化工原理作业答案

1、化工原理作业答案 - 时 需 - - - - - 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 1 0 3 20 1 0 3 pa 65.3kpa （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压= 101.33 1 0 3 65.3 1 0 3 pa 36.03kpa z 5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 r

2、 1 =500 mm， r 2 =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 管与大气连通的玻璃 管内灌入一段水，其高度 r 3 =100 mm。试求 a、b 两点的表压力。 解：（1）a 点的压力 p a 水 gr 3 汞 gr 2 1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 pa 1.165 10 4 pa （表） （2）b 点的压力 p b p a 汞 gr 1.165 10 4 13600 9.81 0.5 pa 7.836 1 0 4 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

3、罐内液面维持恒定，其上方压 力为 1.0133 10 5 pa。流体密度为 800 kg/m 3 。精馏塔进口处的塔 内压力为1.21 10 5 pa，进料口高于储罐内的液面 8 m，输送管道 直径为 0 68 mm 4 mm，进料量为20 m 3 /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 p 1 2 2 gz 1 w e 型也 gz 2 h f 2 2 p 1 1.0133 10 5 pa; p 2 1.21 10 5 pa; z 2 乙 8.0m; u 1 0； h f 70 j kg u 2 v v

4、 20 3600 m s 1.966 m s a n 2 3.14 2 d 2 0.068 2 0.004 4 4 2 2 w p 2 p 1 u 2 u 1 g z 2 h f w e 1.21 1.0133 10 800 1.966 2 2_ 9.8 8.0 70 j kg 246 1.93 78.4 70 j kg 175j kg 768.9w 19.用泵将 2 x 10 4 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 25.9 x 10 pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。 管道为 76 mm x 4 mm 的钢管，总长为 35 m， 管线上有两个全开的

5、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/m 3 ，黏度为 6.3 10 -4 pa s。管壁绝对粗糙度可取为 0.3 mm。） 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 解：在反应器液面 基准水平面，得 2 _p1 2 gz i w e gz 2 2 u b2 p 2 - h f 2 （1）式中 , z 2 =17 m , u b 仟 0 w 2 10 4 2 ms 1.43ms .2 3600 0.785 0.06

6、8 2 1073 d 4 p 1 =-25.9 x 10 3 pa （表）,p 2 =0 （表 ） 将以上数据代入式（1）,并整理得 2 u b2 卩 2 pl u b2 w e g（z 2 乙） 2 2 3 1.43 25 9 10 =9.81 x17+ + + 2 1073 h f h f =192.0+ h f 其中 2 u b2 2 re 0.068 1.43 1073 0.63 10 3 =1.656 x e 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 x 2 m =0.86 m 标准弯头：

7、 2.2 x 5 m =11 m 2 h f =(0.03 x 35 0 - 86 11 +0.5+4) 11-j kg =25.74j/kg 0.068 是 w e 192.0 25.74 j kg 217.7 j kg 泵的轴功率为 n s = w e w/ 217.7 2 w =1.73kw 0.7 20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 15m 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）

8、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（m 3 ）? （2）当闸阀全开时，u 管压差计测压处的压力为多少 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 基准水平面，得 2 u b1 pi g 乙 2 gz 2 2 u b2 2 pa （表压）。（闸阀全开时 l e /d 2-2 ， 间列机械能衡算方程，并通过截面 2-2 , 的中心作 h f , 2 (

9、a) 式中 p 1 =0（表） p 2 hg gr h 2 o gr 13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 pa 39630pa (表) u b2 =0， z 2 =0 z 1 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 h 2 o g(z 1 h) hg gr (b) 式中 h=1.5 m, r=0.6 m 将已知数据代入式（b）得 13600 0.6 1.5 m 6.66m 1000 - 时磊忖亦- . . . . . hf,1-2 ( l j% 2.13u 2 (0.025 15 0.5) u b 2.13u b d 2 0.1

10、2 将以上各值代入式（ a),即 u 2 39630 2 9.81 x 6.66= u+ +2.13 u b 2 t 1000 解得 u b 3.13m s 水的流量为 v 3600 n d 2 u b 3600 0.785 0.1 2 3.13 m 3 s 1.43m 3 s 4 （2 ）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 2 9.81 x 6.66= u+4.81 u b 2 2 解得 u b 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 将以上数值

11、代入上式，则 解得 p 2 =3.30 x 10 4 pa (表压) t .15m 2um j h l - 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 m 3 /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 2 h e k bq e 由于

12、启动离心泵之前 p a =p c ,于是 z 二=0 g 38/(39) 2 h 2 /m 5 =2.5 x 10- 2 h 2 /m 5 2.5 10 2 q 2 (q e 的单位为 m 3 /h) （2）输油管线总长度 l je_u d 2g n 0.01 m/s=1.38 m/s 4 h e bq； h e h 38 m 2. 2gdh 2 u 用离心泵（转速为 l e 和出口压力表的读数分别为 2 9.81 0.1 38 2 m=1960 m 0.02 1.38 2 2900 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

13、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 2 hf,0 1 3 . 0u1 （ 山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 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） c, 98.1 kpa ，得到 2 p 1 u 1 - 时 需 sr 彳 - - - - 将有关数据代入上式并整理，得 2 60 10 3 3.5u ； 2.5 9.81 35.48 1000 u 1 3.184 m/s 则 q

14、( 上 0.08 2 3.184 3600) m 3 /h=57.61 m 3 /h 4 (2) 泵的扬程 h h 1 h 2 h o (3) 泵的效率 hq s g 29.04 57.61 1000 9.81 o0/ s 100% =68% 1000p 3600 1000 6.7 在指定转速下，泵的性能参数为： q=57.61 m 3 /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 32.5 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

15、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 h g p v npsh h f, 0 1 g 式中 匕_敗 0 g 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。 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 10 5 q 2 28 4.2 10

16、 5 (|) 2 解得： q=5.54 x 10 3 m 3 /s=19.95 m 3 /h (2) 两台泵的串联 5 2 5 2 8.8 5.2 10 q 2 (28 4.2 10 q ) 解得： q=5.89 x 10- 3 m 3 /s=21.2 m 3 /h 在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量 21.2 m 3 /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 形颗粒，密度为 3000 kg/m 3 。气体的处理量为 3000 (标准) 最小颗粒直径。 (1) 若操作在 20 c 下进行，操作条件下的气体密度为 (2) 若操作在 420 c

17、下进行，操作条件下的气体密度为 解: (1) 5 m，宽 5 m,高 4.2 m，固体杂质为球 m 3 /h。试求理论上能完全除去的 1.06 kg/m 3 ，黏度为 1.8 10 -5 pa?s 0.5 kg/m 3 ，黏度为 3.3 0 -5 pa?s 在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为： u t bl 273 20 3000 - 273 m s 0.03577 m s 3600 55 设沉降在斯托克斯区，则： 人 o.。 3577 叫严 d i 18 ut j 18 1.8 105 0.03577 1.985 10 5 m 19.85pm "( s )g , (3

18、000 1.06) 9.81 核算流型: 1.985 15 op 577 1.06 0.04!8 1 1.8 10 原设滞流区正确, (2)计算过程与 能够完全除去的最小颗粒直径为 1.985 0 -5 m。 (1)相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为: u t bl 设沉降在斯托克斯区，则: 3000 3600 了 5 口 s 0.0846ms d 18 u t 18 3 . 3 105 . 0846 4.132 105 m 41.32 叩 "( s )g (3000 0.5) 9.81 核算流型: 4. 132 10 5 0 .0846 0.5 0.0529 1 3.3

19、10 5 解：取隔板间距为 h,令 l h u u t l 则 h -u t (1) u 3000 273 427 u qv,s 3600 273 m s 0.1017m s bh 5 4.2 原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为 4.132 0 -5 m。 3.对 2 题中的降尘室与含尘气体， 在 427 c 下操作，若需除去的最小颗粒粒径为 10 pm 试确定降尘室内隔板的间距及层数。 联立解出 v e 0.1376m 3 , k 2.010 10 5 m 2 /s 恒压过滤方程式为 v 0.2752v 3461 10 3 v c 0.81 0.81 0.042 10m 3 0.2

20、756m 3 v c 3 v 2.756m 3 v 代入恒压过滤方程式求过滤时间 2.756 2 0.2752 2.756 / 3.461 10 3 s 2414s 40.23min （2 ）生产能力 0.2756 m 3 /s 4.823 10 5 m 3 /s 0.206m 3 /h 2414 45 60 3 u t g 18 6 2 10 10 18 3.31 3000 5 9. 81 记 4.954 10 3 m s 由(1)式计算 h 5 4.954 0.1017 h 3 10 m 0.244m 层数 n 4.2 0.244 17.2 取 18 层 4 2 m 0.233m 18 核

21、算颗粒沉降雷诺数： du t 10 10 6 4.954 10 4 3.3 10 5 10 4 1 核算流体流型: re d eu 2bh 2 5 0.233 ( )u 0.1017 0.5 5 - 686 2100 3.3 10 5 10.板框压滤机过滤某种水悬浮液， 已知框的长 k 宽 x 高为 810 mmx810 mm x 42 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 m 3 ，再过滤 10 min , 共得滤液量为 1.905 m 3 ,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

22、置的生产能力 （ 以得到的滤饼体积计 ） 。 解：（1）过滤面积 a 0.81 2 2 10 由恒压过滤方程式求过滤常数 13.122m 2 1.31 2 2 1.31v e 13.122 2 10 60k 1.905 2 2 1.905v e 13.122 2 20 60 k - 时 需 sr 彳 - - - - k=5 x10 -5 m 2 /s, q e =0.01 m 3 /m 2 ，滤饼体积与滤液体积之比 u 0.08。现拟用有 38 个框的 3 bmy50/810-25 型板框压滤机在 134 10 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（m 3 滤 液/h）。 解：（1）硅藻土， s 0.01 ，可按不可压缩滤饼处理 k 2k p ， q e 与 p 无关 275.6s (2)洗涤 （3）生产能力 m 3 /h 20.27m 3 /h 275.6 207.9 15 60 /3600 7.在一传热面积为 25 m 2 的单程