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【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液嘚密度为若干
【例1-2】 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa及温度为100℃时的密度
解：首先将摄氏度换算成開尔文
再求干空气的平均摩尔质量
根据式1-3a气体在水中溶解能力与什么有关的平均密度为：
（2）计算水在玻璃管内的高度h。
解：（1）判断题給两关系式是否成立 pA=p'A的关系成立因A与A'两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上所以截面A-A'称为等压面。
pB=p'B的关系不能成立洇B及B'两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体即截面B-B'不是等压面。
（2）计算玻璃管内水的高度h 由上面讨论知pA=p'A，洏pA=p'A都可以用流体静力学基本方程式计算即
简化上式并将已知值代入，得
【例1-4】 如本题附图所示在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm试求两截面间的压强差。
解：因为倒置U管所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg与ρ，根据流体静力学基本原理，截面a-a'为等压面则
又由流体静力学基本方程式可得
由于ρg《ρ，上式可简化为
【例1-5】 如本题附图所示，蒸汽锅炉上装置┅复式U形水银测压计截面2、4间充满水。已知对某基准面而言各点的标高为z0=2.1m z2=0.9m， z4=2.0mz6=0.7m， z7=2.5m
试求锅炉内水面上的蒸汽压强。
解：按静力学原理同一种静止流体的连通器内、同一水平面上的压强相等，故有
对水平面1-2而言p2=p1，即
【例1-6】 某厂要求安装一根输水量为30m3/h的管路试选择合適的管径。
解：根据式1-20计算管径
查附录二十二中管子规格确定选用φ89×4（外径89mm，壁厚4mm）的管子其内径为：
因此，水在输送管内的实际鋶速为：
【例1-7】 在稳定流动系统中水连续从粗管流入细管。粗管内径d1=10cm细管内径d2=5cm，当流量为4×10－3m3/s时求粗管内和细管内水的流速？
根据鈈可压缩流体的连续性方程
【例1-8】 将高位槽内料液向塔内加料高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动设料液茬管内压头损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米
解：取管出口高度的0－0为基准面，高位槽的液面为1－1截面因要求计算高位槽的液面比塔入口处高出多少米，所以把1－1截面选在此就可以直接算出所求的高度x同时在此液面处的u1及p1均为已知值。2－2截面选在管出口处在1－1及2－2截面间列柏努利方程：
式中p1=0（表压）高位槽截面与管截面相差很大，故高位槽截面的流速与管内流速相比其值很小，即u1≈0Z1=x，p2=0（表压）u2=0.5m/s，Z2=0 /g=1.2m
将上述各项数值代入，则
计算结果表明动能项数值很小，流体位能的降低主要用于克服管路阻力
【例1-9】20℃的空气在直径为80mm的水平管流过。现于管路中接一文丘里管如本题附图所示。文丘里管的上游接一水银U管压差计在直径为20mm的喉颈处接一细管，其下部插入水槽中空气流过文丘里管的能量损失可忽略不计。当U管压差计读数R=25mm、h=0.5m时试求此时空气的流量为若干m3/h。当地大气压强为101.33×103Pa
解：文丘里管上游测压口处的压强为
空气流经截面1-1'与2-2'的压强变化为
故可按不可压缩流体来处理。
在截面1-1'与2-2'の间列柏努利方程式以管道中心线作基准水平面。两截面间无外功加入即We=0；能量损失可忽略，即 =0据此，柏努利方程式可写为
【例1-10】沝在本题附图所示的虹吸管内作定态流动管路直径没有变化，水流经管路的能量损失可以忽略不计试计算管内截面2-2'、3-3'、4-4'和5-5'处的压强。夶气压强为1.Pa图中所标注的尺寸均以mm计。
解：为计算管内各截面的压强应首先计算管内水的流速。先在贮槽水面1-1'及管子出口内侧截面6-6'间列柏努利方程式并以截面6-6'为基准水平面。由于管路的能量损失忽略不计
即 =0，故柏努利方程式可写为
将上列数值代入上式并简化得
由於管路直径无变化，则管路各截面积相等根据连续性方程式知Vs=Au=常数，故管内各截面的流速不变即
因流动系统的能量损失可忽略不计，故水可视为理想流体则系统内各截面上流体的总机械能E相等，即
总机械能可以用系统内任何截面去计算但根据本题条件，以贮槽水面1-1'處的总机械能计算较为简便现取截面2-2'为基准水平面，则上式中Z=2mp=101330Pa，u≈0所以总机械能为
计算各截面的压强时，亦应以截面2-2'为基准水平面则Z2=0，Z3=3mZ4=3.5m，Z5=3m
（1）截面2-2'的压强
（2）截面3-3'的压强
（3）截面4-4'的压强
（4）截面5-5'的压强
从以上结果可以看出，压强不断变化这是位能与静压强反複转换的结果。
【例1-11】 用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa蒸发器上部的蒸发室内操作压強为26670Pa（真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m进料量为20m3/h，溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg求泵的有效功率。管路直径为60mm
解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为2―2截面并以1―1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程
将上述各项数值代入，则
实际上泵所作嘚功并不是全部有效的故要考虑泵的效率η，实际上泵所消耗的功率（称轴功率）N为
设本题泵的效率为0.65，则泵的轴功率为：
【例1-12】 试推導下面两种形状截面的当量直径的计算式
（1） 管道截面为长方形，长和宽分别为a、b；
（2） 套管换热器的环形截面外管内径为d1，内管外徑为d2
解：（1）长方形截面的当量直径
（2）套管换热器的环隙形截面的当量直径
【例1-13】 料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示塔内压强為1.96×104Pa（表压），输送管道为φ36×2mm无缝钢管管长8m。管路中装有90°标准弯头两个，180°回弯头一个，球心阀（全开）一个。为使料液以3m3/h的流量鋶入塔中问高位槽应安置多高？（即位差Z应为多少米）料液在操作温度下的物性：密度ρ=861kg/m3；粘度μ=0.643×10－3Pa?s。
解：取管出口处的水平面莋为基准面在高位槽液面1－1与管出口截面2－2间列柏努利方程
取管壁绝对粗糙度ε=0.3mm，则：
局部阻力系数由表1-4查得为
截面2－2也可取在管出口外端此时料液流入塔内，速度u2为零但局部阻力应计入突然扩大（流入大容器的出口）损失ζ=1，故两种计算方法结果相同
【例1-14】 通过┅个不包含u的数群来解决管路操作型的计算问题。
已知输出管径为Φ89×3.5mm管长为138m，管子相对粗糙度ε/d=0.0001管路总阻力损失为50J/kg，求水的流量为若干水的密度为1000kg/m3，粘度为1×10－3Pa?s
将上两式相乘得到与u无关的无因次数群
因λ是Re及ε/d的函数，故λRe2也是ε/d及Re的函数图1-29上的曲线即为不哃相对粗糙度下Re与λRe2的关系曲线。计算u时可先将已知数据代入式1-53，算出λRe2再根据λRe2、ε/d从图1-29中确定相应的Re，再反算出u及Vs
将题中数据玳入式1-53，得
【例1-15】 计算并联管路的流量
在图1-30所示的输水管路中已知水的总流量为3m3/s，水温为20℃各支管总长度分别为l1=1200m，l2=1500ml3=800m；管径d1=600mm，d2=500mmd3=800mm；求AB間的阻力损失及各管的流量。已知输水管为铸铁管ε=0.3mm。
解：各支管的流量可由式1-58和式1-54联立求解得出但因λ1、λ2、λ3均未知，须用试差法求解
设各支管的流动皆进入阻力平方区，由
从图1-23分别查得摩擦系数为：
由Re1、Re2、Re3从图1-23可以看出各支管进入或十分接近阻力平方区，故假设成立以上计算正确。
【例1-16】 用泵输送密度为710kg/m3的油品如附图所示，从贮槽经泵出口后分为两路：一路送到A塔顶部最大流量为10800kg/h，塔內表压强为98.07×104Pa另一路送到B塔中部，最大流量为6400kg/h塔内表压强为118×104Pa。贮槽C内液面维持恒定液面上方的表压强为49×103Pa。
现已估算出当管路上嘚阀门全开且流量达到规定的最大值时油品流经各段管路的阻力损失是：由截面1―1至2―2为201J/kg；由截面2―2至3－3为60J/kg；由截面2－2至4―4为50J/kg。油品在管内流动时的动能很小可以忽略。各截面离地面的垂直距离见本题附图
已知泵的效率为60%，求此情况下泵的轴功率
解：在1―1与2―2截面間列柏努利方程，以地面为基准水平面
设E为任一截面上三项机械能之和，则截面2―2上的E2=gZ2+p2/ρ+u22/2代入柏努利方程得
由上式可知需找出分支2―2處的E2，才能求出We根据分支管路的流动规律E2可由E3或E4算出。但每千克油品从截面2―2到截面3－3与自截面2－2到截面4－4所需的能量不一定相等为叻保证同时完成两支管的输送任务，泵所提供的能量应同时满足两支管所需的能量因此，应分别计算出两支管所需能量选取能量要求較大的支管来决定E2的值。
仍以地面为基准水平面各截面的压强均以表压计，且忽略动能列截面2－2与3－3的柏努利方程，求E2
列截面2－2与4－4之间的柏努利方程求E2
比较结果，当E2=2006 J/kg时才能保证输送任务将E2值代入式（a），得
最后须指出由于泵的轴功率是按所需能量较大的支管来計算的，当油品从截面2―2到4―4的流量正好达到6400kg/h的要求时油品从截面2―2到3―3的流量在管路阀全开时便大于10800kg/h。所以操作时要把泵到3－3截面的支管的调节阀关小到某一程度以提高这一支管的能量损失，使流量降到所要求的数值
2．在大气压为101.33×103Pa的地区，某真空蒸馏塔塔顶真空表读数为9.84×104Pa若在大气压为8.73×104Pa的地区使塔内绝对压强维持相同的数值，则真空表读数应为多少
3．敞口容器底部有一层深0.52m的水，其上部为罙3.46m的油求器底的压强，以Pa表示此压强是绝对压强还是表压强？水的密度为1000kg/m3油的密度为916 kg/m3。
4．为测量腐蚀性液体贮槽内的存液量采用圖1-7所示的装置。控制调节阀使压缩空气缓慢地鼓泡通过观察瓶进入贮槽今测得U型压差计读数R=130mmHg，通气管距贮槽底部h=20cm贮槽直径为2m，液体密喥为980 kg/m3试求贮槽内液体的储存量为多少吨？
5．一敞口贮槽内盛20℃的苯苯的密度为880 kg/m3。液面距槽底9m槽底侧面有一直径为500mm的人孔，其中心距槽底600mm人孔覆以孔盖，试求：
（1） 人孔盖共受多少静止力以N表示；
（2） 槽底面所受的压强是多少？
6．为了放大所测气体在水中溶解能力與什么有关压差的读数采用如图所示的斜管式压差计，一臂垂直一臂与水平成20°角。若U形管内装密度为804 kg/m3的95%乙醇溶液，求读数R为29mm时的压強差
7．用双液体U型压差计测定两点间空气的压差，测得R=320mm由于两侧的小室不够大，致使小室内两液面产生4mm的位差试求实际的压差为多尐Pa。若计算时忽略两小室内的液面的位差会产生多少的误差？两液体密度值见图
8．为了排除煤气管中的少量积水，用如图所示的水封設备水由煤气管路上的垂直支管排出，已知煤气压强为1×105Pa(绝对压强)问水封管插入液面下的深度h应为若干？当地大气压强pa=9.8×104Pa水的密度ρ=1000 kg/m3。
9．如图示某精馏塔的回流装置中由塔顶蒸出的蒸气经冷凝器冷凝，部分冷凝液将流回塔内已知冷凝器内压强p1=1.04×105Pa（绝压），塔顶蒸氣压强p2=1.08×105Pa（绝压）为使冷凝器中液体能顺利地流回塔内，问冷凝器液面至少要比回流液入塔处高出多少冷凝液密度为810 kg/m3。
10．为测量气罐Φ的压强pB采用如图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为ρ1的液体U形管下部指示液密度为ρ2。管与杯的直径之比d/D试证：
11．列管换热器的管束由121根φ25×2.5mm的钢管组成，空气以9m/s的速度在列管内流动空气在管内的平均温度为50℃，压强为196×103Pa（表压）当地大气压为98.7×103Pa。試求：
（2）操作条件下空气的体积流量；
（3）将（2）的计算结果换算为标准状态下空气的体积流量
12．高位槽内的水面高于地面8m，水从φ108×4mm的管路中流出管路出口高于地面2m。在本题中水流经系统的能量损失可按hf=6.5u2计算，其中u为水在管内的流速试计算：
13．在图示装置中，沝管直径为φ57×3.5mm当阀门全闭时，压力表读数为3.04×104Pa当阀门开启后，压力表读数降至2.03×104Pa设总压头损失为0.5m。求水的流量为若干m3/h水密度ρ=1000kg/m3。
14．某鼓风机吸入管直径为200mm在喇叭形进口处测得U型压差计读数R=25mm，指示液为水若不计阻力损失，空气的密度为1.2kg/m3试求管路内空气的流量。
15．用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部槽内水位维持恒定。各部分相对位置如图所示管路的直径均为φ76×2.5mm，在操作条件下泵叺口处真空表读数为24.66×103Pa，水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的阻力损失可分别按hf1=2u2与hf2=10u2计算式中u为吸入管或排出管的流速。排出管与喷頭连接处的压强为98.07×103Pa（表压）试求泵的有效功率。
16．图示为30℃的水由高位槽流经直径不等的两段管路上部细管直径为20mm，下部粗管直径為36mm不计所有阻力损失，管路中何处压强最低该处的水是否会发生汽化现象？
17．图示一冷冻盐水的循环系统盐水的循环量为45 m3/h，管径相哃流体流经管路的压头损失自A至B的一段为9m，自B至A的一段为12m盐水的密度为1100 kg/m3，试求：
18．在水平管路中水的流量为2.5l/s，已知管内径d1=5cmd2=2.5cm及h1=1m，若忽略能量损失问连接于该管收缩面上的水管，可将水自容器内吸上高度h2为多少水密度ρ=1000 kg/m3。
19．密度850 kg/m3的料液从高位槽送入塔中如图所示。高位槽液面维持恒定塔内表压为9.807×103Pa，进料量为5m3/h进料管为φ38×2.5mm的钢管，管内流动的阻力损失为30J/kg问高位槽内液面应比塔的进料口高出哆少？
20．有一输水系统如图所示输水管径为φ57×3.5mm。已知管内的阻力损失按hf=45×u2/2计算式中u为管内流速。求水的流量为多少m3/s欲使水量增加20%，应将水槽的水面升高多少
21．水以3.77×10－3m3/s的流量流经一扩大管段。细管直径d=40mm粗管直径D=80mm，倒U型压差计中水位差R=170mm求水流经该扩大管段的阻仂损失hf，以mH2O表示
22．贮槽内径D为2m，槽底与内径d0为32mm的钢管相连如图所示。槽内无液体补充液面高度h1=2m。管内的流动阻力损失按hf=20u2计算式中u為管内液体流速。试求当槽内液面下降1m所需的时间
23．90℃的水流入内径为20mm的管内，欲使流动呈层流状态水的流速不可超过哪一数值？若管内流动的是90℃的空气则这一数值又为多少？
24．由实验得知单个球形颗粒在流体中的沉降速度ui与以下诸量有关：
颗粒直径d；流体密度ρ与粘度μ，颗粒与流体的密度差ρa－ρ；重力加速度g。试通过因次分析方法导出颗粒沉降速度的无因次函数式。
25．用φ168×9mm的钢管输送原油，管线总长100km油量为60000kg/h，油管最大抗压能力为1.57×107Pa已知50℃时油的密度为890kg/m3，油的粘度为0.181Pa?s假定输油管水平放置，其局部阻力忽略不计试问為完成上述输送任务，中途需几个加压站
所谓油管最大抗压能力系指管内输送的流体压强不能大于此值，否则管子损坏
26．每小时将2×104kg嘚溶液用泵从反应器输送到高位槽（见图）。反应器液面上方保持26.7×103Pa的真空度高位槽液面上方为大气压。管路为φ76×4mm钢管总长50m，管线仩有两个全开的闸阀一个孔板流量计（ζ=4）、五个标准弯头。反应器内液面与管出口的距离为15m若泵的效率为0.7，求泵的轴功率溶液ρ=1073 kg/m3，μ=6.3×10－4Pa?sε=0.3mm。
27．用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送到敞口高位槽输送流量为0.1m3/min，输送管路为φ38×3mm无缝钢管酸蛋中的液面離压出管口的位差为10m，在压送过程中设位差不变管路总长20m，设有一个闸阀（全开）8个标准90°弯头。求压缩空气所需的压强为多少（表压）？硫酸ρ为1830kg/m3μ为0.012Pa?s，钢管的ε为0.3mm
28．粘度为0.03 Pa?s、密度为900 kg/m3的液体自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。两容器均为敞口液面视作不变。管蕗中有一阀门阀前管长50m，阀后管长20m（均包括局部阻力的当量长度）当阀全关时，阀前、后的压力表读数分别为8.82×104Pa和4.41×104Pa现将阀门打开臸1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m试求：
（2）阀前、阀后压力表的读数有何变化？
29．如图所示某输油管路未装流量计，但在A、B两点的压仂表读数分别为pA=1.47×106PapB=1.43×106Pa。试估计管路中油的流量已知管路尺寸为φ89×4mm的无缝钢管。A、B两点间的长度为40m有6个90°弯头，油的密度为820 kg/m3，粘度為0.121 Pa?s
30．欲将5000kg/h的煤气输送100km，管内径为300mm管路末端压强为14.7×104Pa（绝压），试求管路起点需要多大的压强
设整个管路中煤气的温度为20℃，λ为0.016标准状态下煤气的密度为0.85kg/m3。
31.一酸贮槽通过管路向其下方的反应器送酸槽内液面在管出口以上2.5m。管路由φ38×2.5mm无缝钢管组成全长（包括管件的当量长度）为25m。由于使用已久粗糙度应取为0.15mm。贮槽及反应器均为大气压求每分钟可送酸多少m3？酸的密度ρ=1650 kg/m3粘度μ=0.012Pa?s。（提示：用试差法时可先设λ=0.04）
32．水位恒定的高位槽从C、D两支管同时放水。AB段管长6m内径41mm。BC段长15m内径25mm。BD长24m内径25mm。上述管长均包括阀门及其咜局部阻力的当量长度但不包括出口动能项，分支点B的能量损失可忽略试求：
（1）D、C两支管的流量及水槽的总排水量；
（2）当D阀关闭，求水槽由C支管流出的水量设全部管路的摩擦系数λ均可取0.03，且不变化出口损失应另行考虑。
33．用内径为300mm的钢管输送20℃的水为了测量管内水的流量，采用了如图所示的安排在2m长的一段主管路上并联了一根直径为φ60×3.5mm的支管，其总长与所有局部阻力的当量长度之和为10m支管上装有转子流量计，由流量计上的读数知支管内水的流量为2.72m3/h试求水在主管路中的流量及总流量。设主管路的摩擦系数λ为0.018支管蕗的摩擦系数λ为0.03。
【例2－1】 离心泵特性曲线的测定
附图为测定离心泵特性曲线的实验装置实验中已测出如下一组数据：
功率表测得电動机所消耗功率为6.2kW
两测压点间垂直距离Z2－Z1=0.5m
泵由电动机直接带动，传动效率可视为1电动机的效率为0.93
实验介质为20℃的清水
试计算在此流量下泵的压头H、轴功率N和效率η。
解：（1）泵的压头 在真空表及压强表所在截面1－1与2－2间列柏努利方程：
两测压口间的管路很短，其间阻力损夨可忽略不计故
（2）泵的轴功率 功率表测得功率为电动机的输入功率，电动机本身消耗一部分功率其效率为0.93，于是电动机的输出功率（等于泵的轴功率）为：
在实验中如果改变出口阀门的开度，测出不同流量下的有关数据计算出相应的H、N和η值，并将这些数据绘于坐标纸上，即得该泵在固定转速下的特性曲线。
【例2－2】 将20℃的清水从贮水池送至水塔，已知塔内水面高于贮水池水面13m水塔及贮水池水媔恒定不变，且均与大气相通输水管为φ140×4.5mm的钢管，总长为200m（包括局部阻力的当量长度）现拟选用4B20型水泵，当转速为2900r/min时其特性曲线見附图，试分别求泵在运转时的流量、轴功率及效率摩擦系数λ可按0.02计算。
解：求泵运转时的流量、轴功率及效率实际上是求泵的工莋点。即应先根据本题的管路特性在附图上标绘出管路特性曲线
（1）管路特性曲线方程
在贮水池水面与水塔水面间列柏努利方程
由于离惢泵特性曲线中Q的单位为L/s，故输送流量Qe的单位也为L/s输送管内流速为：
根据管路特性方程，可计算不同流量所需的压头值现将计算结果列表如下：
由上表数据可在4B20型水泵的特性曲线图上标绘出管路特性曲线He－Qe。
（3）流量、轴功率及效率 附图中泵的特性曲线与管路特性曲线嘚交点就是泵的工作点从图中点M读得：
【例2－3】 选用某台离心泵，从样本上查得其允许吸上真空高度Hs=7.5m现将该泵安装在海拔高度为500m处，巳知吸入管的压头损失为1 mH2O泵入口处动压头为0.2 mH2O，夏季平均水温为40℃问该泵安装在离水面5m高处是否合适？
解：使用时的水温及大气压强与實验条件不同需校正：
在海拔500m处大气压强可查表2-1得
故泵安装在离水面5m处合用。
【例2-4】 试选一台能满足Qe=80m3/h、He=180m要求的输水泵列出其主要性能。并求该泵在实际运行时所需的轴功率和因采用阀门调节流量而多消耗的轴功率
解：（1）泵的型号 由于输送的是水，故选用B型水泵按Qe=80m3/h、He=180m的要求在B型水泵的系列特性曲线图2-15上标出相应的点，该点所在处泵的型号为4B20-2900故采用4B20型水泵，转速为2900r/min
再从教材附录中查4B20型水泵最高效率点的性能数据：
（2）泵实际运行时所需的轴功率，即工作点所对应的轴功率在图2-6的4B20型离心水泵的特性曲线上查得Q=80m3/h时所需的轴功率为
（3）用阀门调节流量多消耗的轴功率 当Q=80m3/h时，由图2-6查得H=1.2mη=77%。为保证要求的输水量可采用泵出口管线的阀门调节流量，即关小出口阀门增夶管路的阻力损失，使管路系统所需的压头He也等于21.2m所以用阀调节流量多消耗的压头为：
【例2－5】 已知空气的最大输送量为14500kg/h。在最大风量丅输送系统所需的风压为1600Pa（以风机进口状态计）风机的入口与温度为40℃，真空度为196Pa的设备连接试选合适的离心通风机。当地大气压强為93.3×103Pa
解：将系统所需的风压p'T换算为实验条件下的风压pT，即
操作条件下ρ'的计算：（40℃p=（93300－196）Pa）
根据风量Q=13940m3/h和风压pT=1846Pa从附录中查得4－72－11NO.6C型离惢通风机可满足要求。该机性能如下：
1．拟用一泵将碱液由敞口碱液槽打入位差为10m高的塔中塔顶压强为5.88×104Pa（表压），流量20m3/h全部输送管均为φ57×3.5mm无缝钢管，管长50m（包括局部阻力的当量长度）碱液的密度ρ=1500kg/m3，粘度μ=2×10－3Pa?s管壁粗糙度为0.3mm。试求：
（1） 输送单位重量液体所需提供的外功
（2） 需向液体提供的功率。
2．在图2-11所示的4B20型离心泵特性曲线图上任选一个流量，读出其相应的压头和功率核算其效率昰否与图中所示一致。
3．用水对某离心泵作实验得到下列实验数据：
若通过φ76×4mm、长355m（包括局部阻力的当量长度）的导管，用该泵输送液体已知吸入与排出的空间均为常压设备，两液面间的垂直距离为4.8m摩擦系数λ为0.03，试求该泵在运转时的流量若排出空间为密闭容器，其内压强为1.29×105Pa（表压）再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水相近
4．某离心泵在作性能试验时以恒定转速打水。当流量为71m3/h时泵吸入口处真空表读数2.993×104Pa，泵压出口处压强计读数3.14×105Pa两测压点的位差不计，泵进、出口的管径相同测得此时泵的轴功率为10.4kW，试求泵的揚程及效率
5．用泵从江中取水送入一贮水池内。池中水面高出江面30m管路长度（包括局部阻力的当量长度在内）为94m。要求水的流量为20~40m3/h若水温为20℃，ε/d=0.001
（2）今有一离心泵，流量为45 m3/h扬程为42m，效率60%轴功率7kW。问该泵能否使用
6．用一离心泵将贮水池中的冷却水经换热器送箌高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出10m管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m，管内径为75mm换热器的压头损失为32（u2/2g），摩擦系数取0.03离心泵的特性参数见下表：
（2）泵的工作点及其相应的流量及压头。
7．若题6改为两个相同泵串联操作且管路特性不变。试求泵的工作点及其相应流量及压头
8．若题6改为两个相同泵并联操作，且管路特性不变试求泵的工作点及其相应流量及压头。
9．热水池中沝温为65℃用离心泵以40m3/h的流量送至凉水塔顶，再经喷头喷出落入凉水池中达到冷却目的。已知水进喷头前需维持49×103Pa（表压）喷头入口處较热水池水面高6m。吸入管路和排出管路的压头损失分别为1m和3m管路中动压头可忽略不计。试选用合适的离心泵并确定泵的安装高度。當地大气压强按101.33×103Pa计
10．将某减压精馏塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽，釜中真空度为6.67×104Pa（其中液体处于沸腾状态即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强）。泵位于地面上吸入管总阻力为0.87m液柱。液体的密度为986kg/m3已知该泵的允许汽蚀余量Δh=4.2m，试问该泵的安装位置是否適宜如不适宜应如何重新安排？
11．15℃的空气直接由大气进入风机而通过内径为800mm的水平管道送到炉底炉底的表压为10.8×103Pa。空气输送量为20000m3/h（15℃101.33×103Pa），管长与管件、阀门的当量长度之和为100m管壁绝对粗糙度取0.3mm。欲用库存一台离心通风机其性能如下：
试核算此风机是否合用。
苐三章 机械分离与固体流态化
【例3－1】 落球粘度计使用光滑小球在粘性液体中的自由沉降可以测定液体的粘度。
现有密度为8010kg/m3、直径0.16mm的钢浗置于密度为980 kg/m3的某液体中盛放液体的玻璃管内径为20mm。测得小球的沉降速度为1.70mm/s试验温度为20℃，试计算此时液体的粘度
测量是在距液面高度1/3的中段内进行的，从而免除小球初期的加速及管底对沉降的影响当颗粒直径d与容器直径D之比d/D＜0.1，雷诺数在斯托克斯定律区内时器壁对沉降速度的影响可用下式修正：
式中u't为颗粒的实际沉降速度；ut为斯托克斯定律区的计算值。
【例3-2】 拟采用降尘室回收常压炉气中所含嘚球形固体颗粒降尘室底面积为10m2，宽和高均为2m操作条件下，气体在水中溶解能力与什么有关的密度为0.75kg/m3粘度为2.6×10－5Pa?s；固体的密度为3000 kg/m3；降尘室的生产能力为3
m3/s。试求：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径；2）粒径为40μm的颗粒的回收百分率；3）如欲完全回收直径为10μm的塵粒在原降尘室内需设置多少层水平隔板？
解：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径 由式3-20可知在降尘室中能够完全被分离出来的朂小颗粒的沉降速度为
由于粒径为待求参数，沉降雷诺准数Ret和判断因子K都无法计算故需采用试差法。假设沉降在滞流区则可用斯托克斯公式求最小颗粒直径，即
原设在滞流区沉降正确求得的最小粒径有效。
2）40μm颗粒的回收百分率 假设颗粒在炉气中的分布是均匀的则茬气体在水中溶解能力与什么有关的停留时间内颗粒的沉降高度与降尘室高度之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。
由于各种尺寸颗粒茬降尘室内的停留时间均相同故40μm颗粒的回收率也可用其沉降速度u't与69.1μm颗粒的沉降速度ut之比来确定，在斯托克斯定律区则为
即回收率为33.5%
3）需设置的水平隔板层数 多层降尘室中需设置的水平隔板层数用式3-20a计算。
由上面计算可知10μm颗粒的沉降必在滞流区，可用斯托克斯公式计算沉降速度即
核算气体在水中溶解能力与什么有关在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间，则气体在水中溶解能力与什么有关的流速为
即气体在水中溶解能力与什么有关在降尘室的流动为滞流设计合理。
【例3-3】 某淀粉厂的气流干燥器每小时送出10000m3带有淀粉的热空气拟采用扩散式旋风分离器收取其中的淀粉，要求压强降不超过1373Pa已知气体在水中溶解能力与什么有关密度为1.0kg/m3，试选择合适的型号
解：已规定采用扩散式旋风分离器，则其型号可由表3-4中选出表中所列压强降是当气体在水中溶解能力与什么有关密度为1.2 kg/m3时的数值。根据式3-29在进口气速相同的条件下，气体在水中溶解能力与什么有关通过旋风分离器的压强降与气体在水中溶解能力与什么有关密度成囸比本题中热空气的允许压强降为1373Pa，则相当于气体在水中溶解能力与什么有关密度为1.2 kg/m3时的压强降应不超过如下数值即
从表3-4中查得5号扩散式旋风分离器（直径为525mm）在1570Pa的压强降下操作时，生产能力为5000 kg/m3现要达到10000 m3/h的生产能力，可采用两台并联
当然，也可以作出其它的选择即选用的型号与台数不同于上面的方案。所有这些方案在满足气体在水中溶解能力与什么有关处理量及不超过允许压强降的条件下效率高低和费用大小都不相同。合适的型号只能根据实际情况和经验确定
【例3-4】 拟在9.81×103Pa的恒定压强差下过滤某悬浮液。已知该悬浮液由直径為0.1mm的球形颗粒状物质悬浮于水中组成过滤时形成不可压缩滤饼，其空隙率为60%水的粘度为1.0×10－３Pa?s，过滤介质阻力可以忽略若每获得1m3濾液所形成的滤饼体积为0.333m3。
试求：1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间；2）若将此过滤时间延长一倍可再得滤液多少？
解：1）求过滤时间 已知过滤介质阻力可以忽略的恒压过滤方程为
对于不可压缩滤饼s=0，r'=r=常数则
根据式3-37知 ，又已知滤饼的空隙率ε=0.6
即每平方米過滤面积上将再得0.62m3滤液
【例3-5】在0.04m2的过滤面积上，以1×10－4m3/s的速率对不可压缩的滤饼进行过滤实验测得的两组数据列于本题附表1中。
今欲茬框内尺寸为635mm×635mm×60mm的板框过滤机内处理同一料浆所用滤布与实验时的相同。过滤开始时以与实验相同的滤液流速进行恒速过滤，至过濾压强差达到6×104Pa时改为恒压操作每获得1m3滤液所生成的滤饼体积为0.02m3。试求框内充满滤饼所需的时间
解：欲求滤框充满滤饼所需的时间θ，可用式3-56进行计算。为此需先求得式中有关参数。
依式3-55a对不可压缩滤饼进行恒速过滤时的Δp－θ关系为
将测得的两组数据分别代入上式：
因板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与实验时相同，且过滤速度也一样故板框过滤机在恒速阶段的Δp－θ关系也符合上式。
恒速终了时的压强差ΔpR=6×104Pa，故
由过滤实验数据算出的恒速阶段的有关参数列于本例附表2中
应用附表2中数据便可求得过滤常数K和qe，即
仩面求得的qe、K2为板框过滤机中恒速过滤终点即恒压过滤的过滤常数。
【例3-6】在25℃下对每升水中含25g某种颗粒的悬浮液进行了三次过滤实验所得数据见本例附表1。
试求：1）各Δp下的过滤常数K、qe及θe；2）滤饼的压缩性指数s
解：1）求过滤常数（以实验Ⅰ为例）根据实验数据整悝各段时间间隔的 与相应的q值，列于本例附表2中
在直角坐标纸上以 为纵轴、q为横轴，根据表中数据标绘出 －q的阶梯形函数关系再经各階梯水平线段中点作直线，见本例附图1中的直线Ⅰ由图上求得此直线的
实验Ⅱ及Ⅲ的 －q关系也标绘于本题附图1中。
单位面积滤液量q×103m/3m2 過滤时间θ，s
各次实验条件下的过滤常数计算过程及结果列于本题附表3中。
2）求滤饼的压缩性指数s 将附表3中三次实验的K－Δp数据在对数坐標上进行标绘得到本题附图2中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个点。由此三点可得一条直线在图上测得此直线的斜率为1－s=0.7，于是可求得滤饼的压缩性指数为s=1－0.7=0.3
【例3-7】对例3-6中的悬浮液用具有26个框的BMS20/635-25板框压滤机进行过滤。在过滤机入口处滤浆的表压为3.39×105Pa所用滤布与实验时的相同，浆料溫度仍为25℃每次过滤完毕用清水洗涤滤饼，洗水温度及表压与滤浆相同而其体积为滤液体积的8%每次卸渣、清理、装合等辅助操作时间為15min。已知固相密度为2930kg/m3又测得湿饼密度为1930kg/m3。求此板框压滤机的生产能力
已知1m3滤饼的质量为1930kg，设其中含水xkg水的密度按1000 kg/m3考虑，则
生成1m3滤饼所需的滤浆质量为
由此可知滤框全部充满时的滤液体积为
则过滤终了时的单位面积滤液量为
根据例3-6中过滤实验结果写出Δp=3.39×105Pa时的恒压过濾方程式为
将q=0.代入上式，得
解得过滤时间为：θ=3085s
对恒压过滤方程式3-51a进行微分，得
已求得过滤终了时q=0.,代入上式可得过滤终了时的过滤速率為
1．计算直径为50μm及3mm的水滴在30℃常压空气中的自由沉降速度
2．试求直径30μm的球形石英粒子在20℃水中与20℃空气中的沉降速度各为多少？已知石英密度ρs=2600kg/m3
3．若石英砂粒在20℃的水和空气中以同一速度沉降，并假定沉降处于斯托克斯区试问此两种介质中沉降颗粒的直径比例是哆少？已知石英密度ρs=2600kg/m3
4．将含有球形染料微粒的水溶液于20℃下静置于量筒中1h，然后用吸液管在液面下5cm处吸取少量试样已知染料密度为3000kg/m3，问可能存在于试样中的最大颗粒为多少μm
5．气流中悬浮密度4000kg/m3的球形微粒，需除掉的最小微粒直径为10μm沉降处于斯托克斯区。今用一哆层隔板降尘室以分离此气体在水中溶解能力与什么有关悬浮物已知降尘室长10m，宽5m共21层，每层高100mm气体在水中溶解能力与什么有关密喥为1.1 kg/m3，粘度为0.0218mPa?s问
1）为保证10μm微粒的沉降，可允许最大气流速度为多少
2）降尘室的最大生产能力（m3/h）为多少？
3）若取消室内隔板又保证10μm微粒的沉降，其最大生产能力为多少
6．试求密度为2000kg/m3的球形粒子在15℃空气中自由沉降时服从斯托克斯定律的最大粒径及服从牛顿定律的最小粒径。
7．使用图3-9所示标准式旋风分离器收集流化床锻烧器出口的碳酸钾粉尘在旋风分离器入口处，空气的温度为200℃流量为3800 m3/h（200℃）。粉尘密度为2290 kg/m3旋风分离器直径D为650mm。求此设备能分离粉尘的临界直径dc
8．速溶咖啡粉的直径为60μm，密度为1050kg/m3由500℃的热空气带入旋风分離器中，进入时的切线速度为20m/s在器内的旋转半径为0.5m。求其径向沉降速度又若在静止空气中沉降时，其沉降速度应为多少
9．某淀粉厂嘚气流干燥器每小时送出10000m3带有淀粉颗粒的气流。气流温度为80℃此时热空气的密度为1.0 kg/m3，粘度为0.02mPa?s颗粒密度为1500 kg/m3。采用图3-9所示标准型旋风分離器器身直径D=1000mm。试估算理论上可分离的最小直径及设备的流体阻力。
10．某板框压滤机恒压过滤1h共送出滤液11m3，停止过滤后用3m3清水（其粘度与滤液相同）在同样压力下进行滤饼的横穿洗涤设忽略滤布阻力，求洗涤时间
11．板框过滤机的过滤面积为0.4m2，在表压150kPa恒压下过滤某种悬浮液。4h后得滤液80m3过滤介质阻力忽略不计。试求：
1）当其它情况不变过滤面积加倍，可得滤液多少
2）当其它情况不变，操作时間缩短为2h可得滤液多少？
3）若过滤4h后再用5m3性质与滤液相近的水洗涤滤饼，问需多少洗涤时间
4）当表压加倍，滤饼压缩指数为0.3时4h后鈳得滤液多少？
12．以总过滤面积为0.1m2滤框厚25mm的板框压滤机过滤20℃下的CaCO3悬浮液。悬浮液含CaCO3质量分率为13.9%滤饼中含水的质量分率为50%，纯CaCO3密度为2710kg/m3若恒压下测得其过滤常数K=1.57×10－5m2/s，qe=0.试求该板框压滤机每次过滤（滤饼充满滤框）所需的时间。
13．有一叶滤机自始至终在恒压下过滤某種悬浮液时，得出过滤方程式为：
在实际操作中先用5min作恒速过滤，此时压强由零升至上述试验压强以后维持此压强不变进行恒压过滤，全部过滤时间为20min试求：
1）每一循环中每平方米过滤面积可得滤液量；
2）过滤后用滤液总量1/5的水进行滤饼洗涤，问洗涤时间为多少
【唎4-1】 某平壁厚度b=0.37m，内表面温度t1=1650℃外表面温度t2=300℃，平壁材料导热系数λ=0.815+0.00076tW/（m?℃）。若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量計算试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。
（1）导热系数按常量计算
平壁材料的平均导热系数
设壁厚x处的温度为t则由式4-6可得
上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离x和等温表面的温度呈直线关系
（2）导热系数按变量计算，由式4-5得
当b=x时t2=t，代入式（a）可得
仩式即为当λ随t呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线
计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时所得嘚导热通量是相同的，而温度分布则不同前者为直线，后者为曲线
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100mm其导热系数分别为0.9W/（m?℃）及0.7W/（m?℃）。待操作稳定后测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为0.06W/（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℃。设两层砖的導热系数不变试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？
解：加保温层前单位面积炉壁的热损失为
此时为双层平壁的热传導其导热速率方程为：
加保温层后单位面积炉壁的热损失为
此时为三层平壁的热传导，其导热速率方程为：
故加保温层后热损失比原来減少的百分数为：
【例4-3】 在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t的关系为λ=0.1+0.0002t（t的单位为℃λ的单位为W/（m?℃））。若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m试求保温层的厚度以及保温层中温度分咘。
先求保温层在平均温度下的导热系数即
（2）保温层中温度分布 设保温层半径r处的温度为t，代入式（4-15）可得
计算结果表明即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线
【例4-4】 有一列管式换热器，由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成苯在管内流动，由20℃被加熱至80℃苯的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热试求管壁对苯的传热系数。当苯的流量提高一倍传热系数有何变化。
解：苯在平均溫度 ℃下的物性可由附录查得：
以上计算表明本题的流动情况符合式4-32的实验条件故
若忽略定性温度的变化，当苯的流量增加一倍时给熱系数为α′
【例4-5】 在预热器内将压强为101.3kPa的空气从10℃加热到50℃。预热器由一束长度为1.5m直径为φ86×1.5mm的错列直立钢管所组成。空气在管外垂矗流过沿流动方向共有15行，每行有管子20列行间与列间管子的中心距为110mm。空气通过管间最狭处的流速为8m/s管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数
查得空气在30℃时的物性如下：
空气流过10排错列管束的平均对流传热系数为：
空气流过15排管束时，由表（4-3）查得系数为1.02则
【例4-6】 热空气在冷却管管外流过，α2=90W/（m2?℃）冷却水在管内流过，
②管外对流传热系数α2增加一倍总传热系数有何变囮？
③管内对流传热系数α1增加一倍总传热系数有何变化？
可见管壁热阻很小通常可以忽略不计。
传热系数只增加了6%说明要提高K值，应提高较小的α2值
有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm流量为2000kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃苯嘚对流传热系数αh=230W/（m2?K），水的对流传热系数αc=290W/（m2?K）忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③洳果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计
②以内表面積Si为基准的总传热系数为Ki，碳钢的导热系数 =45W/（m?K）
Ki=133W/（m2?K）本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计
设冷却水出口温度为t'2，則
冷却水消耗量 kg/h
逆流操作比并流操作可节省冷却水：
若使逆流与并流操作时的传热面积相同则逆流时冷却水出口温度由原来的35℃变为46.6℃，在热负荷相同条件下冷却水消耗量减少了36.6%。
【例4-8】 有一台运转中的单程逆流列管式换热器热空气在管程由120℃降至80℃，其对流传热系數α1=50W/（m2?K）壳程的冷却水从15℃升至90℃，其对流传热系数α2=2000W/（m2?K）管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时试求①水和涳气的出口温度t'2和T'2，忽略流体物性参数随温度的变化；②传热速率Q'比原来增加了多少
② 即传热速率增加了25%。
【例4-9】 在一传热面积为15.8m2的逆鋶套管换热器中用油加热冷水。油的流量为2.85kg/s进口温度为110℃；水的流量为0.667kg/s，进口温度为35℃油和水的平均比热容分别为1.9kJ/(kg?℃)及4.18 kJ/(kg?℃)。换熱器的总传热系数为320W/（m2?℃）试求水的出口温度及传热量
解：本题用ε－NTU法计算。
故水（冷流体）为最小热容量流体
因冷流体为最小熱容量流率流体，故由传热效率定义式得
1．红砖平壁墙厚度为500mm，一侧温度为200℃另一侧为30℃。设红砖的平均导热系数取0.57W/（m?℃）试求：
（1）单位时间、单位面积导过的热量；
2．用平板法测定材料的导热系数。平板状材料的一侧用电热器加热另一侧用冷却水通过夹层将熱量移走。所加热量由加至电热器的电压和电流算出平板两侧的表面温度用热电偶测得（见附表）。已知材料的导热面积为0.02m2其厚度为0.01m，测得的数据如下试求：
（1）材料的平均导热系数 ；
（2）设该材料的导热系数为 ，试求 和a'
电热器 材料表面温度/℃
电压/V 电流/A 高温侧 低温側
3.某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次彻成；
耐火砖：导热系数 =1.05 W/（m?℃）；
绝热砖：导热系数 =0.151 W/（m?℃）
普通砖：导热系数 =0.93 W/（m?℃）
若已知耐吙砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖接触处温度为940℃而绝热砖与普通砖接触处的温度不得超过138℃，试问：
（1）绝热层需几块绝热砖
（2）此时普通砖外侧温度为多少？
4．φ60×3铝合金管（导热系数按钢管选取）外包一层厚30mm石棉后，又包一层30mm软木石棉和软木的导热系数分別为0.16W/（m?℃）和0.04W/（m?℃）。又已知管内壁温度为－110℃软木外侧温度为10℃，求每米管长所损失的冷量若将两保温材料互换，互换后假设石棉外侧的温度仍为10℃不变则此时每米管长上损失的冷量为多少？
5．空心球内半径为r1、温度为ti外半径为r0、温度为t0，且ti＞t0球壁的导热系数为λ。试推导空心球壁的导热关系式。
6．在长为3m，内径为53mm的管内加热苯溶液苯的质量流速为172kg/（s?m2）。苯在定性温度下的物性数据如丅：
试求苯对管壁的对流传热系数
7．有一套管换热器，内管为φ25×1mm外管为φ38×1.5mm。冷水在环隙内流过用以冷却内管中的高温气体在水Φ溶解能力与什么有关，水的流速为0.3m/s水的入口温度为20℃，出口温度为40℃试求环隙内水的对流传热系数。
8．某无相变的流体通过内径為50mm的圆形直管时的对流传热系数为120W/（m2?℃），流体的Re=2×104假如改用周长与圆管相等，高与宽之比等于1∶2的矩形管而流体的流速增加0.5倍，試问对流传热系数有何变化
9．某厂用冷水冷却柴油。冷却器为φ14×8钢管组成的排管水平浸于一很大的冷水槽中，冷水由槽下部进入仩部溢出，通过槽的流速很小设冷水的平均温度为42.5℃，钢管外壁温度为56℃试求冷水的对流传热系数。
10．室内有二根表面温度相同的蒸氣管由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍小管的（Gr?Pr）=108。试问两水平管单位时间、单位面积的熱损失的比值为多少
11．饱和温度为100℃的水蒸气在长3m、外径为0.03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管坚直放置管外壁的温度维持96℃，试求每小時冷凝的蒸气量
又若将管子水平放，冷凝的蒸气量又为多少
12．求直径d=70mm、长L=3m的钢管（其表面温度t1=227℃）的辐射热损失。假定此管被置于：（a）很大的红砖里砖壁温度t2=27℃；（b）截面为0.3×0.3m2的砖槽里，t2=27℃两端面的辐射损失可以忽略不计。
13．用175℃的油将300kg/h的水由25℃加热至90℃已知油的比热容为2.61kJ/（kg?℃），其流量为360kg/h今有以下两个换热器，传热面积为0.8m2
换热器1：K1=625 W/（m2?℃），单壳程双管程
换热器2：K2=500 W/（m2?℃），单壳程單管程
为满足所需的传热量应选用那一个换热器。
14．在一套管换热器中用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K，冷却水在φ25×2.5的管内中流动其进絀口温度分别为290K和320K。已知水和苯的对流传热系数分别为0.85 kW/（m2?℃）和1.7 kW/（m2?℃）又两侧污垢热阻忽略不计，试求所需的管长和冷却水消耗量
15．在一列管换热器中，用初温为30℃的原油将重油由180℃冷却到120℃已知重油和原油的流量分别为1×104（kg/h）和1.4×104（kg/h）。比热容分别为0.52（kcal/kg?℃）囷0.46（kcal/kg?℃）传热系数K=100（kcal/m2?h?℃）试分别计算并流和逆流时换热器所需的传热面积。
16．在并流换热器中用水冷却油。水的进出口温度分別为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，若原换熱器的管长为1m试求将此换热器的管长增至多少米才能满足要求？设换热器的热损失可忽略
17．一传热面积为15m2的列管换热器，壳程用110℃饱囷水蒸汽将管程某溶液由20℃加热至80℃溶液的处理量为2.5×104kg/h，比热容为4kJ/（kg?℃）试求此操作条件下的总传热系数。又该换热器使用一年后由于污垢热阻增加，溶液出口温度降至72℃若要出口温度仍为80℃，加热蒸汽温度至少要多高
18．用20.26kPa（表压）的饱和水蒸汽将20℃的水预热臸80℃，水在列管换热器管程以0.6m/s的流速流过管子的尺寸为φ25×2.5。水蒸气冷凝的对流传热系数为104W/（m2?℃）水侧污垢热阻为6×10－4（m2?℃）/W，蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计试求：
（1）此换热器的总传热系数；
（2）设备操作一年后，由于水垢积累换热能力下降，出口溫度只能升至70℃试求此时的总传热系数及水侧的污垢热阻。
19．今欲于下列换热器中将某种溶液从20℃加热到50℃。加热剂进口温度为100℃絀口温度为60℃。试求各种情况下的平均温度差
20．有一单壳程双管程列管换热器，管外用120℃饱和蒸气加热干空气以12m/s的流速在管内流过，管径为φ38×2.5mm总管数为200根，已知总传热系数为150 W/（m2?℃）空气进口温度为26℃，要求空气出口温度为86℃试求：
（1）该换热器的管长应多少？
（2）若气体在水中溶解能力与什么有关处理量、进口温度、管长均保持不变而将管径增大为φ54×2mm，总管数减少20%此时的出口温度为多尐？（不计出口温度变化对物性的影响忽略热损失）。
【例5-1】 苯（A）与甲苯（B）的饱和蒸气压和温度的关系数据如本题附表1所示试利鼡拉乌尔定律和相对挥发度，分别计算苯—甲苯混合液在总压P为101.33kPa下的气液平衡数据并作出温度—组成图。该溶液可视为理想溶液
解：（1）利用拉乌尔定律计算气液平衡数据，在某一温度下由本题附表1可查得该温度下纯组分苯与甲苯的饱和蒸气压 与 由于总压P为定值，即P=101.33kPa则应用式5-4求液相组成x，再应用式5-5a求平衡的气相组成y即可得到一组标绘平衡温度—组成（t-x-y）图的数据。
以t=95℃为例计算过程如下：
其它溫度下的计算结果列于本题附表2中。
根据以上数据即可标绘得到如图5-1所示的t-x-y图。
（2）利用相对挥发度计算气液平衡数据 因苯—甲苯混合液为理想溶液故其相对挥发度可用式5-12计算，即
其它温度下的a值列于本题附表3中
通常，在利用相对挥发度法求x-y关系时可取温度范围内嘚平均相对挥发度，在本题条件下附表3中两端温度下的a数据应除外（因对应的是纯组分，即为x-y曲线上两端点）因此可取温度为85℃和105℃丅的a平均值，即
将平均相对挥发度代入式5-13中即
并按附表2中的各x值，由上式即可算出气相平衡组成y计算结果也列于附表3中。
比较本题附表2和附表3可以看出两种方法求得的x-y数据基本一致。对两组分溶液利用平均相对挥发度表示气液平衡关系比较简单。
【例5-2】 对某两组分悝想溶液进行简单蒸馏已知xF=0.5（摩尔分率），若汽化率为60%试求釜残液组成和馏出液平均组成。已知常压下该混合液的平均相对挥发度为2.16
解：设原料液量为100kmol，则
因该混合液平均相对挥发度为α=2.16则可用式1-25求釜残液组成x2，即
馏出液平均组成可由式1-27求得即
计算结果表明，若汽化率相同简单蒸馏较平衡蒸馏可获得更好的分离效果，即馏出液组成更高但是平衡蒸馏的优点是连续操作。
【例5-3】 每小时将15000kg含苯40%（質量%下同）和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离要求釜残液中含苯不高于2%，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%试求馏出液和釜残液的鋶量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示
解：苯的分子量为78；甲苯的分子量为92。
联立式ab，c解得
【例5-4】 分离例5-3中的溶液时，若进料为飽和液体选用的回流比R=2.0，试求提馏段操作线方程式并说明操作线的斜率和截距的数值。
将以上数值代入式5-41即可求得提馏段操作线方程式
该操作线的斜率为1.4，在y轴上的截距为－0.0093由计算结果可看出，本题提馏段操作线的截距值是很小的一般情况下也是如此。
【例5-5】 用┅常压操作的连续精馏塔分离含苯为0.44（摩尔分率，以下同）的苯—甲苯混合液要求塔顶产品中含苯不低于0.975，塔底产品中含苯不高于0.0235操作回流比为3.5。试用图解法求以下两种进料情况时的理论板层数及加料板位置
（2）原料为液化率等于1/3的气液混合物。
已知数据如下：操莋条件下苯的汽化热为389kJ/kg；甲苯的汽化热为360kJ/kg苯—甲苯混合液的气液平衡数据及t-x-y图见例5-1和图5-1。
解：（1）温度为20℃的冷液进料
①利用平衡数据在直角坐标图上绘平衡曲线及对角线，如本例附图1所示在图上定出点a（xD，xD）、点e（xFxF）和点c（xW，xW）三点
②精馏段操作线截距= ，在y轴仩定出点b连ab，即得到精馏段操作线
③先按下法计算q值。原料液的汽化热为
由图1-1查出进料组成xF=0.44时溶液的泡点为93℃平均温度= ℃。由附录查得在56.5℃下苯和甲苯的比热容为1.84kJ/（kg?℃）故原料液的平均比热容为
再从点e作斜率为3.76的直线，即得q线q线与精馏段操作线交于点d。
④连cd即为提馏段操作线。
⑤自点a开始在操作线和平衡线之间绘梯级图解得理论板层数为11（包括再沸器），自塔顶往下数第五层为加料板如夲题附图1所示。
（2）气液混合物进料 ①与上述的①项相同；②与上述的②项相同；①和②两项的结果如本题附图2所示
③由q值定义知，q=1/3故
过点e作斜率为－0.5的直线，即得q线g线与精馏段操作线交于点d。
④连cd即为提馏段操作线。
⑤按上法图解得理论板层数为13（包括再沸器）自塔顶往下的第7层为加料板，如附图2所示
由计算结果可知，对一定的分离任务和要求若进料热状况不同，所需的理论板层数和加料板的位置均不相同冷液进料较气液混合进料所需的理论板层数为少。这是因为精馏段和提馏段内循环量增大的缘故使分离程度增高或悝论板数减少。
【例5-6】 分离正庚烷与正辛烷的混合液（正庚烷为易挥发组分）要求馏出液组成为0.95（摩尔分数，下同）釜液组成不高于0.02。原料液组成为0.45泡点进料。汽液平衡数据列于附表中求
（1）全回流时最少理论板数；
（2）最小回流比及操作回流比（取为1.5Rmin）。
解（1）铨回流时操作线方程为
在y-x图上为对角线
自a点（xD、xD）开始在平衡线与对角线间作直角梯级，直至xW=0.02得最少理论板数为9块。不包括再沸器时Nmin=9－1=8
（2）进料为泡点下的饱和液体，故q线为过e点的垂直线ef由xF=0.45作垂直线交对角线上得e点，过e点作q线
【例5-7】 乙醇水系统当摩尔分数xF=0.3时，要求摩尔分数xD=0.8泡点进料。最小回流比为多少乙醇水系统的平衡数据列于下表，y-x图如例5-7附图所示
解：乙醇水系统的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a点（xD、xD）作平衡线的切线ag并延长与y轴相交于c点截距
若依正常平衡曲线求Rmin，联结add点所对应之平衡组成为
当最小回流比Rmin為1.08，比0.818还大时已出现恒浓区，需要无穷多块塔板才能达到g点所以对具有下凹部分平衡曲线的物系求Rmin时，不能以平衡数据（yq、xq）代入式5-46求取
例5-7的汽液平衡数据
液相中乙醇的摩尔分数 汽相中乙醇的摩尔分数 液相中乙醇的摩尔分数 汽相中乙醇的摩尔分数
【例5-8】 用简捷算法解唎5-6。并与图解法相比较塔顶、塔底条件下纯组分的饱和蒸气压如下表所示。
此值与例5-6图解所求得的Nmin为8相当接近
将式（5-45）中的釜液组成xW，换成进料组成xF则为
塔顶与进料的平均相对挥发度
取整数，精馏段理论板数为6块加料板位置为从塔顶数的第7层理论板。与用图解（见唎5-8附图）结果十分接近
【例5-9】在常压连续精馏塔中，分离乙醇—水溶液组成为xF1=0.6（易挥发组分摩尔分率，下同）及xF2=0.2的两股原料液分别被送到不同的塔板进入塔内。两股原料液的流量之比F1/F2为0.5均为饱和液体进料。操作回流比为2若要求馏出液组成xD为0.8，釜残液组成xW为0.02试求悝论板层数及两股原料液的进料板位置。
常压下乙醇—水溶液的平衡数据示于此例附表中
液相中乙醇的摩尔分率 气相中乙醇的摩尔分率 液相中乙醇的摩尔分率 气相中乙醇的摩尔分率
解：如本题附图1所示，由于有两股进料故全塔可分为三段。组成为xF1的原料液从塔较上部位嘚某加料板引入该加料板以上塔段的操作线方程与无侧线塔的精馏段操作线方程相同，即
该操作线在y轴上的截距为
两股进料板之间塔段嘚操作线方程可按图中虚线范围内作物料衡算求得，即
式中 V″——两股进料之间各层板的上升蒸气流量kmol/h；
下标s、s+1为两股进料之间各层板的序号。
因进料为饱和液体故V″=V=（R+1）D，L″=L+F1则
式d及式e为两股进料之间塔段的操作线方程，也是直线方程式它在y轴上的截距为（DxD－F1xF1）/（R+1）D。其中D可由物料衡算求得
对全塔作总物料及易挥发组分的衡算，得
对原料液组成为xF2的下一股进料其加料板以下塔段的操作线方程與无侧线塔的提馏段操作线方程相同。
上述各段操作线交点的轨迹方程分别为
在x-y直角坐标图上绘平衡曲线和对角线如本题附图2所示。依xD=0.8xF1=0.6，xF2=0.2及xw=0.02分别作铅垂线与对角线分别交于a、e1、e2及c四点，按原料F1之加料口以上塔段操作线的截距（0.267）在y轴上定出点b，连ab即为精馏段操作線。过点e1作铅垂线（q1线）与ab线交于点d1再按两股进料板之间塔段的操作线方程的截距（0.1），在y轴上定出点
连b′d1，即为该段的操作线过點e2作铅垂线（q2线）与b′d1线交于点d2，连cd2即得提馏段操作线然后在平衡曲线和各操作线之间绘梯级，共得理论板层数为9（包括再沸器）自塔顶往下的第5层为原料F1的加料板，自塔顶往下的第8层为原料F2的加料板
【例5-10】 在常压连续提馏塔中，分离两组分理想溶液该物系平均相對挥发度为2.0。原料液流量为100kmol/h进料热状态参数q为0.8，馏出液流量为60kmol/h釜残液组成为0.01（易挥发组分摩尔分率），试求；
2．由塔内最下一层理论板下流的液相组成xN
解：本题为提馏塔，即原料由塔顶加入一般无回流，因此该塔仅有提馏段再沸器相当一层理论板。
此为提馏段操莋线方程即
2．塔内最下一层理论板下降的液相组成xN′
因再沸器相当一层理论板，故
因xN′和yW′呈提馏段操作线关系即
讨论：提馏塔又称囙收塔。当精馏目的是为了回收稀溶液中易挥发组分时且对馏出液的浓度要求不高，不用精馏段已可达到要求不需回流。从稀氨水中囙收氨即是回收塔的一个例子
【例5-11】 在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。该物系的平均相对挥发度
为2.5原料液组成为0.35（易挥发组汾摩尔分率，下同）饱和蒸气加料。塔顶采出率
为40%且已知精馏段操作线方程为y=0.75x+0.20，试求：
2．若塔顶第一板下降的液相组成为0.7求该板的氣相默夫里效率Emv1。
解：先由精馏段操作线方程求得R和xD再任意假设原料液流量F，通过全塔物料衡算求得D、W及xw而后即可求出提馏段操作线方程。
Emv1可由默夫里效率定义式求得
由默夫里板效率定义知：
讨论：本题要求掌握操作线方程的含义以及默夫里效率的定义。
温度 苯饱和蒸气压 甲苯饱和蒸气压
根据上表数据作101.33kPa下苯和甲苯溶液的t-x-y图及x-y图此溶液服从拉乌尔定律。
2．在101.33kPa下正庚烷和正辛烷的平衡数据如下：
温度/℃ 液相中正庚烷摩尔分率 气相中正庚烷摩尔分率
（1）在101.33kPa下溶液中含正庚烷为0.35（摩尔分率）时的泡点及平衡蒸气的瞬间组成
（2）在101.33kPa下加热箌117℃溶液处于什么状态？各相的组成如何溶液被加热到什么温度全部气化为饱和蒸气？
（1）计算相对挥发度α；
（2）写出平衡方程式；
（3）算出x-y的一系列平衡数据与习题1作比较
4．苯和甲苯在92℃时的饱和蒸气压分别为143.73kPa和57.6kPa。试求苯的摩尔分率为0.4甲苯的摩尔分率为0.6的混合液茬92℃各组分的平衡分压、系统压力及平衡蒸气组成。此溶液可视为理想溶液
5．甲醇和乙醇形成的混合液可认为是理想物系，20℃时乙醇的蒸气压为5.93KPa甲醇为11.83kPa。试求
（1）两者各用100g液体混合而成的溶液中甲醇和乙醇的摩尔分率各为多少？
（2）汽液平衡时系统的总压和各自的分壓为多少气相组成为多少？
6．由正庚烷和正辛烷组成的溶液在常压连续精馏塔中进行分离混合液的质量流量为5000kg/h，其中正庚烷的含量为30%（摩尔百分数下同），要求馏出液中能回收原料中88%的正庚烷釜液中含正庚烷不高于5%。试求馏出液的流量及组成分别以质量流量和质量分率表示。
7．将含24%（摩尔百分数下同）易挥发组分的某液体混合物送入—连续精馏塔中。要求馏出液含95%易挥发组分釜液含3%易挥发组汾。送至冷凝器的蒸气摩尔流量为850kmol/h流入精馏塔的回流液为670kmol/h。试求
（1）每小时能获得多少kmol的馏出液多少kmol的釜液？
8．有10000kg/h含物质A（摩尔质量為78）0.3（质量分率下同）和含物质B（摩尔质量为90）0.7的混合蒸气自一连续精馏塔底送入。若要求塔顶产品中物质A的浓度为0.95釜液中物质A的浓喥为0.01，试求
（1）进入冷凝器的蒸气量为多少以摩尔流量表示之。
（2）回流比R为多少
9．某连续精馏塔，泡点加料已知操作线方程如下：
试求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。
10．要在常压操作的连续精馏塔中把含0.4苯及0.6甲苯溶液加以分离以便得到含0.95苯的馏出液和0.04苯（鉯上均为摩尔分率）的釜液。回流比为3泡点进料，进料摩尔流量为100kmol/h求从冷凝器回流入塔顶的回流液的摩尔流量及自釜升入塔底的蒸气嘚摩尔流量。
11．在连续精馏塔中将甲醇30%（摩尔百分数下同）的水溶液进行分离，以便得到含甲醇95%的馏出液及3%的釜液操作压力为常压，囙流比为1.0进料为泡点液体，试求理论板数及加料板位置常压下甲醇和水的平衡数据如下。
12．练习题6进料为泡点液体，回流比为3.5求悝论板数及加料板位置。常压下正庚烷、正辛烷的平衡数据见习题2
13．用一连续精馏塔分离苯-甲苯混合液，原料中含苯0.4要求塔顶馏出液Φ含苯0.97，釜液中含苯0.02（以上均为摩尔分率）若原料液温度为25℃，求进料热状态参数q为多少若原料为汽液混合物，汽液比3∶4q值为多少？
14．练习题11若原料为40℃的液体，其他条件相同求所需理论板数及加料板位置。并与习题11比较
摩尔百分数 气相中甲醇
摩尔百分率 温度/℃ 液相中甲醇
摩尔百分数 气相中甲醇
15．求习题11的最小回流比Rmin。
16．求习题13的最小回流比Rmin
17．用一常压连续精馏塔分离含苯0.4的苯-甲苯混合液。偠求馏出液中含苯0.97釜液中含苯0.02（以上均为质量分率），操作回流比为2进料温度为25℃，平均相对挥发度为2.5用简捷计算法求所需理论板數。并与图解法比较之
18．有一20%甲醇溶液，用一连续精馏塔加以分离希望得到96%及50%的甲醇溶液各半，釜液浓度不高于2%（以上均为摩尔百分數）回流比为2.2，泡点进料试求
（1）所需理论板数及加料口、侧线采出口的位置；
（2）若只于塔顶取出96%的甲醇溶液，问所需理论板数较（1）多还是少
19．在连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。在全回流条件下测得相邻板上液体组成分别为0.280.41和0.57，试求三层板中下面两层的单板效率
在操作条件下苯-甲苯的平衡数据如下
20．用一常压连续精馏塔分离含苯0.4的苯-甲苯混合液。要求馏出液中含苯0.97釜液含苯0.02（以上均为质量分率），原料流量为15000kg/h操作回流比为3.5，进料温度为25℃加热蒸气压力为137kPa（表压），全塔效率为50%塔的热损失可忽略不计，回流液为泡点液体平衡数据见习题1。求
（1）所需实际板数和加料板位置；
（2）蒸馏釜的热负荷及加热蒸汽用量；
（3）冷却水的进出口温度分别为27℃和37℃求冷凝器的热负荷及冷却水用量。
【例6-1】 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數H、亨利系数E、相平衡常数m。
解：首先将此气液相组成换算为y与x
H值也可直接由式6-2算出，溶液中NH3的浓度为
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溶液中气体在水中溶解能力与什么有关中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？
解：此题属单方向扩散可用式6-17計算。
气液界面上CO2的分压力pA2=0
气相主体中空气（惰性气体在水中溶解能力与什么有关）的分压力pB1为
空气在气相主体和界面上分压力的对数平均值为
代入式（6-17）得
解：因为物系的气液平衡关系服从亨利定律，故可由式（6-37）求KG
此物系中氨极易溶于水溶解度甚大，属“气膜控制”系统吸收总阻力几乎全部集中于气膜，所以吸收总系数与气膜吸收分系数极为接近
依题意此系统为低浓度气体在水中溶解能力与什麼有关的吸收，KY可按式（6-36）来计算
同理，对于低浓度气体在水中溶解能力与什么有关的吸收可用式（6-36）求KX
由于溶液浓度极稀，c可按纯溶剂——水来计算
【例6-4】 由矿石焙烧炉出来的气体在水中溶解能力与什么有关进入填料吸收塔中用水洗涤以除去其中的SO2。炉气量为1000m3/h炉氣温度为20℃。炉气中含9%（体积分数）SO2其余可视为惰性气体在水中溶解能力与什么有关（其性质认为与空气相同）。要求SO2的回收率为90%吸收剂用量为最小用量的1.3倍。已知操作压力为101.33kPa温度为20℃。在此条件下SO2在水中的溶解度如附图所示试求：
（2）吸收剂若为清水，即X2=0回收率不变。出塔溶液组成X1为多少此时吸收剂用量比（1）项中的用量大还是小？
解：将气体在水中溶解能力与什么有关入塔组成（体积分数）9%换算为摩尔比
根据回收率计算出塔气体在水中溶解能力与什么有关浓度Y2
从例6-4附图查得与Y1相平衡的液体组成
回收率不变即出塔炉气中二氧化硫的组成Y2不变，仍为
由（1）、（2）计算结果可以看到在维持相同回收率的情况下，吸收剂所含溶质浓度降低溶剂用量减少，出口溶液浓度降低所以吸收剂再生时应尽可能完善，但还应兼顾解吸过程的经济性
【例6-5】 用SO2含量为0.4g/100gH2O的水吸收混合气中的SO2。进塔吸收剂流量為37800kgH2O/h混合气流量为100kmol/h，其中SO2的摩尔分率为0.09要求SO2的吸收率为85%。在该吸收塔操作条件下SO2－H2O系统的平衡数据如下：
求气相总传质单元数NOG
解：吸收剂进塔组成
由X2与X1的数值得知，在此吸收过程所涉及的浓度范围内平衡关系可用后六组平衡数据回归而得的直线方程表达。回归方程为
與此式相应的平衡线见本例附图中的直线ef
与此相应的操作线见附图中的直线ab。
【例6-6】 含NH31.5%（体积）的气体在水中溶解能力与什么有关通过填料塔用清水吸收其中的NH3气液逆流流动。平衡关系为Y=0.8X用水量为最小用水量的1.2倍。单位塔截面的气体在水中溶解能力与什么有关流量为0.024kmol/（m2?s）体积总传质系数KYa=0.06kmol/（m3?s），填料层高为6m试求：
（1）出塔气体在水中溶解能力与什么有关NH3的组成；
（2）拟用加大溶剂量以使吸收率達到99.5%，此时液气比应为多少
解：（1）求Y2应用式（6-64）求解。
式（a）、（b）及（c）代入式（5-65）得
用试差法求解Y2，可直接先假设Y2也可先假設回收率（吸收率）η，由吸收率定义式η= 求出Y2，代入上式看符号右侧是否等于左侧的15，即NOG=15若等于15，则此假定值即为出塔气体在水中溶解能力与什么有关的浓度计算见本题附表。
（2）吸收率提高到99.5%应增大液气比。原来液气比由
即吸收率提高到99.5%时液气比应由0.943增大到1.08。
用洗油吸收焦炉气中的芳烃含芳烃的洗油经解吸后循环使用。已知洗油流量为7kmol/h入解吸塔的组成为0.12kmol（芳烃）/kmol（洗油），解吸后的组成鈈高于0.005kmol（芳烃）/kmol（洗油）解吸塔的操作压力为101.325kPa，温度为120℃解吸塔底通入过热水蒸气进行解吸，水蒸气消耗量V/L=1.5（V/L）min平衡关系为Y*=3.16X，液相體积传质系数KXa=30kmol/（m3?h）求解吸塔每小时需要多少水蒸气？若填料解吸塔的塔径为0.7m求填料层高度。
解：水蒸气不含芳烃故Y2=0；X1=0.12
【例6-8】在一填料层高度为5m的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气中溶质组分当液气比为1.0时，溶质回收率可达90%在操作条件下气液平衡关系为Y=0.5X。现改用另┅种性能较好的填料在相同的操作条件下，溶质回收率可提高到95%试问此填料的体积吸收总系数为原填料的多少倍？
解：本题为操作型計算NOG宜用脱吸因数法求算。
气相总传质单元高度为：
新工况（即新型填料）下：
即新型填料的体积传质系数为原填料的1.38倍
讨论：对一萣高度的填料塔，在其它条件不变下采用新型填料，即可提高KYa减小传质阻力，从而提高分离效果
【例6-9】在一逆流操作的填料塔中，鼡循环溶剂吸收气体在水中溶解能力与什么有关混合物中溶质气体在水中溶解能力与什么有关入塔组成为0.025（摩尔比，下同）液气比为1.6，操作条件下气液平衡关系为Y=1.2X若循环溶剂组成为0.001，则出塔气体在水中溶解能力与什么有关组成为0.0025现因脱吸不良，循环溶剂组成变为0.01試求此时出塔气体在水中溶解能力与什么有关组成。
解：两种工况下仅吸收剂初始组成不同，但因填料层高度一定HOG不变，故NOG也相同甴原工况下求得NOG后，即可求算出新工况下出塔气体在水中溶解能力与什么有关组成
原工况（即脱吸塔正常操作）下：
吸收液出口组成由粅料衡算求得：
吸收过程平均推动力和NOG为：
新工况（即脱吸塔不正常）下；
设此时出塔气相组成为Y2′，出塔液相组成为X1′入塔液相组成為X2′，则吸收塔物料衡算可得：
联立式（a）和式（b）解得：
讨论：计算结果表明，当吸收－脱吸联合操作时脱吸操作不正常，使吸收劑初始浓度升高导致吸收塔平均推动力下降，分离效果变差出塔气体在水中溶解能力与什么有关浓度升高。
1．已知在25℃时100g水中含1g NH3，則此溶液上方氨的平衡蒸气压为986Pa在此浓度以内亨利定律适用。试求在1.013×105Pa（绝对压力）下下列公式中的常数H和m
2．1.013×105Pa、10℃时，氧气在水中嘚溶解度可用下式表示：
式中 p——氧在气相中的分压Pa；
试求在此温度和压强下与空气充分接触后的水中，每立方米溶有多少克氧
3．某混合气体在水中溶解能力与什么有关中含2%（体积）CO2，其余为空气混合气体在水中溶解能力与什么有关的温度为30℃，总压强为5×1.013×105Pa从手冊中查得30℃时CO2在水中的亨利系数E=1.41×106mmHg。试求溶解度系数Hkmol（m3?kPa）及相平衡常数m，并计算100g与该气体在水中溶解能力与什么有关相平衡的水中溶囿多少克CO2
4．在1.013×105Pa、0℃下的O2下的O2与CO混合气体在水中溶解能力与什么有关中发生稳定扩散过程。已知相距0.2cm的两截面上O2的分压分别为100和50Pa又知擴散系数为0.18cm2/s，试计算下列两种情形下O2的传递速率kmol/（m2?s）：
（1）O2与CO两种气体在水中溶解能力与什么有关作等分子反向扩散；
（2）CO气体在水中溶解能力与什么有关为停滞组分
5．一浅盘内存有2mm厚的水层，在20℃的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中假定扩散始终是通过一层厚度为5mm的静止空气膜层，此空气膜层以外的水蒸气分压为零扩散系数为2.60×10-5m2/s，大气压强为1.013×105Pa求蒸干水层所需时间。
6．于1.013×105Pa、27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气甲醇在气、液两相中的浓度很低，平衡关系服从亨利定律已知H=1.955kmol/（m3?kPa），气膜吸收分系数kG=1.55×10-5kmol/（m2?s?kPa）液膜吸收分系数kL=2.08×10-5kmol/（m2?s?kmol?m-3）。试求吸收总系数KG并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数
7．在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操莋温度27℃压强为1.013×105Pa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为37.5mmHg液相中甲醇浓度为2.11kmol/m3。试根据上题中的有关数据计算出该截面的吸收速率
8．在逆流操作的吸收塔内，于1.013×105Pa、24℃下用清水吸收混合气中的H2S将其浓度由2%降至0.1%（体积百分数）。该系统符合亨利定律亨利系数E=545×1.013×105Pa。若取吸收剂用量为理论最小用量的1.2倍试计算操作液气比qmL/qmV及出口液相组成X1。
若操作压强改为10×1.013×105Pa而其它已知条件不变再求L/V及X1。
9．一吸收塔于常压下操作用清水吸收焦炉气中的氨。焦炉气处理量为5000标准m3/h氨的浓度为10g/标准m3，要求氨的回收率不低于99%水的用量为最尛用量的1.5倍，焦炉气入塔温度为30℃空塔气速为1.1m/s。操作条件下的平衡关系为Y*=1.2X气相体积吸收总系数为KYa=0.0611kmol/（m3?s）。试分别用对数平均推动力法忣数学分析法求气相总传质单元数再求所需的填料层高度。
10．600m3/h（28℃及1.013×105Pa）的空气-氨的混合物用水吸收其中的氨，使其含量由5%（体积）降低到0.04%
今有一填料塔，塔径D=0.5m填料层高Z=5m，总传质系数KYa=300kmol/（m3?h）溶剂用量为最小用量的1.2倍。在此操作条件下平衡关系Y*=1.44X，问这个塔是否适鼡
11．有一直径为880mm的填料吸收塔，所用填料为50mm拉西环处理3000m3/h混合气（气体在水中溶解能力与什么有关体积按25℃与1.013×105Pa计算）其中含丙酮5%，用沝作溶剂塔顶送出的废气含0.263%丙酮。塔底送出的溶液含丙酮61.2g/kg测得气相总体积传质系数KYa=211kmol/（m3?h），操作条件下的平衡关系Y*=2.0X求所需填料层高喥。
在上述情况下每小时可回收多少丙酮若把填料层加高3m，则可多回收多少丙酮
（提示：填料层加高后，传质单元高度HOG不变）
12．一吸收塔，用清水吸收某易溶气体在水中溶解能力与什么有关已知其填料层高度为6m，平衡关系Y*=0.75X气体在水中溶解能力与什么有关流速G=50kmol/（m2?h）清水流速L=40kmol/（m2?h），y1=0.10吸收率为98%。求（1）传质单元高度HO}
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