化工原理习题

177、某液体组成为 xA0.6、x B0.4，试在三角相图中表示出该点的座标位置。178、某液体组成为 xA0.6、x B0.4，若在其中加入与原料液等量的萃取剂 S，此时座标点位置在何处(在座标图中 标明) 。179、某液体组成为 xA0.6、x B 0.4，若在其中加入与原料液等量的萃取剂 S，写出混合后的组成：x A=（ 0.3 ）、xB =（ 0.2 ）、 xS =（ 0.5 ）。 180、现有含 A 组分 30（质量）的 AB 混合物，用溶 剂 S 进行萃取， A、B、S 三元混合物的溶解度曲线如图示。采用 单级萃取器时（理论级），萃取液中 A 组分最大浓度可达（ 55 ）。F ABABBAF MBABAF MBA1181、现有含 A 组分 30（质量）的 AB 混合物，用溶 剂 S 进行萃取， A、B、S 三元混合物的溶解度曲线如图示。采用 单级萃取器（理论级），当萃取液中 A 组分为最大浓度时，溶剂用量为（ S（MFMS）F）。 (用线段比及符号注明即可)182、现有含 A 组分 30（质量）的 AB 混合物，用溶 剂 S 进行萃取， A、B、S 三元混合物的溶解度曲线如图示。采用 单级萃取器（理论级），当萃取液中 A 组分为最大浓度时，在图上标出相应萃取相 E 的座标点位置。183、现有含 A 组分 30（质量）的 AB 、混合物，用溶剂 S 进行萃取，A、B 、S三元混合物的溶解度曲线如图示。采用 单级萃取器（理论级 ），当萃取液中 A 组分为最大浓度时，在图上标出相 应萃余相 R 的座标点位置。EmaxEEmaxF MREREmaxEEmax2184、现有含 A 组分 30（质量）的 AB 混合物，用溶 剂 S 进行萃取， A、B、S 三元混合物的溶解度曲线如图示。采用 单级萃取器（理论级），当萃取液中 A 组分为最大浓度时，在图上标出相应三元混合物 M 的座标点位置。6、某液体分别在本题附图所示的三根管道中 稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面 1-1的压强、流速也相等。问：在三种情况中，下游截面 2-2的流速是否相等？ 答：三种情况中，下游截面 2-2的流速相等。7、某液体分别在本题附图所示的三根管道中 稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面 1-1的压强、流速也相等。问：在三种情况中，下游截面 2-2的压强是否相等？如果不等，指EEmaxF MR3出哪一种情况的数值最大，哪一种情况的数 值最小？其理由何在？答：三种情况中，下游截面 2-2的压强不相等，其中（a）的 压强最大， （c）的压强最小。这是因为（c）管上不仅有一个阀门消耗能量，且管子末端垂直上升一段，又使得静压强降低。2、在附图所示的储油罐中盛有密度 为 960 取kgm 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 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 39.23106 Pa，问：至少需要几个螺钉？解：设通过孔盖中心的水平面上液体的静压强为 p，则 p 就是管内液体作用与孔盖上的平均压强。由流体静力学基本方程式知作用在孔盖外侧的是大气压强 ghapa，故孔盖内外两侧所受压强差为：ghppaa24m/N1029.806.981作用在孔盖上的静压力为 N1076.3.0419.8dP 42每个螺钉能承受的力为 .6.424螺钉的个数3.7610 46.0410 3 = 6.23 个即至少需要 7 个螺钉。3、根据本题附图所示的微差压 差计的读数，计算管路中气体的表压强 p。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为 920 kg/m3 及 998 kg/m3，U 管中油、水交界面高度差 R = 300mm。两扩大室的内径 D 均 为 60 mm，U 管内径 d 为 6 mm。当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐。解：当管路内的气体压强等于大气压强时，两 扩大室的液面平 齐， 则两扩大室液面差4h与微差压差计读数 R 的关系为 Rd4hD22当压差计读数 R = 300 mm 时，两扩大室液面差为 m03.63.0Ddh22则管路中气体的表压强为p（998920）9.810.39209.810.003257 N m 2（表压）6、用泵将水从水池送至高位槽。高位槽液面高于水池液面 50 m，管路全部能量损失为 20 Jkg，流量为 36 m3h ，高位槽与水池均为敞口。若泵的效率为 60%，求泵的轴功率。 （水的密度取为 1000 kgm 3）解：设水池液面为 1-1截面，高位槽液面 为 2-2，以水池液面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程式。 hfp2ugZwp2ugZe11 Z10，Z 2 50 m，u10，u20，P1P 20（表压）， hf20 Jkg we9.815020510.5 Jkg水的质量流率 ws361000360010 kgs有效功率 New ews510.5105105 W轴功率 N5105 0.68508.3 W7、高位槽内的水面高于地面 8 m，水从1084mm 的管道中流出。管路出口高于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按 hf6.5u 2 计算(不包括出口的能量损失)，其中 u 为水在管内的流速，ms。计算：（1） 截面处水的流速；（2）水的流量， m3h。A解：（1）以高位槽液面为上游截面 1-1,管路出口内侧为下游截面 2-2, 并以地面为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式fp2ugZp2ugZ11 Z18 m，Z 22 m，u 10，P1P 2 0（表压）hf6.5u 26.5 代入上式, 得 u22.9 ms由于输水管的直径相同, 且水的密度可视为常数, 所以 A-A截面处水的流速为 uA2.9 ms。A5（2）水的流量 Vh 3600Au360040.122.9 82 m 3h8、水以 2.5ms 的流速流经 382.5 mm 的水平管，此管以锥形管与另一 383 mm 的水平管相连。如附图所示，在锥形管两侧 A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经 A、B 两截面间的能量 损失为 1.5 Jkg，求两玻璃管的水面差（以 mm 记），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。（水的密度取为 1000 kgm 3）解：上游截面 A-A，下游截面 B-B，通 过管子中心线作基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。B,A2BA2 hfpugZpugZ式中 ZAZ B0，u A2.5 m s，hf A,B1.5 Jkg根据连续性方程式，对于不可 压缩流体 2B2Ad4u有 ms23.1475.2duBA两截面的压强差为 B,AAhfup = 868.55 Nm 2105.23.15即 mmH2O6.810.586pAB由于 pB pA.9、在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置 U 管压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量 为 10800kgh 时， U 管压差计读数 R 为 100 mm。粗、细管的直径分别为 603.5 mm 与423 mm。计算：（1）1kg 水流经两截面间的能量损失；（2）与该能量损失相当的压强降为多少 Pa？（水的密度取为 1000 kgm 3）解：（1）1kg 水流经两截面间的能量损失设导管在上游的连接处为截面 1-1，下游的连接处为截面 2-2，并通 过管轴作基准水平面。在两截面间列柏努利方程hfp2ugZp2ugZ11 式中 Z1 = Z2 = 0，u = wsA6ms95.21036.43608u21 ms36.5.22 ， JkggRp21981.0.9p21将以上各数值代入柏努利方程式，解得 Jkg41.236.5.hf（2）与该能量损失相当的压强降 Nm 204pf10、在图示装置中，水管直径为 573.5 mm。当阀门全闭时，压力表读数为 0.3 大气压, 而在阀门开启后，压力表读数降至 0.2 大气压。设管路入口至压力表处 的压头损失为 0.5 mH2O，求水的流量为若干 m3h ？解：阀门全闭时，由 P2gH， H0.31.01310 5（10009.81）3.1 m即水槽液面距阀门中心线的高度为 3.1 m。阀门开启时，以水槽液面 为上游截面 1-1，压力表处为 下游截面 2-2，管路中心线为基准水平面。在两截面 间列柏努利方程式hfg1p2uZgp2u211 Z1H3 m，Z 20，P 10，P 20.21.01310 5 Pa，u10，hfg0.5 mH 2O代入上式 3.10.21.01310 5（10009.81）+ （29.81）+ 0.52解得 u23.24 msVh （4）d 2u360022.9 m 3h11、如图所示，密度为 850 kgm 3 的料液从高位槽送入塔中，高位槽内的液面维持恒定。塔内表压强为 9.81103 Pa，进料量为 5 m3h。连接管直径为 382.5 mm，料液在连接管内流动时的能量损失为 30 Jkg（不包括出口的能量损失）。求：高位槽内的液面 应比塔的进料口高出多少？解：以高位槽液面为上游截面 1-1，连接管出口内侧为下游截面 2-2，并以截面 1-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。hfp2ugZp2ugZ11 7式中 Z10，u 10， ms62.103.4365AVs2 p10（表压），p 2 9.81103 Pa（表压）， hf = 30 Jkg将上述数值代入柏努利方程，解得 m37.481.9/30852.Z2 高位槽内的液面应比塔的进料口高 4.37 m。12、如图所示，用泵将储槽中密度为 1200 kgm 3 的溶液送到蒸 发器内。储槽内液面维持恒定，其上方与大气相同。蒸发器内的操作压强为 200mmHg（真空度），蒸发器进料口高于储槽内的液面 15 m，输送管道的直径为684 mm，送料量为 20 m3h，溶液流径全部管道的能量损失为 120Jkg，求 泵的有效功率。解：以储槽的液面为上游截面 1-1，管路出口内侧为下游截面 2-2，并以截面 1-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。hfp2ugZwp2ugZe11 式中 Z10，Z 215 m， p10（表压）， Pa（表压）2670103762u1 0， ms，hf = 120 Jkg9.6.432将以上各项数值代入柏努利方程中Jkg9.4610279.185we kgs6.302Vs Ne w ews246.96.671647 W13、本题附图所示为冷冻盐水循 环系统。 盐水的密度为 1100kgm 3，循环量为 36m3h。管路的直径相同，盐水由 A 流经两个换热器而至 B的能量损失为 98.1Jkg，由 B 流至 A 的能量损失为 49Jkg。求：若 泵的效率是 70，其 轴功率为多少 kW？ 解：在循环管路中任选某截面为 1-1，并兼为截面 2-2（意即流体由截面 1-1出发，完成一个流动循环后达到截面 2-2）。在两截面间列柏努利方程式。8hfp2ugZwp2ugZe11 因截面为 1-1与截面 2-2重合，所以 u1u 2，p1p 2，Z1Z 2上式可简化为 wehfhf ABhf BA98.149147.1 Jkg流体的质量流量 ws V s=3611003600 = 11kgs泵的轴功率 Nw ews147.1110.72312 W14、附图中所示的高位槽液面 维持恒定，管路中 ab 和 cd 两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路，液体在流 动中温度可 视为不变。问：（1）液体通过 ab 和 cd 两管段的能量损失是否相等？（2）此两管段的压强差是否相等？写出它们的表达式。解：（1）直管的能量损失 2udlhf管段 ab 与 cd 中，长度、直径均相同；流量不 变则流速相同；温度不变，密度相同，粘度相同，则雷诺数相同；又由于粗糙度相同，则摩擦系数相同，所以两管段的能量损失相等。（2）两管段的压强差不相等。在两管段上分别列柏努利方程式ab 管段 式中 uau b，abb2ba2a hfpugZpugZ则 abhfpcd 管段 式中 uc = ud，Zc = Zd，cdd2dc2c f则 ddhf15、附图所示的管路上装有一个 阀门，如减小 阀门的开度，问：（1）液体在管内的流速及流量的变化情况；（2）液体流经整个管路系统的能量损失情况。解：（1）液体在管内的流速及流量均减小。（2）以水槽液面为上游截面 1-1，管路出口外侧为下游截面 2-2，并以管路出口中心线为基准水平面。在两截面 间列柏努利方程式。hfp2ugZp2ugZ11 式中 Z1h，Z 20，u 1 0，u20，p 1p 20（表压）得 hfgh 即能量损失不变21、两平行的大平板，放置在空气中相距 为 5 mm。一平板的黑度为 0.1，温度为 350 K；另一平板的黑度为 0.01，温度为 300 K。若将第一板加涂层，使其黑度变为 0.025，9计算由此引起辐射传热变化的百分率。 （角系数与总辐射系数的 计算式见附表）解：传热的热通量 4241210TCSQq， ， ， 21021.01.2 Wm 259.310350.67.q44第一板加涂层后， 21Wm 28.103510.5.67.q44辐射传热变化的