大连理工大学2007年考研试题及解答正

二．（20分）用离心泵将水库中的水送至60m 高的敞口容器，若水的流量为80m3/h，管路的内径为150mm，阀门全开时，管路总长（包括所有局部阻力当量长度）为900m，现有一台离心泵,其特性曲线为H?120?0.004q，（qV的单位：

V2m3/h，

H的单位：m）。已知水的密度ρ=1000kg/m3，摩擦系数为0.02。 （1） 求阀门全开时管路的特性曲线；

（2） 该泵是否可用？并求阀门全开时该泵的工作点；

（3） 用阀将流量调至80m3/h, 求由于流量调节损失在阀门上的压头是多少米；

若泵的效率为70%，求轴功率； （4） 在泵的出口管线上并联一管路，定性分析泵的工作点如何变化，并图示之。

2p0u0p1u12解：（1）z0???L?z1????hf0?1?g2g?g2g????900?10.02?900?162?qVL?60?0.02??60?q2522V?0.15?2g?0.15?2g?3600?2??3600??0?15?4??2L?60?0.00151qV????????????????????????(1)222(2)若令H?L则60?0.00151qV?120?0.004qV,0.00551qV?60,qV?104.4m3/h2将其代入式（1）L?60?0.00151?104.42?76.44m该泵可用，其工作点为（qV?104.4m3/h,H?L?76.44m)(3)用阀门将流量调至80m3/h时，管路需要的扬程L?60?0.00151?802?69.7m,泵提供的扬程H?120?0.004?802?94.4m;由于调节流量损失在阀门上的压头P80?94.4?1000g?H?94.4?69.7?24.7m;轴功率P?e??29.4kW?0.7?3600?1000(4)相当于阀门开度增大，系统流动阻力减小，流量增加。

三．（10分）用一回转真空过滤机过滤某水悬浮液，操作真空度为80kPa,生产能力为6m3(滤液)/h，过滤面积为5m2,转鼓沉浸角为1200，转数为0.6转/分，现拟用一板框过滤机代替上述回转真空过滤机，已知滤框长与宽均为1000mm,过滤压力为196kPa（表压）,要求获得的滤液量为10 m3，过滤时间0.5小时，设滤饼不可压缩，过滤介质阻力忽略不计。试求： （1） 需要滤框和滤板各多少；

（2） 板框过滤机过滤终了后在压力仍为196kPa（表压）下用相当于滤液量1/5

的水洗涤，洗涤时间为多少小时﹖若卸渣﹑重装等辅助时间为0.2小时，则生产能力是多少m3(滤液)/h﹖

（回转真空过滤机生产能力Vh?3600AKn? ）

1

0.6120?60360360.6120'36?60?360'?52?K??;K??3.333?10m/s222603603600?53600?25?0.6?120196K?3.333?10?5??3600?0.294m2/h80V2?KA2?100102?0.294A2?0.5;?A2;A?26m2,一个滤框的过滤面积为2m2,0.294?0.5?需要滤框13个，滤板14个。解：（1）Vh?3600AK'n??3600?5?K'?aWV1?dV?KA28?0.2V2?dV?(2)?;?W???8?0.2?0.5?0.8小时?????2dVd?4d?8VKA????W??E???d??WV10Vh???6.667m3/h???W??D0.5?0.8?0.2

四. （20分）拟用125℃、汽化热为2191.8 kJ/kg的饱和蒸汽将空气由20℃加热到120℃，空气的流量为9000kg/h,空气在其平均温度下的物性数据为：粘度η=2.06×10-5Pa?s,比热容Cpc=1.017kJ/(kg·K), 热导率λ=0.02996W/(m? K)。若忽略热损失，试求：

（1） 蒸汽消耗量是多少(kg/h)?

（2） 已设计一台单壳程单管程换热器，其传热管规格为Ф19×2,管长为2 m,

管子数目为900根，在蒸汽侧对流传热热阻及管壁与污垢热阻均可忽略的条件下，该换热器是否够用？此时空气的出口温度为多少？

（3） 如果把该换热器改为双管程，则空气的出口温度为多少？若使空气的出

口 温度恰好达到120℃，应在操作上采取何种措施？（通过定量计算说明）

2

解：(1)qm,c`cp,c(tc2?tc1)?rD;D?9000?1.017?(120?20)?417.6kg/h2191.8d11dbd11d1d(2)??0?Rdi0??0?Rd,0???0?0?0?0?0??0Khididi?dmh0hidihidi0.80.4h?i?0.023??d??diu????cp???.02996i??????????0.023?00.015??0.8???0.015?9000??1.017?103?2.06?10?5?0.4?????3600??4?0.0152?900?2.06?10?5????0.02996?????70.3W(m2?K)?K?70.3?0.01520.019?55.5W(m?K)A??d0L???0.019?900?2?107.44m2?tt1??t2(125?20)?(125?120)m??ln?t??32.85K1?tln10525需要的传热速率??rD3600?2191.8?103?417.63600?254249W实际达到的传热速率?KA?tm?55.5?107.44?32.85?195882W???KA?tm?该换热器不够用。9000?1017?(tc2?20)3600?55.5?107.44?(125?20)?(125?tc2)ln125?20125?tc2ln125?2055.5125?t??107.44?3600?1017?2.3453c29000125?20125?t?10.4364?tc2?115?Cc2(3)h0.8i,450h???ui,900?450???u?20.8?1.741;h2i,450?1.741?70.3?122.4W/(m?K)900??K.4?0.015450?1220.019?96.63W(m2?K)9000?1017?(t''2?20)3600?96.63?107.44?(125?20)?(125?t2)4）

ln125?20125?t'2ln125?2096.63?107.44?125?t'?360029000?1017?4.083354105125?t'?59.3?t'2?123.2?C2

3

（

9000?1017?(120?20)(T'?20)?(T'?120)?96.63?107.44?3600T'?20ln'T?120T'?2096.3?107.44?3600ln'??4.0694

9000?1017T?120T'?20'??58.5224?T?121.74C'T?120

五．（20分）在连续精馏塔中分离苯-甲苯溶液，塔釜间接蒸汽加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。进料为100kmol/h的含苯0.35（摩尔分率，下同）的饱和蒸汽，塔顶馏出液量为40 kmol/h，系统的相对挥发度为2.5。且知精馏段操作线方程为

y?0.8x?0.16，试求：

（1）该操作条件下的最小回流比； （2）提馏段操作线方程； （3）若塔顶第一块板下降的液相中含苯0.70，求该板以气相组成表示的Murphree

板效率。

解：（1）q?0,ye?zF?0.35,xe?ye0.35??0.1772??(??1)ye2.5?(2.5?1)?0.35xR4??R?4?D?0.16?xD?0.8R?15R?1x?ye0.8?0.35Rmin?D??2.6ye?xe0.35?0.1772(2)qnF?qnD?qnW?100?40?qnW?qnW?60kmol/hym?1'qnLq''''?'xm?nWxW?qnL?qnV?qnW?qnV?qnL?qnW'qnVqnV

ym?1?qnL?qqnFqnWxm?xWqnL?qqnF?qnWqnL?qqnF?qnWym?1?ym?1?4qnDqnWxm?xW4qnD?qnWqnL?qnW16060xm?xW160?60160?60qnFzF?qnDxD?qnWxW100?0.35?40?0.8?60xW?xW?0.05ym?1?1.6xm?0.08

(3)EmV?yn?yn?1y1?y2?*;y1?xD?0.8;y2?0.8?0.7?0.16?0.72*yn?yn?1y1?y2

4

*y1?2.5?0.70.8?0.72?0.85;EmV??60%

1?1.5?0.70.854?0.72

六．（20分）在一逆流填料吸收塔中，用清水吸收混合气中的丙酮，气体处理量为1400 m3/h（标准状态）。已知混合气中含丙酮0.05（摩尔分率，下同），操作条件下的平衡关系为ye?1.68x，若要求丙酮回收率为96%，出塔溶液中丙酮的浓度为0.02，试求：

（1） 塔顶液相喷淋量为多少（以kg/h计）； （2） 最少吸收剂用量为多少？

（3） 若此时塔的气相总传质单元高度HOG=0.8m，填料层高度应为多少？ （4） 若填料层高度保持不变，减少吸收剂用量，丙酮回收率如何变化（定性说

明），图示操作线变化情况。

解：(1)qnG(y1?y2)?qnL(x1?x2);y1?0.05,y2?y1(1??)?0.05(1?0.96)?0.002qnLy?y20.05?0.0021400?1??2.4,qnL?2.4??150kmol/h?2700kg/hqnGx1?x20.02?022.4?qnL?0.05?0.02?(2)xe1?0.05/1.68?0.0298;??;qnLmin?1132.6kg/h?q??nG?min0.0298?0(3)?y1?y1?ye1?0.05?1.68?0.02?0.0164;?y2?y2?0?0.002?ym??y1??y20.0164?0.002??0.00684367?y10.0164lnln0.002?y2y1?y20.05?0.002??7.0138?ym0.00684367

NOG?h?HOG?NOG?0.8?7.0138?5.61m（4）若填料层高度保持不变，减少吸收剂用量，丙酮回收率将随吸收剂用量减小而不断降低。??y1?y1?mx1;x1???y1??ym?NOG?

七．（10分）在一常压绝热干燥器内干燥某种物料，干燥器有效传质面积为5m2。

空气进入预热器的温度为15?C ，湿含量为0.0073kg水/（kg干空气）。空气进干燥器温度为90?C，空气出干燥器温度为50?C，干燥过程可近似为等焓过程。进入干燥器的湿物料干基含水量为0.15kg水/(kg绝干物料)，产品干基含水量为0.01kg水/(kg绝干物料)；干燥器的生产能力为280kg/h（以干燥产品计）。试求： （1）干空气消耗量（kg干空气/h）；

（2）预热器加入的热量（kW）(预热器热损失忽略)；

（3）若实验测得该条件下的干燥速率曲线如图所示，试求恒速干燥阶段的干燥

时间。

H) (空气湿比焓 I?(1.01?1.88H)t?2490 5

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