化工原理题目答案

1、1 .高位梢内的水面高于地面8ml水从。108X4mMl勺管道中流出，管路出口高于地面2ml在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按2 h f = u 2计算，其中u为水在管道的流速。试计算：AA截面3处水的流速； 水的流量，以 m/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 Zig + 0 + P/p=乙g+ u2/2 + P2/P + 2h (Zi-Z2)g = u 2/2 + 代入数据(8-2) x = 7u 2 , u = s 换算 成体积流量 Vs = uA= x 兀 /4 x 乂 3600 = 82 m 3/h10.用离心泵把20c的水从贮梢送至

2、水洗塔顶部，梢内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为中76X,在操作条件下，泵入口处真空表的读数为x 103a,水流经吸入管与排处管(不包括喷头)的能量损失可分别按2 hf,1=2u2,入或排出管的流速m /s。排水管与喷头连接处的压强为X 103a (表压)。,、A,2试求泵的有效功率。解：总能量损失2hf= 2 hf+, 1 2 hf, 2 U=u2=u=2u+10u212u2在截面与真空表处取截面作方程：zg+u02/2+P。/ p =Z1g+u2/2+PJ p + 2 hf , 1 2(P0-P1) / p = z1g+u/2 +2 hf 1. u=2m/s .

3、ws=uAp =s 在真仝表与排水官-喷头连接处取截面 Z1g+u2/2+P/ p +W=Z2g+u2/2+P2/ p + 2hf, 2z 2g+u2/2+P2/ p +E 2 .hf 2 ( z 1g+u/2+P1/ p ) = x + (+) / x 10310X 22=kg N e= Wws=x =12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为1100kg/m3,循环量为36ml 3管路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至 B的能量损失为/ kg,由B流至A勺能量损失为49J/kg,试求：(1)若泵的效率为70%寸，泵的抽功率为若干 kw (2)若砥的压强表读数为x 103a时，班

4、的压强表读数为若干Pa解：(1)由得ijea面处作柏努利方程0+uA22+P/ p 1=ZBg+uB2/2+PE/ P + 管径相同得 uA=uB . ( PA-PB) / P =ZBg+由 B到 A段，在 截面处作柏努力方程g+u羟/Z+PB/ p +Ve=0+uA2PA/ p +49W= ( PA-PB) / p-ZBg+49=+49=kg，W=VSp =36/3600 x 1100=11kg/s N e= WexWS=x 11=泵的抽功率 N= N /76%= (2)由第一个方程得(PA-PB) / p =ZBg+得 PB=PA- p (ZBg+) = x 1031100X(7 x +

5、= x 104Pa15 .在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置UT压差计，以测量两截面的压强差。当水的流量为10800kg/h时，U管压差af读数R为100mm粗细管的直彳分别为 60X与45X。计算：(1)1kg水流经两截面间的能量损失。(2)与该能量损失相当的压强降为若干Pa解：(1)先计算A,B两处的流速：uA=W/ PsA=295m/s ,uB=叱/psB在A ,B截面处作柏努力方程：ZAg+UA2/2+P J p =z+Ub2/2+PJ p +2 hf，1kg水流经 A, B的能量损失：2 hf= (52山3：/2+ ( Pa- Pb) /p = (uA2-uB

6、： /2+ p gR/ p =kg ( 2).压强降与能量损失之间满足：2 hf= A P/ p .n P=p 2 hf= x 10316 .密度为850kg/m3 ,粘度为8 x 10-3Pa s的液体在内径为14mm的钢管内流动，溶液的流速为1m/s 。试计算：(1 )泪诺准数，并指出属于何种流型(2)局部速度等于平均速度处与管轴的距离；(3)该管路为水平管，若上游压强为147X 103a,液体流经多长的管子其压强才下降到x103a解：(1) Re =dup /科=( 14X 10-3X 1 X850) / (8X 103) =X 103 2000 此流体属于滞流型(2)由于滞流行流体流速

7、沿管径按抛物线分布，令管径和流速满足y 2 = -2p (u-um) 当 u =0时，y 2 = J = 2pump = r2/2d2/8 当 u = U 平均=U max= s时，-2P ()=d2/8 = d2.,.即 与管轴的距离r= x10-3m在 147 X 103和 X 103两压强面处列伯努利方程u 12/2 + P A p + Z 1g = u 22/2 + P B/ p + Z2g + 2 h f u1 = u 2 , Z 1 = Z2Pa/P= Pb/P + 2 h f 损失能量 h f=(Pa-P b) / p = ( 147X X103)/850 =.流体属于滞流型.摩

8、擦系数与雷若准数之间满足入 =64/ Re2又卜产入X(I /d) X u t =输送管为水平管，管长即为管子的当量长度即：管长为18. 一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的1/2 ，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍解：;管径减少后流量不变.41=52而m2=4222u2=4u由能量损失计算公式2 h 4入(1 /d ) X ( 1/2u )得 2 h f,产入(i /d ) X ( 1/2u1 )2 hf, 2=入(i /d ) x ( 1/2u22)=入(i /d ) x 8 (u1) 2 =162 h f, 1. hf2 = 16 h f1

9、20.每小时将2 x 103g的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持x103a的真空读，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为 50m管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计(局部阻力系数为4) ， 5个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m 。若泵效率为，求泵的4轴功率。 解： 流体的质量流速 w s = 2 X 10/3600 = kg/s 流速u = co s/(A p )=s雷偌准数Re=dup/ = 165199 4000 查本书附图1-29得5个标准弯头的当量长度：5 X = 2个全开阀的当量长度：2X =.局部阻力当量长度2 c e= + = 假定1/入

10、1/2 =2 lg(d / ) + = 2 lg(68/ +入= 检验d/( e x Rex入1/2) = 符合假定即入=.,全流程阻力损失2 h =入x ( c + 2 c e)/d Xu2/2 +Z X u2/2 = X (50+/(68 X 103) + 4 X 2 = J/Kg在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得P13p + We = Zg + P 2/ p + 2 h We = Zg + (P 1- P 2)/ p +E h = 15 X + X 10/1073 + = J/Kg 有效功 率 Ne = We x 3 s = x = X103 轴功率 N = Ne/ y =x 103/

11、= x 103W =22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=1500mrm当闸阀部分开启时，测的 R=400mm h=1400mm摩擦系数可取，管路入口处的局部阻力系数为。问每小时从管中水流出若干立方米。（2）.当闸阀全开时，U管压差计测压处的静压强为若干（Pa,表压）。闸阀全开时le/d-15,摩擦系数仍取解：根据流体静力学基本方

12、程，设槽面到管道的高度为 x p水g（h+x尸p水银gR103x +x）= X103.假设成立即 D,C 两点的流速u 1 = m/s , u2 = m/sBC段和B曲流量分别为 Vs,bc= 322 . 用离心泵以40m3h 的流量将贮水池中65的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的，已知水进入喷头之前需要维持49kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高6m,吸入管路和排出管路中压头损失分别为1nf口 3m,管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵并确定泵的安装高度。当地大气压按计。解：二输送的是清水，选用 训泵 查65c时水的密度 p = Kg/m 3在水池

13、面和喷头处列伯努利方程 u 12/2g + P 1/ p g + H = u 12/2g + P 2/ p g + Hf + Z取u1 = u2 = 0 则 H = (P 2- P 1)/ pg + Hf + Z = 49 X 103/X + 6 + (1+4) = m Q = 40 m 3/h 由 图2-27得可以选用3B19A 2900 4 65 C时清水的饱和蒸汽压 Pv= X 104Pa当地大气压 Ha = P/ p g = X 103 / x = m 查附表二十三 3B19A的泵的流量： 一 m 3/h为保证离心泵能正常运转 ，选用最大输出量所对应的H S即HS=输送65c水的真空度

14、 HS = HS +(Ha-10)-( P v/X 103 - 1000/ p = .允许吸上高度 Hg= Hs - u 12/2g - Hf,0-1 = - 1 = 即 安装高度 应低于3 常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760kg/m3 ，粘度小于20cst ，在贮槽条件下饱和蒸汽压为80kPa,现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m项送往表压强为177kPa的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m,吸入管路和排出管路白全部压头损失为1m和4m。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下处，问此泵能否正常操作当地大气压按计. 解 : 查附录二十三65Y-60B型泵的特性参

15、数如下流量Q = s,气蚀余量 h= m扬程H = 38 m允许吸上高度 Hg = (P0- PV)/ pg - h-Hf,0-1 = m 扬升高度 Z = H - H f,0-2 = 38 - 4 = 34m 如图在 1-1,2-2 截面之间列方程 u 1/2g + P1/ p g + H = u 22/2g + P2/ p g + Hf,1-2 + AZ 其中 u12/2g = u 22/2g = 0 管路所需要的压头：e=(P2 - P1)/ pg + AZ + Hf,1-2 = Z = 34 m 游品流量 Qm = 15 m /s 2X10 .假设成立 u 1= u2(d 2 / d1

16、) = m/s 允许气蚀余量 Ah = (P1- P2y pg + u1 /2g P 1 = Pa -嚏空度=Kpa h = = m 允 许吸上高度Hg =(Pa- Pv)/ pg - Ah- SH f 离心泵离槽面道路很短可以看作NH f= 0Hg =(Pa-PV)/ pg - h = - X10/X - = m6.某型号的离心泵，其压头与流量的关系可表示为H=18 - X106Q (H单位为m, Q单位为m3s)若用该泵从常压贮水池将水抽到渠道中，已知贮水池截面积为100m2,池中水深7s输水之初池内水面低2于渠道水平面2m假设输水渠道水面保持不变，且与大气相通。管路系统的压头损失为Hf

17、= X10 Q (H单位为m Q单位为m3s)。试求将贮水池内水全部抽出所需时间。解：列出管路特性方程H e= K + Hf62K= AZ + AP/ p g ,贮水池和渠道均保持常压.P/pg = 0 .,.K= AZ /.H e= AZ + X10Q 在输水之初 Z = 2mH e= 2 + X 106c2联立H=x 106d ,解出此时的流量 Q = 4 x 10-3n3/s将贮水槽的水全部抽出AZ = 9m.H e= 9 + X 106Q2再次联立H=X 106d ,解出此时的流量 Q = 3 X 10-3 m3/s流量Q随着水的不断抽出而不断变小 取Q的平均值Q平均=(Q + Q)

18、/2 = X10-3m/s把水抽完所需时间t = V/ %均=h8 .现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为1250kg/m3的直径为70mm冲程为225mm往复次数为2001/min ，泵的总效率和容积效率为和。试求泵的实际流量，压头和轴功率。解：三动泵理论平均流量Qt = 3ASn= 3 X兀/4 x 2x X 200 =min实际流量 Q = yQt = x = m /min 泵的压头 H = P/ p g + u /2g + 2 Hf + Z M u /2g = 0 = 6P/pg + 2 Hf + Z = X 10/1250 X + 2 + 10 = 轴功率 N = HQp/1

19、02r= Kw3 在底面积.40m2 的除尘室回收气体中的球形固体颗粒气体的处理量为3600m3h ，固体的密度p s=3600kg/m3,操作条件下气体的密度p =m3粘度为x 10 -5Pas。试求理论上完全除去的最小颗粒直径。解：根据生产能力计算出沉降速度u t = Vs/b c = 3600/40 m/h = s假设气体流处在滞流区则可以按 u t = d ( p s- p) g/18进行计算 d = 18/ ( s s- p) g - Ut 可以得到 d = x 10 m 核 算Re = du t p /科1 ,符合假设的滞流区，能完全除去的颗粒的最小直径d = x 104 m =科

20、m5. 含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m3 ,气体流量为000m3h,粘度为.6 x 105Pa密度为 .674kg/m3 ，采用如图3-8 所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为，试估算其临界直径，分割粒径及压强降。解：(1)临界直径 选用标准旋风分离器Ne = 5, E = B = D/4, h = D/2 由乂 = bhu i得Bh =D/4 D/2 = V s /u i ui = 8 V s/D2 根据 dc = 9 W B/(兀 Nep sui ) 1/2 计算颗粒的临界直径，d c = 9计算xx 10XXX 5X 2300X 1/2 = x 10-6 m = 科

21、 m (2)分割粒径根据 d 50 =科 D/ut ( p s- p)颗粒的分割粒径d50 = X 10-5XX 2300) 1/2 = X103m=m (3)压强降 根据 AP =ui2/2 计算压强降 . P = x x 2 = 520 Pa 7. 验室用一片过滤面积为的的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为500mmHg过滤5min的滤液1L,又过滤5min的滤液，若再过滤5min得滤液多少分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方方程求解解：虚拟滤液体积由过滤方程式 V2 + 2VVe= KA2 0过滤5min得滤液1L (1X10-3)2 +

22、 2X 103 Ve= KA2X5 过滤10min得滤液 (X 103) 2+ 2XX 10-3 Ve= KA2X10 由式可以得到虚拟滤液体积Ve=X 10-3 KA2= 过滤 15分钟 假设过滤 15分钟得滤液 V V2 + 2VVe= KA20 V2 + 2X X 10-3V= 5X V = X10 再过滤5min得滤液V = x 10x 10-3 = x 10-3 m9. 在实验室中用一个边长的小型滤框对CaCg粒在水中的悬浮液进行过滤实验。料浆温度为19C,其中CaCOK体的质量分率为。测得每 1ms滤饼烘干后的质量为1602kg。在过滤压强差为275800Pa时所的数据列于本题附表

23、：试求过滤介质的当量滤液体积乂，滤饼的比阻r,滤饼的空隙率e及滤饼颗3粒的比表面积已知 CaCO粒的密度为2930kg/m ,其形状可视为圆球。过滤时间9滤液体积V解：由（V + Ve） 2 = KA2 （。+。e）两边微分得 2 （V + Ve） dv = KA 2d 0d 。/ dv = 2V/KA 2 + 2VJ2KA计算出不同过滤时间时的 d 0 / dv和V ,将其数据列表如下V 0 / Av122131383957作出d0 / dv - V的曲线如图10.用一台BMS50/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固体质量分率为，固相密度为2200kg/m3,液相为水。每1m雕

24、饼中含500kg水，其余全为固相。已知操作条件下的过滤常数K=x 10 m/s , q=x 10m/m。滤框尺寸为810mm 810mm 25mm共38个框。试求：（1）过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时间及所彳#的滤液体积：（2）过滤完毕用清水洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同解：（1）滤框内全部充满滤渣 滤饼表面积 A = （） 2X2X38 = m2滤框容积V息=（）2XX38 = m3已知1m3的滤饼中 含水：500/1000 = m3含固体：1 - = m 3固体质量 ：X 2200 =331100 Kg设产生1m的滤饼可以得到 m , Kg （乂，m）的滤液，则 =11

25、00/ （1100 + 50 + m ）m0=6313 Kg滤液的密度按水的密度考虑 V。= m3 .形成m3的滤饼即滤框全部充满时得到滤液体积V=x = m 3则过滤终了时的单位面积滤液量为 q = V/A = = m3 /m2 qe2 = K0 e 0 e = q 2 / K = （乂 10-3）2/X105= 由（q + qe） 2 = K（。+9e）得所需的过滤时间为0 =（q + qe）2/K - 0 e = （ +）2/ X 10-5 - =249 s 洗涤时间 Ve = qeX A = X 10-3X = 由 （dv/ d 0 ） w= KA2 /8 （。+。e）得洗 涤速率=X

26、 10-5X （） 2/ 8 X（+） = 205 X 10-5 .洗涤时间为：205X 10-5 = 388s12.在3X 105Pa的压强差下对钛白粉在水中的悬浮?进行实验，测的过滤常数K=5X 10-5m/s, q=n2,又测得饼体积之比v=。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机处理此料浆，过滤推动力及所用 滤布也与实验用的相同。试求：（1）过滤至框内全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕以相当与滤液量1/10的清水进行洗涤，求洗涤时间；（3）若每次卸渣重装等全部辅助操作共需15min,求每台3过滤机的生产能力（以每小时平均可得多少m滤饼计）。 解：（1）框内全部充满滤

27、渣滤饼表面积A二（）x 2X 38 = m 滤框容积V总=（）x X 38 = m 总共得到滤液体积 V = V总/ 丫 = = m 则过滤终了时的单位面积滤液量为0 = (q + qe)2/ K -0 e = ( + )2/ 5 X10-5- 2 = 551 s 洗涤时间 Ve = qeXA = X = 由(dv/ d。)Ww= KA2/8(。+。e)得洗涤速率=5X105X ()2/8X ( + )=X 105 清水体积：10 = 洗涤时间：X 10-5 = 416s 生产总时间 T = 551 + 416 + 15 X 60 = 1867 s 生产能力 Q = 3600 V 总/ T =

28、 3600 X 1867 = m 3/h14. 用板框过滤机在恒压差下过滤某种悬浮液，滤框边长为，已测得操作条件下的有关参数为：K = 6x 10 m/s , qe = m /m滤液。滤饼不要求洗涤，其它辅助时间为20min ,要求过滤机的生产能力为39m3h,试求：(1)至少需要几个滤框n (2)框的厚度L解：设要得到V m的滤液需要的时间为。， 则由(V + Ve) 2 = KA2(e+9e)0 = (V+ Ve) 2/ KA 2 - 0 e=(V + q eA 0n 取 n = 28 即需要 28 块板 将n = 28带入式可得到滤液体积 V = m3 .滤饼体积 x = m 3设滤框的厚度为L则()2XLX 28 =1- L = m = 66 mm2.燃烧炉的内层为 460mmi的耐火偿 外层为 230mmi的绝缘砖。若炉的内表面温度t1为1400C,外表温度t 3为 100，试求导热的热通量几两砖间界面温度。设炉内唤接触良好，已知耐火砖的导热系数为入产+,绝缘醇的导热系