设备选型作业及解答

1、第一章1-1 用泵将敞口贮液池中20的水经由批108mm×4mm的钢管送至塔顶，塔内表压力为6.866×103Pa。管子总长为80m，其中泵的吸入段管长为10m，装有一个吸滤筐和底阀，还有一个90o弯头。泵的排出管路中装有一个闸阀和两个90o弯头，喷嘴阻力为9.810×103Pa。当管路中的体积流量为50m3h时，试求泵的有效功率及轴功率。设泵的效率0.65。解：以地面为基准面，在水池面1-1与喷嘴处2-2截面间列实际流体流动的机械能衡算式： 因Z1=-2m，Z2=24m，P1=0，P2=6.866×103Pa，u1=0，并查得20水的密度=998.2k

2、g/m3，代入上式并整理，可将机械能衡算式简化为 He = 26.859+hf现求管路中的总压头损失hf。直管总长 l = 80m3个90°弯头 le = 3×40d = (3×40×0.1)m =12m1个闸阀 le = 1×15d = (1×15×0.1)m =1.5m吸滤筐和底阀= 7水池中水进入管路时，突然缩小= 0.5喷嘴阻力pc=9.810×103Pa 故 求摩擦系数查得20水的粘度=1.005 Pa·s按使用数年后的无缝钢管计，=0.19，相对粗糙度，查图得=0.0246，代入上式得He =

3、 (26.859+5.861)m = 32.720m泵的有效功率Pe和轴功率P分别为P = Pe/0.65 = 6.85kW第二章2-1 已知含尘气体中尘粒的密度=2300kg/m3，气体的温度为377K，粘度为0.036cP，流量为1000m3/h，密度为。采用标准型旋风分离器分离尘粒，取D=400mm，试计算临界颗粒直径和压强降解：（1）求 按以下公式计算： 已知：，N=5 h=D/2 （2）求压强降 ，所以： 第三章3-1 有一板框压滤机，在表压1.5atm下以恒压操作方式过滤某一种悬浮液，2h后，得滤液40m3过滤介质的阻力不计。试计算： （1）若其他情况不变，过滤面积加倍，可得多少滤

4、液； （2）若表压加倍，而滤饼是可压缩的，其压缩性指数为s=0.25，2h后可得滤液多少？ （3）若其他情况不变，但将操作时间缩短1h，所得滤液为多少？ （4）若在原表压下过滤2h后，用5m3的水洗涤滤饼，需多长洗涤时间？解：（1）过滤面积加倍 因恒压操作，过滤介质阻力不计，直接应用下式： （） 所以，滤液量加倍，即80m3 (2) 表压加倍 对可压缩滤饼，用下式计算： 因此，2h后的滤液（3） 操作时间缩短1h，则： 所以，（4）求洗涤时间 采用横穿流法洗涤，用下式计算： 洗水为5m3，则洗涤时间：3-2 密度为1116kg/m3的某种悬浮液，于400mmHg的真空度下用小型转筒过滤机做实验

5、，测得过滤常数 。现用一直径为1.75m、长0.98m的转筒真空过滤机进行生产操作。操作时与试验条件相同。转速n=1r/min，转筒沉浸角度为125.5o滤布阻力忽略。试计算过滤机的生产能力。解：转筒过滤面积为： 转筒沉浸度为：则生产能力：第四章4-1 在一单壳程、四管程的列管换热器中，用水冷却热油。冷水在管内流动，进口温度为15，出口温度为32；油的进口温度为120，出口温度为40。试求两流体间的平均温度。（已知当，校正系数；R=4.71，P=0.162，）解：此题为简单折流时流体的平均温度差，因此先按逆流计算，即： （） 所以，（）4-2 某日化厂一列管式换热器有的不锈钢管136根组成，平

6、均比热为4.187kJ/kg·的某溶液在管程作湍流流动，流量为15000kg/h，并由15加热到100，温度为110的饱和蒸汽走壳程。已知单程时管壁对溶液的对流传热系数，蒸汽对管壁的对流传热系数=11630W/m2·，钢管的导热系数=41 W/m2·，垢层热阻忽略不计（已知）。试求：（1）管程为单程时的列管长度；（2）管程为4程时的列管长。解：（1）管程为单程时的列管长 据热量衡算式可得其换热量为：总传热系数：（）平均温度差：（）传热面积： （2）求管程为4程时的列管长，则所以：W/m2·故 因为分为4程，所以每程长度为：第五章5-1在单效蒸发器中，将1

7、5%的CaCl2水溶液连续浓缩到25%。原料液流量为20000kg/h，温度为75。蒸发操作的平均压强为0.5kgf/cm2，溶液的沸点为87.5。加热蒸汽绝压为2.0 kgf/cm2。若蒸发器的总传热系数K为1000W / m2·，热损失为蒸发器传热量的5%，试求蒸发器的传热面积A和加热蒸汽消耗量D。解： 根据下式可求得水分蒸发量W，即W = F( 1x0/x1) = (20000/3600)(10.15/0.25) = 2.22kg/s蒸发器的热负荷可用下式求得Cp0 =Cpw(1-x0) = 4.187(1-0.15) = 3.56kJ / kg·查表得0.5 kgf

8、/cm2下饱和蒸汽的汽化潜热=2305 kJ / kg；且知：QL=0.05Q，t1= 87.5，t0=75，则得Q= 1.05FCp0(t1t0)+W =1.05(20000/3600)×3.56×103×(87.5-75)+2.22×2305×103 = 5.632×106W 又从蒸汽表中查得2 kgf/cm2下饱和蒸汽温度为119.6，汽化潜热为2206kJ/kg，则根据下式可求得该蒸发器的传热面积:A=Q/K(T-t1) = 5.632×106/1000(119.687.5) = 175.5 m2则加热蒸汽消耗量为

9、D = Q / = 5.632×106/2206×103=2.55kg/s = 9180kg/h5-2 在三效并流加料蒸发操作中，将10.6%(质量)NaOH水溶液浓缩至30%的NaOH水溶液，加料量为24000 kg/h。试求总蒸发量、各效的蒸发量及各效溶液的浓度。解： 已知：F =24000 kg/h ，x0 = 10.6%，x3 =30%(1)求总蒸发量 根据下式可求得总蒸发量W，即 W = F( 1x0/x3) = 24000(10.106/0.30) = 15500 kg/h(2)求各效的蒸发量Wi，根据经验，并流时各效的蒸发量之间的比例关系约为： W1W2W3

10、= 11.11.2且知 W = W1+W2+W3 = 15500 kg/h将(1)、(2)两式联立求解，可得：W1=4700 kg/h W2=5160 kg/h W3=5640 kg/h (3)求各效溶液的浓度，由下式可依次求得各效溶液的浓度(质量分率)为第一效溶液浓度 第二效溶液浓度 第九章91 有一常压干燥器，将某种物料从湿含量30%(湿基)干燥到湿含量4%(湿基)，湿度为0.008(kg水/kg绝干空气)的湿空气经预热后进入干燥器作为干燥介质。已知离开干燥器的空气湿度为0.035，干燥产品量为630kg/h，求原空气消耗量。解： 绝干物料量：蒸发水分量：绝干空气量：原空气量：92 用气流

11、干燥器干燥某种物料，已知湿物料的水分含量1=5%，干燥后产品的水分含量2=0.25%，产品产量G2=1000kg/h。用周围大气温度t0=20、相对湿度的新鲜空气作为干燥介质，经空气加热器加热后进入干燥器，进口温度t1=140、出口温度t2=95。物料入口温度tM1=50、出口温度tM2=80。干物料的比热容cM=1.256kJ/(kg·)。干燥器表面散热损失约为QL=33500kJ/h。(1) 若此干燥过程为绝热干燥过程，试计算水分蒸发量、空气用量和热量消耗；(2)试计算实际干燥过程的空气用量及热量消耗。解(1) 绝热干燥过程 水分蒸发量 2) 空气用量 由下图可知，大气状态可用t

12、0=20及的A点表示。在空气加热器中，由A点加热到t1=140(x1=x0)，用B点表示。在绝热干燥过程中，空气状态按绝热冷却过程变化，由点B做绝热冷却线的平行线，与t2=95等温线相交于C点(图中虚线)，C点即为绝热干燥过程空气出口状态。由图查出A点：x0=0.0117，B点：x1=x0=0.0117，；C点：x2=0.03，。其中x的单位为kg/kg，h的单位为kJ/kg。由上述数据可算出比干空气用量：kg/kg=54.6 kg/kg干空气用量 湿空气用量3)比热量消耗（2）实际干燥过程 在实际干燥过程中，干燥器表面有热损失，即qL>0，进入干燥器的物料要升温，因此空气用量及热量消耗均比绝热过程为大。对实际干燥过程，空气加热线AB与绝热过程相同，但干燥操作线BC不再和绝热冷却线BC重合，如上图所示，需用热量衡算式计算。因热量只在加热器内加入，故，即 由此得=常数=m 可见，B、C的联线为一直线，其斜率为。做直线BC