试卷三：

1．（12分）用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为每小时 38.4吨，高位槽中液面比油池中液面高20m， 管路总长(包括阀门及管件的当量长度) 430m，进出口阻力忽略不计。 管径为φ108×4mm，若油在输送温度下的密度为960kg/m， 黏度为3430cp， 求泵所需的实际功

3

率，设泵的效率η=50%。

解：在贮油池液面1?1'和敞口高位槽液面2?2间列伯努利方程： (1分)

2u12p2u2gz1???W?gz2????hf (3分)

?2?2'p1式中，令z1?0，则z2?20m；p1?p2?0（表压），u1?u2?0， (1分)

38.4?103/(3600?960)??1.42(m?s?1) (1分) 管内流速u??23.14d?0.1244qVRe??ud960?1.42?0.1??39.74<4000，故属层流。 (1分) ?3?3430?106464??1.61 (1分) Re39.74 ∴ ???lu24301.422???6980J?kg?1 (2分) ∴?hf???=1.61?d20.12代入伯努利方程: W?gz2??hf?9.81?20?6980?7176J?kg (1分)

?1Pe?Wqm?7176?38.4?103/3600?76544W (2分)

故P?Pe??76544/1000?153(kW) (1分)

0.52．（9分）某厂用一套管换热器每小时冷凝2000 kg的甲苯蒸汽，冷凝温度为110℃。甲苯的汽化潜热为363 kJ/kg，冷却水于20℃及5000 kg?h的比热可取为4.19kJ?kg?1?1的流量进入套管内管（管径为Φ55×2.5mm）

作湍流流动，总传热系数（以内壁面为基准）为2100W?m?2?K?1。问套管的长度为若干？水

?K?1。

解：由热量衡算可得：??qm,h?r=qm,cCp,c(T2'?T1') (1分)

即2000×363=5000×4.19×(T2'-20） (2分)

∴ T2=54.7?C (1分)

'(110?20)?(110?54.7) 平均温差?T??T1??T2==71.2(?C)

m110?20?T1lnln110?54.7?T2 或 ΔTm?(110?20)?(110?54.7)?72.7(?C) (2分)

2?2已知总传热系数K2=2100W?m?K?1

?2000?363?103/3600∴A1???1.35m2 （或1.32m2） (2分)

K1?Tm2100?71.2而 A1??d1L (1分)

A11.35?∴ L==8.6(m)（或 8.4m） (1分) ?d13.14?0.053．（9分）某连续逆流填料吸收塔用清水在常压及0?C下吸收有机合成残余气体中的甲醇（其它组分可视为惰性组分），残气进塔流量为1m/s(以标准状态计)，含甲醇25g/m(标准状态)，要求甲醇的吸收率为90%，吸收剂用量为最小用量的1.3倍，操作条件下的气液平衡关系为

3

3

Y*=1.1X，求塔底吸收液出口组成及此吸收过程的气相总传质单元数。

解：已知X2?0，m?1.1，??90%，Y2?Y1(1??) (1分) ∵ (qn,Cqn,B)min?Y1?Y2Y?Y(1?90%)?11?0.99 (2分)

Y1Y1?X2?0m1.1∴

qn,Cqn,B?1.3×0.99=1.29 (1分)

s?mqn,Bqn,C=1.1/1.29=0.85 (1分)

NOG?????Y?mX2Y1?011ln??1?s?1?s?=ln??1?0.85??0.85?=5.7 (3分) 1?s?Y2?mX2Y1(1?90%)?0?1?0.85?? ∵ y1?y25/32?0.0175，Y1?1?0.0178 (1分)

1?1000/22.41?y1Y1?Y20.0178?90% 即1.29? (2分)

X1?0X1?X2又

qn,Cqn,B?∴ 塔底吸收液中： X1=0.0124 (1分)

4．（12分）已知苯与甲苯两组分体系某常压连续精馏过程的图解法求理论塔板数的过程如右图，若已知进料流量为120kmol/h，总板效率为60%，试求：

（1）适宜回流比为最小回流比的多少倍？

（2）提馏段内的气、液流量为多少？ （3）所需实际塔板数为多少块？

解：①由图可知：xD?0.95，

xF?0.30，xW?0.10，NT=9(不

含再沸器)，q=1，xq=0.30，

yq=0.52,，

即

xD?0.226 (2分) R?10.95?0.226，∴R=3.20 (1分) R?1又Rmin?xD?yqyq?xq=

0.95?0.52=1.95 (2分)

0.52?0.30∴

R=3.20/1.95=1.64 (1分) Rmin②由全塔物料衡算得：qn,F?qn,D?qn,W 即120?qn,D?qn,W

qn,FxF?qn,DxD?qn,WxW 120?0.30?qn,D?0.95?qn,W?0.10 (1分)

∴ qn,D?28.24(kmol/h)， qn,W?91.76(kmol/h) (1分)

qn,L?Rqn,D?3.20?28.24?90.37(kmol/h) (1分)

'qn,L?qn,L?q?qn,F?90.37?1?120?210.37(kmol/h) (1分)

qn,V?(R?1)qn,D?4.20?28.24?118.61(kmol/h) (1分)

'qn)qn,F?118.61?0?118.61(kmol/h) (1分) ,V?qn,V?(q?1③∵NT=9(不含再沸器),?=60% ∴NP?NT?=

9=15(块) (2分) 60%

试卷四：

1．（14分）某离心泵输送清水流量为16.8m/h时，压头为18m，试判断该泵是否可以将密

度为1600kg/m、流量为15m/h的溶液从常压贮槽内输送到压强为3?10Pa（表压）的设备中？已知输送管路直径为?73mm?4mm，长度为124m（包括所有局部阻力的当量长度）。贮槽及设备的两液面恒定，其间的垂直距离为8.5m。管路中液体流动时的摩擦系数可取为0.03。

3334解：在常压贮槽液面为1?1'和设备液面2?2'间列柏努利方程： (1分)

2p1u12p2u2z1???H?z2????Hf (3分)

?g2g?g2g式中，令z1?0，则z2?8.5m；p1?0（表压），p2=3?10Pa(表压),

4u1?u2?0，?=1060kg/m，u?3qV15??4d23.14?0.065243600?1.26(m/s) (2分)

?lu21241.262???4.6(m) (3分) ?Hf???=0.03?d2g0.0652?9.81p23?104??Hf?8.5??4.6?16(m) (3分) 代入柏努利方程: H?z2??g1060?9.81因为离心泵提供的流量(16.8m/h)、压头(18m)皆大于管路需要的流量

(15m/h)、压头(16m),故该泵能完成输送任务。 (2分)

2（．10分）在一列管式换热器中，用饱和蒸气将流量为53m3333/h的某油品从60?C加热到80?C，

已知油品的密度为800kg/m，比热容为2.0kJ/(kg??C)。换热器的管束由368根Φ19mm×2mm的管子所组成，每根管子长度为6m。若基于管子外表面的总传热系数为110W/(m??C)，冷凝水在饱和温度下排出，换热器的损失可忽略，试求饱和蒸气的温度。设传热平均温度差可按算术平均值计算。

2解：Q?qm,cCp,c(T2?T1)

=

''53?800?2.0?103?(80?60)?4.71?105(W) (2分)

36002 已知总传热系数K2=110W/m??C，