化工基础习题解答《流体流动过程及流体输送设备》(张近主编)

1、流体流动过程及流体输送设备1、某介成氨丁艺以煤为原料的气化法生产屮，制得的半水煤气组成J：H242%,N221 5%,CO27 8%, CH4I 5%, CO37 1%, O20 1% (均为体枳分数)，求表斥为88 2kPa,温度为25C时，混合气体的密 度。解：解法一：先求混合的摩尔质鼠：MnX7)H2+iy)N2+(Myko+(NykH4+(iy)co2+(iy)o=2x0 42+28x0 215+28x0 278+16x0 015+44x0 071+32x0 001=18 04kg/kmol1.38焰/沪18.04x(101.3 + 88.2)8 314x(273 + 25)解法二：先

2、算出在操作温度和斥力卜各纯组分的密度.然后再按组分的摩尔分数叠加。解法略。2、套管换热器的内管为V25mmx? 5mm,外管为4000 属湍流3、现耍求将原油以一定流晴.通过一条管道rh油库送往乍间，并保证原油在管道中呈层流流动， 现分别提出如卜措施：(1)管道长度缩短20%; (2)管径放人20%； (3)提高原油温度使原油粘度 卜降20%,而假设密度变化不人，町忽略不计。问上述描施分别町使111 j-n道沿程摩擦而损矢的机 械能比原设计降低百分之几？解：层流流动的烽擦损失为：乞存=32学dp(1) . VZ1=O.8Z： 如=08工族 (工斫工加=0.2书、Vdi=1.2d；= 32(12

3、)3p=0 694x(3?讐)=0 694% ； /TVEE/I Id!A (Lh)=工加工h/=Q.306 工hf(3)、P i=0 8 U : AA (Shf)= SS/J/i=0 2S/y4、用泵将密度为850炮川的某液体从低位槽打到高位肌 低位槽据地2m,管子出I I距地面 高20m,管路阻力损失为30J-kg4,泵入II流速为0 915ms入门管径为(pS9mmx6mm,出II管径为 p60iniTix4mm,求泵仃效功率。解：如图选取低位椚液面为1 -1 ffii.高位槽为2-2 地 面为计算基准面，在1-2列柏努利方程，得：鬥 + + K = &2 + u2 + 邑+ 呵2 p2

4、pzi=2m：二2=20m： mi=U2Q0： pi=p=O (表压)；H/=30Jkf；代入上式得：W,=貞二2-二1)+ *(迟-彳)+_ +口少we =9.81x(20-2)+30= 206.58丿妙13 14X0.0772 X 0.915 X 850 = 3.62kg - s_1=206 58x3 62=747.79 (W) 5、用离心泵经（p57mmx3 5mm的钢管，将敞I I贮罐内的仃机溶剂（粘度为20xl03） Pa-s,密度为800 kg-m3）,输送到反W器中，设贮罐内液面离反应器内液面高度保持16m,见附图。己知钢管总 长度（包括局部阻力当量长度）为25m,反应器内压力恒

5、定为4kgf-m-2 （表压）,有机溶液输送最为6 6m3-h1,试确定泵提供的压头。解：如图选取截面1, 2计算基准面为敞口贮維液面,压力 以表压表示。在1-2列柏努利方程，得：二 1 + 务+ H. = 6 十 yU2 + Hf2g Pg2g pgsi=0m： =2=16m；Mi=jgO； pi=0（表床）；Q=4kgfnf2（表床）；Z=25m：=0.934111 s1AV _4x6.6A0.05x0.934x80020x107=18684=P4：得：pg +h) =pgHgR： 1000x(护 1.5)=13600x0.6 解得：H=6 66m。b、当阀门部分开启时B点的压力为PB=P

6、gnPg M=13600x9.81x0 41000x9 81x1 4=3 96x1 Oa 在l-B列柏努利方程，0-0而为计算某准而二 lg + 乡=二話 + 乡 + “CtB二i=H： zb=0： ui=0： pi=0(衷压)；內=3SSxloBa(表压)叽厂（町+哙=（002护0.5）宁=1.75 ，代入上式解得：H-g = -u2 + -+1.75ir2pH宀2.253.96X1046.66 x9.81-=3.38m/s10002.25V =d 2-u = x xO.l2 x3.38 = 0.0265加 /s = 95.4m31 h44(2) 阀门全开时a、先求阀门全开时管内的流速。在1

7、-2列柏努利方程，得：二図+匕+邑=二诣+丄启+邑+羽门亠2p -2- p心二 l=H: Zb=O； U1=U2=O： P1=O(表丿玉)；P2=0(表卜 E):E/?Z12 = U-+E) = 0.018( + 15) + 1.5=4.035-u2d20.12代入上式，得；u = J五 = $66 x 9.81 = 4 02伽$Y 4.035 V 4.035b、在1-B列柏努利方程，00而为计算基准面二】g + =二 bM + 扣;+2 p2pI I/? 5-i=H： zb=0： ui=0； U2=4 024m/s： pi=0(表压)；(0.0180.5) = 1.6 n2代入上式，得：pB

8、 = (/fg 2lu2)p=(666x981-2lx4024，)xl000 = 313xl0“Pa在B-*2列柏努利方程，得二話+丄乩；+ =+ u； +匕 + Thgr2p 2I u220 irZb=Z2=0； Ub=U2=U： p?=0(衷压):叽 2 = (-+)y = 0018x(+15)y = 1.935 IT代入上式，得：pB = (1.935u2)p= (1.935 x4.0242)xl000 = 3.13xlO4Pd8、如图所示的输水系统用泵将水池屮的水输送到敞I I的高位槽.系统管道均为v83mmx3 5mm 泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮水池

9、的水面高度为48m,斥力 农安装位置离贮水池的水面高度为5m。当输水帚为36n?h时，进水管道的全部阻力损火为 1 96J-kg4,出水管道的全部阻力损失为4 9Jk，压力衷的读数为2 5kgfcm3泵的效率为70%,求:(1) 两液而的高度差h为多少m? (2)泵所需的实际功率为多少？(3)真空表的读数多少(2 5kgfcnf2)解:如图选取截面。计算基准面为贮水池液面。 管内水的流速4Z4x36川 zu =2204n?/s开十 3.14x0.076-X3600(1)、从压力表33面到高位槽液面44列柏努利 方程得：-3 + 113 + = -aS + U4 +2p2pZ3=5m： z=h3

10、+5m： p尸2 5kgf-cm2=245 ZxlOa：P4=O(农压)：工冋3 -4=4 9J-kg4 ； U3=U4=U 代入上式解得：h3=24 5m 高位槽液面与贮水池液面高度 h=h3+5=29 5m(2) 、在贮水池1血到周位槽液啲44列柏努利方程得:1 - A1 - p4二 lg + Tnl + + W.=二40 + U4 + + /1-4P2 pzi=Om： 34=29 5m； pi=p4=0(表压)： 功八冲=】96+4 9=6 86 Jkg； ui=U4代入上式解得:wr=296 25J-kg4Ne= w, =296 25x 10=2962.5: N = = 2962 5

11、= 4.23ATPT70%(3) 、在贮水池1-rffl到真空表20列柏努利方程得;巒裁七f说+扣冷伊叽2Ui=0： Un=2 204m/sZi=0m： z；j=4 8m： pi=0(表压)；与】亠=1 96 Jkg；代入上式得： 匕=g +丄记+以八)= 一(4弘981 +Zx2204,+1.96) = -51.48 p2 -2P2=_51 48kPa=-0 5249 kgf-cm2=0 5249 kgf-cm2(真空度)9、某离心泵的允许吸上高度为6.5m(已包括0.3m安全量：),在高原上使用，若当地大气压为90kPa。12知吸入管的阻力和动斥头Z和为3m水柱。当地殳李垠尙水温为3(TC

12、。拟将该泵安装在水面上3m处，问该泵能否正常工作?解：在当地大气压为90kPa。水温为30C时的条件卜, 允许吸上真空高度H 5=H ,+區-10)-(Hv-0 24),Ha=90kPa=9.174m水柱，水温为30CH 247kPa=0.433m水柱，泵允许吸上启j度为H s=6 5m 代入上式的H ；=6 6+(9.17410)(0 4330 24)=5 581m水柱安装高度H=H -(u2 += 5.581-3 = 2.58切3m不能正常工作&2gZ10、用2B31A塑水泵输送509的清水该泵的性能为:流量20n?h时，扬程25.2m,效率65 6%, 允许吸上高度为7.2m(Q包括0.

13、3m安全吊)，转速2900rnnn4,若吸入借为丁水管(内径53mm),设 吸入管路的阻力损失为2m水柱，供水的水而上空压强为OIMPa。求该泵的报人允许安装高度。若 该水泵输液最为30m3-h4,此时允许吸上高度为5 7m,则垠人允许安装高度为多少。解：50C水的饱和蒸气压为12 34kPa=1.258水柱，供水的水面上空丿k强为0. lMPa=10.194m水柱 允许吸上真空高度 H ；=11：+(11十10)(10 24)=7.2+(10 19410)(1.2580 24)=6 379m474 x 20流杲20m3h1时，吸入管的流速u = =.= 252m/s龙右 314x0053弓X

14、3600安装高度Hg二r12 S2-(2 弄+ %)S79-(2x92)叫水泵输液最为曲蛰，吸入管的流速A知3.14 xO；爲x3600二7应允许吸上真空高度 1!；=117+但10)00 24)=5.7+(10.19410)(12580 24)=4 876m13 78J安装高度 = H： - (0 + %) = 4.876- (龙莎 + 2-167.11、欲用离心泵在两敞II容器见输液，该泵铭牌标冇：流昴396n?h,扬程15m,轴功率102kW, 效率80%,配用2.8kW电机,转速1400rmin4,今欲在以下情况下使用是否可以?如不可时采用什 么措施才能满足要求。(1) 、输送相对密度为1$的溶液，流量为3勿小，扬程15m(2) 、输送相对密度为0 8的油类,流