制药化工原理课后习题答案(2)

dc2(?s??)g(8?10?6)2?(4000?0.5)?9.81?3?1 utc???4.1?10m?s?518?18?3.4?10由VS?NbLutc ?N??h?VS1.54??51层(需50块隔板) ?3bLutc1.8?4.1?4.1?10H4.2??0.082m N51核算流型Ret?dcutc??8?10?6?4.1?10?3?0.5??4.8?10?4?2 ?53.4?10故假设成立，得降尘室内隔板间距和层数分别为0.082m和51层。 注：此题原始数据有点问题。在该组数据下，气流在降尘室内已达到湍流。 5、解：根据恒压过滤方程V2?2VeV?KA2?得

?32?32??(1?10)?2Ve?(1?10)?K?(0.1)?5?60 ??32?32??(1.6?10)?2Ve?(1.6?10)?K?(0.1)?10?60?Ve?7?10?4m3；K?8?10?7m2?s?1 由下式可算得，15min收集到的总滤液量，即

V2?2?(7?10?4)?V?(8?10?7)?(0.1)2?15?60

?V?2.07?10?3m3

故再过5min所得的滤液量?V?2.07?10?3?1.6?10?3?0.47?10?3m3＝0.47 L

226、解：(1)过滤面积A?0.81?2?38?49.86m

滤框总容积?812?0.025?38?0.623m3 滤饼充满滤框时滤液体积V?0.623?7.79m3 0.08过滤终了时q?V7.79??0.156m3?m?2 A49.86恒压过滤方程q2?2qeq?K?

?0.1562?2?0.01?0.156?5?10?5? ???550s

6

(2)洗涤时间?W?VW8(q?qe)VW8?(0.156?0.01)?0.1?7.79＝416 s ???5KA5?10?49.86?dV????d??W(3)Q?3600V?3600?7.79?0.08??1.2m3?h?1

???W??D550?416?15?60(4)由于s?0，故K??K(?p?1?s)?2K。所以，由q2?2qeq?K?可知 ?p???0.5??550?275s 2第五章 传热

2.某燃烧炉的平壁由三种材料构成。 最内层为耐火砖，厚度b1=200mm，导热系数?1=1.07W?m-1? oC-1；中间层为绝热砖，厚度b2=100mm，导热系数?2=0.14W?m-1? oC-1；最外层为普通钢板，厚度b3=6mm，导热系数?3=45W?m-1? oC-1。已知炉内壁表面温度t1=1000oC，钢板外表面温度t4=30oC，试计算：(1) 通过燃烧炉平壁的热通量；(2) 耐火砖与绝热砖以及绝热砖与普通钢板之间的界面温度。假设各层接触良好。 解：(1)q?t1?t4Q1000?30???1076.2(W?m?2)

0.20.10.006Sb1b2b3????45?1?2?31.070.14 (2)q?q1?q2?q3

q1?t1?t2b0.2， t2??q1(1)?t1?1000?1076.2??798.8 oC b1?11.07?1q2?t2?t3b0.1， t2??q2(2)?t2?798.8?1076.2??30.1 oC b2?20.14?23.在直径为?89?4.5mm的蒸汽管道外包扎有两层绝热材料。已知管壁材料的导热系数为45W?m-1?oC-1；内层绝热材料的厚度为40mm，导热系数为0.07W?m-1?oC-1；外层绝热材料的厚度为20mm，导热系数为0.15W?m-1?oC-1。现测得蒸汽管的内壁温度为180℃，最外层绝热材料的外表面温度为50℃。试计算每米管长的热损失及两绝热层间的界面温度。 解：t1?180 oC，t4?50 oC，r1?40mm，r2?44.5mm，r3?84.5mm，r4?104.5mm

Q?L12?(t1?t4)2?3.14?(180?50)? 10.044510.084510.1045r21r31r4?ln??ln??lnln?ln?ln0.040.070.04450.150.0845?1r1?2r2?3r345 ?816.4?77.16(W/m)

0.0024?9.16?1.427

Q?Q1?Q2?Q3

Q32?(t3?t4)?， t3?67.45 oC

1r4Lln?3r34.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。已知外层的平均直径和导热系数均为内层的两倍。现保持其他条件不变，而将两绝热层的材料互换，试问：(1) 每米管长的热损失是原来的多少倍？(2) 在本题条件下，哪一种材料包扎在内层较为合适？ 解：设管道半径为x，绝热层厚度b

x?2b?x?bx?b?2? ? b?2x

22r1?x?b?3x， r2?x?2b?5x

?2?2?1

(1)互换前

Q?L12??t2??t??1.477??1?t

r11r213x15xln?lnln?ln?1x?2r1?1x2?13xQ2??t2??t??1.887??1?t 互换后()??rr13x15x11Lln?lnln1?ln2?2x?1r12?1x?13xQ()?LQ()L?1.887?1.275倍

1.477(2)?小的包在内层较好

5.水在套管式换热器的内管中流动。已知内管的直径为?25?2.5mm，长度为6m；水的流量为2m3?h-1，温度由15℃升高至35℃，试计算管壁对水的对流传热系数。若水的流量下降为0.4m3?h-1，则管壁对水的对流传热系数又为多少？ 解：由题意可得，定性温度t?15?35?25℃，查附表得水的物性参数为 2 ??60.89?10?2W?m?1?k?1，??902.75?10?6Pa?s，Pr?6.22

(1)u?23600???1.77m?s?1

4du?0.02?1.77?10004??3.9?10 Re?>10000 (湍流) ?6?902.75?10 又0.7

L6??300?60，n?0.4(被加热) di0.02?(0.02)2 Nu?0.023Re0.8Pr0.4?0.023?(3.9?104)0.8?6.220.4?224.96

8

224.96?60.89?10?2 ?i?Nu???684.98W?m?2?k?1

di0.02?(2)当Vs?0.4m3/h时，u??0.43600???0.354m?s?1

4du??0.02?0.354?1000 Re????7842.7?10000 (过渡流) ?6?902.75?10 Nu??0.023Re0.8Pr0.4?0.023?(7842.7)0.8?6.220.4?62.34

?(0.02)262.34?60.89?10?2 ?i?Nu????1897.9W?m?2?k?1

di0.02??6?1056?105 f?1??1??0.94

Re1.8(7842.7)1.8?1W?m?2?k?1 ?i??if?1897.9?0.94?178.49.试计算：(1) 120℃的饱和水蒸气冷凝为120℃的水时所放出的热量。(2) 120℃的饱和水蒸气冷凝为60℃的水时所放出的热量。(3) 常压下，空气由20℃升温至80℃时所吸收的热量。 解：质量流量w均取1kg/s

kJ/kg (1)当t?120 oC，??2205Q?w??1?2205?2205(kW)

(2)120C蒸汽?60C水

o

o

t?90oC，Cp?4.208?103

Q?w?120?wCp(120?60)?2205?10?1?4.208?10?60?2457.48(kW) (3)空气20C?80

o

o

33 t?50 oC，Cp?1.005?103

Q?wCp(80?20)?1?1.005?103?60?60.3(kW)

10.在列管式换热器中用水冷却油。已知换热管的直径为?19?2mm，管壁的导热系数?=45 W?m-1?oC-1；水在管内流动，对流传热系数?i=3500W?m-2?oC-1；油在管间流动，对流传热系数?o=250W?m-2?oC-1；水侧的污垢热阻Rsi=2.5?10-4m2? oC?W-1，油侧的污垢热阻Rso=1.8?10-4m2?

o

C?W-1。试计算：(1) 以管外表面为基准的总传热系数。(2) 因污垢热阻而使总传热系数下降

d11bd1do??Rso??o?Rsio? ko?o?dmdi?idi10.0020.0190.01910.019?1.8?10?4???2.5?10?4??? 250450.0170.01535000.015?0.0049

的百分数。 解：(1)

? ko?203.74

9

(2)污垢前

11bdo1do?????0.0044 ??o?dm?idiko ko?226.68

??ko?ko226.68?203.74??10.12% ?226.68ko12.苯在逆流换热器内流动，流量为2000kg?h-1，温度由70℃下降至30℃。已知换热器的传热面积为6m2，热损失可忽略不计；总传热系数为300W?m-2?oC-1；冷却介质为20℃的水，定压比热为4.18kJ?kg?℃-1。试计算：(1) 冷却水的出口温度；(2) 冷却水的消耗量，以m3?h-1表示。

解：(1)Q?whCph(T1?T2)?wcCpc(t2?t1)?kS?tm

Q(2000/3600)?1.79?103?(70?30)3.98?104?tm???22.11 oC

kS300?61800

70?C?30?C t2?20?C

70－t2 10 oC

?tm??t1??t2(70?t2)?1060?t2???22.11 ?t170?t270?t2lnlnln?t21010t2?28.6?C

(2)Q?wpc?4.178?(28.6?20)

wpc?3984kg/h

13.在逆流换热器内，用20℃的水将流量为4500kg?h-1的液体由80℃冷却至30℃。已知换热管由直径为?25?2.5mm的钢管组成；液体走壳程，对流传热系数为1700 W?m-2?oC-1，定压比热为1.9kJ?kg?℃-1，密度为850kg?m-3；水走管程，对流传热系数为850W?m-2?oC-1。若水的出口温度不超过50℃，换热器的热损失及污垢热阻均可忽略不计，试计算换热器的传热面积。

解：Q?whCph(T1?T2)?koSo?tm 若?取45W?m?C

?1??111bdo1do???? ko?o?dm?idi ?10.00250.02510.025?????2.12?10?3 1700450.02258500.02ko?471.6

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