制药工程原理前三章答案

1、第一章 流体流动习题答案1.试计算空气在真空度为41.3kPa及40oC时的密度。（79%的N2和21%的O2）解：绝压P大气压真空度101.33-41.3=60.03kPaM平=79%×28+21%×32=28.84kg/kmol2.某蒸汽压力表上的读数为167kPa,当地当时大气压计的读数为100kPa，试查出蒸汽的饱和温度.(查教材附录饱和水蒸气表)。解:蒸汽绝压=大气压+表压=167+100=267kPa 查饱和水蒸气表,蒸汽的温度约为1303.如本题附图所示,测压管分别与三个设备A,B,C相连通,连通管的下部是水银,其密度为13600kg/m3,上部是水,其密度为

2、1000kg/m3,三个设备内的水面在同一水平面上.问:(1)1、2、3三处压力是否相等？（2）4、5、6三处压力是否相等？（3）若h1100mm，h2200mm，且知设备A直接通大气（大气压力为101.33kPa）。求B、C两设备内水面上方的压力。解(1)，因1.2.3三点的截面之间不属于同一种连续的流体.(2) ,因4.5.6三点的截面之间处于属于同一种静止的,连通的,连续的流体.(3)若求,先找等压面.由(2)知, ,由此三点列静力学方程并设1、2、3三点到液面的距离为H。A点与大气相通，则推导出 4比压计中水银面的高度差h=0.36m,其它液体为水。A、B两容器高度位置差为1m，如图所

3、示，试求A、B两容器中心处压力差PA-PB.解：找等压面列静力学方程。由图示知等压面有：设A点到1点垂直距离为H；则 则 而 则 5.如图所示，用真空计测得封闭水箱液面上的真空度为0.98kN/m2,敞口油箱中油面比水箱水面低H=1.5m,水银比压计的读数为h1=5.61m，h2=0.2m。求油的密度。解： 找等压面列静力学方程:由图示知， 则6如图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中,高位槽内的液面恒定,塔内表压力为9.807×103Pa,进料量为5m3/h,连接管为38×2.5mm的钢管，料液在连接管内流动的能量损失为30J/kg,问高位槽内的液面应比塔的

4、进料口高出多少米?解：以高位槽液面为1-1,以虹吸管出口内侧为2-2，并以2-2为基准水平面0-0。在1-1及2-2间列柏努利方程因：z2=0，Pm1=0(表压)；Pm2=9.807×103Pa(表压)；外加功We=0, um1=0则因此，高位槽内的液面应比塔的进料口高4.37m，才可正常工作。7. 如图所示,用离心泵把20的水从储槽送至水洗塔的顶部,槽内水位维持恒定,个部分相对位置如图所示。管路的直径均为76×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa。水流经吸入管和排出管(不包括喷头)的能量损失分别按hf12u2和hf112u2计算

5、，u为吸入管和排出管中流体的流速，排水管与喷头连接处的压力为98.07×103Pa(表压),试求泵的有效功率。解：列两次柏努利方程.现以水槽液面为1-1截面,以泵吸入口为2-2截面,液面为基准水平面列柏努利方程.再以水槽液面为1-1截面,以喷嘴前为2-2截面,液面为基准水平面列柏努利方程.8如图所示之文德利管，已知d1150mm，d2100mm，水银比压计h200mm，若不计流动阻力损失，求流量。解:在1点和2点之间列柏努利方程因由连续性方程知9一圆管输送10的水，流量为30cm3/s,若在L=15m的管路上测得水的压头损失hf=20mmH2O,设流动状态为层流,求管道直径。解：圆管

6、直径为D, 10则流速 假设为层流由 D=1.87×10-2m=18.7mm 选管22×1.5mm无缝钢管,D=19mm核算假设层流成立选管：22×1.5mm10当流 体以15m3/h的流量在10m长,规格为89×4.5mm的水平无缝直圆管内稳定流动时,试计算其压头损失和压力损失,并判断流体的流动类型。（流体的密度800kg/m3;粘度0.002PaS;取0.03,g=9.81m/S2）。解：11如图所示两个敞口容器位置，输送20的二氯乙烷2m3/10min，试求泵所提供的有效压头。已知：二氯乙烷粘度8.3×104Pa.s，密度1250kg/m

7、3,z1=2m,z2=14m,管长共20m, 管子规格59×3mm，管路上装有900标准弯头10个,全开闸门2个,单向阀1个(取2.0),e取0.3mm.解：以储罐的液面为1-1´，以高位槽液面为2-2´，以1-1´为基准水平面。列柏努利方程 因Pm1=Pm2=Pa um1um20 Z2-Z1=12m 则He=( Z2-Z1)+Hf=12hf 阻力计算管长L=15m 管经：D=53mm 流速： 管件：全开闸阀2个，Le=2×0.35=0.7m 标准弯头10个, Le=10×1.6=16m 则Le=16.7m 单向阀 查表吸=0.032

8、 阻力损失： 则He=12+Hf=12+2.924=14.924m12一圆管输送未知粘度的液体，液体的密度为1050kg/m3，流量为0.15m3/h, 管子的规格为57×3.5mm.若在管长L=15m的管长上测得流体的压头损失20mm液柱,若假设流体的流动型态为滞流,试计算液体的粘度并验证流动型态.解： 流速 假设为层流由 核算假设层流成立13.用管道输送液体，输液直圆管为76×3mm新无缝钢管，输液量qV =25m3/h，所送液体的运动粘度 = 0.6×10-6m2/s，密度=820kg/m3。试求直圆管每米管长的压力降。(e取0.2mm)解：查表, 14 .

9、在20下将浓度95%乙醇从低位贮槽中用泵送至高位贮罐中，泵入口管路为57×3.5mm的无缝钢管1m，泵出口管路由38×3mm的无缝钢管9m、出口管路上装有一个全开的截止阀和一个90º标准弯头。管路入口在低位贮槽液面以下2m，低位贮槽内液体表面压力为大气压力，管路出口在低位贮槽液面以上5m，管路出口表压力为20kPa，若流量维持在10m3/h，求泵需提供的有效功率。（20浓度95%乙醇的密度=804kg/m3，=1.4×10-3Pa·s，e取0.2mm）。解：以储罐的液面为1-1´，以出口内侧为2-2´，以1-1´为

10、基准水平面。列柏努利方程 因Pm1=Pa;Pm2=Pa +20000Pa; um10 Z2-Z1=5m则 吸入管阻力计算管长L吸=1m; 进口 管经：D吸=50mm 而 查表吸=0.031 阻力损失： 排出管: 管长9m管32mm流速：m/s管件：1个全开截止阀11m1个标准弯头1mLe排=12m 查表排=0.034则 则hf=hf吸+ hf排=1.121+133.25=134.371J/kg则Pe=We·qV.=213.27×804×10/3600=476.3W 习题14图 15.若流体在等厚等直径垂直直圆管中稳定流动,试推导一下流动阻力的计算公式范宁公式。解：

11、一段等直垂直圆管，管径D，管长L，流速um，压力pm，壁面切应力w。设流体由上向下稳定流动，沿流体流动方向取两个截面，在1-1及2-2 截面间列柏努利因Z1=L，Z20， um1=um2, He=0,Hf为直管阻力；则 受力分析:推动力=（p1p2） A=P D2 (方向向下)流动阻力=F=w受力面积=wDL (方向向上)重力g.L.D2(方向向下)当:阻力=推动力+重力时达稳定流动 PD2+g.L.D2=wDL 则 上下同乘 则 令 则 叫摩擦因数或达西摩擦因子,无量纲.则范宁公式为 第二章 输送机械习题1、 有一台离心泵的扬程H为20m；流量为10.2L/s；轴功率N为2.5kw，试计算该

12、泵的总效率。(密度取1000kg/m3)解:2 某离心泵用200C水做性能实验，测得流量为540m3/h，泵出口压力表读数为34.3×104Pa；泵入口真空表读数为2157.5Pa，压力表和真空表测压截面间的垂直距离为350mm，吸入管和压出管内径分别为350mm和310mm，电动机的功率消耗为60kw,电动机的效率为95%,试求对应此流量泵的扬程、轴功率及效率。解：以真空表入口为1-1，压力表出口为2-2，基准水平面取吸入口中心线，列柏努利方程: 忽略Hf Z2-Z1=0.35m ; 20时水的=998.2kg/m3则 则He=35.68m 也即H=35.68m电动机输出功率=电动

13、机输入功率×电动机效率=60kw×95%=57kw电动机输出功率=轴功率P=57kw（按传动100%计算） 3.用20清水在2900r/min下进行离心泵性能实验，泵的吸入管为57×3.5mm, 泵的排出管为45×2.5mm。经测定泵的吸入口处的真空度为40kPa. 泵的排出口处的表压力为80kPa. 转子流量计的读数为13m³/h，两测压口间的垂直距离为0.5m，试计算离心泵的扬程及有效功率。解：以真空表入口为1-1，压力表出口为2-2，基准水平面取吸入口中心线，列柏努利方程: 忽略Hf Z2-Z1=0.5m ; 20时水的=998.2kg/

14、m3则 则He=13m 也即H=13m 4已知某离心泵流量为20m3/h，对应该流量的允许吸上真空度HS为7.2m，吸入管内径50mm，吸入管路的阻力损失约0.2mH2O（设气蚀前泵流量不变）。用该泵从水井抽水，井中水面渐渐下降，问水面下降到离泵中心轴线几米处，泵开始发生气蚀？解: 水面下降到离泵中心轴线6.59m以下，泵有可能发生气蚀.5用离心泵从真空度为360mmHg的储槽往高位反应器内输送液体,所选泵的必需气蚀余量为4.5m,液体的密度为900kg/m3,输送温度下液体的饱和蒸汽压为200mmHg,吸入管路的流动阻力损失为0.2m.求泵的安装位置,若储槽为敞口,则泵的安装位置又如何?。解

15、：(1)hhr+0.54.5+0.55m 泵应安装在液面以下2.18m，(2)。hhr+0.54.5+0.55m 泵应安装在液面以上3.26m以下，第四章 过滤与沉降作业 1用小型板框压滤机对某种滤浆进行恒压过滤实验，测得数据列于下表：过滤时间t(s)01233025378301179滤液体积v(1)01020304050过滤推动力为0.2MPa,过滤面积为0.1m2,试求恒压过滤方程式(q+qe)2=K(t+te)中的过滤常数k.qe.te。解： 单位面积滤液量（m3/m2）q 00.010.020.030.040.05过滤时间（s） 012.330.253.783117.9 （m3/m2）

16、0.0050.0150.0250.0350.045q值（m3/m2）0.010.010.010.010.01t值（s）12.317.923529.334.9值12301790235029303490用数据做图：图求得斜率（查图）： 求得 2在恒压下对某种悬浮液进行过滤，过滤机过滤面积为0.6m2，过滤10分钟得滤液0.12m3,再过滤10分钟又得滤液0.06m3，如果继续过滤10分钟，可再得多少滤液？解：由实验数据得，t110min600时， t21010min20min1200s时，将上面两组数据代入恒压过滤方程q22qqeK t，得：0.222×0.2×qeK×

17、;6000.322×0.3×qeK×1200联立以上二式，解得：qe0.05m3m2 K1×104 m2s本题条件下的恒压过滤方程为：q22×（0.05）q1×104 t整理，得： q20.1q1×104 t当t330min1800s时，代入恒压过滤方程： q320.1q31×104×1800解得：q30.377 m3m2 V3q3 A0.377×0.60.2262m3再过滤20分钟得滤液量 V为： V0.2262（0.120.06）0.0462m33于0.4MPa（表压）恒压下测得某悬浮液的过

18、滤常数K=5.1×10-5m2/sqe=0.0126m3/m2，又测得滤饼体积与滤液体积之比v为0.02m3/m3,现拟用一台BAS20/528-25型板框压滤机处理这种悬浮液,所用滤布及操作条件与实验时相同。（1）试计算滤框充满滤饼时的过滤时间及获得的滤液量；（2）若滤饼不需洗涤，每次卸渣、重装等辅助操作需12mim，试计算此板框压滤机的生产能力（滤液是产品）；（3）若每次过滤完毕用相当于滤液体积1/10的清水洗涤滤饼，洗水粘度与滤液相同，过滤推动力不变，求洗涤滤饼所需时间及这台板框压滤机的生产能力；解：（1）teqe2k0.012625.1×1053.11 s恒压过滤方

19、程：（q0.0126）25.1×105（t3.11）滤板数20/0.528×0.528×236块；滤框数37个滤框总容积0.5282×0.025×370.2579m3总过滤面积0.5282×2×3620.07m2滤框充满滤饼时获得滤液体积V滤框总容积V0.25790.0212.894m3qV/A12.89420.070.6424m3m2将q值代入恒压过滤方程，即可解得t：（0.64240.0126）25.1×105（t3.11） t8409.14s（2）生产能力（3）3于0.4MPa（表压）恒压下测得某悬浮液的过滤

20、常数K=5.1×10-5m2/sqe=0.012m3/m2，又测得滤饼体积与滤液体积之比v为0.03m3/m3,现拟用一台BAS20/528-25型板框压滤机处理这种悬浮液,所用滤布及操作条件与实验时相同。（1）试计算滤框充满滤饼时的过滤时间及获得的滤液量；（2）若滤饼不需洗涤，每次卸渣、重装等辅助操作需10mim，试计算此板框压滤机的生产能力（滤液是产品）；（3）若每次过滤完毕用相当于滤液体积1/10的清水洗涤滤饼，洗水粘度与滤液相同，过滤推动力不变，求洗涤滤饼所需时间及这台板框压滤机的生产能力；解：（1）teqe2k0.01225.1×1052.82 s恒压过滤方程：（

21、q0.012）25.1×105（t2.82）滤板数20/0.528×0.528×236块；滤框数37个滤框总容积0.5282×0.025×370.2579m3总过滤面积0.5282×2×3620.07m2滤框充满滤饼时获得滤液体积V滤框总容积V0.25790.038.6m3qV/A8.620.070.4285m3m2将q值代入恒压过滤方程，即可解得t：（0.42850.012）25.1×105（t2.82） t3801.9s（2）生产能力（3）4用间歇式过滤机进行恒压过滤操作，测得过滤常数k=4.18×10-5m2/s,qe= 0.026m3/m2,在同样条件下进行生产,每一循环的过滤时间为45mim,其他辅助时间为15mim,要求生产能力为6m3/h.试计算:（1）所需过滤面积；（2）若采用滤框尺寸为528&