化工原理作业答案

1、3.已知甲地区的平均大气压力为 85.3 kPa,乙地区的平均大气压力为 101.33 kPa,在甲 地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa。若改在乙地区操作， 真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？解：（1）设备内绝对压力绝压=大气压-真空度=85.3 1 0 B点的压力 PbPa汞 gR1.165 104 13600 9.81 0.5 Pa 7.836 1 04Pa（表） 20 1 03 Pa 65.3kPa（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=101.33 10365.3 103 Pa 36.03kPaz5如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U

2、管压差计。读数分别为 R1=500 mm，R2=80 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度 R3=100 mm。试求A、B两点的表压力。解：（1） A点的压力P1hfPa水gR3汞gR2 1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 1013.如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至 精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压 力为1.0133 105 Pa。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔 内压力为1.21 105 Pa,进料口高于储罐内的液面8 m,输送管道直径为

3、（J68 mm4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道 的能量损失为70 J/kg，求泵的有效功率。Pa （表）P11.0133 105 Pa; p2 1.21 105Pa;8.0m;U10；hfU270J kg20 3600nd2314 0.0684m s22 0.0041.966 m s2 2WP2P1U2UehfWe1.21 1.0133 108001.96622_9.88.0 70 J kg246 1.93 78.4 70 J kg 175J kg768.9W19.用泵将2X 104 kg/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25.9X 103 Pa的

4、真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为 76 mmX4 mm的钢管，总长为35 m,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17 m。若泵的效率为 0.7,求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m3，黏度为6.3 10-4 Pa s。管壁绝对粗糙度可取为 0.3 mm。）解：在反应器液面基准水平面，得2_P121-1,与管路出口内侧截面2-2,间列机械能衡算方程，以截面1-1,为gZi2Ub2 P2.W gz2hf2(1)Z2=17 m , Ub仟 0w2 1042ms 1.43ms.23600 0.785 0.0682

5、 1073d4P1=-25.9 X 103 Pa 表）,p2=0 （表）将以上数据代入式（1）,并整理得2Ub2 卩2 Pl式中Z1=0，Ub2We g(Z2 乙)223=9.81 X 17+ 25.9 10 +21073hfhf =192.0+hf其中hf =(LLe+ +2Ub2Re0.068 1.43 1073=1.656 X 1050.63 10e d 0.0044根据Re与e/d值，查得 后0.03，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为闸阀（全开）：0.43X 2 m =0.86 m标准弯头：2.2X 5 m =11 mhf =(0.03x235 0.86 11 +0.5+4)

6、号 J kg=25.74J/kg0.068是We192.025.74 J kg217.7J kg泵的轴功率为W =1.73kW20如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100 mm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 20 m。（1）当闸阀关闭时，测得R=600 mm、h=1500 mm;当闸阀部分开启时， 测得R=400 mm、 h=1400 mm。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

7、（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/d -15,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 基准水平面，得2Ub1 Pigz1-式中P1=0（表）2-2间列机械能衡算方程，并通过截面2-2,的中心作gZ22Ub2 2hf, 2(a)P2Hg gRH2ogR 13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 Pa 39630Pa(表)比2 = 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H2og(Z1h)HggR(b)式中h

8、=1.5 m,R=0.6 m将已知数据代入式（b ）得13600 0.610001.5 m6.66m2)Ubc )22.13u：(0.025 150.12U20.5)巴 2.13Ub2将以上各值代入式（a）,即9.81X 6.66= Ul + 39630 +2.13 Ub 1000T 1000解得 ub 3.13m s水的流量为3600 0.785 0.12 3.13 m3 s 1.43m3 s（2）闸阀全开时测压点处的压力在截面1-1,与管路出口内侧截面 3-3,间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面,ub1Pigza2ub3TP3hf,3(c)式中 乙=6.66 m , Z3=0 ,

9、 ub1=0 , P1=P3hf,13Le2 2中 0.% 15) 0.5 u4.81ub将以上数据代入式（c）,即29.81 X 6.66= u+4.81 ub22解得 ub 3.13m s再在截面1-1,与2-2,间列机械能衡算方程，基平面同前，得gz1 业 R gz2 皿P2hf ,1 222式中Z1=6.66 m,Z2=0 , ub10,ub2=3.51 m/s , P1=0 (表压力)hf,121 50.0250.53 512J kg 26.2J kg0.12将以上数值代入上式，则3.512P29.81 6.6626.22 2(d)第二章流体输送机械1 用离心油泵将甲地油罐的油品送到

10、乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前A、C两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39 m3/h ,此时泵的压头为 38 m。已知输油管内径为100 mm,摩擦系数为0.02;油品密度为810 kg/m 3。 试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。解：（1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作1-1与2-2截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到2HeK Bqe由于启动离心泵之前Pa= Pc，于是KZ =0g则He Bqe又HeH38 m38/(39)2h2/m 5=2.5X 10-2 h2/m 5He2.

11、5 10 2q2 (qe 的单位为 m3 */h )(2)输油管线总长度l Je_U d 2g393600n 0 01m/s=1.38 m/s42gdH2u用离心泵（转速为le2.和出口压力表的读数分别为2 9.81 0.1 38 -m=1960 m0.02 1.3822900 r/min ）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表0.5 m,泵的轴功率60 kPa和220 kPa,两测压口之间垂直距离为2hf,0 13.0U1 ( U1_P12U12hf,o 1将有关数据代入上式并整理，得2 60 1033.5u；2.5 9.81 35.481000u13.184 m/s则q (上 0.

12、082 3.184 3600) m3/h=57.61 m 3/h43(60 220) 100.5 m 29.04m 1000 9.81(2) 泵的扬程H H1 H2 ho(3) 泵的效率Hqs g 29.04 57.61 1000 9.81s100%=68%1000P3600 1000 6.7在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 m3/hH=29.04 m P=6.7 kWn=68%5.用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为32.5 kPa(即输送温度下溶液的饱和蒸汽压)。已知：吸入管路压头损失为1.46 m,泵的必需气蚀余量为2.3 m,该泵安装在塔内液面下

13、3.0 m处。试核算该泵能否正常操作。解：泵的允许安装高度为Hg Pa Pv NPSH Hf,0 ,g式中匕_pv 0g则Hg (2.30.5)1.46m-4.26m泵的允许安装位置应在塔内液面下4.26m处，实际安装高度为-3.0m,故泵在操作时可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移1.5 m。8对于习题7的管路系统，若用两台规格相同的离心泵(单台泵的特性方程与习题8相同)组合操作，试求可能的最大输水量。解：本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。(1) 两台泵的并联8.8 5.2 105q228 4.2 105 (|)2解得：q=5.54X 10-3 m3/s=19.95 m 3/h(

14、2) 两台泵的串联52528.85.2 10 q 2 (284.2 10 q )解得：q=5.89X 10-3 m3/s=21.2 m 3/h在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2 m3/h 。第三章非均相混合物分离及固体流态化2用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m,宽5 m,高4.2 m,固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m3。气体的处理量为3000 (标准)m3/h。试求理论上能完全除去的 最小颗粒直径。(1)(2)解:若操作在20 C下进行，操作条件下的气体密度为 1.06 kg/m3,黏度为1.8 X 10Pa?s。 若操作在420 C下进行，操作条件下的气

15、体密度为 0.5 kg/m3,黏度为3.3 X 10Pa?s。(1)在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：273 20q3000 -Ut竺273m s 0.03577 m sbl3600 5 5Ut0.03577d2( s )g1818 1.8 100.03577 1.985 105m 19.85 pm(3000 1.06) 9.81核算流型:1.985 10 5 0.03577060.0418 11.8 10 5原设滞流区正确,(2)计算过程与1.985 X 伽。能够完全除去的最小颗粒直径为(1)相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为:Utbl3000匹竺3600 了5%

16、S 0.0846m S设沉降在斯托克斯区，则:设沉降在斯托克斯区，则:5(3000 0.5) 9.8118 3.3 10.0846 4.132 105m 41.32.m核算流型:3.3 1054.132 105 O.。846 0.50.0529 1原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132 X 10n。3.对2题中的降尘室与含尘气体， 在427 C下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10 p m试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：取隔板间距为h,令LhUUtL则h-Ut(1)u3000273 427Uqv,s3600273 m s 0.1017m. sbH54.210 pm尘粒的沉降速

17、度Ut g186 210 1018 3.313000 0.59.81m s 4.95410 3 m s由(1)式计算h54.9540.1017H310 m 0.244m层数n4.20.24417.2取18层4 2m 0.233m18核算颗粒沉降雷诺数：dut10 10 6 4.954 10 40.5核算流体流型:RedeU3.3 10 57.5104 12bh 2 5 0.233( )u0.1017 0.55 686 21003.3 10510.板框压滤机过滤某种水悬浮液， 总框数为10,滤饼体积与滤液体积比为 10 min,共得滤液量为1.905 m3,试求 助时间共45 min,求该装置的

18、生产能力已知框的长x宽x高为810 mm=0.1，过滤10 min，得滤液量为(1)滤框充满滤饼时所需过滤时间； (以得到的滤饼体积计)。810 mn 42 mm,1.31 m3,再过滤(2)若洗涤与辅解：(1)过滤面积A 0.81221013.122m2由恒压过滤方程式求过滤常数1.3122 1.31Ve 13.12221060K1.90522 1.905Ve 13.122220 60 K联立解出 Ve 0.1376m3, K 2.010 10 5m2/s恒压过滤方程式为 V20.2752V3461 10 3Vc 0.81 0.81 0.042 10m3 0.2756m3Vc3V 2.756

19、m3v代入恒压过滤方程式求过滤时间2.75620.2752 2.756 / 3.461 10 3 s 2414s40.23minVc(2 )生产能力0.2756 m3/s 4.823 10 5m3/s 0.206m3/h2414 45 60311 在67 10 Pa压力下对硅藻土在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数2 2 20.81 m 49.86mK=5 x 105 m2/s , qe=0.01 m3/m 2，滤饼体积与滤液体积之比u0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机在134 103Pa压力下过滤上述悬浮液。试求： (1)过滤至滤框内部全部充满滤渣所需的时间

20、；(2)过滤完毕以相当于滤液量1/10的清水洗涤滤饼，求洗涤时间； 液/h )。解:(3)若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15 min,求过滤机的生产能力(m3滤(1)硅藻土， s 0.01，可按不可压缩滤饼处理K 2k p , qe与p无关134 103Pa时，K 1 104m2/s, q 0.01m3/m22330.810.025 38m0.6233m , A 38 2Vc0.6233 33m 7.791m , v 0.08代入恒压过滤方程式求过滤时间0.156322dm3/m249.860.1563m3/m20.01 0.1563 10275.6s(2)洗涤Vw0.1V0.7791m3

21、dVdVKA2KA10 4Vw/dV8V Ve8 q qe49.86m3/s 3.748 10 3m3/s80.1563 0.010.7791s0.003748207.9s7.7913(3)生产能力m3/h 20.27m3/h275.6 207.9 15 60 /36007.在一传热面积为25 m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 000kg/h，其温度由25 C升至38 C,平均比热容为4.17 kJ/(kg C )。有机溶液的温度由110 C降至65 C,平均比热容为 1.72 kJ/(kg两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。解：Cp,c 4.17 kJ/(kg C )QWcCp,c(t2 tj28000 3 54.17 10338 25 W 4.22 105W3600求tm有机物11065水38