化工原理例题汇总

1、第一章流体流动例1高位槽内的水面高于地面 8m，水从01O8X4mm的管道中流出,管路出口高于地面 2m。在本题特定条件下， 水流经系统的能量损失可按Eh f = 6.5 u2计算，其中u为水在管道的流速。试计算:A A截面处水的流速;水的流量，以m3/h计。解：设水在水管中的流速为 u，在如图所示的1 1 , 22,处列柏努力方程Z1 g + 0 + p 1/ p =匹 + u 2/2+ P 2/ p + hE2 2代入数据(Z1 - Z2) g = u /2 + 6.5u(8-2) 9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s换算成体积流量2qv = uA= 2.9 Xn /4 X360

2、03=82 m /h1100kg/ m3,循环量为36m3。管路例2本题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为 的直径相同，盐水由 A流经两个换热器而至 B的能量损失为98.1J/kg,由B流至A的能量损失为49J/kg,试求：（1）若泵的效率为70%时，泵的抽功率为若干 kw ? （ 2）若A处的压强表读数为245.2 X03Pa时，B处的压强表读数为若干Pa?T/qk环热器解：（1 ）由A到B截面处作柏努利方程220+UA /2+Pa/ p =Big+UB /2+Pb/p +9.85 p; CX9 X7 + ?管径相同得 Ua=Ub( Pa-Pb) / P =Zg+9.81* e1 W:

3、 a7 e% u, k9 Y1 o- H x由B到A段，在截面处作柏努力方程B22ZBg+UB /2+Pb/ p +W=0+ai + Pa/ p +49 W= ( Pa-Pb) / - ZBg+49=98.1+49=147.1J/kg 3 l& p- D8 i4 no f qm= qvP =36/3600 X 1100=11kgqs i 3 M# a$ R/ y) p5 |Pe= qm XW=147.1 X11=1618.1W% E5 |O W* y Z% ( ?* I( V8 b泵的抽功率 N= Ne /76%=2311.57W=2.31kw 1 s$ m& Z6 P! k) r： g； q

4、(2)由第一个方程得(Pa-PB) / p =Bg+9.81 得 7 a6 W, R# w+ E& v9 vPb=Pa-p (ZBg+9.81)=245.2 X03-1100 X X.81+98.1)$ m) z： B8 f. q3 u4 l4=6.2 X0 Pa y7 W- m# z m X; p例3.用离心泵把 20C的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定， 各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为76 X 2.5mm在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66 103Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按刀h f,1=2u2,刀h,2=10u2计算，由于管径

5、不变,故式中u为吸入或排出管的流速m/S。排水管与喷头连接处的压强为98.07 xi03Pa (表压)。试求泵的有效功率。解：总能量损失 刀hf= Efi1+Ehf, 2在截面与真空表处取截面作方程:2 2Z0g+U0 /2+p0/p=Z1g+u /2+P1/ p +Ih12 _ -(P0-P 1) / 尸 z1g+u /2 + Zfh 1 u=2m/s qm= qv 尸7.9kg/s在真空表与排水管-喷头连接处取截面2 2Z1g+u /2+P1/p+W=Z2g+u /2+P2/ p +Zfh 22Z1g+u /2+P1/p)/998.2 X3M0 X222 We= Z2g + u /2+ P

6、2/ p +Zfh2-(=12.5 X.81+ (98.07+24.66) =285.97J/kgPe= qm XW =285.97 X9=2.26kw例4.用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为e 60 X 3.5mm,其他尺寸见本题附图。 各管段的能量损失为刀hf, aef刀h f ,cc=u2.ih f, bc=1.18u 2。两压差计中的指示液均为水银。试求当 R=45mm h=200mm时：(1)压缩空气的压强P为若干？( 2) U管差压计读数R2为多少?100/习题1urns解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+Pi/ P

7、 =Zg+0+P p +Kf二 P1= Zg p +0+P+ pih f2 2=10 9.81 1100+1100 (2u +1.18u )=107.91 103+3498U2在压强管的B, C处去取截面，由流体静力学方程得Pb+ pg ( X+R1) =Pc + p ( hBc+x) + p 水银 R1gPb+1100 9.81 X( 0.045+x) =Pc +1100 %81 x( 5+x) +13.6 103X9.81 0.0454Pb-Pc=5.95 10 Pa在B, C处取截面列柏努力方程20+ub2/2+Pb/ p=Zg+uc /2+Pc/p +1 f，bc管径不变， ub=u

8、cPb-Pc= p(Zg+ ih f，BC) =1100X (1.18u2+5 X9.81) =5.95 104Pau=4.27m/s压缩槽内表压P1=1.23 105Pa(2)在B, D处取截面作柏努力方程20+u /2+Pb/ p = Zg+0+0+ If，Bc+Ih f, cd2224Pb= (7 X9.81 + 1.18u +u -0.5u ) 100=8.35 10 PaPb- p gh=水银 R2g48.35 10-1100 9.81 0.2=13.6 103X9.81 R2R2=609.7mm例5.从设备送出的废气中有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些物质进行

9、综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m6/h，其物理性质与 50 C的空气U管压差计,I林啊I 2Jrt料恺基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的起读数为30mm输气管与放空管的内径均为250mm管长与管件，阀门的当量长度之和为50m放空机与鼓风机进口的垂直距离为20m已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96X 103Pa。管壁的绝对粗糙度可取 0.15mm大气压强为101.33 X 103。求鼓风机的有效功率。解：查表得该气体的有关物性常数p=1.093 ,尸1.96 X05Pas气体流速 U = 3600/(3600 4/nX0.252) = 20.

10、38 m/s质量流量qm = 20.38 4/nX0.252X1.093=1.093 Kg/s流体流动的雷偌准数Re = du p尸2.84 X05为湍流型所有当量长度之和応=+ 2 e=50m取 0.15 时 如=0.15/250= 0.0006 查表得 入 =0.0189所有能量损失包括出口 ，入口和管道能量损失即：Z = 0.5 uX/2 + 1 uX2 + (0.0189 50/0.25) u2/2=1100.66J/kg在1-1、2-2两截面处列伯努利方程u2/2 + P1/ p+ W = Zg + U 2/2 + P2/p+ ZhW = Zg +(P2-P1)/ P +Z而 1-1

11、、2-2 两截面处的压强差P2- P1 = P2- P水gh = 1.96 103 - 103X9.81 X1 X03=1665.7 Pa W = 2820.83 W/Kg泵的有效功率pe = Wexqm = 3083.2W = 3.08 KW例6.如本题附图所示，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为 100mm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管差压计，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长度为20m。(1).当闸阀关闭时，测得 R=600mm , h=1500mm ;当闸阀部分开启时，测的R=400mm

12、 ,h=1400mm。摩擦系数可取0.025，管路入口处的局部阻力系数为0.5。问每小时从管中水流出若干立方米。(2).当闸阀全开时,管压差计测压处的静压强为若干(Pa,表压)。闸阀全开时le/d - 1,5摩擦系数仍取0.025。解：根据流体静力学基本方程，设槽面到管道的高度为 Xp水 g(h+x)=轉 gR310 X(1.5+X)= 13.610%.6x = 6.6m部分开启时截面处的压强P1 = p水银 gR - p水 gh = 39.63 1098在槽面处和1-1截面处列伯努利方程Zg + 0 + 0= 0 + u2/2 + P1/ p + h刀2而刀h =入(I ef/ai : Z

13、-u /2=2.125 u22 2 6.6 ：9.81 = u /2 + 39.63 + 2.125 uu = 3.09/s23体积流量 qm = uA p= 3.09 X4 X0.1) X3600 = 87.41m /h闸阀全开时 取2-2,3-3截面列伯努利方程2 2 2Zg = u /2 + 0.5u /2 + 0.025 (15C+l/d)u /2u = 3.47m/s取1-1、3-3截面列伯努利方程 2 2P1/p = u /2 + 0.025 (15+ ld)u /2 Pi = 3.7 10： Pa例7.用效率为80%的齿轮泵将粘稠的液体从敞口槽送至密闭容器中，两者液面均维持恒定,

14、容器顶部压强表读数为 30X103 Pa。用旁路调节流量，起流程如本题附图所示，主管流量为14m3/h，管径为0 66 X 3m,管长为80m （包括所有局部阻力的当量长度）。旁路的流量为35m /h，管径为 32 X 2.5mm管长为20m （包括除阀门外的管件局部阻力的当量长度）两管路的流型相同，忽略贮槽液面至分支点0之间的能量损失。被输送液体的粘度为50mPas,$ n6 f, P$ + e& R1 f4 7 Y7Y- v4 h; l密度为1100kg/m3，试计算：（习题1- ig附图解：泵的轴功率分别把主管和旁管的体积流量换算成流速% ?+ u5 P* C& - A. h & z主路

15、流速 u = qv/A = 14/3600X (n /4衣10(60 J8 J O, x V9 A=1.38 m/s旁路流速u1 = qv1 /A = 5/3600X (n /42x10-(27)=2.43 m/s先计算主管流体的雷偌准数7 D1 j- 0 A3 & K4 mRe = du p / 卩=1821.6 32lnF1 0.741)00|+0.741= 32x0.0148x一1 -24= 0.4736mx4.646 = 2.2my； = yi mx = 0.050.556X 0.06 = 0.016632=y2 -y2= y2 -mx? = 0.005ym Ay1 -纫2猊 fs10

16、V 0.005 丿_ y1 - y2Aym込哼4.6649.647X10 亠K 讥G =32.0148mM.664 = 2.21m例19.有一吸收塔，填料层高度为3m,在常压、20C用清水来吸收氨和空气混合气体中的氨。吸收率为99%，进口气体中含氨 6% (体积%),进口气体速率为 580kg rn ，进口清 水速率为770kg m也4，假设在等温条件下逆流吸收操作， 平衡关系ye=0.9x，且KGa 与气体质量流速的0.8次方成正比，分别计算改变下列操作条件后，达到相同分离程度所需 填料层高度。(1)将操作压强增加一倍(P=202.6kPa),其他条件不变。(2) 将进口清水量增加一倍，其他

17、条件不变。(3) 将进口气体流量增加一倍，其他条件不变。解：一、求现有条件下的 KGa y1 = 0.06 , y2 = (1 - 0 $1 = (1 -0.99 ) 006 ：= 0.0006 m =0.9 , X2 =0 , Z =3m , P = 101.3kPa G/C =580/29 =20kmol -m- .hIn怡_匹仔-叫 L 人 y2mx2 /G/C =770/18 =42.8kmol hZ =-X 1aa PG 1 _mG -L20km oI 加 h1f 0.06、1”KGa =XIn 1(1 0.42 i + 0.42 3m 咒 101.3k Pa 0.9咒20 广10.

18、0006 丿 -42.8= 0.4615kmoI rn巾kPa二.分别计算：P = Ex, E P E = mP=mP(1) P = 202.6kPa”m = mP/ P = 0.9 X 101.3/ 202.6 = 0.45Z Kca P qX 二f mG Yyj -m x2 ,In 1 20m gG 氏 L Ay2-mx2 丿 L=X1In (1 -0.21) O.06 + 0.210.4615 咒 202.61 _0.45X20 |卩0.000642.8= 1.184mG 1(2) Z = -X aa* pq 4 mG -LL =2L = 2X42.8 =85.6lJ|flmG )IL丿

19、彳y1 mx2 ly2 -mx2 J十mGXIn (1 -0.21) O.。6 +0.21I0.4615X101.3,0.9天200.00061 -85.620=2.37 m(3) (aa) =(G/G 0.8 aa= 20.8 X 0.4615 =1.741 X 0.4615 =0.8035GV/O =2G/O =40kmol、m 十GV二 z =X 1(KGa)”PQ 1 mGLm G y y1 mr丿匸丿X1In 1(1 -0.84+0.840.8035X101.3 0.9咒40|10.000642.8= 0.4914X17.64 =8.67m40第六章精馏例20.在一常压精馏塔内分离苯

20、和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h，含苯0.4,要求塔顶馏出液中含苯0.9 （以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流。已知 0=2.5，取回流比为最小回流比的1.5倍。试求：（1）塔顶产品量D、塔底残液量 W及组成Xw ；（ 2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4） 提馏段操作线方程；（5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成为多少？ （6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数为多少？解：（1）塔顶产品量D、塔底残液量 W及组成Xw ；0.9由DD，得：D J00024y9 =400kmol/hFXfW=F

21、- D=1000-400=600kmol/h又由物料衡算FXf = DxD +Wxwxw = (1000% 0.4 - 400X 0.9)/600 = 0.0667（2）最小回流比;泡点进料，q=1, Xq = Xf = 0.4_Xqyq 1+0 -1)Xq=Z4 =0.6251 +1.5X0.4RminXd - yq O625 =1.22yq - Xq0.625-0.4（3）精馏段操作线方程;R =1.5Rmin =1.83y話 Xn+琵=0.646xn+0.318（4）提馏段操作线方程;V=V =(R +1)D =2.83X400 =1132L = L +q F =RD+F =1.83咒4

22、00+1000 =1732, L , Wxw1732 ,600 咒 0.0667ym+ =RXmXm VV 11321132=1.53Xm - 0.0353（5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成ywaXw1 + (a -1)Xw=壬0込=0.1521 +1.5x0.0667由操作线方程yrU= 1.53x0.0353y =1.53x；-0.0353X； =0.0763（6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数又为多少。饱和蒸气进料，q=0， yq =Xf =0.4RminaXq1 +(a -1)Xq得Xq =0.21二=.=2.630.4-0.21yq -XqRRm i n例21.用一连续精馏塔分离由组分A?B组成的理想混合液。原料液中含A 0.44，馏出液中含A 0.957 （以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5,最回流比为1.63,试说明原料液的热状况，并求出 q值。解：采用最小回流比时，精馏段操作线方程为联立两方程解得X = 0.367, y = 0.592Xq，yq)。此点坐标（0.367，0.592）即为（因XF = 0.44，即XqV Xf yq,