10.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，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为Ф76×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×10³Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按Σｈf,1=2u²，Σhf,2=10u2计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速ｍ/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07×10³Pa（表压）。试求泵的有效功率。
分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。
解：总能量损失Σhf=Σhf，1+Σhf，2 u1=u2=u=2u2+10u²=12u²
在截面与真空表处取截面作方程： z0g+u02/2+P0/ρ=z1g+u2/2+P1/ρ+Σhf，1 （ P0-P1）/ρ= z1g+u2/2 +Σhf，1 ∴u=2m/s ∴ ws=uAρ=7.9kg/s
在真空表与排水管-喷头连接处取截面 z1g+u2/2+P1/ρ+We=z2g+u2/2+P2/ρ+Σhf，2 ∴We= z2g+u2/2+P2/ρ+Σhf，2—（ z1g+u2/2+P1/ρ） =12.5×9.81+（98.07+24.66）/998.2×10³+10×2² =285.97J/kg
Ne= Wews=285.97×7.9=2.26kw
20. 每小时将2×10³kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持26.7×10³Pa的真空读，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为50m，管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计（局部阻力系数为4），5个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m 。若泵效率为0.7，求泵的轴功率。
解： 流体的质量流速 ωs = 2×104/3600 = 5.56 kg/s
流速 u =ωs/(Aρ)=1.43m/s
雷偌准数Re=duρ/μ= 165199 > 4000
查本书附图1-29得 5个标准弯头的当量长度: 5×2.1=10.5m 2个全开阀的当量长度: 2×0.45 = 0.9m
∴局部阻力当量长度 Σιe=10.5 + 0.9 = 11.4m
假定 1/λ1/2=2 lg(d /ε) +1.14 = 2 lg(68/0.3) + 1.14 ∴λ= 0.029
检验 d/(ε×Re×λ1/2) = 0.008 > 0.005 ∴符合假定即 λ=0.029
∴全流程阻力损失 Σｈ=λ×(ι+ Σιe)/d × u2/2 + ζ×u2/2 = [0.029×(50+11.4)/(68×103) + 4]×1.432/2 = 30.863 J/Kg
在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得 P1/ρ+ We = Zg + P2/ρ+ Σｈ We = Zg + (P1- P2)/ρ+Σｈ
= 15×9.81 + 26.7×103/1073 + 30.863
= 202.9 J/Kg
有效功率 Ne = We×ωs = 202.9×5.56 = 1.128×103轴功率 N = Ne/η=1.128×103/0.7 = 1.61×103W= 1.61KW
第二章
8.用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为 H=25—1×106Q² 管路特性曲线方程可近似表示为 H=10+1×106Q² 两式中Q的单位为m³/s，H的单位为m。 试问两泵如何组合才能使输液量最大？（输水过程为定态流动）
分析：两台泵有串联和并联两种组合方法 串联时单台泵的送水量即为管路中的总量，泵的压头为单台泵的两倍；并联时泵的压头即为单台泵的压头，单台送水量为管路总送水量的一半
解：①串联 He = 2H
10 + 1×105Qe2 = 2×(25-1×106Q2)
∴ Qe= 0.436×10-2m2/s ②并联 Q = Qe/2
25-1×106× Qe2 = 10 + 1×105( Qe/2)2 ∴ Qe = 0.383×10-2m2/s
总送水量 Qe'= 2 Qe= 0.765×10-2m2/s ∴并联组合输送量大
传热
10.在逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25kg/s的液体（比热容为1.9kJ/kg•℃，密度为850kg/m），由80℃冷却到30℃。换热器的列管直径为ф252.5mm，水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85 W/（m2•℃）和1.70 W/（m2•℃）。污垢热阻忽略。若水的出口温度不能高于50℃，试求换热器的传热面积。
解：热流体：T1=80℃ → T2=30℃ 冷流体：t2=50℃ ← t1=20℃ Δt1=30℃ Δ∴Δtm =（Δ
t2=100℃
t1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=18.205℃
Q =WhCph（T1 - T2 ）=1.9×10³×1.25×50=118.75W
又Q= K0S0Δtm，其中 1/ K0 = d0/αidi+1/α0 解得K0=0.486×10³m2•℃/W ∴0.486×10³×18.205 S0=118.75×10³ ∴S0=13.4m³
12.在一传热面积为50m2的单程列管式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33000kg/h，温度由20℃升至38℃。溶液的温度由110℃降至60℃。若换热器清洗后，在两流体的流量和进出口温度不变的情况下，冷水出口温度增至45℃。试估算换热器清洗前后传热面两侧的总污垢热阻。假设（1）两种情况下，流体物性可视为不变，水的比热容可取4.187kJ/（kg•℃）；（2）可按平壁处理，两种工况下αi和α0分别相同；（3）忽略管壁热阻和热损失。
解：换洗前：热流体：T1=110℃ → T2=60℃ 冷流体：t2=38℃ ← t1=20℃ Δt1=72℃ Δt2=40℃
∴Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=54.4℃ Q= WhCph（T1 - T2 ）=50WhCph =WcCpc（t2-t1）=18WcCpc =K0S0Δtm =54.4K0S0
代入数据计算得K0=254 W/（m2•℃） 换洗后：：热流体：T1=110℃ → T2=60℃
冷流体：t2=38℃ ← t1=20℃ Δt1=72℃ Δt2=40℃
∴Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=54.4℃ Q= WhCph（T1 - T2 ）=（100-T2）WhCph =WcCpc（t2-t1）=25WcCpc =K0，S0Δtm，
∴50/（100-T2）=18/25 →T2=40.56℃
∴Δtm， =（Δt1，- Δt2，）/ln（Δt1，/Δt2，）=35℃ Q= =WcCpc（t2-t1）= K0，S0Δtm， 代入数据计算得K0，=548.3 W/（m2•℃） ∴总污垢热阻为：1/ K0-1/ K0，=1/245-1/548.3
=2.1×10-3 m2•℃/W
蒸馏
8.某连续精馏操作中，已知精馏段 y = 0.723x + 0.263；提馏段y = 1.25x – 0.0187 。若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比
解：露点进料 q = 0
即 精馏段 y = 0.723x + 0.263 过（xD ，xD）∴xD = 0.949 提馏段 y = 1.25x-0.0187 过（XW,XW）∴XW =0.0748
精馏段与y轴交于[0 ，xD/（R+1）] 即 xD/（R+1）= 0.263 ∴R = 2.61
联立精馏段与提留段操作线得到交点坐标为（0.5345，0.6940）
∴ xF = 0.9
11.用一连续精馏塔分离由组分A¸B组成的理想混合液。原料液中含A0.44，蒸出液中含A0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最回流比为1.63，试说明原料液的 热状况，并求出q值。
解：在最回流比下，操作线与q线交点坐标（xq ，yq）位于平衡线上；且q线过（xF, xF） 可以计算出q线斜率即 q/(1-q)，这样就可以得到q的值
由式1-47 Rmin = [(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/（α-1）代入数据得 0.63 = [(0.957/xq)-2.5×(1-0.957)/(1-xq)]/（2.5-1） ∴xq = 0.366 或xq =1.07（舍去）
即 xq = 0.366 根据平衡关系式y = 2.5x/（1 + 1.5x）
得到yq = 0.591
q线 y=qx/（q-1）- xF/（q-1）过（0.44，0.44）,(0.366,0.591) q/q-1=(0.591-0.44)/(0.366-0.44)得q=0.67
∵ 0 < q < 1 ∴ 原料液为气液混合物
12.在连续精馏塔中分离某种组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同）的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶流出液中一挥发组分的回收率96%。若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79，试求：（1）操作回流比和最小回流比；（2）若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少？
解：（1）在塔顶满足气液平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x ]带入已知数据 0.95 = 0.88α/[1 + 0.88(α-1)] ∴α= 2.591 第一块板的气相组成 y1 = 2.591X1/(1+1.591 X1) =2.591*0.79/(1+1.591*0.79)=0.907 在塔顶做物料衡算 V = L + D Vy1 = LxL + DxD
0.907（L + D）= 0.88L + 0.95D ∴ L/D = 1.593 即回流比为 R = 1.593
由式1-47 Rmin = [(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/(α-1)泡点进料xq = xF ∴ Rmin = 1.031
（2）回收率DxD / DxF =96%得到
F = 100×0.95/（0.5×0.96）= 197.92 kmol/h
吸收
9.在逆流操作的吸收塔中，于101.33kPa，25℃下用清水吸收混合其中的H2S,将其浓度从2%降至0.1％（体积）。该系统符合亨利定律。亨利系数E=5.52*104 kPa.若吸收剂用量为理论用量的1.2倍，试计算操作液气比L/V及出口组成X1。若压降改为1013kPa,其他条件不变，再求L/V及X1
解：（1）Y1 = 2/98 =0.0204， Y2 = 0.1/99.9 = 0.001 m = E/P总 = 5.52×104/101 .33=0.0545*104
由 （L/V）min= （Y1-Y2 ）/X1*=（Y1-Y2）/(Y/M)
= （0.0204-0.001）/（0.0204/545） = 518.28
L/V = 1.2（L/V）min = 622
由操作线方程 Y = （L/V）X + Y2-（L/V）X2 得 出 口液相组成 X1 = （Y1-Y2 ）/（L/V）= （0. 0204-0.001）/622=3.12*10-5
⑵ 改变压强后，亨利系数发生变化，及组分平衡发生变化，导致出口液相组成变化
m‘ = E/P总’ = 5.52×104/10133 = 0.0545×10-5
（L/V）·=1.2（L/V）min ·=62.2 X1 = （Y1-Y2 ）/（L/V）= （0. 0204-0.001）/62.23.12*10-4‘
