化工原理天大版传热

化工原理-修订版-天津大学-上下册课后答案上册第一章 流体流动习题解答1. 某设备上真空表的读数为13.3×103 Pa ，试计算设备内的绝对压强与表压强。

已知该地区大气压强为98.7×103 Pa 。

解：真空度＝大气压－绝压3(98.713.3)10atm p p p Pa =-=-⨯绝压真空度表压＝－真空度＝-13.3310Pa ⨯2. 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/m 3的油品，油面高于罐底9.6 m ，油面上方为常压。

在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的圆孔，其中心距罐底800 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。

若螺钉材料的工作应力取为32.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉?解：设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为p ，则p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强9609.81(9.60.8)82874p g z Pa ρ=∆=⨯⨯-=(表压)作用在孔盖外侧的是大气压a p ，故孔盖内外所受的压强差为82874p Pa ∆=作用在孔盖上的净压力为2282575(0.76) 3.7644p p d N ππ=∆=⨯⨯=⨯410 每个螺钉能承受的最大力为：p62332.23100.014 4.96104F N π=⨯⨯⨯=⨯钉螺钉的个数为433.7610/4.96107.58⨯⨯=个所需的螺钉数量最少为8个3. 某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如本题附图所示。

测得R 1=400 mm ，R 2=50 mm ，指示液为水银。

为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=50mm 。

试求A 、B 两处的表压强。

解：U 管压差计连接管中是气体。

若以2,,g H O Hg ρρρ分别表示气体、水与水银的密度，因为g Hg ρρ，故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。

由此可以认为A C p p ≈，B D p p ≈。

《化工原理》课程设计报告真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计学院天津大学化工学院专业化学工程与工艺班级2014学号3014207018姓名孙国铭指导教师马红钦化工流体传热课程设计任务书专业化学工程与工艺班级化工1班姓名孙国铭学号（编号）3014207018（一）设计题目：真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计（二）设计任务及条件1、蒸发系统流程及有关条件见附图。

2、系统生产能力：60 万吨/年。

3、有效生产时间：300天/年。

4、设计内容：Ⅱ效预热器（组）第12345678 台预热器的设计。

5、卤水分效预热器采用单管程固定管板式列管换热器，试根据附图中卤水预热的温度要求对预热器（组）进行设计。

6、卤水为易结垢工质，卤水流速不得低于0.5m/s。

7、换热管直径选为Φ38×3mm。

（三）设计项目1、由物料衡算确定卤水流量。

2、假设K计算传热面积。

3、确定预热器的台数及工艺结构尺寸。

4、核算总传热系数。

5、核算压降。

6、确定预热器附件。

7、设计评述。

（四）设计要求1、根据设计任务要求编制详细设计说明书。

2、按机械制图标准和规范，绘制预热器的工艺条件图（2#），注意工艺尺寸和结构的清晰表达。

设计说明书的编制按下列条目编制并装订：（统一采用A4纸，左装订）（1）标题页，参阅文献1附录一。

（2）设计任务书。

（3）目录。

（4）说明书正文设计简介：设计背景，目的，意义。

由物料衡算确定卤水流量。

假设K计算传热面积。

确定预热器的台数及工艺结构尺寸。

核算总传热系数。

核算压降。

确定预热器附件。

设计结果概要或设计一览表。

设计评述。

（5）主要符号说明。

（6）参考文献。

（7）预热器设计条件图。

主要参考文献1. 贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计. 天津: 天津大学出版社, 20022. 柴诚敬，张国亮. 化工流体流动和传热. 北京: 化学工业出版社, 20073. 黄璐，王保国. 化工设计. 北京: 化学工业出版社, 20014. 机械制图自学内容：参考文献1，第一章、第三章及附录一、三；参考文献2，第五~七章；参考文献3，第1、3、4、5、11部分。

《化工流体流动与传热》《化工传质与分离过程》《化工原理（上、下册）》课程设计教学大纲天津大学化工学院化工系2003年9月《化工流体流动与传热》/《化工传质与分离过程》/《化工原理（上、下册）》课程设计教学大纲一、课程性质、目的和任务《化工流体流动与传热》、《化工传质与分离过程》、《化工原理（上、下册）》课程设计（以下统称化工原理课程设计）是化工类及其相近专业的综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初步尝试。

通过化工原理课程设计，要求学生能综合运用《化工流体流动与传热》、《化工传质与分离过程》、《化工原理（上、下册）》课程和有关先修课程所学知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。

通过化工原理课程设计，使得学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。

此外，通过化工原理课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风。

二、教学基本要求化工原理课程设计不同于平时作业，在设计中需要学生自己作出决策，即自己确定方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备计算，并要对自己的选择作出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。

化工原理课程设计强调工程观点、定量运算和设计能力的训练、强调理论与实际相结合，提高分析问题、解决问题的能力。

化工原理课程设计的基本要求如下：（1）熟悉查阅文献资料、搜集有关数据、正确选用计算公式。

（2）在兼顾技术上先进可行、经济上合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全运行所需要的检测和计量参数。

（3）准确迅速地进行工艺过程计算和主要设备的工艺尺寸计算。

（4）用精练的语言、简洁的文字、清晰的图表来表达设计思想和计算结果。

三、教学内容《化工流体流动与传热》或《化工原理（上册）》课程设计内容包括：（1）换热器的设计；（2）搅拌器的设计；（3）蒸发器的设计。

绪 论1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI 单位。

（1）水的黏度μ=0.00856 g/(cm·s) （2）密度ρ=138.6 kgf ·s 2/m 4（3）某物质的比热容C P =0.24 BTU/(lb·℉) （4）传质系数K G =34.2 kmol/(m 2·h ·atm) （5）表面张力σ=74 dyn/cm（6）导热系数λ=1 kcal/(m ·h ·℃)解：本题为物理量的单位换算。

（1）水的黏度 基本物理量的换算关系为1 kg=1000 g ，1 m=100 cm则 )s Pa 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.044⋅⨯=⋅⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅=--μ（2）密度 基本物理量的换算关系为1 kgf=9.81 N ，1 N=1 kg ·m/s 2则 3242m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅=ρ（3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1 BTU=1.055 kJ ，l b=0.4536 kg o o 51F C 9=则()C kg kJ 005.1C 95F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055.1F lb BTU 24.0︒⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒︒⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒=p c （4）传质系数 基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s ，1 atm=101.33 kPa则()kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.34252G ⋅⋅⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⋅=-K（5）表面张力 基本物理量的换算关系为1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm则m N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 7425--⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡=σ （6）导热系数 基本物理量的换算关系为 1 kcal=4.1868×103 J ，1 h=3600 s 则()()C m W 163.1C s m J 163.13600s 1h 1kcal J 104.1868C h m kcall 132︒⋅=︒⋅⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅⋅=λ 2． 乱堆25cm 拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即()()()LL10CB4E 3048.001.121078.29.3ραμZ D G A H -⨯=式中 H E —等板高度，ft ；G —气相质量速度，lb/(ft 2·h)； D —塔径，ft ；Z 0—每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft ； α—相对挥发度，量纲为一； μL —液相黏度，cP ； ρL —液相密度，lb/ft 3A 、B 、C 为常数，对25 mm 的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1及1.24。

★面向21世纪课程教材★化工流体流动与传热教学大纲天津大学化工学院化工系2003年4月《化工流体流动与传热》课程教学大纲64 学时4 学分一、课程性质、目的和任务本课程及其后续课程《化工传质与分离过程》，是为培养面向21世纪高等化工创新人才的需要而建立的新课程体系中的主干课程。

本课程将传统的《化工原理》与《化工传递过程基础》有机地融为一体，依据传递过程的理论体系和单元操作的共性组合而成。

本课程属于化工类及其相近专业的一门主干课，为学生在具备了必要的高等数学、物理、物理化学、计算技术等基础知识之后必修的技术基础课。

本课程担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用，是化工类及其相近专业许多专业课程的重要基础课程，本课程教学水平的高低，对化工类及相近专业学生的业务素质和工程能力的培养起着至关重要的作用。

本课程属工科科学，用自然科学的原理（主要为动量、热量传递理论）考察、解释和处理化学工程中的实际问题，研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。

本课程强调工程观点、定量运算和设计能力的训练；强调理论与实际相结合；强调提高分析问题、解决问题的能力和综合能力。

学生通过本课程学习，应能够运用动量和热量传递的基本理论，解决流体流动、流体输送、沉降分离、过滤分离、液体搅拌、过程传热、蒸发等单元操作过程的计算及设备选择等问题，并为后续专业课程的学习奠定基础。

二、教学基本要求本课程在第五学期(四年制)开设。

教材内容分为课堂讲授、学生自学和学生选读三部分，其中课堂讲授部分由教师在教学计划学时内进行课堂教学，作为基本要求内容；学生自学部分由学生在教师的指导下，利用课外时间进行自学，作为一般要求内容；学生选读部分由学生根据自己的兴趣及能力，进行课外选读，不作要求。

本课程教学计划总学时64学时（其中课堂讲授62学时，机动2学时）；学生自学12学时；课程设计1周。

本课程采用课后习题，每次课后留2～3个练习题，由学生独立完成，教师可根据情况布置综合练习题和安排习题讨论课。

第三章传热1.燃烧炉的内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝缘砖。

若炉的内表面温度t1为1400℃，外表面温度t3为100℃。

试求导热的热通量及两砖间的界面温度。

设两层砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为λ1＝0.9+0.0007t，绝缘砖的导热系数为λ2＝0.3+0.0003t。

两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为℃，λ单位为W／(m·℃)。

1、解：热通量q及界面温度t2由：又已知：℃℃mm mm代入联立解之得：℃代入q式得（Ｗ／ｍ２）答：q＝1689W／㎡，t2＝949℃2.蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。

其导热系数也为内层的两倍。

若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少?说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为适合?解：δ相同：平均直径：∵∴有每米管长的热损失q′更换材料以前，每米管长热损失q′∴即：q′=1.25q故原保温好。

3.设计一燃烧炉，拟用三层砖，即耐火砖、绝热砖和普通砖。

耐火砖和普通砖的厚度为0.5m 和0.25m。

三种砖的系数分别为1.02 W/(m·℃)、0.14 W/(m·℃)和0.92 W/(m·℃)，已知耐火砖内侧为1000℃，外壁温度为35℃。

试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖温度不超过940℃，普通砖不超过138℃。

若t1=138ºC解得b2=0.250m答：b2=0.25m4.某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m·℃)，0.16 W/(m·℃)和0。

92 W/(m·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。

已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。

答：Q/S=247.81W/m25.在外径100mm的蒸汽管道外包绝热层。