华南理工大学851化工原理计算题汇总

1、HH1H2四、计算题（共45分，每小题15分）1、 如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为f833.5mm，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槽的水面高度H1为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452105Pa，泵的效率为70%，水的密度r为1000kg/m3，试求：（1）两槽液面的高度差H为多少？（2）泵所需的实际功率为多少kW？（3）真空表的读数为多少kgf/cm2？1、解：（1）两槽液面的高

2、度差H在压力表所在截面2-2与高位槽液面3-3间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，得： 其中， , u3=0, p3=0, p2=2.452105Pa, H2=5m, u2=Vs/A=2.205m/s代入上式得： （2）泵所需的实际功率在贮槽液面0-0与高位槽液面3-3间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： 其中， , u2= u3=0, p2= p3=0, H0=0， H=29.4m代入方程求得： We=298.64J/kg， 故 ， =70%， （3）真空表的读数在贮槽液面0-0与真空表截面1-1间列柏努利方程，有： 其中， , H0=0， u0=0, p0=0, H1=4.8m

3、, u1=2.205m/s代入上式得，2在由118根f252.5，长为3m的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。已知加热蒸汽的温度为132.9，空气的质量流量为7200kg/h，空气的进、出口温度分别20和60，操作条件下的空气比热为1.005 kJ/(kg)，空气的对流给热系数为50 W/(m2)，蒸汽冷凝给热系数为8000 W/(m2)，假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求：（1）加热空气需要的热量Q为多少？（2）以管子外表面为基准的总传热系数K为多少？（3）此换热器能否完成生产任务？2、解：（1） kJ/s(2) W/(m2)(3) m2 kJ/s，能够

4、完成生产任务。3、以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻土的悬浮夜。过滤机的滤框尺寸为81081025(mm)，共有37个框。已测出过滤常数K=10-4m2/s，qe=0.01m3/m2，qe=1s。若已知单位面积上通过的滤液量为0.15m3/m2，所用洗水量为滤液量的1/5。求： 1) 过滤面积和滤框内的总容量； 2) 过滤所需的时间； 3) 洗涤时间； 3、1) 过滤面积 A=2LBZ=20.810.8137=48.6m2 滤框总容积 Vz=LBdZ=0.810.810.02537=0.607m3 2）过滤时间 （q+qe )2=K(q+qe) (0.15+0.01)2=10-4(q+1)

5、 q =255s 3）洗涤时间 qw = 8(q+qe)qw/5K =8(0.15+0.01)0.15/(510-4)=348s 四、计算题（共45分，每小题15分）1、用离心泵由真空度为48 kPa的容器中输送液体，所选用泵的需要气蚀余量为49 kPa。该液体在输送温度下的饱和蒸汽压为26.66 kPa，密度为900 kg/m3，吸入管道因阻力损失的压头为0.20米液柱，试决定泵的安装位置。若泵入口端容器改为敞口，该泵又应如何安装？2、在一内钢管为f18010mm的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃从100C冷却到60C，其平均比热为2380J/(kgK)。环隙逆流走冷却水

6、，其进出口温度分别为40C和50C，平均比热为4174 J/(kgK)。内管内外侧对流传热系数分别为2000W/(m2K)和3000W/(m2K)，钢的导热系数可取为45 W/(mK)。假定热损失和污垢热阻可以忽略。试求：(1) 冷却水用量；(2) 基于内管外侧面积的总传热系数；(3) 对数平均温差；(4) 内管外侧传热面积。3、某板框压滤机共有10个框, 框空长、宽各为500 mm, 在一定压力下恒压过滤30min后, 获得滤液5m3, 假设滤布阻力可以忽略不计, 试求: (1) 过滤常数K; (2) 如果再过滤30min, 还能获得多少m3滤液? 四、计算题（共45分）解： (1) 由题意

7、知 kg/m3，kPa，m，kPa，Pam 由于求出的允许安装高度是负值，故要求泵的进口安装在水槽液面的下方2.72 m , 所 以，实际安装高度可取，m ， (2)由于容器敞口，Pa，m，为安全起见，实际安装高度可取，m。答：（1）泵的进口安装在液面下3.73 m 。（2）泵的进口安装在液面上方1.705m 解：(1) 由 得 (2) 所以 (3) (4)由 得 五、计算题 （共45分，每小题15分）1、 某车间需要安装一台换热器，将流量为30m3/h、浓度为10%的NaOH水溶液由20预热到60。加热剂为127的饱和蒸汽（在饱和温度下排除冷凝水）。该车间现库存一台列管式换热器，其规格为25

8、2mm；长度为3m；总管数72根。试问库存的换热器能否满足传热任务？蒸汽冷凝走壳程，NaOH水溶液走管程。管内NaOH水溶液一侧的2560W/m2。蒸汽冷凝一侧的210000 W/m2，钢的导热系数，污垢热阻总和 ，NaOH水溶液的Cp3.77kJ/kg.。2、每小时将2104kg、45氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B（如下所示），出口处距反应器液面的垂直高度为15m，反应器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为76mm4mm、长26.6m的不锈钢管。管线上有两个全开的闸阀、5个90标准弯头。45氯苯的密度为1075 kgm-3，粘度为6.510-4 Pas。泵的效率

9、为70%，求泵的轴功率。附：0.0293，各局部阻力系数为： 全开闸阀 1 = 0.17 90标准弯头 2 = 0.753、板框过滤机加压过滤某悬浮液.一个操作周期内过滤20分钟以后共得滤液4m3 (滤饼不可压缩,介质阻力忽略不计)。在一个操作周期内共用去辅助时间为30分 钟。求:(1)该机的生产能力为多少？(2)若过滤压强差加倍,其他条件不变(物性、过滤面积、过滤与辅助时间不变), 该机的生产能力提高了多少? A、 计算题（共45分）1、解：对库存换热器进行传热能力核算 其中 m2 换热器的传热速率 该换热器的热负荷 因为 所以库存的换热器能够完成传热任务。So1382000/109785.

10、414.8 m22 解：如图，取1-1、2-2界面，以1-1截面为基准面p1 = 26.7kPa（绝压），z1 = 0, u1 0 p2=101.3kPa（绝压）z2 = 15m =1.178m =0.4717m =23.83m Ne = HeqVrg = 23.83 5.168 10-3 1075 9.81 = 1.30 103W Na = 3、(1) 生产能力:Q=V/(+D)=4/(20+3060)=4.8 (m3/h) (2) V22=2kPA2 知 (V1/V2)2=(2kPA2)/(2k2PA2) V2=2V1=6.79(m3/hr) 提高(6.79-4.8)/4.8)100=41

11、.4 五、计算题（共45分，每小题15分）1在由118根f252.5，长为3m的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。已知加热蒸汽的温度为132.9，空气的质量流量为7200kg/h，空气的进、出口温度分别20和60，操作条件下的空气比热为1.005 kJ/(kg)，空气的对流给热系数为50 W/(m2)，蒸汽冷凝给热系数为8000 W/(m2)，假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求：（1）加热空气需要的热量Q为多少？（2）以管子外表面为基准的总传热系数K为多少？（3）此换热器能否完成生产任务？2、 现用一虹吸管来输送相对密度为1.2的某酸液，如附图示。设酸液流

12、经虹吸管的阻力忽略不计，问：（1）图A处（管内）和B处（管内）的压强各为多少kN.m-2？（2）若要增大输送量，你认为对此装置采用何种改进最为简单？为什么？3、 某降尘室长4m、宽2m、高2m，内用隔板分成25层，用以除去炉气中的矿尘。已知矿尘的密度为3000kg.m，炉气送入降尘室的密度为1.29kg.m，粘度为3.5105Pa.s，温度为150，尘粒直径在10m以上，问该降尘室每小时可处理炉气多少标准m3./h?（炉气压力近似为101.3kN.m） 四、计算题（共45分）1、解：（1） kJ/s(2) W/(m2)(3) m2 kJ/s，能够完成生产任务。2、解：在储槽液面1-1及管内A处

13、截面A-A列柏式：Z1g+P1/+u/2=ZAg+PA /+u/2+hf 1-A.(1)在储槽液面1-1及虹吸管出口内侧2-2列柏式：Z1g+P1/+u/2=Z2g+P2/+u/2+hf 1-2.(2)联解（1）（2）得：u2=2.8m.s-1 , PA=-4.7kN.m-2（表压）同时，当液体从1-1连续流到管内B处B-B*时Z1g+P1/+u21/2=ZBg+PB/+uB2/2+h1-B 0=0.29.807+PB/1200+2.82/2 PB=-7.06kN.m-2(表压)（2） V=d2u/4 当h1-2=0时，u=(2gZ)1/2 欲使V，简单方法是： 使d，即换一条直径较大的虹吸管

14、 使u，则应使Z，即可适当加长虹吸管，使其出口处降低。设为层流沉降： U=(1010)(3000-1.29)9.807/(180.03510) =4.6710m/.s 验算：Rep=(10104.67101.29)/(0.03510) =1.72101 假设正确单层流量：V单=Lbu=424.6710=0.037 m3/h 25层流量：V=25V单=250.037=0.925m/s =3330m3/h每小时处理炉气量V标=V(T/T)=3330(270/423) =2149.15m3./h五、计算题（共45分，每小题15分）1、用轴功率为0.55kW的离心泵，将敞口储槽中的液体输送至表压为90

15、 kPa的密闭高位槽中。已知液体的流量为4 m3/h，密度为1200 kg/m3、粘度为Pas ；输送管路的内径为32 mm，管路总长度为50 m（包括管件、阀门等当量长度）；两槽液位维持恒定的高度差15 m。试计算该离心泵的效率。摩擦系数由经验公式 0.3164/Re0.25计算。2、恒压过滤某悬浮液，已知过滤5min得滤液1L，若又过滤5min后，试求： 1. 得到滤液量（L）；2. 过滤速率（L/min）。设：过滤介质阻力可忽略。3、在由118根f252.5，长为3m的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。已知加热蒸汽的温度为132.9，空气的质量流量为7200kg

16、/h，空气的进、出口温度分别20和60，操作条件下的空气比热为1.005 kJ/(kg)，空气的对流给热系数为50 W/(m2)，蒸汽冷凝给热系数为8000 W/(m2)，假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求：（1）加热空气需要的热量Q为多少？（2）以管子外表面为基准的总传热系数K为多少？（3）此换热器能否完成生产任务？四、计算题（共45分）1、解：选敞口储槽液面为1-1，截面，高位槽液面为2-2，截面，并以截面1-1，为基准水平面，在两截面间列机械能衡算方程，即 其中 m，Pa m/s 湍流 J/kg m2、过滤介质阻力可忽略时的恒压过滤方程为 则 （1） （2）两式相除得 （3）

17、依题意 L 由（3）式得 L L L/min3、解：（1） kJ/s(2) W/(m2)(3) m2 kJ/s，能够完成生产任务。五、计算题（总分45分， 每题15分）1、现要设计一降尘室来净制气体，要求降尘室的最大生产能力为1500标准m3/h，近似常压的含尘气体。气体的温度为50，粘度为2105Pa.S，密度为1.5 kg/m3，而尘粒的密度为3500 kg/m3，最小直径为10m，沉降过程服从斯托克斯定律，试求：降尘室的面积(取整数)2、某水平通风管道，直径自300收缩至200mm。为粗略估算其中空气的流量，在锥形接头的两端外则各装一U形压差计。如图所示。测量粗管一边的压强为1200 P

18、a，细管一边的压强为780 Pa。假没测压点间空气的流动阻力损失可忽略不计，试求管内空气的流量为多少m3/h (空=1.2 kg/m3)3、在列管式换热器中，用热水加热冷水，热水流量为 kg/h，温度从95冷却到55，冷水温度从20升到50，总传热系数为2.8试求（1）冷水的流量；（2）两种流体作逆流流动时所需的传热面积；五、计算题（总分45分， 每题15分）1、解：(1)求Aut=(1010-6)2(35001.5)9.81/(18210-5)=9.5310-3m/sV=VT/T=1500(50+273)/273=1774.73m.3/hA=V/U=(1774.73/3600)/(9.531

19、0-3)=52m22、解：在两测压点间列柏式 ，由题意知，两测压点处压差很小，故可应用柏式： Z1=Z2 (P1-P2)/=(u22u12) /2即（1200-780)/1.2=(u22-u12)/2 (1)又 连续流动 , 空变化很小，u2=u1(d1/d2)2即 u2=u1(300/200)2=2.25u1 (2)(2)式代入(1)式得 u1=13.13m/sV=3600(0.3)213.13/4=3340m3/h 3、 五、计算题（总分45分， 每题15分）1、用板框过滤机恒压下过滤某种悬浮液，过滤机的尺寸为：滤框的边长为810mm(正方形)，每框厚度为42mm，共10个框。现已测得：过

20、滤10分钟得到滤液1.31m3,再过滤10分钟共得到滤液1.905m3,已知每m3滤液可形成0.1m3的滤饼，试计算： （1）过滤常数K为多少m2/s? Ve为多少m3/s？（2）将滤框完全充满滤饼所需的过滤时间为多少分钟 ?2、料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。塔内压强为1.96104Pa（表压），输送管道为362mm无缝钢管，管长8m。管路中装有90标准弯头两个，180回弯头一个，球心阀（全开）一个。，为使料液以3m3/h的流量流入塔中，问高位槽应安置多高？（即位差Z应为多少米）。摩擦系数取=0.039，料液在操作温度下的密度=861kg/m3；90标准弯头 ，=0.75；180回弯头，

21、 =1.5；球心阀(全开)，=6.43、120饱和水蒸汽将空气从20加热至80，冷凝水在饱和温度下排出，空气流量1.20104kg/h。现有单程列管换热器，f252.5mm钢管300根，管长3m，a0 = 104，污垢及管壁热阻不计。问此换热器能否满足要求。 五、计算题（总分45分，每题15分）1、解：(1)过滤面积A=0.812210=13.12m2根据恒压过滤速率方程:V2+2VVe=KA2将=10min,V=1.31m3;=20min,V=1.905m3代入上式解出:K=2.0110-5m2/s Ve=0.1376m3/s(2)滤框充满时所得滤饼体积:V饼=0.8120.04210=0.

22、2756m3滤框充满时所得滤液体积:V=V饼/=0.2756/0.1=2.756m3=(V2+2VVe)2/KA2=2、解：取管出口处的水平面作为基准面。在高位槽液面11与管出口截面22间列柏努利方程 式中 Z1=Z Z2=0 p1=0（表压） u10 p2=1.96104Pa（表压） 阻力损失 局部阻力系数为进口突然缩小（入管口） =0.590标准弯头 =0.75180回弯头 =1.5球心阀(全开) =6.4故 =10.6J/kg所求位差 3、解 a0ai Ki = ai = 124.5 W/(m2)Q = WcCpcDt = 1.00560 = 201 kJ/sDtm = Q = KiAi

23、Dtm 即 201103 = 124.5Ai65.5 Ai = 24.6 m2又，Ai = npdiL 即 24.6 = 300p0.020L L = 1.31 m3 m 满足要求五、计算题（总分45分，每题15分）1、用落球法测定某液体的粘度，将待测液体置于玻璃容器中测得直径为6.35mm的钢球在此液体中沉降200mm所需时间为7.32s，已知钢球的密度7900kg/m3，液体密度为1300kg/m3，计算液体的粘度。2、水从水池的喷嘴口1-1截面垂直向上喷射至大气，如下图，设在大气中流束截面保持圆形，已知喷嘴内直径d1=20mm，出喷嘴口水流速u1=15m/s。问：在高于喷嘴出口5m处水流

24、的直径是多大？忽略摩擦阻力。3、在列管式换热器中，用热水加热冷水，热水流量为 kg/h，温度从95冷却到55，冷水温度从20升到50，总传热系数为2.8试求（1）冷水的流量；（2）两种流体作逆流流动时所需的传热面积； 五、计算题（总分45分，每题15分）1、解：假设沉降发生在层流区小于1，假设成立。2、解：gz1u12/2p1/r = gz2u22/2p2/r z1 = 0，z2 = 5m，p1 = p2 u12/2 = gz2u22/2152/2 = 9.815u22/2 u2 = 11.26m/s 又， u1d12 = u2d22d2 = (u1/u2)1/2d1 = 0.020 = 0.

25、0231 m3、 五、计算题（总分45分，每题15分）1、 某板框压滤机共有10个框, 框空长、宽各为500 mm, 在一定压力下恒压过滤30min后, 获得滤液5m3, 假设滤布阻力可以忽略不计, 试求: (1) 过滤常数K; (2)如果再过滤30min, 还能获得多少m3滤液?2、100的水蒸汽在管壳式换热器的管外冷凝,冷凝潜热为258.4kJ/kg, 总传热系数为2039w/（m2.K），传热面积为12.75m2,15的冷却水以2.25105kg/h的流量在管内流过,设总传热温差可以用算术平均值计算,求水蒸汽冷凝量kg/h?3、用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为 38.4 T

26、/h,高位槽中液面比油池中液面高20m,管路总长(包括阀门及管件的当量长度) 430m,进出口阻力不计。管径为1084mm,若油在输送温度下的密度为960kg/m3, 粘度为3430cp, 求泵所需的实际功率, 设泵的效率=50%。五、计算题（总分45分，每题15分）1、解：（1）过滤面积 m2 m2/s （2） m3 过滤获得的滤液量 m3 即，再过滤30min，还能获得2.02m3滤液。2、Q=GcCpc(t2-t1)=KAtm, tm=(100-15)+(100-t2)/2=(185-t2)/2 Q=2.251054.18103(t2-15)/3600 =203912.75(185-t2

27、)/2 t2=23.1 Q=203912.75(185-23)/2=2105kwD=21053600/2258.4=3355kg/h3、对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程：He=Z+(l+le )/d(u2/2g)Z=20m l+le =430m d=108-24=100mm=0.1m u=Vs/0.785d2=38400/36000.7850.12960=1.415m/sRe=du/=0.11.415960/343010-3=39.6Ai ，所以适宜使用。3、（14分）解：（1）滤饼充满滤框时的总体积V饼0.450.450.025200.1m3，设：滤饼中水的体积为V水，固体体积为V固，则

28、应有： V水V固0.1 ，1000V水/3040V固0.4/0.6 ,联立解之得：V固0.033m3，V水0.067m3；悬浮液的总质量为：qm30400.033/0.052006.4kg，总水量q水为：q水1906kg ；总体积V悬：V悬1.906m3；所得滤液量为：V1.9060.0671.839 m3；（2）恒压过滤方程为：V22VVeKt，式中：VeAqe0.0042020.450.450.0324m3； 代入数据得：t(1.839221.8390.0324)/ 1.51052334s0.648h；二、计算题（共70分）1、（20分）有两个液面高度相差6m的贮槽A、F，其底部彼此用管道

29、连接。上槽A地面出口连接一根直径为600mm、长为3000m的管道BC，在接点C管路分为两支分别与下槽底部相通，支路CD和CE的长度为2500m、直径均为250mm，若已知摩擦系数值均为0.04，试求A槽向下槽F的流量为多少？（忽略所有的局部阻力） 2、（15分）离心泵的特性曲线为H=30-0.01qv2，输水管路的特性曲线为He=10+0.05qv2（H的单位为m，qv的单位为m3/h）。试问：1）此时管路的输水量是多少？2）若要求输水量为16m3/h,应采取什么措施？采取措施后，两特性曲线有什么变化？（定量表示）3、（15分）在板框压滤机中以300kPa的压降差过滤含钛白粉的水悬浮液。通过

30、实验已测得过滤常数K=4.510-5m2/s，qe=0.01m3/m2,且每获得1L滤液得滤饼0.06L。采用的正方形板框压滤机的尺寸为：滤框边长810mm，框厚：25mm，25个框。过滤推动力及所用滤布与试验时相同。试求：1.过滤至框内全部满滤饼后，用相当滤液量1/10的清水进行洗涤，求洗涤时间；2.若每次卸渣、重装等辅助时间为0.25h，求以滤饼体积计的过滤机的生产能力。4、（20分）某列管换热器由多根252.5mm的钢管组成，将流量为15103kg/h由20加热到55,苯在管中的流速为0.5m/s，加热剂为130的饱和水蒸汽在管外冷凝，其汽化潜热为2178kJ/kg，苯的比热容cp为1.

31、76kJ/kgK,密度为858kg/m3，粘度为0.5210-3Pas，导热系数为0.148W/mK，热损失、管壁热阻及污垢热阻均忽略不计，蒸汽冷凝时的对流传热系数为10104 W/m2K。试求：1）水蒸汽用量（kg/h）；2）总传热系数K（以管外表面积为准）；3）换热器所需管子根数n及单根管子长度L。二 、计算题 1、（20） 解:在A槽液面和F槽液面列柏努利方程,A槽液面为基准面,有 , 式中: (表压), 根据连续性方程: ,即 () 即: 将相关数据代入柏努利方程: ,2、解:(15分)1.泵得特性曲线 ,管路 两曲线联立: (8分)2.若要求水量为 ,应关小阀门,此时管路阻力增加,特

32、性曲线为 解得 , (7分) 此时 (若流量长期改变也可以,但常用阀门调节)。3、 (15分) 解: 过滤面积 滤饼充满滤框时滤饼体积: 又 过滤时间 板框机洗涤 洗液 (8分)过率机生产能力：=0.53 m3/h(可表示成：m3/h 不扣分) （7分）4、（20分） 解：1）qm1 热负荷 =151031.76（55-20） =9.24105 KJ/h (7) 2) K 苯侧的： 流体被加热， =834.3 w/m2 基于外表面积：w/m2 （7分）3）L及n 由传热基本方程：、 m2 (根) （6分）五、 计算题 （共45分，每小题15分）1、设计精馏塔分离含苯0.639的苯与甲苯的混合液

33、，混合液的处理量每小时24Kmol/h，要求分离成xD为0.974和xw为0.047（均为摩尔分率，下同），混合液在泡点下进料。试求：（1） 所得馏出液和残液的量；Kmol/h（2） 最小回流比；（3） 求当回流比为最小回流比的2倍时的理论塔板数和加料位置。2、在常压填料吸收塔中，以清水吸收焦炉气中的氨气。在操作条件下，焦炉气中氨的浓度Y1为0.0134（摩尔比），惰性气体流量为220Kmol/h，要求回收率不低于99。若吸收剂用量为最小用量的1.5倍，操作条件下平衡关系为Y=1.2X，塔的横截面积为1.4m2，气相体积吸收总系数KYa=200 kmol/(m3h)。求填料层高度。3、有一盘式

34、干燥器，器内有50只盘，每盘深度为0.02m，面积为0.7m2，盘内装有湿的无机颜料，物料含水率由1kg（水）/kg（干物料）干燥至0.01kg（水）/kg（干物料）。物料的临界含水量为0.3kg（水）/kg（干物料），假设平衡含水量为零。临界干燥速率为2.091kg/m2h，干燥后物料密度为600kg/m3。试确定所需干燥时间。 五、计算题 （45分）1、解：对全塔进行物料衡算：即： 解得：D=15.35 kmol/h W=8.65 kmol/h即馏出液和残液的量分别为15.35 kmol/h和8.65 kmol/h。泡点进料，所以q=1所以q线垂直于x轴。苯甲苯的平衡关系如右图所示，平衡线上凸，无拐点。所以由气液相平衡关系内插得：xF=0.639时，yF*=0.813所以 计算结果得：全塔所需理论塔板数为NT=10（扣除塔釜