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 = 85.3 103 20 103 Pa 65.3kPa2）真空表读数真空度=大气压-绝压= 101.33 103 65.3 103 Pa 36.03kPa5如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 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

2、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pA水gR3 汞gR2 1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 104 Pa（表）2）B 点的压力pB pA 汞 gR11.165 104 13600 9.81 0.5Pa 7.836 104 Pa（表）13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/m 3。精馏塔进口处的塔 内压力为 1.21 1

3、05 Pa，进料口高于储罐内的液面 8 m，输送管道 3直径为 68 mm 4 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。解：在截面 A-A 和截面 B-B 之间列柏努利方程式，得 22p1 u21 gZ1 We p2 u22 gZ2hfp1 1.0133 105 Pa；p2 1.21 105 Pa；Z 2 Z1 8.0m； u1 0；hf 70J kgu2VV20 3600d3.14m s 1.966 m s0.068 2 0.00422p2 p1 u2 u1Weg Z2 Z1hfWe1.21 1.0133 1058001.966229

4、.8 8.0 702.46 1.93 78.4 70 J kg 175J kg N e wsWe 20 3600 800 173W 768.9W19用泵将 2104 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 25.93103 Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。 管道为 76 mm4 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

5、度可取为 0.3 mm。）解：在反应器液面 1-1 ，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 基准水平面，得22gz1 u2 p1 We gz2 u2 p2hf（ 1）式中z1=0， z2=17 m，ub1 04w 2 104ub22 m s 1.43m sb2 d 2 3600 0.785 0.0682 10734d3p1=-25.9103 Pa （表），p2=0 （表）将以上数据代入式（ 1），并整理得2Weg（z2z1）ub2p2p1hfe 212f23=9.8117+ 1.43 + 25.9 10 + hf =192.0+ hf2 1073L L u 2其

6、中hf =（ +LLe +） ub2f d 2=1.656 105dub0.068 1.43 1073Re b = 30.63 10 3e d 0.0044根据 Re与 e/d值，查得 =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） ： 0.43 2 m =0.86 m标准弯头：2.2 5 m =11 m故hf35 0.86 11 1.432=(0.03+0.5+4) J kg =25.74J/kg0.068 2是We 192.0 25.74 J kg 217.7 J kg泵的轴功率为Ns=We w/ = 217.7 2 10 W =1.73kW s e 3600 0.72

7、0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 15 m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（ 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

8、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 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22gz1 u2b1 p1 gz2 u2b2 p2hf，12（ a）式中p1=0（表 ）p2HggRH2OgR 13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 Pa 39630Pa（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H2Og（z1 h） Hg gR（b）式中h=1.5 m, R=0.6 m将已知数据代入式（ b）

9、得13600 0.6z111 100022hf,1-2( Lc)ub2.13ub2(0.025 150.5) ub2.13ub2d 2 0.1 2 将以上各值代入式( a)，即u 2 39630 29.816.66= ub +2.13 ub22 1000 b 解得ub 3.13m s水的流量为在截面 得Vs 3600 d2ub 3600 0.785 0.12 3.13 m3 s 1.43m3 s42）闸阀全开时测压点处的压力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，22gz1 u2b1p1gz3 u2b3p3hf，13c）式中z1=6.66 m ，z3

10、=0，ub1=0，p1=p3LLeub235hf,1 3 ( d e c) 2b = 0.025(03.51 15) 0.5 2 将以上数据代入式( c)，即ub 4.81ub2229.816.66= ub +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22 gz1 u2b1 p1 gz2 u2b2 p2hf，12式中z1=6.66 m，z2=0，ub1 0，ub2=3.51 m/s ， p1=0(表压力)d）hf,1 20.0251.5 0.5 3.51 J kg 26.2J kg0.1 2将以上数值代入上式，则3.51p2

11、9.81 6.66 2 26.22 1000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 列柏努利方程，得到1-1与 2-2 截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间2He K Bqe2由于启动离心泵之前 pA

12、=pC,于是K Z p=0g2He Bqe2He H 38mB 38/(39)2h2/m5=2.510 2 2 52 h2/m5He 2.5 10 2qe2 ( qe的单位为3m3/h)2）输油管线总长度l le u2Hd 2g3630904 0.01 m/s=1.38 m/sl le2u用离心泵（转速为 和出口压力表的读数分别为2gdH 2 9.81 0.1 38 2 m=1960 m20.02 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60 kPa 和 220 kPa，两测压口之间垂直距离为 0.5 m，泵的轴功率为 6.7 kW 。泵吸入管和排出管内径

13、均为 80 mm，吸入管中流动阻力可表达为hf,0 1 3.0u12（u1为吸入管内水的流速， m/s）。离心泵的安装高度为 2.5 m，实验是在 20 ， 98.1 kPa 的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。，得到解：（1）泵的流量 由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面）20 gZ1 p1 u21hf,0 1将有关数据代入上式并整理，得2 60 103 3.5u122.5 9.81 35.481 1000u1 3.184 m/s 2 3 3则 q ( 0.082 3.184 3600) m /h=57.61 m /h(2) 泵的扬程(60 220) 1

14、03H H1 H 2 h00.5 m 29.04m1 2 0 1000 9.81(3) 泵的效率Hqs g 29.04 57.61 1000 9.81 s100% =68%1000P 3600 1000 6.7在指定转速下，泵的性能参数为： q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW =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 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式中papvg

15、NPSH H f,0 1papvg则 H g (2.3 0.5) 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 105q2 28 4.2 105 (q)223 3 3解得：q=5.54 10 3 m3/s=19.95 m3/h(2) 两台泵的串联5 2 5 28.8 5.2 105q2

16、 2 (28 4.2 105q2 )解得：q=5.89 103 m3/s=21.2 m3/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/m 3。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）若操作在 20 下进行，操作条件下的气体密度为 1.06 kg/m 3，黏度为 1.8 10-5 Pa?s。 （ 2）若操作在 420 下进行，操作条件下的气体密度为 0.5 kg/m 3，黏

17、度为 3.3 10-5 Pa?s。 解：（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 203000m s 0.03577m s3600 5 5uqv,s273blut设沉降在斯托克斯区，则：2ut 0.03577 d （ s ）g t 1818 utd ( s )g18 1.8 10 5 0.03577 1.985 10 5m 19.85m(3000 1.06) 9.81核算流型：51.8 10 5Ret dut1.985 10 5 0.035577 1.06 0.0418 1t5原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.98510-5 m。（ 2）计算过程与（ 1）相

18、同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：qv,s utbl3000273 4202733600 5 5m s 0.0846 m s设沉降在斯托克斯区，则：t18 u ( s )g18 3.3 10 5 0.0846 (3000 0.5) 9.814.132 10 5 m 41.32mRetdut核算流型：4.132 10 5 0.05846 0.5 0.0529 13.3 10 5原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132 10-5 m。3对 2 题中的降尘室与含尘气体， 在 427 下操作， 若需除去的最小颗粒粒径为 10 m， 试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：取隔板间距

19、为 h，令Lhu ut L则 hut（ 1）u3000 273 427u qv,s 3600 273 m s 0.1017 m sbH 5 4.210 m尘粒的沉降速度ut2 6 2d2 s g 10 106 2 3000 0.5 9.81m s 4.954 103ms1818 3.31 10 5由（ 1）式计算53h 4.954 10 m 0. 2 44 m0.1017层数 nH 4.217.2取 18层h 0.244H 4.2 m 0.233m18 18 核算颗粒沉降雷诺数：Retdut10 106 4.954 104 0.5 7.5 104 13.3 10 5核算流体流型：Re deu(

20、 2bh )u 2 5 0.233 0.1017 0.5b h 5.233 686 210053.3 10 510板框压滤机过滤某种水悬浮液， 已知框的长 宽高为 810 mm810 mm42 mm，总 框数为 10，滤饼体积与滤液体积比为=0.1，过滤 10 min ，得滤液量为 1.31 m3，再过滤 10 min，共得滤液量为 1.905 m3，试求（ 1）滤框充满滤饼时所需过滤时间； （ 2）若洗涤与辅助时间 共 45 min ，求该装置的生产能力 （以得到的滤饼体积计 ）。解：（ 1）过滤面积 A 0.812 2 10 13.122m2 由恒压过滤方程式求过滤常数221.312 2

21、1.31Ve 13.1222 10 60K1.9052 2 1.905Ve 13.1222 20 60K联立解出 Ve 0.1376m 3 ， K 2.010 10 5 m2/s恒压过滤方程式为 V 2 0.2752V 3461 10 3Vc 0.81 0.81 0.042 10m3 0.2756m 3V Vc 2.756m 3 v 代入恒压过滤方程式求过滤时间2.7562 0.2752 2.756 / 3.461 10 3 s 2414s 40.23min2）生产能力VcQ c 0.2756m3/s 4.823 10 5 m3/s 0.206m 3 /hw D 2414 45 60311在

22、67 103Pa 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K=510-5 m2/s，qe=0.01 m 3/m2 ，滤饼体积与滤液体积之比 =0.08 。现拟用有 38 个框的3BMY50/810-25 型板框压滤机在 134 103 Pa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； （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；（ 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滤液/h）。解：（ 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p 134

23、10 3Pa时， K 1 104m2/s， qe 0.01m3/m 22 3 3 2 2 2Vc 0.812 0.025 38m3 0.6233m3， A 38 2 0.812m2 49.86m2Vc 0.6233 3 3 7.791 3 2 3 2V cm3 7.791m3， qm3/m2 0.1563m3/m2v 0.08 49.86 代入恒压过滤方程式求过滤时间0.15632 2 0.01 0.1563 10 4 275.6s（2）洗涤3dV dWVw 0.1V 0.7791m31 dVKA2KA 10 4 49.86 m3 s 3.748 10 3m3 s4 d E 8V Ve 8 q qe 8 0.1563 0.01W VW /dV dW0.77910.003748s 207.9s7.79133）生产能力QWDm3/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 升至 38 ，平均比热容为 4.17 kJ/（kg ）。有机