00020.360.00020.000128 YmY1Y20.006640.0001280.00165 (3分)

ln(Y1/Y2)ln(0.00664/0.000128) NOGY1Y20.020.000212 Ym0.00165G53/36001.033m

Kya0.015/41.12 HOG HNOGHOG1.0331212.4m (5分) 11、拟在常压填料吸收塔中，用清水逆流吸收混合气中的溶质A。已知入塔混合气体中含有A1%(体积 %)，要求溶质A的回收效率为80%，若水的用量为最小用量的1.5倍，操作条件下相平衡方程为y=x，气相总传质单元高度为1m，试求所需填料层高度。(15分) 解：

属于低浓气体吸收。

y2y110.01180%0.002yy2yy20.010.002L10.81y0.01Gminx1exa10x21mLL1.51.50.81.2 (5分) GGmin1mG10.833AL1.211ymx21NOGln111Ay2mx2A1A (5分)

108

10.010ln10.8330.833 10.8330.0020

3.06 HHOGNOG13.063.06m (5分)

12、某一逆流操作的填料塔中，用水吸收空气中的氨气。已知塔底进气浓度为 0.026（摩尔比）（下同），塔顶气相浓度为0.0026，填料层高度为1.2ｍ，塔内径为0.2ｍ，吸收过程中亨利系数为50.65kPa，操作压力96.2kPa，平衡关系和操作关系（以摩尔比浓度表示）均为直线关系。水用量为0.1ｍ3/h，混合气中空气量为100ｍ3/h（标准状态下）。试求此条件下，吸收塔的气相总体积吸收系数。 (15分) 解：

Y10.026,Y20.0026,mE50.650.526P96.2

L0.11000/18m0.5261.244,S0.423V100/22.4L/V1.244 (5分)

NOGYmX21ln1S1S1SY2mX2

10.026ln10.4230.42310.4230.0026 (5分) 3.16

KyaVNOG100/22.43.163374.2kmol/(m.h) (5分) 2HA1.2/40.213、总压为101.325kPa、温度为20℃时，1000kg水中溶解15kg NH3，此时溶液上方气相中

NH3的平衡分压为2.266kPa。试求此时之溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m。 (10分)

解：首先将此气液相组成换算为y与x。

NH3的摩尔质量为17kg/kmol，溶液的量为15kg NH3与1000kg水之和。故 xnAnA15/170.0156 nnAnB15/171000/18p*2.266 yA0.0224 (3分)

P101.325

*y*0.0224P*A2.266 m1.436,E145.3kPa

x0.0156x0.0156

溶剂水的密度ρs=1000kg/m3，摩尔质量Ms=18kg/kmol，

109

Hs10000.382kmol/（m3·kPa） (3分)

EMs145.318溶液中NH3的浓度为

15/17 cAnAmA/MA0.869kmol/m3

mAms/s151000/1000V0.869所以 HcA0.383kmol/（m3·kPa） (4分) *pA2.266

14、在20℃及101.325kPa下CO2与空气的混合物缓慢地沿Na2CO3溶液液面流过，空气不溶于Na2CO3溶液。CO2透过厚1mm的静止空气层扩散到Na2CO3溶液中。气体中CO2的摩尔分数为0.2。在Na2CO3溶液面上，CO2被迅速吸收，故相界面上CO2的浓度极小，可忽略不计。CO2在空气中20℃时的扩散系数D为0.18cm2/s。问CO2的扩散速率是多少？ (10分)

解：此题属单方向扩散，

扩散系数 D0.18cm2/s1.8105m2/s 扩散距离 Z0.001m，气相总压力P101.325kPa

气相主体中CO2的分压力pA1PyA1101.3250.220.27kPa 气液界面上CO2的分压力pA20

气相主体中空气（惰性气体）的分压力pB1为 pB1PpA1101.32520.2781.06kPa

气液界面上空气的分压力 pB2101.325kPa (4分)

空气在气相主体和界面上分压力的对数平均值为 pBmpB2pB1101.32581.0690.8kPa

pB2101.325ln81.06pB1Dp NApA1pA2 (4分)

RTZpBmln 1.8105101.32520.270

8.3142930.00190.8 1.67104kmol/m2.s (2分)

15、

某生产车间使用一填料塔，用清水逆流吸收混合气中的有害组分A。已知操作条件下，气相总传质单元高度为1.5m，进塔混合气中组分A的摩尔分率为0.04，出塔尾气组成为0.0053,出塔水溶液浓度为0.0125，操作条件下的平衡关系为Y2.5X。试求：液汽比为最小液汽比的多少倍？，所需的填料层的高度？ (15分)

解：X20，Y1

0.040.0417，Y20.00533，X10.01297。(3分)

10.04 110

LY1Y20.04170.005332.804。 (3分) VX1X20.01297 Y1Y20.04170.00533L2.18。 minY0.0417V12.5mLV2.8041.286 (4分) nL2.18Vmin NOG11mVmVln1LLY1mX2mV5.11。 (3分) LY2mX2 ZNOGHOG5.111.57.67m (2分)

16、有一填料吸收塔，填料层高5m，塔径1m，处理丙酮和空气的混合气体，其中空气的流量为V92Kmol，入塔气体浓度Y10.05，操作条件为：P101.3Kpa，

ht250C，用清水逆流吸收，出塔浓度为Y20.0026，X10.0194，平衡关系为

Y2X。试求：体积吸收总系数Kya？每小时可回收丙酮量？ (10分)

解：ZVY1Y2，V92Kmol。Y10.05,Y20.0026 (3分)

hKya.S.Ym X10.0194,X20。Y10.0112，Y20.0026，Ym0.006 (3分)

ZVY1Y2920.050.0026 5，Kya185Kmol3。

2m.hKya.S.YmKya.1..1.0.0064h。

回收的丙酮量为：VY1Y24.361Kmol即体积吸收总糸数为185Kmolm.h3；回收的丙酮量为4.361Kmolh。 (4分)

17、某系统温度为10℃，总压101.3kPa，试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立方米水溶解了多少克氧气？由表查得10℃时，氧气在水中的亨利系数E为3.31×106kPa.。(10分)

解：空气按理想气体处理，由道尔顿分压定律可知，氧气在气相中的分压为： pApy101.30.2121.27kPa (3分)

氧气为难溶气体，故氧气在水中的液相组成x很低，气液相平衡关系服从亨利定律，由表查得10℃时，氧气在水中的亨利系数E为3.31×106kPa。 H*EMS* cAHpA cA*pAEMS (4分)

111

故 cA*100021.273.57104kmol/m3 63.311018mA3.5710432100011.42g/m3 (3分)

第七章——干燥

一、名词解释（每题2分）

1. 干燥

用加热的方法除去物料中湿分的操作 2. 湿度（H）

单位质量空气中所含水分量 3. 相对湿度（）

在一定总压和温度下，湿空气中水蒸气分压与同温度下饱和水蒸气压比值 4. 饱和湿度(s)

湿空气中水蒸气分压等于同温度下水的饱和蒸汽压时的湿度 5. 湿空气的焓（I）

每kg干空气的焓与其所含Hkg水汽的焓之和 6. 湿空气比容(vH)

1kg干空气所具有的空气及Hkg水汽所具有的总体积 7. 干球温度(t)

用普通温度计所测得的湿空气的真实温度 8. 湿球温度(tw)

用湿球温度计所测得湿空气平衡时温度 9. 露点(td)

不饱和空气等湿冷却到饱和状态时温度 10. 绝对饱和湿度(tas)

湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度 11. 结合水分

112

存在于物料毛细管中及物料细胞壁内的水分 12. 平衡水分

一定干燥条件下物料可以干燥的程度 13. 干基含水量

湿物料中水分的质量与湿物料中绝干料的质量之比 14. 临界水分

恒速段与降速段交点含水量 15. 干燥速率

单位时间单位面积气化的水分质量

二、单选择题（每题2分）

(1)氮气与大量甲醇在填料塔内接触, 若氮气离开时与甲醇之间的热、质传递趋于平衡，系统与外界无热交换，甲醇进出口温度相等, 则氮气离开时的温度等于进入系统氮气的_______ 。

A 干球温度 B 绝热饱和温度 C 湿球温度 D 露点温度

(2) 已知湿空气的下列哪两个参数，利用H—I图可以查得其他未知参数？ A（t，tw） B（td，H） C（P，H） D（I，tw） A

(3)温度为t0，湿度为H0，相对湿度为0的湿空气，经一间接蒸汽加热的预热器后，空气的温度为t1，湿度为H1，相对湿度为1，则______

A H0>H1； B 0>1； C H0A 愈高 B 愈低 C不变 D不一定, 尚与其它因素有关。

(5) 同一物料, 在一定的干燥速率下, 物料愈厚, 则临界含水量_________。 A 愈低 B 愈高 C 不变 D 不一定 B (6) ① 湿物料的平衡水份一定是( )

A 非结合水份；B自由水份； C 结合水份； D 临界水份

②在恒定干燥条件下,将含水20%的湿物料进行干燥,开始时干燥速率恒定,当干燥至含水量为5%时,干燥速率开始下降,再继续干燥至物料恒重,并测得此时物料含水量为0.05%,则物料的临界含水量为( )

A 5% ； B 20% ； C 0.05% ； D 4.55%

③空气的干球温度为t,湿球温度为tw ,露点为td ,当空气的相对湿度φ=98%时,则( ) A t=tW =td ；B t>tw >td； C ttW =td

C A B

(7) 干燥器进口的温度计最小分度是 0.1℃,下面是同一温度时的几种记录,哪一种是正确的( ) 。

113

A 75℃; B 75.0℃; C 75.014℃; D 74.98℃。

(8) 湿空气在温度300K和总压力1.45MPa下,湿度H为0.002kg水/kg绝干空气, 则其比容应为__________ m3/kg。

A 0.0595 ； B 1.673 ； C 2.382 ； D 0.0224 A (9) 在测量湿球温度时，应注意空气速度u 。

A u<1m/s B u<3m/s C u >5m/s D u >1m/s C (10)湿空气在换热器中与另一热介质进行热交换后1)如空气温度降低，其湿度肯定不变。 2)如空气温度升高，其湿度肯定不变则正确的判断是______。 A 两种提法都对； B 两种提法都不对；

C（1）对（2）不对； D（2）对（1）不对。 D (11)在下列哪一根线上露点温度相等？______。

A 等相对湿度线; B 等热焓线;

C 等湿度线; D 绝热冷却线 C (12) 在一定的物料和干燥介质条件下，

1) 临界湿含量是区分结合水与非结合水的分界点. 2) 平衡湿含量是区分可除水份与不可除水份的分界点.则正确的判断是______。

A 两种提法都对; B 两种提法都不对;

C (1)对(2)不对; D (2)对(1)不对 D (13) 物料中的平衡水分随温度升高而______。

A 增大 B 减小 C 不变

D不一定，还与其它因素有关。 D (14)真空干燥的主要优点是________。

A 省钱 B 干燥速率缓慢

C 能避免物料发生不利反应 D 能避免表面硬化 C

(15)甲认为物料在转筒干燥器中进行干燥时，整个停留时间都是有效的干燥时间，乙认为只有物料被抄板抛洒而散布在气流中的时间才是有效的干燥时间。________ A 甲对乙不对 B 乙对甲不对

C甲，乙都对 D 甲，乙都不对 A (16)同一物料, 如恒速段的干燥速率增加, 则临界含水量_________。

A 减小; B 不变; C 增大; D 不一定 C (17) 在等速干燥阶段中,在给定的空气条件下,对干燥速率正确的判断是

A 干燥速率随物料种类不同而有极大的差异; B 干燥速率随物料种类不同而有较大的差异;

C 各种不同物料的干燥速率实质上是相同的;

D 不一定。 C

(18) 在某常压连续干燥器中采用废气循环操作,即由干燥器出来的一部分废气 (t2,H2)和新鲜空气(t0,H0) 相混合, 混合气经预热器加热到必要的温度后再送入干燥。干燥过程中有关参数如下:

混合气状态点M(tm,Hm)预热→点N(t1,H1)干燥(I2=I1) →点B(t2,H2)已知水分蒸发量为W,则根据对整个干燥系统的物料衡算可得绝干空量L为: A L=W/(H2-H0); B L=W/(H1-H0); C L=W/(H2-H1); D L=W/(Hm-H0)

114

(19)对湿度一定的空气，以下各参数中哪一个与空气的温度无关。______ A 相对湿度； B 湿球温度；

C露点温度； D 绝热饱和温度 C

(20) 已知物料的临界含水量为0.2kg水/ kg绝干料, 空气的干球温度为t, 湿球温度为tW, 露点为td, 现将该物料自初始含水量X1=0.45 kg水/ kg绝干料干燥至X2=0.1 kg水/ kg绝干料, 则在干燥末了时物料表面温度tm。

A tm > tW B tm = tW C tm= t D t m= td

(21)⑴绝热饱和温度tas是少量空气和足量水充分接触，进行绝热增湿过程，直至饱和时的稳态温度，它等于循环水的温度。

⑵湿球温度tw是湿球温度计所指示的平衡温度，但它并不等于湿纱布中水分的温度。对以上两种说法正确的判断是：_________

Ａ两者都对；Ｂ两者都不对；Ｃ ⑴对⑵不对；Ｄ⑵对⑴不对。

(22)当湿度和温度一定时，相对湿度与总压的关系________。

A 成正比； B 成反比； C 无关； D 不确定。 A

(23) 气流干燥器一般是在瞬间完成的，故此，气流干燥器最宜于干燥物料的________。 A 自由水分 B 平衡水分 C 结合水分 D 非结合水分 D

(24)如图将充分润湿的物料置于高温气体中,气体的运动速度很小,可近似地视为静止,当物料温度达到稳定时,物料温度tm与湿球温度tw相比较:( )

A tm=tw B tm>tw C tmC

(25) 在下列哪种情况下可认为接近于恒定的干燥条件 1) 大量的空气干燥少量的湿物料；2) 少量的空气干燥大量的湿物料；则正确的判断是______。 A （1）对（2）不对 B （2）对（1）不对 C （1）（2）都不对 D（1）（2）都可以 A

三、填空题（每空2分）

(1) 不饱和空气中水蒸汽分压越高，其湿度越________。高

(2)判断正误：干燥过程中，湿物料表面并不总是保持为湿球温度。________

115

对

(3) 对不饱和空气进行加热，使温度由t1升至t2，此时其湿球温度，相对湿度，露点，湿度。上升，下降，不变，不变。

(4)将原湿空气（温度t0、湿度H0）经预热器加热，温度升高至t1后再送入常压干燥器中，

现若t0、H0及t1均已知，则该预热过程所需热量Q的计算式为Q=____________________ kJ/kg绝干气。

Q=(1.01+1.88H0) (t1-t0)

(5) ①以空气作为湿物料的干燥介质当所用空气的相对湿度较大时,湿物料的平衡水份相应____________,自由水份相应____________。

②常压下,空气中水汽分压为20mmHg时,其湿度H=_____________。

③物料干燥时的临界水份是指________________________;它比物料的结合水份____。 ①较大较小 ②0.0168 ③由恒速干燥转到降速阶段的临界点时物料中的含水率; 大

(6) 对于湿物料不允许快速干燥而干物料又能耐高温的情况，干燥流程宜采用气固两相_________方式操作。逆流

(7)已知湿空气总压为101.3kN/ m, 温度为40℃, 相对湿度为50%, 已查出40℃时水的饱和

蒸气压Ps为7375N/ m, 则此湿空气的湿度H是____________kg水/kg绝干气,其焓是____________kJ/kg绝干气。

H=0.0235 kg水/kg绝干气 I =100.73 kJ/kg绝干气 (8) 若维持不饱和空气的湿度H不变，提高空气的干球温度，则空气的湿球温度___________, 露点_________, 相对湿度________。(变大, 变小, 不变, 不确定) 变大，不变，变小。

(9) 对于既有恒速段又有较长的降速段的粉粒状物料，可以采用____________干燥器与____________干燥器串联起来进行干燥较为有利。气流，流化 .

(10) 流化床干燥器适宜于处理_______________物料。流化床干燥器中的适宜气体速度应在__________________速度与__________________速度之间。粉粒状起始流化速度带出速度

(11) ①干燥传质速率方程是____________________;干燥传热速率方程是_______________________。

②已知在t=50℃、P=1atm时空气中水蒸汽分压pw =55.3mmHg,则该空气的湿含量H=___________;相对湿度φ=_________;(50℃时水的饱和蒸汽压为92.51mmHg)。 ①U=-GC dx/(Adθ) q=Q/(Adθ) ②0.0488,0.598

(12)湿球温度是＿＿＿＿＿＿量空气与＿＿＿＿＿＿量水充分接触后＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的温度，对空气--水系统，当空气速度＿＿＿＿＿＿＿时，可取α/KH≈CH。

大少水面流速>5m/s

(13)对不饱和湿空气，干球温度_______湿球温度，露点温度______湿球温度。（>、 =、 <） >，<

(14) 恒定的干燥条件是指空气的_____________、____________、___________以及______________都不变。

湿度、温度、速度、与物料接触的状况。 (15)已知在常压及25℃ 下，水份在某湿物料与空气之间的平衡关系为：相对湿度为=100%时, 平衡含水量X* =0.02kg水/ kg绝干料；相对湿度Φ=40%时, 平衡含水量X* =0.007。

116

现该物料含水量为0.23 kg水/ kg绝干料, 令其与25℃、=40%的空气接触, 则该物料的自由含水量为 ____ kg水/ kg 绝干料, 结合含水量为___________kg水/ kg绝干料, 非结合水的含水量为 kg水/ kg绝干料。

自由含水量X-X* =0.23-0.007=0.223 结合水量为Xh=0.02 非结合水量X-Xh=0.23-0.02=0.21

(16) 非结合水份是指_______________________________________。在物料表面和大孔隙中附着的水份。

(17)进干燥器的气体状态一定，干燥任务一定，若干燥器内部无补充加热，则气体离开干燥器的湿度H越大，干燥器的热效率越_________。高

(18) 当物料干燥过程存在降速阶段时，气流干燥器与流化床干燥器两者中以采用____________________较为有利。流化床干燥器

(19) 影响降速干燥速率的因素主要______________、___________________、 __________________和________________________。

物料结构、含水类型、物料与空气接触方式、物料本身的温度。

(20)对于为水蒸气所饱和的空气，其干球温度t、湿球温度tw、绝热饱和温度tas及露点温度td间的大小关系是t tw tas td 。 =、=、=

(21) 进干燥器的气体状态一定，干燥任务一定，若干燥器内部无补充加热，则气体离开干燥器的湿度H越大，干燥器的热效率越_________。高

四、问答题（每题3分）

(1) 什么叫做空气的露点？若已知空气的总压和湿度，如何求出该空气的露点？试列出所用的公式并加以说明。

将不饱和的空气等湿冷却至饱和状态，此时的温度称为该空气的露点td。

∵Hd = 0.622ps  (P－ps) ∴ps = HdP  (0.622＋Hd) 由于露点是将空气等湿冷却达到饱和时的温度，因此只要知道空气的总压和湿度，即可由上式求得ps，再由水蒸汽表查出对应的温度即为该空气的露点。 (2) 已知:干球温度T,及湿球温度Tw、总压P=101.3KPa,用湿度图或焓湿图示意表示空气的状态点（Ａ），并标出相应的状态参数ＨA、φA、ＴdA（露点）、ＩA（焓）如图示

117

(3)湿空气在进入干燥器前常需进行预热，这样做有什么好处？

先预热，t升高、H不变、j降低，从而提高湿空气的吸收水分能力；另外，t升高，加大传热温差，从而提高干燥速率。

(4)湿空气的干球湿度、湿球温度、露点在什么情况下相等, 什么情况下不相等? 饱和空气条件下相等，即t=tw=td 不饱和空气条件下不等。 (5) 恒速干燥阶段除去的是非结合水，对吗？为什么？对的。因为恒速阶段去除的是以机械方式附着在物料表面的水，这部分水恰好属于非结合水分。

(6)降速干燥阶段除去的全是结合水，对吗？为什么？不对。因为降速阶段的第一阶段去除的水分为非结合水分，第二阶段去除的水分才是结合水分。

(7) 用湿空气干燥某湿物料,该物料中含水量为50%(干基),已知其临界含水量为120%(干基)。有人建议提高空气温度来加速干燥,你认为他的建议是否可取?为什么?

由干燥 U～X图可知该制品处于降速干燥阶段。降速干燥速率主要取决于材料内部自由迁移的速率。而与外界湿空气风速、压力等因素关系不大,只有升高空气温度才能提高物本身温度从而加速内部水分向表面迁移的速率。所以说他的建议是可取的。

(8) 何谓空气的湿球温度，如何测定？

大量未饱和湿空气与少量液体（水），在绝热条件下充分接触，进行热、质传递，液相（水）所达到的平衡温度称为湿球温度。温度计的感温泡用湿沙布包裹，并始终保持表面湿润，这样温度计测得温度为湿球温度。

五、计算题

1．湿度为0.02的湿空气在预热器中加热到120℃后通入绝热常压（总压P=101.325kPa）干燥器，离开干燥器时空气的温度为49℃。求离开干燥器时空气的露点温度 td 。

水的饱和蒸汽压数据如下：

温度t ℃ 30 35 40 45 50 55 60 蒸汽压p kPa 4.242 5.623 7.375 9.583 12.333 15.731 19.910

解：I1=(1.01+1.88H1)×120+2490×0.02=175.5kJ /kg绝干气绝热干燥器中 I1=I2

175.5= (1.01+1.88H2)×120+2490H2 H2=0.0488)

(5分)

ps= H2P / (0.622+H2)

118

= 0.0488×101.325/ (0.622＋0.0488) = 7.371kPa

由水蒸汽表 td40℃ （5分）

2．在直径为1.2m的转筒干燥器内，将含水30%的湿物料干燥至2%（均为湿基），干燥介质为常压空气。空气进入干燥器的干球温度为110℃，湿球温度为40℃，出干燥器的干球温度为45℃，湿球温度为40℃。为了避免颗粒被吹出，规定湿空气在转筒内的最大质量流速不超过0.871kg/（m2s）。试求每小时最多能得到多少kg产品。由t-H图，t1=110℃ tw1=40℃ H1=0.02kg/kg干气 t2=45℃ tw2=40℃ H2=0.046 kg/kg干气

解：X1=30/70=0.429 X2=2/98=0.0204

转筒内的最大质量流速应在干燥器出口处，于是，允许的最大干空气流量为：

11D2u1.220.87140.941kg干气/s L41H210.046 GCLH2H10.9410.0460.020.0599kg/s

X1X20.4290.0204G2GC1X20.059910.0204 （5分）

0.0611kg/s220.04kg/hLH2H1GCX1X2 （5分）

3．在常压绝热干燥器内干燥某湿物料。将500Kg的湿物料从最初含水量２０％降至２％（均为湿基）。ｔ0=２０℃，Ｈ0＝０．０１Kg水/(Kg绝干气)的空气经预热器升温至１００℃后进入干燥器，废气温度为６０℃。试计算：１）．完成上述干燥任务所需的湿空气量；２）．空气经预热器获得的热量；３）．在恒定干燥条件下对该物料测得干燥速率曲线如图所示。已知恒速干燥段所用时间

为１ｈ，求降速段需多少时间。解：（１）．X1=0.2/0.8=0.25 , X2=0.02/0.98=0.0204

Gc =500(1-0.2)=400kg

W=400(0.25-0.0204)=91.84kg/h

I1=(1.01+1.88H0)t1+2490H0=127.8=I2 I2=(1.01+1.88H2)t2+2490H2→

H2=(127.8-60.6)/2603=0.02582

L=W(H2-H0)=91.84/0.01582=5807kg 绝干气/h （3分）

119

（２）．Ｑp=L(1.01+1.88H0)(t1-t0)=478000kJ/h （2分）（３）．

11Gcx1x0400(0.250.1) SU0SU0SU060θ1=1= Gc (X1－X0)/SU0=400（0.25-0.1）/SU0求得SU0=60

2Gcx1x*SU0x0x*lnx2x*400(0.10.01)0.10.01ln

600.02040.011.295hθ2=Gc (X0－X* )/SU0×{ln [(X0－X* ) / (X2－X* )]}=400（0.1-0.01）/60×[ln

（0.1-0.01）/（0.0204－0.01）]=1.295h

（5分）

4．在一干燥器中干燥某湿物料,每小时处理湿物料1000kg,经干燥后物料的含水量由40%减至5%(均为湿基),干燥介质为373K的热空气,其中所含水汽的分压为1.0kN/m,空气在313K及相对湿度70%下离开干燥器,试求所需要的空气量。水在313K时的饱和蒸汽压可取为7.4kN/m,湿空气的总压为101.3kN/m。

解：1）

WGcx1x2G11000Kg/h0.278Kg/sGc0.27810.40.167Kg/sX1X2w10.400.667Kg/Kg绝干料1w110.40w20.050.053Kg/Kg绝干料1w210.05 （5分）

WGcx1x20.1670.6670.0530.1025Kg/s2）

H10.622pPp0.6221.0 101.31.00.0062Kg/Kg干空气H20.622pPp0.6220.77.4 101.30.77.40.0335Kg/Kg干空气120

LW0.10253.76Kg干空气/sH2H10.03350.0062 （5分）

进口的湿空气量L(1H1)3.76(10.0062)3.783Kg/s5．有一连续干燥器在常压下操作。生产能力为 1000Kg/h（以干燥产品计），物料水分由 12℅降到 3℅（均为湿基），空气的初温为 25℃，湿度为 0.01Kg/Kg。经预热器后升温到70℃，干燥器出口废气温度为 45℃，干燥器进出口空气焓值相等，试求：（1）废气的湿度；(2)空气的用量（ m/h，初始状态下）。（10分）

解： GC=G2(1-w2)=1000(1-0.03)=970kg/h （5分）

I2=I1

(1.01+1.88H0)t1+2490H0=(1.01+1.88H2)t2+249

H2X1X2L1.011.880.017024900.011.01450.0201.88452490

w1120.1361w188w230.0311w297

GCX1X29700.1360.03110185kg/hH2H00.0200.01vH=(0.772+1.244H0)298/273 （5分） =(0.772+1.244×298/273=0.856m3/kg

LS=L×vH=10185×0.856=8718.36m3/h

6．某厂用干燥设备生产某物料，处理量为100kg/h,牛奶经干燥后其含水量由50%减至2%（均

为湿基）。所用干燥介质为空气，空气进干燥器前的湿度为0.012kg水/kg干空气，温度为20℃，出干燥器时的湿度为0.03kg水/kg干空气，试求：(1)水份蒸发量；(2)新鲜空气消耗量L′；(3)若风机装在新鲜空气的进口处，求风机的风量。解：（1）

x1x2W10.51Kg水/Kg干料1W110.5W20.020.0204Kg水/Kg干料

1W210.02GcG11W1100(10.5)50干料/hWGcx1x25010.020448.98Kg/h 121

（4分）

（2）

LWW48.982721Kg干空气/hH2H1H2H00.030.012 （4分）

L'L(1H0)2721(10.012)2754Kg新鲜气/h（3）VLVHL(0.7721.244H0)(273t)2298m3/h （2分）

273

7.湿空气50℃时总压强为100KPa，湿度为0.0186kg水/kg干空气，求（1）比热容；（2）热焓；（3）湿比容。解（1）CH1.011.88H1.011.880.01861.045KJ/(Kg干气℃）（3分）（2）ICHt2490H1.0455024900.018698.56KJ/Kg干气（3分）

(0.7721.244H)(273t)1.0133105（3）Vh

273p(0.7721.2440.0186)(27350)1.0133105 327310010

=0.954m/kg干气（4分）

8．有一常压绝热干燥器，已知空气进入加热器前的状态为t020C,030%，出干燥器的状态为t280C,H20.02kg水/kg干空气，湿物料处理量为5000kg/h，含水

w10.2，要求干燥产品含水w20.02（均为湿基含水量）。试求：

（1）离开预热器时空气的温度和湿度；

（2）预热器中用潜热为r = 2250 kJ/kg的水蒸汽（饱和）加热湿空气，求饱和水蒸汽的用量（预热器的热损失为换热量的5%）。

[注：20℃时水的饱和蒸汽压为2.33kN/㎡.]（10分）

解：（1）离开预热器时空气的温度和湿度（5分）

0ps00.302.33103H1H00.6220.6220.004kg水/kg干空气

P0ps01013250.32.33103由于干燥器为绝热，故空气在其间经历的过程近似为一等焓过程，所以I2I1，即

122

(1.011.88H1)t12490H1(1.011.88H2)t22490H2t(1.011.880.02)8024900.0224900.004 11.011.880.004121.5C（2）饱和水蒸汽用量（5分）

QPL(1.011.88H0)(t1t0)LWH,2H1WGw1w211w50000.20.020.02918.4kg水/h21L918.40.020.00457400kg干空气/h QP57400(1.011.880.004)(121.520)5.928106kJ/h故饱和水蒸汽用量m为QP5%QP1.055.928r106m22502766.4kg/h

123

因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容

查看全文