化工单元操作与控制(杨成德)09187习题解答项目一.doc

化工单元操作与控制习题集顾晓吴，郑剑 编健雄职业技术学院化学工程与生物技术系化工技术工程中心目 录项目一 输送系统的操作与设计1项目二 换热系统的操作与控制9项目三 过滤设备的操作与控制19项目四 干燥设备的操作与控制21项目五 蒸馏系统的操作与控制28项目六 吸收系统的操作与控制37项目七 萃取系统的操作与控制49健雄职业技术学院 化学工程与生物技术系 化工技术工程中心项目一 输送系统的操作与设计习题1 附图12h11 根据附图所示的双液体U管压差计的读数，计算设备中气体的压力，并注明是表压还是绝压。已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为920 kg/m3和998 kg/m3，压差计的读数R300mm。两扩大室的内径D为60mm，U管的内径d为6mm。解：已知d=6mm, D=60mm, R=300mm=0.3m, r水=998kg/m3, r液=920kg/m3。由U型管压力计可知，右边的液面较左面的液面高度差为习题2 附图2 为了排出煤气管中的少量积水，用附图所示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排出。已知煤气压力为10kPa（表压），试求水封管插入液面下的深度h。解：已知P=10Kpa，r=998kg/m3，由公式可知：3 硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为764mm和573.5mm。已知硫酸的密度为1831 kg/m3，体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。解：已知Vs=9 m3/h, r=1831 kg/m3, d1=76mm-4mm2=68mm=0.068m, d2=57mm-3.5mm2=50mm=0.05m, 故可得(1) (2) (3) 4 在兰州操作的苯乙烯真空精馏塔顶的真空表读数为80103 Pa，在北京操作时，若要求塔内维持相同的绝对压强，真空表的读数应为多少？兰州地区的平均大气压强为85.3103 Pa，天津地区的平均大气压强为101.33103 Pa。解：已知P01=85.3103Pa，P02=101.33103Pa，P真1=80103Pa；所以 5 某设备的进、出口压强分别为1200mmH2O（真空度）和1.6at（表压）。若当地大气压为760mmHg，求此设备进、出口的压强差。（用SI制表示）解：已知P0=101.33kPa=101.33103Pa, h真=1200mm=1.2m，P表=1.6at=1.6101.33103=162.13103Pa; r=103kg/m3。 6 敞口容器内装有3.5m深的油，该油的密度为920kg/m3，求容器底部的压力?解：已知P0=101.33kPa=101.33103Pa, h =3.5m，r=920kg/m3，故P1P2P3题7 附图7 用附图所示的U形管压差计测量管道A点的压强，U形管压差计与管道的连接导管中充满水。压差计内指示液为汞，读数R=120mm，当地大气压为101.3kPa。试求A点的绝对压强。解：已知 P0=101.33kPa=101.33103Pa, h =3.5m， r水=1000kg/m3，r汞=13600kg/m3， R=120mm=0.12m， h1=1.2-R=1.2-0.12=1.08m。由图可知， 习题8附图阿8 如附图所示，用一倒U形管压差计测定输水管AB两点间的压差，指示剂为空气，读数为300mm，试计算A、B两点的压差为多少？解：已知r水=1000kg/m3，R=300mm=0.3m，9 如附图所示，用U形管压差计测量密封容器中液体上方的压力。已知液体的密度为1000kg/m3，压差计内指示液为汞，h=3m，h1=1.3m，h2=1m，当地大气压为101.3kPa。求液面上方的表压和绝压各为多少？解：已知r水=1000 kg/m3，r汞=13600 kg/m3，h1=1.3m，h2=1m，h=3m，P0=101.3kPa=101.3103Pa；由图可知习题9附图P1P2 习题10附图10 如图所示的混合式蒸汽冷凝器中，器内真空度为82kPa，求大气腿内的水柱高度H为多少米？解：已知r=1000kg/m3，P真=82kPa=82103Pa；由图可得，11 某流化床反应器上装有两个U管压差计，如图所示。测得R1 =400mm，R2 =50mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，在右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3 =50mm。求A、B两处的表压强。解：已知P0=101.33kPa=101.33103Pa, R1 =400mm=0.4m，R2 =50mm=0. 05m，习题11附图P2P1R3 =50mm=0.05m，r水=1000kg/m3，r汞=13600kg/m3，由图可知：12 密度为1820kg/m3的硫酸，定态流过内径为50mm和68mm组成的串联管路，体积流量为150 l/min。试求硫酸在大管和小管中的质量流量kg/s和流速m/s？解：已知r硫酸=1820kg/m3， d1=50mm=0.05m，d2=68mm=0.068m， Vs=150L/min=2.510-3m3/s 13 如图所示，甲烷以1700m3/h的流量流过管路，管路是内径从200mm逐渐缩小到100mm，在粗细两管上连有一U形管压差计，指示液为水。甲烷通过管路时，U形管压差计的读数为多少毫米？（设甲烷与水的密度分别为1.43kg/m3和1000kg/m3，甲烷的流动阻力损失可忽略不计）。解：已知Vs=1700m3/h=0.472m3/s， d1=200mm=0.2m， d2=100mm=0.1m，r水 =1000kg/m3， r甲烷 =1.84kg/m3，所以可知 , ;习题13附图A B 12由图可知，A，B点的压强相同，故可得以1，2面列伯努利方程得：14 如图所示，将25水由水池打入高位槽，槽的水平面高于池面50m，管路阻力损失为2.14m，流量为34m3/h，需外加多少有效功率才能达到目的?解：已知Vs=34m3/h=0.0094m3/s，hf=2.14m， Dz=50m， r=998m3/h。由简化可得，15 将293K、98%硫酸用泵从常压贮槽送入表压为200kPa的设备中,所用管子内径为50mm，硫酸流入设备处与贮槽液面垂直距离为15m，损失压头为22.6m，硫酸流量为3kg/s。求泵的有效功率?解：已知，r =1820kg/m3，P1=0(表压)， P2=200kPa=200103Pa(表压)，hf=22.6m，d=50mm=0.05m，Dz=15m，ms=3kg/s，故可得由伯努利方程得： 所以 16 用泵将储槽中密度为1200 kg/m3的溶液送到蒸发器内。储槽内液面维持恒定，其上方与大气相通。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15m，输送管道的直径为684 mm，送料量为20m3/h，溶液流经全部管道的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率？解：已知，r =1200kg/m3，P1=0(真空度)， P2=ghr汞=9.80.213600=26656Pa(真空度)， Wf=120J/kg， d=68-42=60mm=0.06m， Dz=15m， Vs=20m3/h=5.610-3m3/s， 由伯努利方程得：所以 17 20的水以流速1m/s流经内径为20mm的圆管，试判断水的流形。解：已知d=20mm=0.02m,u=1m/s, r=998.2 kg/m3,m=0.8937mPaS=0.893710-3PaS 故水的流型为湍流18 某溶液的密度为980kg/m3，性质与水相似，当料液的流量为50t/h时，试选择流速分别为1.5m/s与2.5m/s所需的管子规格?解：已知ms=50t/h=13.9kg/s, u1=1.5m/s, u2=2.5m/s, r=980kg/m3,，所以选用内径为125mm的管，为F1334的无缝不锈钢管； ；所以选用内径为100mm的管，为F1084的无缝不锈钢管；19 某油品以层流状态在直管内流动，流量不变时，下列情况阻力损失为原来的多少？管长增加一倍；管径增大一倍；提高油温使粘度为原来的1/2（密度变化不大）。解：由，得： 所以， 由上式可知，(1)当长度加倍时，阻力损失变为原来的2倍；(2)当管径加倍时，阻力损失变为原来的1/2；(3)当粘度降低为原来一半时，阻力损失变为原来的1/2；20 用1084mm的钢管从水塔将水引至车间，管路长度150m（包括管件的当量长度）。若此管路的全部能量损失为118J/kg，此管路输水量为若干m3/h？（管路摩擦系数可取为0.02，水的密度取为1000kg/m3）?解：已知d=108-42=100mm=0.1m, ,Wf=118J/kg, l=0.02, r=1000kg/m3,故可得21 如附图所示，密度为800 kg/m3、黏度为1.5 mPas 的液体，由敞口高位槽经1144mm的钢管流入一密闭容器中，其压力为0.16MPa（表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度0.002，试计算两槽液面的垂直距离?解：已知r=800kg/m3, u=1.5m/s, m=1.5mPaS=1.510-3PaS, /d=0.002，d=114-42=106mm=0.106m, P1=0(表压)， P2=0.16MPa=160103Pa(表压)，故可知在高位槽1截面到容器2截面间列伯努利方程: 简化: 由 ,查得 管路中: 进口 90弯头 2个 半开闸阀 出口 22 用离心泵向设备送水。已知泵特性方程为，管路特性方程为，两式中Q的单位均为m3/h，H的单位为m。试求：（1）泵的输送量；（2）若有两台相同的泵串联操作，则泵的输送量又为多少？解：由泵特征方程与管道特征方程可知：(1) 两个方程联立可解得;(2)串联之泵输送量不变，所以串联之后，泵特征方程变为，联立方程得，解方程得;23 常压贮槽内装有某石油产品，在贮存条件下其密度为760 kg/m3。现将该油品送入反应釜中，输送管路为572