化工原理作业答案

1、3.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。假设改在乙地区操作，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二大气压-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 1 03 - 65.3 1 03 Pa = 36.03kPa5.如此题附图所示，流化床反响器上装有两个 U管压差计。读数分别为 R=500 mm R=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

2、连通的玻璃管内灌入一段水，其高度 R=100 mm试求A、B两点的表压力。解：1 A点的压力Pa 二匸水gR3 J汞gR2 = 1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa = 1.165 104Pa 表2 B点的压力13.如此题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混 合液送至精馏塔3的中部进行别离。储罐内液面维 持恒定，其上方压力为1.0133 105 Pa0流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21105 Pa,进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道直径为 68 mm 4 mm进料量为20 m/h。料液流经全部管道的能量损失为 70 J/kg，求泵的有效

3、功率。解：在截面A-A 和截面B-B 之间列柏努利方程式，得19.用泵将2X 104 kg/h的溶液自反响器送至高位槽见 此题附图。反响器液面上方保持25.9 X 103 Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为76 mnX 4 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。反响器内液面与管路出口的距离为17 m假设泵的效率为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：在反响器液面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，

4、为基准水平面，得2 2gz1 如 -Pl W. =gz2 Ub2 R- 二 hf12亍2式中 z 1=0，Z2=17 m， Ub仟 0 P1=-25.9 X 103 Pa 表，P2=0 表将以上数据代入式1，并整理得23=9.81 X 17+迢 + 25.9 10 + 昨=192.0+ hf21073其中、hf = ( + 一u b22Re = dur，= O.68 皿 1073 =1.656 x 105卩0.63x10根据Re与e/ d值，查得入=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 x 2 m =0.86 m标准弯头：2.2 x 5 m =11 m2故7

5、 hf=0.03 x 35 0.86 11 +0.5+4竺kg=25.74J/kg0.068 2于是We 二 192.0 25.74 J kg =217.7J kg泵的轴功率为4Ns=We w/ =217.7 2 10 W =1.73kW 3600x0.720.如此题附图所示，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当闸阀局部开启时，测得

6、 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 管中流出多少水朋？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闸阀局部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2 2gz1 葺 二gz2 葺 .一二hf2a式中P1=0表Ub2=0， Z2=0乙可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学根本 方程知:H2gz1 - h二 gRb式中 h=1.5 m, R=0.6

7、 m将数据代入式b得 将以上各值代入式a，即9.81x 6.66=圧+9630+2.13 Ub22 1000解得ub =3.13m s水的流量为Vs =3600 nd2ub= 3600 0.785 0.12 3.13 m3 s =1.43m s42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， 得2 2gZi U21 g =gz3 U23 上；亠二 hf,_ 3 c式中 乙=6.66 m , Z3=0, Ubi=09 pi=p3v hf, 3 =丄 字=0.025色 15 0.5 Ub =4.81ub- d2 |L 0.12将以上

8、数据代入式C ，即9.81 X 6.66= Ubl+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2 2g乙+如+豊=gz2 +世+十环，2d2P2P式中 Z1=6.66 m，Z2=0，Ub1 ： 0，Ub2=3.51 m/s，p1=0 表压力将以上数值代入上式，那么解得P2=3.30 X 104 Pa 表压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。管路情况如此题附图所示。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 nVh，此时泵的压头为38 m输油管内径为100 mm摩擦

9、系数为0.02 ;油品密度为810 kg/m3。 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：习题1附图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 到间列柏努利方程，得由于启动离心泵之前PA=PC,于K = Z =0是那么He =Bqe又He 二H =38mB 二38/(39)2 h2/m5=2.5 X 10-2 h 7m5那么 He =2.5 10冷2 (qe的单位为m/h )2输油管线总长度u 39 n 0.01m/s=1.38 m/s3600 .4于是 i+i =啤=9.81心；3咕=1960 me?ju20.

10、02 xl.3822.用离心泵(转速为2900 r/min )进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空 表和出口压力表的读数分别为 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均为80 mm吸入管中流动阻力可表达为a hf,干3.0u； ( 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 C,98.1 kPa的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。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)，得到将有关数据代入上式并整理，得u1 =3.184 m/

11、s贝Uq =(n 0.082 3.184 3600) m/h=57.61 m 3/h4(2) 泵的扬程(3) 泵的效率n =竺旦29竺沁迴空100% =68%1000P3600 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 n =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32.5kPa(即输送温度下溶液的饱和蒸汽压)。：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Pa=0那么Hg 二(2.30.5

12、) 1.46m =-4.26my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。为平安运行，离心泵应再下移1.5 m。8.对于习题7的管路系统，假设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：此题旨在比拟离心泵的并联和串联的效果。(1) 两台泵的并联解得：q=5.54 X 10-3 nVs=19.95 m 3/h(2) 两台泵的串联解得：q=5.89 X 10-3 nVs=21.2 m 3/h在此题条件下，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别离及固体流态化2.用

13、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rn/h。试求理论上能完全除 去的最小颗粒直径。1 假设操作在20 C下进行，操作条件下的气体密度为1.06 kg/m 3,黏度为1.8 x 10-5 Pa?&2 假设操作在420 C下进行，操作条件下的气体密度为0.5 kg/m 3,黏度为3.3 x 10-5 Pa?So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： 设沉降在斯托克斯区，贝U：核算流型：原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985 x 10-5 no2计算过程与

14、1相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为： 设沉降在斯托克斯区，贝核算流型：原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132 x 10-5 m3对2题中的降尘室与含尘气体，在 427 C下操作，假设需除去的最小颗粒粒径为10卩m试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：取隔板间距为h,令贝U h 丄 ut1u10卩m尘粒的沉降速度 由1式计算h53h4.954 10m = 0.244m0.1017层数n=H 4217.2取18层h 0.244核算颗粒沉降雷诺数：核算流体流型：10. 板框压滤机过滤某种水悬浮液，框的长x宽x高为810 mnX 810 mnX 42 mm 总框数为10，滤饼

15、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假设洗 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联立解出 Ve =0.1376m3， K =2.010 1om2/s恒压过滤方程式为 V2 0.2752V =3461 10 & 代入恒压过滤方程式求过滤时间2生产能力11. 在67 103 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K=5x 10-5 m/s，q

16、e=0.01 m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比u =0.08。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；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假设每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15 min，求过滤机的生产能力m滤液/h o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 103Pa时，K =1 10-m2/s, q0.01m3/m2乂 =0.812 0.025 38m3 = 0.6233m3 , A = 38

17、 2 0.812m2 = 49.86m2Vc 0.6233 337.7913232V -m = 7.791m , qm /m = 0.1563m /mv 0.0849.86代入恒压过滤方程式求过滤时间(2)洗涤(3) 生产能力7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 C)。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 )求氏m有机物1