石油化學工程原理課后習題答案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 為過渡流： 假設成立 由于顆粒為非球形，需要校正，校正系數為： 則操作氣速 ⑶流化數： ⑷每米流化床壓力降： ⑸膨脹比：45 ，在10m長的距離上，兩端顆粒隨氣流運動均懸浮良好，求此10m長管路的壓降。已知數據如下：固體顆粒(視為球形顆粒)，；氣體，；固氣比R=10。解：氣管的壓力損失 46 某氣固流化床反應器在623K、壓強條件下操作。此時氣體的粘度為，密度為，密度為。為確定其起始流化速度，現用該催化劑顆粒及30℃的空氣進行流化實驗，測得起始流化速度為，求操作狀態下的起始流化速度。30℃下空氣的粘度和密度分別為：。解：由起始流化速度得 即操作條件下起始流化速度為。第五章 傳熱及換熱設備51 燃燒爐的平壁由兩層組成，內壁為105mm厚的耐火磚[]，外層為215mm的普通磚[]。內、外壁溫度分別為760℃和155℃。試計算通過每平方米爐壁的熱損失及兩層間的界面溫度。解： 在兩平壁交界處： 可解得界面溫度：52 某平壁爐的爐壁是用內層為120mm厚的某耐火材料和外層為230mm厚的普通建筑材料砌成的，兩種材料的導熱系數未知。已測得爐內壁溫度為800℃，外側壁面溫度為113℃。為了減少熱損失，在普通建筑材料外面又包一層厚度為50mm的石棉層[]，包扎后測得爐內壁溫度為800℃，耐火材料與建筑材料交界面溫度為686℃，建筑材料與石棉交界面溫度為405℃，石棉外側面溫度為77℃。試問包扎石棉后熱損失比原來減少了多少？解：包扎石棉層后的熱損失 則有 包扎石棉層前的熱損失： 所以絕對熱損失 所以相對熱損失 53 燃燒爐的平壁由下列三種材料構成：耐火磚導熱系數,厚度b=230mm。絕熱磚導熱系數；普通磚導熱系數，厚度b=240mm。若耐火磚內側溫度為1000℃，耐火磚與絕熱磚接觸面最高溫度為940℃，絕熱磚與普通磚間的最高溫度不超過138℃（假設每兩種磚之間接觸良好，界面上的溫度相等）。試求： ⑴絕熱磚的厚度（絕熱磚的尺寸為65113230mm）； ⑵普通磚外側的溫度。解：⑴耐火磚的熱通量 根據穩定傳熱，絕熱磚的熱通量與耐火磚的熱通量相等，即 由此解得 n=≈2塊 即需要2塊絕熱磚，厚度為460mm才能達到要求的溫度。 ⑵根據穩定傳熱，燃燒爐平壁的熱通量與耐火磚的熱通量相等，即 由此解得： ℃。54 某工廠用一φ1705mm的無縫鋼管輸送水蒸氣。為了減少熱損失，在管外包兩層絕熱材料：第一層為厚30mm的礦渣棉，；第二層為厚30mm的石棉灰。管內壁溫度為300℃，保溫層外表面溫度為40℃。管道長50m。試求該管道的散熱量。解：已知：r1=80mm r2=85mm r3=115mm r4=145mm t1=300℃ t4=40℃ λ1=45 λ2= λ3= 根據圓筒壁傳熱量計算公式： 55 有一蒸汽管外徑為25mm，為了減少熱損失擬在管外包兩層絕熱材料，每層厚度均為25mm,兩種材料的導熱系數之比。試問哪一種材料包在內層更有效？(忽略金屬熱阻)解：如果將導熱系數λ大者（即λ2）包在內側，則有 而如果將導熱系數λ小者（即λ1）包在內側，則有 將兩者進行比較，則有 前者的散熱量大一些，因此將導熱系數小的絕熱材料放在內側更好一些。56 外徑為100mm的蒸汽管，先包一層50mm厚的絕熱材料[ ]，其外再包一層20mm厚的絕熱材料[]。若第一絕熱層的內表面溫度為170℃，第二絕熱層的外表面溫度為38℃。試求每米管長的熱損失和兩絕熱層界面的溫度。解：根據圓筒壁傳熱量計算公式： 由于穩定傳熱各層的傳熱量相等，則第一層圓筒壁的傳熱量為 由此可解得： 57 水在φ38，流速為1m/s，水的進、出口溫度分別為15℃及80℃。試求水與管壁間的對流傳熱系數。解：在定性溫度下水的物理性質為 湍流 58 空氣以4m/，管長20m。空氣的入口及出口溫度分別為32℃及68℃。試計算空氣與管內壁間的對流傳熱系數。如空氣流速增加一倍，其它條件不變，對流傳熱系數為多少？解：在定性溫度下空氣的物理性質為： 湍流 當其他條件不變，空氣流速增加一倍時，有 所以 59 一列管換熱器，其蒸汽在管間冷凝，冷卻水在管內流動，進出口溫度分別為15℃及45℃，列管直徑為φ25。試求水對管壁的對流傳熱系數。解：在定性溫度下水的物理性質為 校正系數 則 510 現用一蛇管換熱器冷卻某液體，該液體流量為3，進口溫度和出口溫度分別為50℃及20℃，在平均溫度下該液體的密度為1200，粘度為。蛇管的直徑為φ45，液體在蛇管內流動。試求該液體的對流傳熱系數。解： 湍流 校正 511 有一套管換熱器，內管為φ251mm，外管為φ38。冷卻水在環隙流動，以冷卻管內的高溫氣體。水的進、出口溫度分別為20℃及40℃。試求環隙內水的對流傳熱系數。（水的流量為1700kg/h）解：環隙的流通截面面積為 在定性溫度下水的物理性質為： 流速 當量直徑 512 有一管式加熱爐，對流室的管束由直徑為φ127，管子排列為直列。煙道氣垂直流過管束，沿流動方向有21排管子，每排有4根管子，管心距為215mm。煙道氣流過管束最窄處的速度為5m/s。已知在煙道氣的進、出口平均溫度下其運動粘度,導熱系數,普蘭特準數。試求煙道氣通過管束的平均對流傳熱系數。解： 查表56可得在第一列時: 則第一列的對流傳熱系數為： 第二列以后 則第二列的對流傳熱系數為： 煙道氣通過管束的平均對流傳熱系數： 513 油罐中裝有蒸汽管以加熱罐中的重油，重油的平均溫度為20℃，蒸汽管外壁的溫度為120℃，蒸汽管外徑為60mm。在平均溫度下重油的密度為900，,運動粘度為,體積膨脹系數為。試求每小時每平方米蒸汽管對重油的傳熱量。解：設為自然對流傳熱： 查表57，得 ，則對流傳熱系數 傳熱量 514 室內氣溫為20℃，有一垂直放置的平板，板高1m，平板溫度為60℃。試計算單位面積平板上借自然對流散失的熱量W。解：在定性溫度下空氣的物理性質為： 體積膨脹系數 查表57，得 ，則對流傳熱系數 傳熱量 515 飽和溫度為100℃的水蒸氣在長為2m、。管外壁的平均溫度為94℃。求每小時蒸汽的冷凝量。又若將管子水平放置時，每小時蒸汽的冷凝量為多少？解：100℃的飽和蒸汽的汽化潛熱 在定性溫度下水的物理性質 ①當單管垂直放置時：設液膜為層流，則其對流傳熱系數為： 由 得 檢驗 為層流，假設正確。 ②當單管水平放置時： 由 得 516 在冷凝器中水蒸氣在水平管束外面冷凝，（絕），管子外徑為16mm，管長1m，管數為10，管子是錯列的，每排有5根管子，即排成兩排。管子外壁溫度為15℃。試計算每小時水蒸氣冷凝量。解：， 在定性溫度下水的物理性質為： 設液膜為層流，則其對流傳熱系數為： 由 得 517 用冷水將油品從138℃冷卻至93℃，油的流量為，水的進、出口溫度為25℃及50℃。試求冷卻水量。如將冷卻水流量增加到，求冷卻水的出口溫度。[油品比熱取]解：水的物性取,，且不隨溫度變化。 由 得 如果水的流量為，即 由 得 518 在單管程和單殼程換熱器中，用(絕)的飽和水蒸氣將對二甲苯由80℃加熱到110℃。對二甲苯流經管程，水蒸氣在殼程冷凝。已知對二甲苯的流量為，密度為860。若設備的熱損失為冷流體吸收熱量的5%，試求該換熱器的熱負荷及蒸汽用量。解：(絕)的飽和水蒸氣， 對二甲苯在95℃下的比熱為 冷流體吸收的熱量： 此即為換熱器的熱負荷，即 水蒸氣放熱 根據 得水蒸氣用量： 519 煉油廠在一間壁式換熱器內利用渣油廢熱加熱原油。若渣油進、出口溫度分別為300℃及200℃，原油進、出口溫度分別為25℃和175℃。試分別計算兩流體作并流流動、逆流流動及折流（單殼程和雙管程）流動時的平均溫差，并討論計算結果。解：①并流時： ②逆流時： ③單殼程、雙管程折流時： 查圖523中a得 則 從計算中可以看出，在三種情況下，逆流溫差最大，折流次之，并流最小，因此完成傳熱任務所需要的傳熱面積是并流最大而逆流最小。520 在間壁式換熱器中，用水將某有機溶劑由80℃冷卻到35℃，冷卻水的進口溫度為30℃，出口溫度不能低于35℃。試確定兩種流體應該采用的流向（即并流還是逆流），并計算其平均溫差。解：由題中給出的水和有機溶劑的進出口條件可以判斷出只能采用逆流操作 521 甲苯和水通過套管換熱器進行換熱，甲苯在內管中流動，水在環隙中流動，兩流體呈逆流流動。甲苯流量，進、出口溫度分別為80℃及50℃；水的進、出口溫度分別為15℃及30℃。試問傳熱系數為多少？解：甲苯在定性溫度下的比熱 則換熱器傳熱量： 甲苯和水逆流傳熱的對數平均溫差： 根據傳熱速率方程： 則 522 在列管式換熱器中，用冷卻水冷卻煤油。水在直徑為φ192mm的鋼管內流動。已知水的對流傳熱系數為，煤油的對流傳熱系數為。換熱器使用一段時間后，間壁兩側均有污垢生成。水側污垢熱阻為，油側污垢熱阻為。管壁的導熱系數為。試求：⑴以管子外表面積為基準的傳熱系數；⑵產生污垢后熱阻增加的百分數。解：⑴以管子外表面積為基準： 則 ⑵在產生污垢前的熱阻為： 即 因此污垢產生后的熱阻增加的百分率： 523 一套管換熱器，管內流體的對流傳熱系數為，環隙流體的對流傳熱系數為。已知兩流體均在湍流情況下進行傳熱，套管直徑為φ251mm。試問⑴當管內流體流速增加一倍，⑵當管外流體流速增加一倍，其它條件不變時，上述兩種情況下的傳熱系數分別增加多少？（忽略管壁熱阻和污垢熱阻）解：條件未改變時的總傳熱系數： ⑴當管內流體流速增加一倍時： 根據公式可知 管內對流傳熱系數變為 總傳熱系數為： 換熱器的傳熱系數增加率: ⑵當管外流體流速增加一倍時，管內對流傳熱系數變為 總傳熱系數為： 換熱器的傳熱系數增加率: 如果以管內表面為基準：則， ⑴⑵524 在一套管換熱器中，用飽和水蒸氣將在管內作湍流流動的空氣加熱，此時的傳熱系數近似等于空氣的對流傳熱系數。當空氣流量增加一倍，而空氣的進、出口溫度仍然不變，問該套管換熱器的長度應增加百分之幾？解：由于用蒸汽加熱空氣，控制熱阻在管內的空氣一側，即有 當空氣的流量增加一倍時有 而空氣的進出口溫度不變，即 則換熱器長度之比 %。525 在間壁換熱器中，用初溫為30℃的原油來冷卻重油，使重油的溫度從180℃降至120℃。重油和原油的流量分別為及，重油和原油的比熱分別為及。兩流體呈逆流流動。傳熱系數為。求原油的最終溫度和傳熱面積。若兩流體呈并流流動，傳熱系數不變，試問傳熱面積為多少？解：換熱器的熱負荷為： 可解得 由此可求出逆流流動時換熱器的對數平均溫差： 根據傳熱速率方程： 則 并流流動時換熱器的對數平均溫差： 根據傳熱速率方程： 則 526 ，將流量為(標準狀況)的空氣由20℃加熱到90℃。現有一臺單程列管換熱器，內有φ25。蒸汽在管外冷凝[其對流傳熱系數可取]，空氣在管內流動，兩側污垢熱阻及管壁熱阻可忽略不計，試核算該換熱器能否完成上述傳熱任務。解：在定性溫度下空氣的物理性