过程工程原理习题

.,例1-1,已知：泵进口管为108mm4.5mm钢管，管内流速为1.5m/s，出口管为76mm2.5mm钢管，喷嘴处压强为3.04104Pa(表压)，流体密度为1100kg/m3，所有管路的总摩擦阻力为29.43J/kg。泵的效率为60%，求泵的轴功率。,.,.,两容器内盛同一密度为800kg/m3，U形管内的指示液为水银。若将测压点和压力计一起下移h=0.5m，求读数R1和R2的变化值。,作业1,.,作业2,两压差计的指示液相同，均为i,容器及测压管内均充满水。试求：（1）读数R与H之间的关系（2）A点和B点静压强之间的关系。,.,作业3,采用图示的装置测量液体贮槽中的存液量。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数R=130mm(水银），通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨？,.,作业1求解过程,A点下移过程中，总势能保持不变，所以P保持不变，即R1读数保持不变。,.,作业1求解过程(2),.,作业2求解过程,.,例1-2阻力损失的计算,溶液从敞口的高位槽流入精馏塔。进液处塔中的表压强为0.02MPa，输送管道为383无缝钢管，直管长8m,管路中装有90标准弯头2个，180回弯头1个，球心阀（全开）1个，为了使液体能以3m3/h的流量流入塔中，求高位槽所应放置的高度z。操作温度下溶剂的物性为：=861kg/m3，=0.643mPas,.,例1-2的求解过程（1）,.,例1-2的求解过程（2）,.,作业1,图为一毛细管粘度计。刻度a至b间的体积为3.5ml，毛细管直径为1mm。若液体由液面a降至液面b需要80s,求此液体的运动粘度（/）（提示：毛细管两端b和c的静压强都为1atm，a和b间的液柱静压及毛细管表面张力的影响都忽略不计。）,.,作业2,在直径为0.5m的封闭容器中，装有深度为1m的水，容器侧壁在水深0.5m的A处接一细管，细管一端通大气，容器底部接一直径为20mm的垂直管，管长为1m，求容器中水流出一半所需要的时间？,.,作业3,用一虹吸管将水从池中吸出。水池液面与虹吸管出口的垂直距离z=5m，管路最高点与水面的垂直距离为2m，虹吸管出口流速及虹吸管最高点压强各为多少？若将虹吸管延长，使z=8m,出口流速有何变化？（水温为30oC,大气压为101.3kPa，水按理想流体处理）。,.,例1-3简单管路计算,液面1至截面3全长300m（包括局部阻力）。截面3至液面2间有一闸门阀，其间的直管阻力可以忽略。输水管为60mm3.5mm水煤气管，/d=0.004。水温为20C。在阀门全开时，试求管路的输水流量qv。,.,例1-3求解过程,.,例2-1离心泵特性曲线的测定,1-流量计2-压强表3-真空表,3,已知：吸入管直径80mm，压出管直径60mm。两测压点之间的垂直距离z2-z1=80mm。实验介质为20C的水。实验中已测得如下一组数据：出口压强表读数：0.126MPa进口真空表读数：0.031MPa泵的流量：10L/s;泵轴的扭矩M=9.8Nm,转速为2900rpm;,.,例2-1求解过程,.,例2-1求解过程（2）,.,例：输送石油产品，。拟用65Y-60B型油泵以送到表压为177kPa设备内，贮糟液面与出口处问：（）泵合用否；（）若泵位于液面下.m安装合适？,.,泵性能：qu19.8m3扬程38m55%pa3.75kw必须汽蚀余量（NPSH）r2.6m,.,解：1.与管出口外侧列方程：u1=u2=0,z1=0,z2=5,p1=0,p2=177*103Pa(表),.,2.能否操作正常，需看安装高度是否合适。即要求安在液面下1.24m才正常。故安装不合适，须向下移0.24m。,.,作业（1）,某台离心泵的特性曲线可用方程表示。式中He为泵的扬程，m,qv为流量，m3/min。现将该泵用于两敞口容器之间送液，已知单泵使用时流量为1m3/min。欲使流量增加50%，试问应该将相同两台泵并联使用还是串联使用？两容器的液面位差为10m。,.,作业（2）,某离心泵的允许汽蚀余量为3.5m，今在海拔1000m的高原上使用。已知吸入管路的全部阻力为3J/N。今拟将该泵安装在水源之上3m处，试问此泵能否正常工作？该地大气压为90kPa，夏季水温为20oC。,.,测试题1,某离心泵的特性曲线为：H=35.4-44Q2(H-m,Q-m3/min),该泵安装在图a所示的管路中，其流量为Q。若将型号相同的两泵如图b所示的管路中并联，求并联操作的流量Q并和单泵操作的流量Q之间的关系。0-1段和1-2段管路的阻力可用KQ2表示，其中K为常数，且K1=K2。,1,.,测试题1解答（1）,.,测试题1解答（2）,.,测试题3,某离心泵的特性曲线为H=26-0.4106Q2，用该泵将水从贮槽抽送至高位水槽。管路系统的阻力损失为Hf=0.6106Q2。H,Hf-m,Q-m3/s.（1）若两槽中水位恒定，求流量。（2）若输送过程中，高位槽中液面恒定，而低位槽中液面不断下降，求低位槽液面下降2米所需时间。低位槽面积为100m2。,.,例6-1界面温度的求取,某炉壁从里到外分别由下列三种材料组成耐火砖：1=1.4W/(mC)1=225mm保温砖：2=0.15W/(mC)2=115mm建筑砖：3=0.8W/(mC)3=225mm已测得内、外表面温度分别为930C和55C，求单位面积的热损失和各层间接触面的温度。,.,例6-1的求解过程,.,例6-2,有一列管式换热器，由60根25mm2.5mm的钢管组成。通过该换热器用饱和水蒸气加热苯。苯在管内流动，由20oC被加热到80oC，苯的流量为13kg/s。试求苯在管内的对流传热系数。若苯的流量提高80%，假设仍维持原来的出口温度，问此时的对流传热系数又为多少？,.,例6-2解答（1）,.,例6-2解答（2）,.,例传热系数的计算,热空气从冷却管外流过，2=90W/(m2K)冷却水从管内流过，1=1000W/(m2K)冷却管的尺寸为161.5mm，=40W/(m2K)。试求：（1）传热系数K（2）管外给热系数2增加一倍，传热系数有何变化？（3）管内给热系数1增加一倍，传热系数有何变化？,.,求解过程,因为d2/d1=16/132,所以dm=(d2+d1)/2=14.5mm,可见管壁热阻很小，通常可以忽略不计。,.,求解过程（2）,传热系数增加了83%,传热系数只增加了6%,要想提高K，应提高较小的1值比较有效。,.,平均温度差的计算,在一单壳单管程无折流挡板的列管式换热器中，用冷却水将100oC的热流体冷却到40oC，冷却水进口温度15oC，出口温度为30oC。试求在这种温度条件下，逆流和并流时的平均温度差。,.,求解过程,为计算方便，通常将换热器两端温差T中数值大的写成t1，小的写成t2。,逆流时：,热流体（oC)：10040冷却水（oC)：3015温差（oC)：7025,.,求解过程（2）,热流体（oC)：10040冷却水（oC)：1530温差（oC)：8510,并流时：,.,例非定态传热,某夹套式换热器具有传热面积3m2，夹套内通以100oC饱和蒸气加热，釜内盛有800kg初温为20oC的冷水，因充分搅拌釜内水温始终均一。加热15min后，测得水温为80oC。试求：（1）该换热器的传热系数为多少？（2）再继续加热15min，釜内水温将升至多少度?,.,求解过程,.,例1,在110kPa下操作的氨吸收塔的某截面上，含氨0.03(摩尔分数）的气体与氨浓度为1kmol/m3的氨水相遇。已知气膜传质系数kG为510-9kmol(m2sPa)，液膜传质系数kL为1.510-4m/s，氨水的平衡关系可以用亨利定律表示，溶解度系数H为7.310-4kmol/(m3Pa)，试计算：（1）气液两相界面上的两相组成（2）以分压差和物质的量浓度差表示的总推动力、总传质系数和传质速率（3）以摩尔分数差表示推动力的气相总传质系数（4）气膜与液膜阻力的相对大小,.,例1解答,气膜阻力：,液膜阻力：,总阻力=气膜阻力+液膜阻力,.,物料衡算计算示例,.,物料衡算计算示例,.,吸收塔设计计算示例,.,吸收塔设计计算示例,.,吸收塔设计计算示例,.,吸收塔设计计算示例,.,吸收塔操作计算示例,.,吸收塔操作计算示例,.,吸收塔操作计算示例,.,测试题,如图所示的精馏塔具有一块实际板及一只蒸馏釜，原料预热到泡点，由塔顶连续加入，xF=0.20(摩尔分数，下同），测得塔顶产品能回收原料液中易挥发组分的80%，且xD=0.28，系统的相对挥发度=2.5。试求残液组成xw及该板的板效率。设蒸馏釜可视为一块理论板。,.,解答,塔顶与第一块板之间作控制体衡算：,恒摩尔流假设：,.,例题：61从已知数据根据x=，求x。再由数据根据y=，求y。列表作出t-x-y相平衡关系图线（t-x、t-y）,.,图为p1atm苯甲苯混合物的沸点组成图，t为纵坐标，液相组成x或气相组成y为横坐标,.,解释：端点A、B分别表示纯组分A、B的沸点，两条曲线间的区域为汽液共存区，平衡关系用曲线的水平线来表示，t-x线BCA表示饱和液体，下面的区域表示过冷液体（温度未到沸点）；t-y线BDA代表饱和蒸汽，以上的区域代表过热蒸汽,.,四、简单蒸馏计算举例,例题：在常压下用简单蒸馏方法处理含苯为0.5的苯与甲苯混合液。当釜液中苯的浓度降至0.37（以上均为摩尔分率）时，操作停止。试计算：（1）馏出液的平均组成；（2）从每100kmol的原料中所获得的馏出液量。操作条件下，该物系的平均相对挥发度为2.47。,.,解：已知求=？=？,.,例题,每小时将5000kg含苯30%和甲苯70%的混合物在连续精馏塔中进行分离，要求馏出物中含苯不小于98%，釜液中含苯不小于3%（以上均为质量百分比），试求馏出液和釜液的质量流率和摩尔流率。,.,解答,.,课堂测试,某精馏塔采用的是冷回流(即回流液的温度低于泡点温度),其回流比为R=L0/D(摩尔比,下同),而塔