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化工单元操作过程与设备化工单元操作过程与设备 习题答案 上 习题答案 上 目目录录 0 绪论 1 1 流体流动 3 2 流体输送机械 19 3 沉降与过滤及其流态化 27 4 传热 37 化工单元操作过程与设备习题答案 上 1 0 0 绪论绪论 1 根据题意画出示意图 如右图所示 故每吨物料干燥后的含水量 水 物 1 0 8 0 8 0 82 99 2 0 8 6 61 10 3 6 61 2 根据题意画出示意图 如右图所示 查附录五 得水在 30 60 的比热容 水 4 174 苯冷却后释放出热量 苯 液化 苯 冷却 1 苯 汽化 苯 1 1 1 1 393 9 1 924 1 70 80 1 413 3 由 得所需冷却水量 2 水 2 2 413 3 4 174 60 30 3 30 3 查附录一的换算关系 即 1 1000 1 100 引入换算因子 得 0 00656 1 1000 1 100 6 56 10 4 由于粘度单位 2 2 2 1 1 故换算为法定单位后的粘度值 6 56 10 4 查附录一得换算关系 即 1 9 80665 引入换算因子 得 水 1 18 0 18 物 1 水 0 18 物o 物 0 82 水 物 1 0 8 0 8 水 干燥器 热交换器 苯蒸汽 1 1 1 80 冷却水 2 2 30 冷却水 2 2 60 苯液体 1 1 1 70 化工单元操作过程与设备习题答案 上 2 1386 9 80665 1 2 4 13592 2 4 13592 2 3 13592 3 查附录一得换算关系 即 1 0 8598 引入换算因子 得 1 1 0 8598 1 163 4 将经验公式每个符号写成物理量与所规定的单位之比的形式 即 lg 6 421 352 261 列出换算因数 查附录一 得 1 133 32 133 32 1 1 1 273 15 引入换算因子 得 lg 133 32 1 6 421 352 273 15 12 15 lg0 0075 6 421 352 12 15 得出变换后的经验公式为 0 0075 6 421 352 12 15 即 8 546 352 12 15 化工单元操作过程与设备习题答案 上 3 1 1 流体流体流动流动 1 查附录四得 水 998 3 Hg 13600 3 根据静力学原理 截面 1 1 处各处绝对压强相等 以表压强表示 那么 1 Hg A 1 水 Hg 水 13600 9 81 100 10 3 998 9 81 1 2 100 10 3 24 1 10 3 24 1 表压 相应的绝对压强 a A 0 24 1 101 3 125 4 2 N2 28 02 10 3 H2 2 01 10 3 故平均摩尔质量 N2 N2 H2 H2 28 02 10 3 1 1 3 2 01 10 3 3 1 3 8 51 103 故混合气体的密度 m 101 325 103 8 51 10 3 8 314 25 273 15 3 0 348 3 3 由 1 水 水 H2SO4 H2SO4 即 1 1 60 998 2 60 1830 解得 1373 3 4 根据静力学原理 截面 A 处各处绝对压强相等 故 0 油 0 0 水 化简 得 油 0 水 故 z 油 0 水 780 500 10 3 1000 0 39 A 1 R 1 2m 1 压强平衡管 油 油水 混合液 水 观察镜 A 0 z 化工单元操作过程与设备习题答案 上 4 5 查附录四 得 水 998 3 根据静力学原理 截面 A 处各处压强相等 此时p 水 故气柜内气体的压强 气柜底 4 2 4 10 103 9 81 3 14 92 1543 水封高 水 4 2 水 4 2 水 4 10 103 3 14 9 998 0 158 6 理想气体状态方程为 两边同时除以时间 得 由题意 得 101 3 6300 3 0 273 15 273 15 2 2000 20 273 15 293 15 故体积流量 101 3 6300 293 15 2000 273 15 3 342 3 0 0951 3 管内径d 114 45 2 105 0 105 管道中的流速 4 2 4 0 0951 3 14 0 1052 10 99 将 式两边同时除以质量m 得 故 20 2MPa 的空气密度 2000 273 15 101 3 293 15 1 293 3 23 79 3 质量流量 0 0951 23 79 2 26 质量流速 10 99 23 79 2 261 5 2 7 参考表 1 1 的自来水常用流速范围 去自来水在管内的流速u 1 8 则 p 气 气 A 化工单元操作过程与设备习题答案 上 5 4 4 30 3600 3 14 1 8 0 077 77 根据附录十二的管子规格 选用 89 4mm 热轧无缝钢管 其内径为 89 4 2 81 0 081 重新核算流速 4 2 4 30 3600 3 14 0 0812 1 62 流速 u 在适宜的范围内 所以该管子合适 8 查附录五 得 20 水的密度 998 3 粘度 100 50 105Pa s 由于雷诺准数 25 10 3 1 0 998 2 100 50 10 5 24831 4000 故管道中水的流动类型为湍流 层流时 雷诺准数 25 10 3 998 2 100 50 10 5 2000 解得 0 081 9 外管内径 219 9 2 201 内管外径 o 114 因为是圆套管 故当量直径 201 114 87 外壳内径 500 内管外径 o 25 故当量直径 4 4 2 2 2 2 5002 174 252 500 174 25 29 1 10 在喇叭形进口处 1 1 截面 和风机进口处 2 2 截面 列伯努利方程 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 已知 1 2 0 基准 1 0 大气中 0 1 2 3 1 0 表压 2 水 1000 9 81 25 10 3 245 25 表压 代入伯努利方程 得 0 0 0 0 2 2 2 245 25 1 2 解得 2 20 2 故管道内空气的流量 2 2 2 4 3 14 200 10 3 2 20 2 4 3 0 634 3 1 1 2 2 R 化工单元操作过程与设备习题答案 上 6 11 对截面 1 1 和 6 6 列伯努利方程 得 1 1 2 2 1 6 6 2 2 6 已知 1 1000 1 6 0 基准 2 0 液面恒定 1 6 0 表压 0 代入伯努利方程 得 1 9 81 0 0 0 6 2 2 0 0 解得 6 4 43 由于管径均一不变 即截面积 A 不变 故管内流速不变 即 2 3 4 5 6 4 43 对截面 1 1 和 6 6 列伯努利方程 得 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 已知 1 3000 3 2 0 基准 1 0 液面恒定 2 4 43 1 101325 表压 1000 3 0 代入可解得 2 120942 同理可得 3 5 91523 4 86608 12 盐水由截面 A 流向截面 B 列出伯努利方程 2 2 2 2 已知 0 基准 7 98 1 由于管径相同 故 代入伯努利方程 求得 166 77 盐水由截面 B 流向截面 A 列出伯努利方程 2 2 2 2 已知 7 0 基准 49 166 77 故泵外加的有效能量 1 换热器 2 泵 化工单元操作过程与设备习题答案 上 7 0 7 9 81 166 77 49 147 10 泵的有效功率 36 3600 1100 147 10 1618 1 泵的轴功率 1618 1 70 2 31 103 2 31 把 245 2 103 代入 式 得 245 2 103 1100 166 77 解得 B 处压强表读数 61 75 103 13 以槽内水面为截面 1 1 管道出口为截面 2 2 对 1 1 和 2 2 截面列伯努利方程 得 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 已知 1 7 2 1 5 5 5 2 1 0 液面恒定 2 1 2 0 代入伯努利方程可得 7 9 81 0 0 1 5 9 81 2 2 0 5 5 2 解得管出口水流速 3 0 由于管径均一不变 即横截面积 A 不变 故 A A 截面处水的平均流速 3 0 管径 108 4 2 100 0 1 水的流量 2 4 3 14 0 12 3 0 4 3 0 02355 3 84 78 3 14 注意 题中的粘度改成8 10 3Pa s 雷诺准数 Re 14 10 3 1 850 8 10 3 1487 5 4000 湍流 空气 R d u1 u2 D 1 1 2 2 化工单元操作过程与设备习题答案 上 10 泵排出管的雷诺准数 2 2 2 0 05 2 55 879 0 737 10 3 1 52 105 4000 湍流 查表 1 2 的管道的绝对粗糙度 取 0 3 则吸入管和排出管的相对粗糙度分别为 1 0 3 81 0 0037 2 0 3 50 0 006 由图 1 24 的摩擦阻力系数图 查得 1 0 03 2 0 02 从贮槽到泵的阻力损失 包括泵的出口 记为 1 由图 1 26 的当量长度共线图得 底阀 6 5 标准弯头 2 5 泵处的突然缩小面积比 2 1 2 2 1 2 0 052 0 0812 0 38 由图 1 25 的局部阻力系数曲线 b 得 泵 0 37 进口局部阻力系数 0 5 故从贮槽到泵的阻力损失 包括泵的出口 1 1 1 泵 1 2 2 0 03 10 6 5 2 5 0 081 0 5 0 37 0 9712 2 3 728 从泵到高位槽的阻力损失 不包括泵的出口 记为 2 由图 1 26 的当量长度共线图得 全开闸阀 0 32 全开截止阀 17 标准弯头 1 5 出口局部阻力系数 1 故从泵到高位槽的阻力损失 不包括泵的出口 2 2 2 2 2 2 0 02 20 0 32 17 3 1 5 0 05 1 2 552 2 57 638 总阻力损失 1 2 3 728 57 638 61 336 从题意以及前面的计算结果可知 1 0 基准 2 10 1 2 0 表压 1 0 971 2 2 55 61 336 代入伯努利方程得 化工单元操作过程与设备习题答案 上 11 0 0 9712 2 0 10 9 81 2 552 2 0 61 336 解得泵提供的有效能量 162 22 泵的有效功率 5 10 3 879 162 22 721 96 泵的轴功率 721 96 70 1019 18 截面 1 1 和 2 2 的位置如图所示 列出伯努利方程 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 已知 1 0 基准 2 34 5 1 2 0 表压 114 4 2 106 0 106 由于管道相同 故两截面的流速相等 即 1 2 4 2 4 30 3600 3 14 0 1062 0 945 查附录五 得 20 水的密度 998 2 3 粘度 100 50 10 5 雷诺准数 0 102 0 945 998 2 100 50 10 5 9 6 104 4000 湍流 题中设 0 002 由图 1 24 的摩擦阻力系数图 查得 0 0255 故总能量损失 2 2 0 0255 1800 0 106 0 9452 2 193 35 把数值代入伯努利方程 得 0 0 9452 2 0 34 5 9 81 0 9452 2 0 193 35 解得泵的外加能量 531 8 19 首先求出输油流速为 0 时 油经过钢管的长度 根据题意 对钢管进口和出口列伯努利方程 得 2 2 2 2 已知 0 基准 15 7 1 57 107 0 168 9 2 150 0 15 890 3 4 2 4 60000 3600 890 3 14 0 152 1 06 0 流动静止 代入伯努利方程 得 0 1 062 2 1 57 107 890 0 0 0 1 34 5m 1 2 2 泵 化工单元操作过程与设备习题答案 上 12 解得总能量损失 17641 雷诺准数 0 15 0 16 890 181 10 3 782 2000 层流 故摩擦阻力系数 64 64 782 0 082 又因为总局部阻力损失 0 故总能量损失为 2 2 0 082 0 15 1 062 2 17641 解得输油流速为 0 时 油经过钢管的长度 57440 57 44 故需要加压站 总 100 57 44 1 74 个 也即需要 1 个加压站 20 截面 1 1 和 2 2 如图所示 对 1 1 和 2 2 列伯努利方程 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 已知 1 0 基准 2 17 1073 3 1 25 9 103 表压 2 0 表压 管道内径 76 4 2 68 0 068 2 4 2 4 2 104 3600 1073 3 14 0 0682 1 43 1 0 液面恒定 雷诺准数 0 068 1 43 1073 6 3 10 4 1 7 105 4000 湍流 题中管壁绝对粗糙度 0 3 则相对粗糙度 0 3 68 0 004 由图 1 24 的摩擦阻力系数图 查得 0 029 由图 1 26 的当量长度共线图得 全开闸阀 0 45 标准弯头 2 3 进口局部阻力系数 0 5 出口局部阻力系数 1 孔板流量计局部阻力系数 4 故总能量损失 2 2 0 029 35 2 0 45 5 2 3 0 068 0 5 1 4 1 432 2 26 29 把数值代入伯努利方程 得 0 0 25 9 103 1073 17 9 81 1 432 2 0 26 29 1 1 2 2 化工单元操作过程与设备习题答案 上 13 解得泵的外加能量 218 22 泵的有效功率 2 104 3600 218 22 1212 1 212 泵的轴功率 1 212 0 7 1 73 21 对截面 1 1 和 2 2 列伯努利方程 得 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 已知 1 17 2 0 基准 1 2 0 表压 1 0 液面恒定 2 管道内径 114 4 2 106 0 106 查附录五得 12 水的粘度 1 2363mPa s 1 2363 10 3 10 水的密度 10 999 7 3 20 水的密度 20 998 2 3 估算 12 水的密度 20 10 10 2 10 998 2 999 7 10 2 999 7 3 999 4 3 进口局部阻力系数 0 5 出口局部阻力系数 1 故总能量损失 2 2 190 0 106 0 5 1 2 2 896 0 75 2 代入伯努利方程 得 15 9 81 0 0 0 2 2 0 896 0 75 2 整理得 147 15 896 0 75 假设该流动为层流流动 故摩擦阻力系数 64 64 64 1 2363 10 5 0 106 999 4 7 47 10 6 代入 式并整理 可得 1 25 2 7 47 10 6 147 15 0 解得 17 0 核算流型 0 106 17 0 999 4 1 2363 10 3 1 46 106 4000 故该流动类型不是层流 所以是湍流 因此只能用试差法 假设 2 52 化工单元操作过程与设备习题答案 上 14 则雷诺准数 0 106 2 52 999 4 1 2363 10 3 2 2 105 查表 1 2 的管道的绝对粗糙度 取 0 2 则相对粗糙度 0 2 106 0 002 查图 1 24 的摩擦阻力系数图 得 0 0245 代入 式 得 2 52 故假设正确 故管路的输水量 2 4 3 14 0 1062 2 52 4 3 0 02223 3 80 02 3 22 闸阀关闭时 液体处于静止状态 根据静力学原理 管中心处平面各处绝对压强相等 水银的密度 Hg 13600 3 水的密度 水 1000 3 设液面与管中心之间的高度为 H 以表压强表示 那么 水 Hg 代入数据得 1000 9 81 1500 10 3 13600 9 81 600 10 3 解得 6 66 闸阀部分打开后 如图所示 取液面为截面1 1 测压点为截面2 2 对截面 1 1 和 2 2 列伯努利方程 得 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 1 2 已知 1 6 66 2 0 基准 1 0 液面恒定 1 0 表压 此时 400 0 4 1400 1 4 代入 式 求得 2 水 1000 9 81 6 66 39630 表压 管路进口局部阻力系数 0 5 截面1 1 到 2 2 的总能量损失 1 2 2 2 2 0 025 15 100 10 3 0 5 2 2 2 2 125 2 2 代入数据到 式 得 6 66 9 81 0 0 0 2 2 2 39630 1000 2 125 2 2 解得 2 3 129 故流量 2 2 4 3 14 100 103 2 3 129 4 3 0 0246 3 88 4 3 取管出口内截面为 3 3 对截面 1 1 和 3 3 列伯努利方程 得 1 1 2 2 3 3 H 化工单元操作过程与设备习题答案 上 15 1 1 2 2 1 3 3 2 2 3 1 3 已知 1 6 66 3 0 基准 1 0 液面恒定 1 3 0 表压 截面 1 1 到 3 3 的总能量损失 1 3 3 2 2 0 025 15 20 100 10 3 15 0 5 3 2 2 4 8125 3 2 代入数据到 式 得 6 66 9 81 0 0 0 3 2 2 0 4 8125 3 2 解得 3 3 51 对截面 1 1 和 2 2 列伯努利方程 如 式所示 已知 1 6 66 2 0 基准 1 0 表压 1 0 液面恒定 2 3 3 51 截面 1 1 到 2 2 的总能量损失 1 2 2 2 2 0 025 15 100 10 3 0 5 3 512 2 26 18 代入数据到 式 得 6 66 9 81 0 0 0 3 512 2 2 1000 26 18 解得 U 管压差计处的压强 2 3 3 104 表压 23 注意 题目信息不够完善 我是通过参考答案获取其他条件 对截面 1 1 和 2 2 列伯努利方程 得 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 已知 1 0 基准 2 10 900 3 1 0 表压 2 50 103 表压 泵的吸入管路和压出管路内径分别为 1 57 3 5 2 50 0 05 2 48 4 2 40 0 04 截面 1 1 的流速 1 4 1 2 4 4 5 10 3 3 14 0 052 2 293 根据连续性方程 得截面2 2 的流速 2 1 1 2 2 2 293 50 40 2 3 583 1 z 1 2 2 p1 p2 化工单元操作过程与设备习题答案 上 16 两截面的雷诺准数 1 1 1 0 05 2 293 900 1 5 10 3 6 9 104 4000 湍流 2 2 2 0 04 3 583 900 1 5 10 3 8 6 104 4000 湍流 查表 1 2 的管道的绝对粗糙度 取 0 2 则泵的吸入管路和压出管路的相对粗糙度分别为 1 0 2 50 0 004 2 0 2 40 0 005 由图 1 24 的摩擦阻力系数图 查得 1 2 0 03 从贮槽到泵的阻力损失 包括泵的出口 记为 1 由图 1 26 的当量长度共线图得 止逆底阀 全开截止阀 6 5 90 弯头 中圆角弯头 2 5 泵处的突然缩小面积比 2 1 2 2 1 2 402 502 0 64 由图 1 25 的局部阻力系数曲线 b 得 泵 0 2 进口局部阻力系数 0 5 故从贮槽到泵的阻力损失 包括泵的出口 1 1 1 1 1 泵 1 2 2 0 03 6 16 7 1 25 0 05 0 5 0 2 2 2932 2 39 62 从泵到高位槽的阻力损失 不包括泵的出口 记为 2 由图 1 26 的当量长度共线图得 全开闸阀 0 28 90 弯头 中圆角弯头 1 25 出口局部阻力系数 1 故从泵到高位槽的阻力损失 不包括泵的出口 2 2 2 2 2 2 2 2 0 03 25 0 28 10 1 25 0 04 1 3 5832 2 188 30 总阻力损失 1 2 39 62 188 30 227 92 从题意以及前面的计算结果可知 1 0 基准 2 10 1 0 971 2 2 55 1 0 表压 2 50 103 表压 900 3 227 92 化工单元操作过程与设备习题答案 上 17 代入伯努利方程 得 0 2 2932 2 0 10 9 81 3 5832 2 50 103 900 227 92 解得泵提供的有效能量 385 37 故单位重量溶液外加的能量 385 37 9 81 39 28 24 气体的平均密度 101 3 103 60 10 3 8 314 273 15 40 3 2 334 3 在截面轴心处可以得到最大水柱读数 故最大流速 2 水 2 9 81 30 10 3 1000 2 334 2 334 15 86 最大雷诺准数 300 10 3 15 86 2 334 0 02 10 3 5 55 105 查图 1 31 的圆管中 与 的关系图 得 0 86 故此时管道内气体的平均速度 0 86 15 86 13 64 25 在最大截面处 1 1 截面 和最小截面处 0 0 截面 列伯努利方程 1 1 2 2 1 0 0 2 2 0 已知 1 0 0 基准 1 0 220 13600 9 81 220 10 3 29352 表压 由连续性方程 得 1 0 0 1 2 25 50 2 故 0 4 1 能量损失 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 2 29352 1000 1 1 1 25 50 2 21 280 化工单元操作过程与设备习题答案 上 18 代入数据到伯努利方程并整理 得 0 1 2 2 29352 1000 0 4 1 2 2 21 280 解得 1 1 04 故液体的流量 1 2 1 4 3 14 50 10 3 2 1 04 4 3 2 041 10 3 3 7 35 3 化工单元操作过程与设备习题答案 上 19 2 2 流体流体输送机械输送机械 1 注意 题中叶轮出口宽度改为12mm 离心泵基本方程式为 2 2 2 2 2 2 其中 2 2 60 其中叶轮直径 2 150 0 15 叶轮出口宽度 2 12 0 012 泵的转速 2900 叶片出口流动角 35 代入 得 2 2 60 3 14 0 15 2900 60 22 765 2 2 2 2 2 2 22 7652 9 81 22 765 35 9 81 3 14 0 15 0 012 化简可得该泵的理论压头 和理论流量 之间的关系为 52 83 586 4 把 18 3 0 005 3 代入上式 得此时的理论压头 52 83 586 4 0 005 49 90 2 选取真空表 p1处和压力表 p2处的截面为 1 1 和 2 2 截面 对 1 1 和 2 2 截面列伯努利方程 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 1 2 已知 1 0 基准 2 0 0 4 查附录五得 20 清水密度 998 2 3 1 72 0 72 0 103 表压 2 253 253 103 表压 1 4 1 2 4 19 3600 3 14 80 10 3 2 1 05 根据连续性方程 得 2 1 1 2 2 1 05 80 50 2 2 69 由于两测压表距离 0很短 所以压头损失 1 2 0 代入伯努利方程 得 0 1 052 2 9 81 72 0 103 998 2 9 81 0 4 2 692 2 9 81 253 103 998 2 9 81 0 解操作条件下泵的压头 33 9 离心泵的有效功率 998 2 9 81 33 9 19 3600 1752 2 2 1 1 化工单元操作过程与设备习题答案 上 20 泵的轴功率 2 3 93 2 139 2139 泵的效率 1752 2139 0 819 81 9 3 对截面 0 0 和 2 2 列伯努利方程 得 0 0 2 2 0 2 2 2 2 2 0 2 已知 0 0 基准 2 12 0 0 页面恒定 2 1 5 960 3 1 0 表压 2 98 1 98 1 103 压头损失 0 2由三部分组成 管长及其局部阻力 120 换热器的压力损失 29 4 29 4 103 泵的吸入管路压头损失 1 管路内径 114 4 2 106 0 106 故压头损失 0 2 0 2 2 0 03 120 0 106 1 52 2 9 81 29 4 103 960 9 81 1 8 02 代入伯努利方程 得 0 0 0 12 1 52 2 9 81 98 1 103 960 9 81 8 02 解得泵的压头 30 55 流量 2 4 3 14 0 1062 1 5 4 4 3 0 01323 3 47 63 3 根据 和 从附录十三 IS 型系列中选取 IS80 65 160 型离心泵 在 2900 下的有关性能参数为 50 3 32 5 97 73 2 5 4 由附录五查得 20 时水的密度 998 2 3 饱和蒸汽压 2 3346 在海拔 1000m 的高原上 允许吸上真空度 2 2 1 1 0 0 12m Hg 换热器 精馏塔 化工单元操作过程与设备习题答案 上 21 10 9 81 103 0 24 1000 6 5 9 16 10 2 3346 9 81 103 0 24 1000 998 2 5 67 离心泵的允许安装高度 1 2 2 0 1 5 67 3 2 67 50 并联后流量提高百分比 并 100 1 08 1 1 100 8 160 2 因此 这台风机不合用 11 对于单机双缸双动空气压缩机 理论吸气量V 2 2 已知活塞的截面积 2 4 3 14 240 10 3 2 4 2 0 0452 2 活塞杆的截面积 0 活塞的冲程 200 0 2 活塞往复次数nr 420次 代入可求得理论吸气量 2 2 0 0452 0 0 2 420 3 15 187 3 溶剂系数 0 1 2 1 1 1 1 8 350 98 1 1 1 4 1 0 882 排气系数 85 0 85 0 882 0 750 故该压缩机的排气量 0 750 15 187 3 11 39 3 理论轴功率 1 1 2 1 1 1 1 60 1000 98 1 103 11 39 1 4 1 4 1 350 98 1 1 4 1 1 4 1 1 60 1000 28 56 压缩机的轴功率 28 56 70 40 7 12 注意 缺少条件 压缩机每级的压缩比为3 5 终压 2 150 1 150 101 3 15195 化工单元操作过程与设备习题答案 上 25 由表 2 2 的级数与终压间的经验关系知 2对应的级数为4 6 若采用 4 级压缩 每级的压缩比为 150 4 3 50 若采用 5 级压缩 每级的压缩比为 150 5 2 72 若采用 6 级压缩 每级的压缩比为 150 6 2 30 因每级的压缩比为3 5 故采用 4 级压缩 即压缩比 3 50 压缩机的理论功率 1 1 1 1 1 60 1000 101 3 103 3 5 4 1 4 1 4 1 3 5 1 4 1 1 4 1 1 60 1000 35 60 故所需轴功率 35 60 85 41 9 从第一级气缸送出的空气温度 2 1 1 30 273 15 3 5 1 4 1 1 4 433 6 160 5 化工单元操作过程与设备习题答案 上 27 3 3 沉降与过滤沉降与过滤及其及其流态化流态化 1 查附表二 得 20 空气密度 空气 1 205 3 粘度 空气 1 81 10 5 查附录五 得 20 水的密度 水 998 2 3 粘度 水 100 50 10 5 假设颗粒在空气中的沉降属于层流区内的沉降 则沉降速度为 空气 2 空气 18 空气 30 10 6 2 2600 1 205 9 81 18 1 81 10 5 0 070 核算流型 空气 空气 空气 空气 30 10 6 0 070 1 205 1 81 10 5 0 149 与假设区域 10 4 1 相符 所以颗粒的沉降速度为0 070 假设颗粒在水中的沉降属于层流区内的沉降 则沉降速度为 水 2 水 18 水 30 10 6 2 2600 998 2 9 81 18 100 50 10 5 7 82 10 4 核算流型 水 水 水 水 30 10 6 7 82 10 4 998 2 100 50 10 5 0 0233 与假设区域 10 4 1 相符 所以颗粒的沉降速度为7 82 10 4 2 查附录二 得 20 空气密度 1 205 3 粘度 1 81 10 5 把斯托克斯公式 2 18 代入沉降过程雷诺数公式 整理得 3 18 2 把数据代入上式 并限定10 4 1 得 10 4 3 2600 1 205 1 205 9 81 18 1 81 10 5 2 1 解得2 66 10 6 5 73 10 5 即2 66 57 3 因此服从斯托克斯公式的最大颗粒直径为57 3 把牛顿公式 1 74 代入 整理得 1 74 化工单元操作过程与设备习题答案 上 28 把数据代入上式 并限定103 2 105 得 103 1 74 1 205 1 81 10 5 2650 1 205 9 81 1 205 2 105 解得1 512 10 3 5 171 10 2 即1512 51710 因此服从牛顿公式的最小颗粒直径为1512 3 查附录五 得 20 水的密度 998 2 3 粘度 100 50 10 5 由沉降高度 5 0 05 得沉降速度 0 05 1 3600 1 39 10 5 假设沉降处于层流区 则 2 18 30 10 6 2 2600 998 2 9 81 18 100 50 10 5 7 82 10 4 解得 3 58 10 6 3 58 核算流型 3 58 10 6 1 39 10 5 998 2 100 50 10 5 4 94 10 5 1 故可能存在于试样中的最大粒径为3 58 4 查附录二得 100 空气的密度 0 946 3 粘度 2 19 10 5 假设该沉降处于层流区 把层流区沉降速度公式 2 18 代入气体处理量公式 整理得 18 已知气体处理量 2700 3 0 75 3 尘粒密度 2400 3 降尘室长 2 宽 1 5 代入上式得 18 2 19 10 5 2400 0 946 9 81 0 75 1 5 2 6 47 10 5 64 7 核算流型 0 75 1 5 2 0 25 6 47 10 5 0 25 0 946 2 19 10 5 0 699 与假设区域 10 4 1 相符 所以 可被 100 除去的最小颗粒直径为64 7 把层流区沉降速度公式 2 18 代入气体处理量公式 得 化工单元操作过程与设备习题答案 上 29 2 18 此时颗粒直径 0 05 5 10 5 代入数据上式可得相应的处理量 1 5 2 5 10 5 2 2400 0 946 9 81 18 2 19 10 5 3 0 448 3 故直径为0 05 的颗粒可被除去的百分率 100 0 448 0 75 100 59 7 5 沉降速度 3600 3600 40 0 025 假设该沉降处于层流区 则有 2 18 故最小颗粒直径 18 18 0 025 2 10 5 3000 1 06 9 81 1 75 10 5 17 5 核算流型 1 75 10 5 0 025 1 06 2 10 5 0 0232 与假设区域 10 4 1 相符 故理论上能完全除去的最小颗粒直径 17 5 6 查附录二 得 20 空气密度 1 205 3 粘度 1 81 10 5 假设该沉降处于层流区 则 2 18 25 10 6 2 1800 1 205 9 81 18 1 81 10 5 0 0339 核算流型 25 10 6 0 0339 1 205 1 81 10 5 0 0564 与假设区域 10 4 1 相符 所以该降尘室的含尘气体处理能力 2 0 039 3 0 0678 3 该多层降尘室的含尘气体处理能力 1 9 1 2 0 039 3 0 678 3 7 注意 把表格中c 714kg m3 改成673 700以内的数值进行计算 本参考答案留空 沉降面积可按 0 1 1 计算 已知固体石灰随料浆进入沉降槽的质量流量 10 化工单元操作过程与设备习题答案 上 30 单位体积中固相质量浓度 700 3 根据测得的各组 0数据 分别计算1 1 1 及 计算结果列于下表 3 1 3 1 1 3 u0 0 1 1 2 236 0 00424 0 00281 4 36 10 5 644 0 358 0 00279 0 00136 1 39 10 5 982 6 425 0 00235 0 00092 7 72 10 6 1197 525 0 00190 0 00048 3 53 10 6 1350 600 0 00167 0 00024 1 79 10 6 1327 4 39 10 7 根据表中所列结果可知 当质量浓度达到525 3 附近时 沉降面积最大 相应直径约为41 5 取安全系数 1 4 故沉降槽面积为 1 4 1350 2 1890 2 8 查附录二 得 20 水的密度 998 2 3 二氧化钛颗粒在水中没有体积变化 故二氧化钛的体积分数 1 0 1 3850 0 1 3850 1 0 1 998 2 0 0280 湿滤饼中固体的体积 固 60 10 3 3850 3 1 56 10 5 3 湿滤饼中水的体积 水 100 60 10 3 998 2 3 4 01 10 5 3 故滤饼的空隙率 水 水 固 4 01 10 5 4 01 10 5 1 56 10 5 3 3 0 720 3 3 每 3滤液所形成的滤饼体积 1 0 0280 1 0 720 0 0280 3 干滤渣 3 滤液 0 111 3 干滤渣 3 滤液 9 查附录二 得 20 水的密度 998 2 3 湿滤渣与其中所含干滤渣的质量比 1 1 50 湿滤渣 干滤渣 2 湿滤渣 干滤渣 已知纯 CaCO3密度 2710 3 代入数据到 1 1 解得滤液密度 1459 3 干滤渣质量与滤液体积之比 化工单元操作过程与设备习题答案 上 31 1 5 9 1 2 5 9 998 2 干滤渣 3 滤液 66 8 干滤渣 3 滤液 湿滤渣体积与滤液的体积比 66 8 2 1459 3 湿滤渣 3 滤液 0 0916 3 湿滤渣 3 滤液 板框过滤机的过滤面积 2 635 10 3 2 10 2 8 0645 2 滤框全充满所得滤饼体积 饼 63 5 10 3 2 25 10 3 10 3 0 101 3 所得滤渣对应滤液体积 饼 0 101 0 0916 3 1 103 3 单位过滤面积所得滤液体积 1 103 8 0645 3 2 0 137 3 2 恒压过滤方程为 2 将 0 00378 3 2 1 57 10 5 3 0 137 3 2 代入 得每次过滤所需时间 2 0 1372 2 0 137 0 00378 1 57 10 5 1261 10 对实验数据进行整理 计算结果 之值列于下表中 3 2 3 2 0 0 0 1 0 1 38 38 380 0 2 0 1 115 77 770 0 3 0 1 228 113 1130 0 4 0 1 380 152 1520 以 为横坐标 为纵坐标 在平面直角坐标上依次以 和 画阶梯 然后连接各阶梯水平线中点绘出直线 如下页图所示 由图所读数据求得此直线的斜率 760 0 2 3800 又由图读出此直线的截距 190 故有 2 3800 5 26 10 4 3 2 190 0 05 3 2 化工单元操作过程与设备习题答案 上 32 11 恒压过滤方程可写为 2 2 已知过滤时间 1 10 600 滤液体积 1 1 31 2 过滤时间 2 10 10 20 1200 滤液体积 2 1 905 2 滤框总面积 810 10 3 2 10 2 6 561 2 代入恒压过滤方程 即 1 31 6 561 2 2 1 31 6 561 600 1 905 6 561 2 2 1 905 6 561 1200 解得介质常数 0 021 3 2 滤饼常数 8 043 10 5 3 所以恒压过滤方程为 2 2 0 021 8 043 10 5 滤框全充满所得滤饼体积 饼 810 10 3 2 42 10 3 10 2 0 2756 2 所得滤渣对应滤液体积 饼 0 2756 0 1 3 2 756 3 单位过滤面积所得滤液体积 2 756 6 561 3 2 0 420 3 2 故将滤框完全充满滤饼所需的过滤时间 2 2 0 021 8 043 10 5 0 4202 2 0 021 0 420 8 043 10 5 2413 操作循环总时间 O 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 190 3 2 0 2 760 斜率 3800 化工单元操作过程与设备习题答案 上 33 2413 45 60 5113 该装置的生产能力 饼 3600 3600 0 2756 5113 3 饼 0 194 3 饼 12 涂助滤剂前 恒压过滤方程为 2 2 其中滤饼常数 0 2 3 介质常数 0 2 3 2 代入得 2 2 0 2 0 2 将过滤时间 1 5 代入 求得单位过滤面积所得滤液体积 0 383 3 2 操作循环总时间 1 5 20 60 1 833 故生产能力 饼 饼 0 383 1 833 3 饼 0 209 3 饼 涂助滤剂后 恒压过滤方程为 2 2 过滤介质不处理 故介质常数 0 2 3 2 滤框阻力减小 即过滤速率加快 故滤饼常数 1 40 1 40 0 2 3 0 28 3 代入得 2 2 0 2 0 28 所涂助滤及的厚度可忽略不计即 0 383 3 2 把介质常数 0 383 3 2 代入恒压过滤方程 求得过滤时间 1 07 操作循环总时间 1 07 20 5 60 1 487 故生产能力 饼 饼 0 383 1 487 3 饼 0 257 3 饼 两生产能力之比 饼 饼 0 257 0 209 0 257 0 209 1 23 即预涂助滤剂后的生产能力是预涂前的1 23 倍 13 恒压过滤方程可表示为 2 2 其中过滤时间 60 代入并整理 得 2 60 湿滤渣与滤液的体积比 0 04 1 0 04 化工单元操作过程与设备习题答案 上 34 滤饼厚度 饼 2 60 7 0 007 把 0 01 3 2 8 10 4 3 0 35 0 04代入上式 解得转速 0 4923 生产能力 465 40 3 故过滤面积 465 40 465 8 10 4 0 4923 0 35 2 7 33 2 14 计算表中每个筛对应的筛孔直径和截留量的乘积 单位 结果如下表所示 筛号 筛孔直径 截留量 截留量的质量分率 10 1 651 0 0 00 14 1 168 20 0 0 04 20 0 833 40 0 0 08 28 0 589 80 0 0 16 35 0 417 130 0 26 48 0 295 110 0 22 65 0 208 40 0 08 100 0 147 30 0 06 150 0 104 25 0 05 200 0 074 15 0 03 270 0 053 10 0 02 0 00 1 651 0 04 1 168 0 08 0 833 0 16 0 589 0 26 0 417 0 22 0 295 0 08 0 208 0 06 0 147 0 05 0 104 0 03 0 074 0 02 0 053 1 1 0 414 1 故颗粒群的平均直径 1 0 414 15 查附录二 得 90 空气密度 0 301 3 粘度 4 67 10 5 假定颗粒直径较小 即颗粒床层雷诺数 20 起始流化速度 2 1650 0 34 10 3 2 4200 0 301 9 81 1650 4 67 10 5 0 0618 化工单元操作过程与设备习题答案 上 35 核算流型 0 34 10 3 0 0618 0 301 4 67 10 5 0 135 1000 起始流化速度 24 5 0 34 10 3 4200 0 301 9 81 24 5 0 301 1 90 核算流型 0 34 10 3 1 90 0 301 4 67 10 5 4 16 104 湍流 普兰特准数 1 83 103 4 7 10 4 0 128 6 72 甲苯被冷却 故 0 3 对流传热系数 0 023 0 8 0 023 0 128 0 013 2 14 104 0 8 6 720 3 2 1168 2 管长与管径比 2 0 013 154 60 故无需校正 因此甲苯对内管外壁的对流传热系数 1168 2 16 定性温度 200 120 2 160 查附录二 得160 的空气物性为 密度 0 815 3 粘度 2 45 10 5 导热系数 0 03640 2 普兰特准数 0 682 换热器参数为 换热器外壳内径 260 0 26 钢管外径 25 0 025 故当量直径 化工单元操作过程与设备习题答案 上 49 2 2 0 262 38 0 0252 38 0 025 0 046 壳体流动的截面积 2 2 4 3 14 0 262 38 0 0252 4 2 0 0344 2 空气的流速 3 0 815 0 0344 107 雷诺准数 0 046 107 0 815 2 45 10 5 1 64 105 104 湍流 空气被冷却 故 0 3 故空气对管壁的对流传热系数 0 023 0 8 0 023 0 03640 0 046 1 64 105 0 8 0 6820 3 2 241 0 2 17 定性温度 20 40 2 30 查附录五 得 30 的水物性为 密度 995 7 3 粘度 80 07 10 5 导热系数 0 06176 2 普兰特准数 5 42 管内径 20 0 02 雷诺准数 0 02 0 3 995 7 80 07 10 5 7461 由于2300 10000 故流体在直管内做过度流 水被加热 故 0 4 湍流时的对流传热系数 0 023 0 8 0 023 0 06176 0 02 74610 8 5 420 4 2 1751 2 校正系数 1 6 105 1 8 1 6 105 74611 8 0 936 校正后的水在管内的对流传热系数 0 936 1751 2 1639 2 化工单元操作过程与设备习题答案 上 50 18 定性温度 20 120 2 70 70 的重油物性如下 密度 900