三、问答题(1)如图示,用一单级悬臂式B型离心泵,将水由槽A送到槽B。试问:①为了调节流量,拟装一调节阀,应装在何处?并说明理由。②调节阀开大时试说明装在泵进口和出口处的真空表及压力表将如何变化?÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square 答：①装在泵的出口。因装在吸入管在阀关小时容易导致汽蚀发生,损坏叶轮,所以应装在出口。（5分）②在0-0与1-1之间列伯努利方程5分gZ+U2/2+P/ρ+∑hf=Const∵阀开大时,U↑而U↑导致∑hf↑和U2/2↑,从而导致P/ρ↓即:p1上的读数(真空度)增大(而绝对压力下降)。在0-0与2-2之间列伯努利方程式：Ws+E0=gZ+U2/2+P/ρ+∑hf∵阀开大使U↑导致U2/2↑和∑hf↑另一方面泵的新工作点处He下降(亦即Ws下降),故P/ρ也下降∴压力表2的读数p2也降低。(2)精馏塔在一定条件下操作，若回流液由饱和液体改为冷液时，其塔顶产品组成有何变化？为什么？答：________________________(3)现拟做传热实验，以饱和水蒸气加热空气，冷凝水在饱和蒸汽温度下排除。采用套管换热器,换热面积Ai已知，试问:（１）如何确定流程、流向________；（２）写出以α表示的传热速率方程Ｑ＝αiＡiΔｔmΔｔ2=ｔw 2-ｔ2Δｔ1=ｔw 1-ｔ1Δｔm= (Δｔ2-Δｔ1)/Ln(Δｔ2/Δｔ1)；（３）若要测定Ｋ值，应测定哪些参数________________________________________________________________________________________________________________；（４）测得Ｋ值后，如何定性考查Ｋ值对否？________________________。；（５）现要提高Ｋ值，应该采取什么措施最方便？为什么？________________________________________________________________________________________________________[四]计算题如图所示输水系统。已知:管路总长度(包括所有局部阻力当量长度)为100m，压出管路总长80m,管路摩擦系数λ=0.025，管子内径为0.05m，水的密度ρ=1000kg/m3,泵的效率为0.8,输水量为10m3/h，求:⑴泵轴功率N轴的值？⑵压力表的读数为多少kgf/cm2。÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square ⑴Na=Ne/ηNe=W·WeW=10×1000/3600=2.778kg/sWe--泵对单位质量流体所做的有效功。为此：选取1-1与2-2截面，并以1-1截面为基准面。在两截面间作机械能衡算：gZ1+(p1/ρ)+(u12/2)+We=gZ2+(p2/ρ)+(u22/2)+Σhf∵Z1=0Z2=2+18=20Mp1=p2=0u1=u2=0We=g·Z2+ΣhfΣhf=λ(ΣL/d)(u2/2)u=(V/3600)/[(π/4)d2]=(10/3600)/(0.785×0.052)=1.415m/sΣhf=0.025×(100/0.05)(1.4152/2)=50.06J/kgWe=9.81×20+50.06=246.25J/kgNe=W·We=2.778×246.25=684J/sNa=Ne/0.8=684/0.8=855W⑵再就3-3与2-2截面作机械能衡算，并取3-3为基准面gZ3+(p3/ρ)+(u32/2)=gZ2+(p2/ρ)+(u22/2)+Σhf，压∵Z3=0Z2=18p2=0u2=0∴p3/ρ=gZ2+Σhf，压-(u32/2)=9.81×18+λ(L压/d)(u32/2)-(u32/2)=176.58+0.025(80/0.05)×(1.4152/2)-(1.4152/2) =215.6J/kgp3=1000×215.6=215.6×103Pap3=215.6×103/(9.81×104)=2.198kgf/cm2(表)[五]计算题在传热面积为20m2的某换热器中,用温度为20℃,流量为13200kg/h的冷却水,冷却进口温度为110℃的醋酸,两流体逆流流动。换热器刚投入使用时,冷却水出口温度为45℃,醋酸出口温度为40℃,运转一段时间后,冷热流体流量不变,进口温度不变,而冷却水的出口温度降至38℃,试求传热系数下降的百分率。水的比热cp=4.2kJ/(kg·℃),热损失可忽略。Q=(W2cp2)(t2-t1)=13200×4.2(45-20)/3600=385kWΔtm=(65-20)/Ln(65/20)=38.2℃K=Q/(AΔtm)=385/(38.2×20)=0.5039kW/(m2·℃)过一段时间之后:Q'=13200×4.2×18/3600=277.2kWW1cp1=385/70=5.5T2'=110-277.2/5.5=59.6℃Δtm=[(110-38)-(59.6-20)]/Ln[(110-38)/(59.6-20)]=54.2℃K'=Q'/(AΔtm')=277.2/(20×54.2)=0.2557kW/(m2·K)∴[(K-K')/K]×100%=［(0.5039-0.2557)/0.5039］×100%=49.3%[六]计算题用一连续精馏塔分离二元理想溶液，进料量为100kmol/h，进料组成为0.4（摩尔分率，下同），馏出液组成为0.9，残液组成为0.1，相对挥发度为2.5，饱和液体进料。塔顶冷凝器为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。操作回流比为3。试求：（1）馏出液及残液量；（2）塔釜每小时产生的蒸汽量为多少kmol？（3）离开塔釜上一块理论板液相组成为多少？(1)÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square 即:÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square 解之得：÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square （2）÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square （3）提馏段操作线方程为：÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square ÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square 设离开塔釜上一块理论板液相组成为xN，则÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square [七]计算题j08c10027气体混合物中含丙酮3%（体积百分率）。要在逆流吸收塔内用水吸收丙酮的98%，若平衡关系为y = 1.05x，(1)用含0.01%（摩尔%）丙酮的水作吸收剂，且液气比为2，则所需的气相总传质单元数是多少？(2)若气液两相进料组成不变，液气比变为1.04，当填料层无限高时，丙酮的极限回收率为多少？属低浓气体吸收(1)÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square ÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square ÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square ÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square (2)当y1、x2不变，L/G变为1.04（小于m），填料层高度为∞时，气液两相将在塔底处达到相平衡，如图所示，操作线与平行线将交于点B。新的操作线为 AB线，此时塔顶气体的组成 y2为：÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square ÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square ÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square 回收率÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square [四]计算题j01b20061 如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔，泵吸入管路为φ108×4mm、长2m的钢管。泵压出管路为φ76×3mm、长30m的钢管,压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只，90℃弯头4只。在压出管路上还装有孔板流量计，孔板孔径为40mm，孔流系数Co=0.62，水银压差计读数R=456mm。吸收塔喷咀处压力为0.5kgf/cm2(表压)，碱液密度ρ=1100kg/m3，泵的效率η=0.6，直管阻力系数λ=0.02(吸入、压出管道近似取相同值)，弯头ζ=0.75，标准阀ζ=6，闸阀ζ=0.17，孔板ζ=8，试求泵所需功率。÷B-|||-2-|||-1-|||-1-|||-口 口 A-|||-square Ｖ=(π/4)×0.042×0.62[2g×0.456×(13.6×103-1100)/1100]0.5=0.00786m3/su1=0.00786/[(π/4)×0.12]=1.0m/s u2=1.0×(0.1/0.07)2=2.04m/s
三、问答题
(1)如图示,用一单级悬臂式B型离心泵,将水由槽A送到槽B。试问:
①为了调节流量,拟装一调节阀,应装在何处?并说明理由。
②调节阀开大时试说明装在泵进口和出口处的真空表及压力表将如何变化?
答：①装在泵的出口。因装在吸入管在阀关小时容易导致汽蚀发生,损坏叶轮,所以应装在出口。（5分）
②在0-0与1-1之间列伯努利方程5分
gZ+U2/2+P/ρ+∑hf=Const
∵阀开大时,U↑
而U↑导致∑hf↑和U2/2↑,从而导致P/ρ↓
即:p1上的读数(真空度)增大(而绝对压力下降)。
在0-0与2-2之间列伯努利方程式：
Ws+E0=gZ+U2/2+P/ρ+∑hf
∵阀开大使U↑导致U2/2↑和∑hf↑
另一方面泵的新工作点处He下降(亦即Ws下降),故P/ρ也下降
∴压力表2的读数p2也降低。
(2)精馏塔在一定条件下操作，若回流液由饱和液体改为冷液时，其塔顶产品组成有何变化？为什么？
答：________________________
(3)现拟做传热实验，以饱和水蒸气加热空气，冷凝水在饱和蒸汽温度下排除。采用套管换热器,换热面积Ai已知，试问:
（１）如何确定流程、流向________；
（２）写出以α表示的传热速率方程
Ｑ＝αiＡiΔｔm
Δｔ2=ｔw 2-ｔ2
Δｔ1=ｔw 1-ｔ1
Δｔm= (Δｔ2-Δｔ1)/Ln(Δｔ2/Δｔ1)；
（３）若要测定Ｋ值，应测定哪些参数________________________________________________________________________________________________________________；
（４）测得Ｋ值后，如何定性考查Ｋ值对否？________________________。；
（５）现要提高Ｋ值，应该采取什么措施最方便？为什么？________
________________________________________________________________________________________________
[四]计算题如图所示输水系统。已知:管路总长度(包括所有局部阻力当量长度)为100m，压出管路总长80m,管路摩擦系数λ=0.025，管子内径为0.05m，水的密度ρ=1000kg/m3,泵的效率为0.8,输水量为10m3/h，求:
⑴泵轴功率N轴的值？
⑵压力表的读数为多少kgf/cm2。
⑴Na=Ne/ηNe=W·WeW=10×1000/3600=2.778kg/s
We--泵对单位质量流体所做的有效功。为此：选取1-1与2-2截面，并以1-1截面为基准面。在两截面间作机械能衡算：
gZ1+(p1/ρ)+(u12/2)+We=gZ2+(p2/ρ)+(u22/2)+Σhf
∵Z1=0Z2=2+18=20Mp1=p2=0u1=u2=0We=g·Z2+Σhf
Σhf=λ(ΣL/d)(u2/2)
u=(V/3600)/[(π/4)d2]=(10/3600)/(0.785×0.052)=1.415m/s
Σhf=0.025×(100/0.05)(1.4152/2)=50.06J/kg
We=9.81×20+50.06=246.25J/kg
Ne=W·We=2.778×246.25=684J/sNa=Ne/0.8=684/0.8=855W
⑵再就3-3与2-2截面作机械能衡算，并取3-3为基准面
gZ3+(p3/ρ)+(u32/2)=gZ2+(p2/ρ)+(u22/2)+Σhf，压
∵Z3=0Z2=18p2=0u2=0
∴p3/ρ=gZ2+Σhf，压-(u32/2)=9.81×18+λ(L压/d)(u32/2)-(u32/2)
=176.58+0.025(80/0.05)×(1.4152/2)-(1.4152/2) =215.6J/kg
p3=1000×215.6=215.6×103Pap3=215.6×103/(9.81×104)=2.198kgf/cm2(表)
[五]计算题
在传热面积为20m2的某换热器中,用温度为20℃,流量为13200kg/h的冷却水,冷却进口温度为110℃的醋酸,两流体逆流流动。换热器刚投入使用时,冷却水出口温度为45℃,醋酸出口温度为40℃,运转一段时间后,冷热流体流量不变,进口温度不变,而冷却水的出口温度降至38℃,试求传热系数下降的百分率。水的比热cp=4.2kJ/(kg·℃),热损失可忽略。
Q=(W2cp2)(t2-t1)=13200×4.2(45-20)/3600=385kW
Δtm=(65-20)/Ln(65/20)=38.2℃
K=Q/(AΔtm)=385/(38.2×20)=0.5039kW/(m2·℃)
过一段时间之后:
Q'=13200×4.2×18/3600=277.2kW
W1cp1=385/70=5.5T2'=110-277.2/5.5=59.6℃
Δtm=[(110-38)-(59.6-20)]/Ln[(110-38)/(59.6-20)]=54.2℃
K'=Q'/(AΔtm')=277.2/(20×54.2)=0.2557kW/(m2·K)
∴[(K-K')/K]×100%=［(0.5039-0.2557)/0.5039］×100%=49.3%
[六]计算题
用一连续精馏塔分离二元理想溶液，进料量为100kmol/h，进料组成为0.4（摩尔分率，下同），馏出液组成为0.9，残液组成为0.1，相对挥发度为2.5，饱和液体进料。塔顶冷凝器为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。操作回流比为3。试求：
（1）馏出液及残液量；（2）塔釜每小时产生的蒸汽量为多少kmol？（3）离开塔釜上一块理论板液相组成为多少？
(1)
即:
解之得：
（2）
（3）提馏段操作线方程为：
设离开塔釜上一块理论板液相组成为xN，则
[七]计算题j08c10027
气体混合物中含丙酮3%（体积百分率）。要在逆流吸收塔内用水吸收丙酮的98%，若平衡关系为y = 1.05x，
(1)用含0.01%（摩尔%）丙酮的水作吸收剂，且液气比为2，则所需的气相总传质单元数是多少？
(2)若气液两相进料组成不变，液气比变为1.04，当填料层无限高时，丙酮的极限回收率为多少？
属低浓气体吸收
(1)
(2)当y1、x2不变，L/G变为1.04（小于m），填料层高度为∞时，气液两相将在塔底处达到相平衡，如图所示，操作线与平行线将交于点B。新的操作线为 AB线，此时塔顶气体的组成 y2为：
回收率
[四]计算题j01b20061
如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔，泵吸入管路为φ108×4mm、长2m的钢管。泵压出管路为φ76×3mm、长30m的钢管,压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只，90℃弯头4只。在压出管路上还装有孔板流量计，孔板孔径为40mm，孔流系数Co=0.62，水银压差计读数R=456mm。吸收塔喷咀处压力为0.5kgf/cm2(表压)，碱液密度ρ=1100kg/m3，泵的效率η=0.6，直管阻力系数λ=0.02(吸入、压出管道近似取相同值)，弯头ζ=0.75，标准阀ζ=6，闸阀ζ=0.17，孔板ζ=8，试求泵所需功率。
Ｖ=(π/4)×0.042×0.62[2g×0.456×(13.6×103-1100)/1100]0.5=0.00786m3/s
u1=0.00786/[(π/4)×0.12]=1.0m/s u2=1.0×(0.1/0.07)2=2.04m/s
题目解答
答案
从泡点回流改为冷液回流时， xD ↑。其原因是：冷液回流至塔顶时，冷凝一部分蒸气，放出的潜热把冷液加热塔顶第一板的饱和温度。冷凝部分中含难挥发组分较大，使气相易挥发组分增浓。同时，在塔顶回流比保持不变的条件下，增加了塔内的内回流，这也有利于分离。 饱和水蒸气走环隙，空气走管程。蒸汽可从任一侧通入，无逆流、并流之分 测定饱和水蒸气温度 Ｔ 、 ｔ 1 、 ｔ 2 和 W h 或 W c 所测 Ｋ 值应与空气的对流给热系数相近 设法提高管内空气的流速最方便 ∴ 此时 Ｋ≈α i , 而α i ∝ u i 0.8 。