化工原理 习题ppt课件

.,化工原理总习题,.,例：利用远距离测量控制装置测定一分相槽内油和水的两相界面位置，已知两吹气管出口的间距为H1m，压差计中指示液为水银。煤油、水、水银的密度分别为800kg/m3、1000kg/m3、13600kg/m3。求当压差计指示R67mm时，界面距离上吹气管出口端距离h。,解：忽略吹气管出口端到U型管两侧的气体流动阻力造成的压强差，则：,.,（表）,(表）,.,例1：如图所示，某厂为了控制乙炔发生炉内的压强不超过10.7103Pa（表压），需在炉外装有安全液封，其作用是当炉内压强超过规定，气体就从液封管口排出，试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。,解：过液封管口作基准水平面o-o，在其上取1，2两点。,.,例2：真空蒸发器操作中产生的水蒸气，往往送入本题附图所示的混合冷凝器中与冷水直接接触而冷凝。为了维持操作的真空度，冷凝器的上方与真空泵相通，不时将器内的不凝气体（空气）抽走。同时为了防止外界空气由气压管漏入，致使设备内真空度降低，因此，气压管必须插入液封槽中，水即在管内上升一定高度h，这种措施称为液封。若真空表读数为80104Pa，试求气压管内水上升的高度h。,解：设气压管内水面上方的绝对压强为P，作用于液封槽内水面的压强为大气压强Pa，根据流体静力学基本方程式知：,.,.,2、柏努利方程的应用1）确定流体的流量例：20的空气在直径为800mm的水平管流过，现于管路中接一文丘里管，如本题附图所示，文丘里管的上游接一水银U管压差计，在直径为20mm的喉径处接一细管，其下部插入水槽中。空气流入文丘里管的能量损失可忽略不计，当U管压差计读数R=25mm，h=0.5m时，试求此时空气的流量为多少m3/h?当地大气压强为101.33103Pa。,.,分析：,求流量Vh,已知d,求u,直管,任取一截面,柏努利方程,气体,判断能否应用？,.,解：取测压处及喉颈分别为截面1-1和截面2-2截面1-1处压强：,截面2-2处压强为：,流经截面1-1与2-2的压强变化为：,.,在截面1-1和2-2之间列柏努利方程式。以管道中心线作基准水平面。由于两截面无外功加入，We=0。能量损失可忽略不计hf=0。柏努利方程式可写为：,式中：Z1=Z2=0P1=3335Pa（表压），P2=-4905Pa（表压）,.,化简得：,由连续性方程有：,.,联立(a)、(b)两式,.,2）确定容器间的相对位置例：如本题附图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽中的液面维持恒定，塔内表压强为9.81103Pa，进料量为5m3/h，连接管直径为382.5mm，料液在连接管内流动时的能量损失为30J/kg(不包括出口的能量损失)，试求高位槽内液面应为比塔内的进料口高出多少？,.,分析：,解：取高位槽液面为截面1-1，连接管出口内侧为截面2-2,并以截面2-2的中心线为基准水平面，在两截面间列柏努利方程式：,高位槽、管道出口两截面,u、p已知,求Z,柏努利方程,.,式中：Z2=0；Z1=?P1=0(表压)；P2=9.81103Pa(表压）,由连续性方程,A1A2,We=0，,u1P4，而P4P54000此流体属于湍流型,.,15.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，以测量两截面的压强差。当水的流量为10800kg/h时，U管压差计读数R为100mm，粗细管的直径分别为603.5mm与453.5mm。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若干Pa？解：（1）先计算A，B两处的流速：,.,解：（1）先计算A，B两处的流速：uA=ws/sA=295m/s，uB=ws/sB在A，B截面处作柏努力方程：zAg+uA2/2+PA/=zBg+uB2/2+PB/+hf1kg水流经A，B的能量损失：hf=（uA2-uB2）/2+（PA-PB）/=（uA2-uB2）/2+gR/=4.41J/kg（2）压强降与能量损失之间满足：hf=P/P=hf=4.4110,.,19用泵将2104kg/h的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持25.9103Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为76mm4mm的钢管，总长为35m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073kg/m3，黏度为6.310-4Pas。管壁绝对粗糙度可取为0.3mm。,.,解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列柏努利方程，以截面1-1，为基准水平面，得（1）式中z1=0，z2=17m，ub10p1=-25.9103Pa(表)，p2=0(表),p1=-25.9103Pa(表)，p2=0(表)将以上数据代入式（1），并整理得,.,.,.,20如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20m。（1）当闸阀关闭时，测得R=600mm、h=1500mm；当闸阀部分开启时，测得R=400mm、h=1400mm。摩擦系数可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管中流出多少水（m3）？（2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。（闸阀全开时Le/d15，摩擦系数仍可取0.025。）,.,.,解：（1）闸阀部分开启时水的流量在贮槽水面1-1，与测压点处截面2-2，间列机械能衡算方程，并通过截面2-2，的中心作基准水平面，得,式中p1=0(表),ub2=0，z2=0z1可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知,.,式中h=1.5m,R=0.6m将已知数据代入式（b）得,.,.,将以上数值代入上式，则,解得p2=3.30104Pa（表压）,.,第四章课后习题,.,1.平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度导热系数列于本题附表中：若耐火砖层内表面的温度t1为1150，钢板外表面温度t4为30，又测得通过炉臂的热损失为300W/m2，试计算导热的热通量。若计算结果与实测的热损失不符，试分析原因和计算附加热阻。序号材料厚度，mm导热系数，w/（m）1（内层）耐火砖2001.072绝缘砖1000.143钢645解：提取表中所给出的数据耐火砖：b1=0.2m，1=1.07w/（m）绝缘层：b2=0.1m，2=0.14w/（m）钢：b3=0.006m，3=45w/（m）,.,这与实际册得的热损失q=300w/m有一定的差距，因此有可能存在一部分附加热阻，设此附加热阻为R,.,9.在逆流换热器中，用初温为20的水将1.25kg/s的液体（比热容为1.9kJ/kg，密度为850kg/m），由80冷却到30。换热器的列管直径为252.5mm，水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85W/（m2）和1.70W/（m2）。污垢热阻忽略。若水的出口温度不能高于50，试求换热器的传热面积。解：热流体：T1=80T2=30冷流体：t2=50t1=20t1=30t2=100tm=（t1-t2）/ln（t1/t2）=18.205Q=WhCph（T1-T2）=1.9101.2550=118.75W又Q=K0S0tm，其中1/K0=d0/idi+1/0解得K0=0.48610m2/W0.4861018.205S0=118.7510S0=13.4m,.,11.在一传热面积为50m2的单程列管式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33000kg/h，温度由20升至38。溶液的温度由110降至60。若换热器清洗后，在两流体的流量和进口温度不变的情况下，冷水出口温度增至45。试估算换热器清洗前后传热面两侧的总污垢热阻。假设（1）两种情况下，流体物性可视为不变，水的比热容可取4.187kJ/（kg）；（2）可按平壁处理，两种工况下i和0分别相同；（3）忽略管壁热阻和热损失。解：换洗前：热流体：T1=110T2=60冷流体：t2=38t1=20t1=72t2=40tm=（t1-t2）/ln（t1/t2）=54.4Q=WhCph（T1-T2）=50WhCph=WcCpc（t2-t1）=18WcCpc=K0S0tm=54.4K0S0代入数据计算得K0=254W/（m2）,.,换洗后：热流体：T1=110T2=?冷流体：t2=45t1=20t1=72t2=40tm=（t1-t2）/ln（t1/t2）=54.4Q=WhCph（T1-T2）=（100-T2）WhCph=WcCpc（t2-t1）=25WcCpc=K0，S0tm，50/（100-T2）=18/25T2=40.56tm，=（t1，-t2，）/ln（t1，/t2，）=35Q=WcCpc（t2-t1）=K0，S0tm，代入数据计算得K0，=548.3W/（m2）总污垢热阻为：1/K0-1/K0，=1/245-1/548.3=2.110-3m2/W,.,例：有一列管换热器，由252.5的钢管组成。CO2在管内流动，冷却水在管外流动。已知管外的1=2500W/m2k，管内的2=50W/m2k。（1）试求传热系数K；（2）若1增大一倍，其它条件与前相同，求传热系数增大的百