化工原理例题.doc

例1-1 若某地大气压为100kPa，（1）若真空度为30kPa，表压、绝压为多少？（2）若表压为170kPa，绝压、真空度为多少？（3）若绝压为200kPa，表压、真空度为多少？（4）若绝压为50kPa，表压、真空度为多少？例1-2 某台离心泵进口真空表读数为220mmHg(真空度) 、出口压力表读数为1.7kgf/cm2(表压)。若当地大气压力为760mmHg，试求： 它们的绝对压力各为若干，进出口压力差为多少？例1-3 如图所示，常温水在管道中流过。为测定a、b两点的压力差，安装一U型压差计，指示剂R的读数为100mm。试计算a、b两点的压力差为若干？已知水与汞的密度分别为1000kg/m3及13600kg/m3。例1-4 直径为800mm的流化床反应器底部装有分布板，其上开有640个直径为10mm的小孔，空气从分布板下部送入。反应器的流速为0.5m/s，求空气通过分布板小孔的流速。例1-5 水从高位槽通过出口管流出。高位槽液面上的压力为大气压。高位槽液面与出口管中心线间的垂直高度为4.2m，管子规格为1144的无缝钢管，设水在管内能量损失为39.2 J/kg（不包括出口能量损失），试求管路中水的体积流量为多少m3/h？ 例1-6如图所示一输水系统，管路尺寸为573.5。已知全部流动阻力为 (u为管内流速）。试求：水的流量为多少？例1-7 从高位槽向塔内加料，高位槽上方为大气压，塔内压力为0.2kgf/cm2（表压），要求料液在管内以0.5m/s的速度流动，若料液在管内的总压头损失为1.2m液柱（r=800kg/m3）试求：高位槽的液面应比塔入口处高出多少米？例1-8 如图所示，水流经由小至大的管段，小管尺寸为382.5，大管尺寸为543.5，水在小管内的流速为2.5 m/s，从截面1到截面2的阻力损失为2 J/kg，水的密度为1000 kg/m3，指示剂密度为1594 kg/m3，试求：压差计的读数。例1-9 用泵将贮槽中的稀碱液送到蒸发器中进行浓缩，贮槽上方压强为101.3kPa。泵的进口管893.5 ，碱液在进口管的流速为1.5m/s，泵的出口管762.5 。贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离为7m，碱液经管路系统的能量损失为40J/kg，蒸发器内碱液蒸发压力保持在0.2kgf/cm2（表压），碱液的密度为1100kg/m3。试计算所需泵的轴功率。（=60%）例1-10 有一内径为25mm的水管，如管中流速为1.0m/s，水温为20。求：（1）管道中水的流动类型；（2）管道内水保持层流状态的最大流速。 20时水的粘度为1cP，密度为998.2kg/m3例1-11 将敞口贮槽中的溶液用泵输送到另一敞口高位槽中，两槽之间的距离为15m，输送管路的规格为1084mm，溶液在管内的平均流速为1.235m/s，管路摩擦系数取0.02，管路总长为130m（包括全部局部阻力的当量长度，但不包括进、出口），试求：（1）有效功；（2）泵的轴功率（效率=60%）。例1-12 用离心泵将密度为1050 kg/m3、粘度为1.145 cP的溶液从贮槽送至高位槽，其间距离为20 m，输送量为50 m3/h，采用f1084的无缝钢管。已知直管总长为108.8 m，管路上创优6个标准弯头，1个直入旁出三通，1个全开截止阀。求：离心泵的轴功率（泵的效率为0.8）。例2-1 某离心泵以20水进行性能实验, 测得体积流量为720m3/h，泵出口压力表数为3.82kgf/cm2，吸入口真空表读数为210 mmHg，压力表和真空表间垂直距离为410mm，吸入管和压出管内径分别为350mm及300mm。试求泵的压头。（能量损失可以忽略）例2-2 一水泵的铭牌上标有：流量36.2m3/h，扬程12m，轴功率1.82kw，效率65%，配用电机容量2.8kw，转数1400rpm。今欲在以下情况下使用是否可以？如不可以，采用什么具体措施才能满足要求？（计数说明）（1）输送密度为1800kg/m3的溶液，流量为33m3/h，扬程为12m；（2）输送密度为800kg/m3的油品，流量为50m3/h，扬程为24m。 例2-3 某输水系统，泵和管路的特性方程分别为：泵 管路 式中的单位是m3/h，试求：（1）该系统的输水量为多少？（2）若要求输水量为16m3/h，应采取什么措施，两条特性曲线有何变化？例2-4 已知某台泵的特性方程式为 式中H为泵的压头（m），qV为流量(m3/min)。现该泵用于两敞口容器之间送液，已知单泵使用时流量为1 m3/min。欲使流量增加50，试问应该将相同两台泵并联还是串联使用？两容器的液面位差为10m 例2-5 某台离心泵，从样本上查得允许气蚀余量h2.0m（水柱）。若泵吸入口距水面以上4m高度处，吸入管路的压头损失为1.5m（水柱），当地大气压为0.1MPa。试求：（1）用此泵将敞口蓄水池中40的水输送出去，泵的安装高度是否合适？（2）若水温为80，此时泵的安装高度是否合适？（3）若将敞口水槽改为密闭水槽，上方压力为30kPa，泵能否正常工作。（ 40 水）例4-1 现有一平壁厚度为400mm，内壁温度为500，外壁温度为100。试求：（1）通过平壁的导热热量，W/m2；（2）平壁内距内壁150mm处的温度。已知该温度范围内砖壁的平均导热系数=0.6W/（m）。例4-2 有一锅炉的墙壁由三种保温材料组成。最内层是耐火砖，厚度b1=150mm，导热系数1=1.06W/（m）；中间为保温砖，厚度b2=310mm，导热系数2=0.15W/（m）；最外层为建筑砖，厚度b3=240mm，导热系数3=0.69W/（m）。测得炉的内壁温度为1000，耐火砖与保温砖之间界面处的温度为946。试求：(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；(3)建筑砖外侧温度。例4-3 为了减少热损失，在1334mm的蒸汽管道外层包扎一层厚度50mm的石棉层，其平均导热系数=0.2W/（m）。蒸汽管道内壁温度为180，要求石棉层外侧温度为50，管壁的导热系数=45W/m。试求每米管长的热损失及蒸汽管道外壁的温度。例4-4 有一列管式换热器，由38根252.5的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20被加热至80，苯的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数。 例4-5 试计算压力为147.1kPa，流量为1500kg/h的饱和水蒸汽冷凝后并降温至50时所放出的热量。 例4-6 现用一列管式换热器加热原油，原油在管外流动，进口温度为100,出口温度为160；某反应物在管内流动，进口温度为250，出口温度为180。分别计算并流与逆流时的平均温度差。 例4-7 一列管换热器，列管由 的无缝钢管组成，钢管的导热系数为45 ，管内为冷却水，对流传热系数为450 ，管外为饱和水蒸汽冷凝，对流传热系数为，试求：（1）总传热系数K；（2）若将水侧的对流传热系数增大一倍，总传热系数有何变化。（3）若将蒸汽侧的对流传热系数增大一倍，总传热系数有何变化。（4）若考虑污垢热阻，Rs,i=0.58m2K/kw， Rs,o=0.090.58m2K/kw，总传热系数有何变化。例4-8 某一套管换热器，内管为 钢管，外管为 的钢管。用冷却水冷却某有机物，冷却水在管内流动，进口温度为15，出口温度为30。有机物在环隙中流动，进口温度为100，出口温度为40，流量为 ，平均比热为 。两流体逆流流动，若已知的水侧和有机物侧的对流传热系数分别为1200 和500 ，忽略污垢热阻及管壁热阻。试求换热器套管的有效长度。例4-9 有一套管式换热器，内管为542mm，外管为1164mm，套管有效长度为8.5m。内管中苯被加热，其流速为0.643m/s，苯的进口温度为50 oC，出口温度为80 oC。外管中为120 oC的饱和水蒸气冷凝。管壁热阻及污垢热阻均可忽略不计。试求：（1）平均温度差；（2）苯的对流传热系数；（3）蒸气的对流传热系数。（定性温度下苯的物性参数：Cp=1.86kJ/kg oC , =880kg/m3 , =0.39cP , =0.134w/m oC ）例5-1 在总压为101.3kPa，温度为30的条件下，二氧化硫组成为Y=0.1的混合空气与二氧化硫组成分别为X=0.002和X=0.003的水溶液接触，试判断过程进行的方向。已知操作条件下气、液平衡关系为Y=47.9X。例5-2 在逆流吸收塔中，用洗油吸收焦炉气中的芳烃。吸收塔压强为105kPa ，温度为27 ，焦炉气流量为1000m3/h ，其中所含芳烃组成为0.02（摩尔分数,下同），吸收率为95%，进塔洗油中所含芳烃组成为0.005。若取吸收剂用量为最小用量的1.5倍。试求进入塔顶的洗油摩尔流量及出塔吸收液组成。（操作条件下气液平衡关系为Ye=0.125X ）例5-3 在常压填料吸收塔中，用清水吸收废气中氨气，废气流量为2500m3/h （标准状态下），其中氨气浓度为0.02（摩尔分数），要求回收率不低于98%，若水用量为3.6m3/h ，操作条件下平衡关系为Ye=1.2X（式中X ,Y 为摩尔比），气相总传质单元高度为0.7m 。试求：（1）塔底、塔顶传质推动力及全塔对数平均推动力； （2）气相总传质单元数 ；（3）填料层高度。例5-4 在填料逆流吸收塔中，用清水吸收空气二氧化硫混合气中的SO2。已知操作条件下的相平衡关系为Ye=32.5X，进塔气体中SO2的组成为0.025（摩尔比，下同），要求出塔气体中SO2的组成为0.001，空气的流量为0.025kmol/s，实际液气比为最小液气比的1.5倍，总液相体积传质系数KXa为0.758kmol/(m3.s)，塔径为1.5m，试求所需的填料层高度。例5-5 空气和氨的混合气体，在直径为0.8m 的填料吸收塔中用清水吸收其中的氨。已知送入的混合气体中空气的流量为1390kg/h ，混合气体中氨的分压为1.34kPa ，经过吸收后混合气中有99.5%的氨被吸收下来。操作温度为20，压力为101.325kPa 。在操作条件下，平衡关系为Ye=0.75X 。若吸收剂（水）用量为52kmol/h 。已知氨的气相体积吸收总系数KYa =314kmol/(m3.h )。试求：(1) 吸收液的出塔组成； （2）所需填料层高度。（用吸收因数法） 例6-1 用连续精馏方法分离苯-甲苯混合物。已知进料中含苯0.88（摩尔分数，下同），流量为200kmol/h，今要求馏出液中苯回收率为99.5%。釜液中甲苯回收率为99.4%。求馏出液、釜液的流量和组成。例6-2 每小时将15000kg含苯0.4（质量分数，下同）和甲苯0.6的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜液中含苯不高于0.02，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%。试求馏出液和釜液的流量及组成（以摩尔流量和摩尔分数表示）。例6-3 氯仿和四氯化碳的混合液在一连续精馏塔中进行分离。要求馏出液中氯仿的组成为0.95（摩尔分数），馏出液流量为150Kg/h。塔顶为全凝器。平均相对挥发度a=1.6。回流比R=3.0，试求：（1）第一块塔板下降的液体组成x1；（2）精馏段各板上升蒸气量qnV及下降液体量qnL。例6-4 用一常压精馏塔分离含苯0.44（摩尔分数，下同）的苯-甲苯混合液，要求塔顶产品含苯0.98以上，塔底产品含苯0.023以下，进料量为520kmol/h，操作回流比R=3.0，若为饱和液体进料，试求，精馏段与提馏段的气、液相流量及操作线方程。例6-5 在连续精馏塔中分离苯-甲苯理想溶液，泡点进料，进料中含苯0.44（摩尔分数，下同），要求馏出液和釜液的组成分别为0.955和0.0585。已知操作回流比R=3.0，物系的平均相对挥发度 a=2.41。若塔顶采用全凝器，试用逐板计算法求出完成分离任务所需的理论塔板数和进料位置。（从塔顶向下计算）例6-6 在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，原料液流量为1000kmol/h，组成为含苯0.4（摩尔分数，下同），馏出液组成为含苯0.9，苯在塔顶的回收率为90%，泡点进料(q=1)，操作回流比为最小回流比的1.5倍，物系的平均相对挥发度为2.5。试求：（1）精馏段操作线方程；（2）提馏段操作线方程。 例6-7 在连续精馏塔中分离苯甲苯混合液。原料液组成为0.4（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.95。饱和蒸气进料，回流比为最小回流比的2倍，物系的平均相对挥发度为2.4，塔顶采用全凝器。试求：(1)精馏段操作线方程；（2）从塔顶往下数第二层理论板的上升气相组成。 例8-1 常压下某湿空气的温度为30oC、湿度为0.025kg水/kg(绝干气）。试求：（1） 湿空气的相对湿度；（2）水气分压；（3）湿比体积；（4）湿比热容；（5）湿空气的焓。若将上述空气加热到50oC，上述参数哪些将发生变化，变化趋势如何？ 例8-2 常