化工原理习题(含答案)

wordword文档整理共享参考资料参考资料·流体流淌局部某储油罐中盛有密度为960kg/3的重油〔如附图所示，油面最高时离罐底9.5，油760mm1000mm，孔14mm39.5×106Pa，问至少需要几个螺钉〔101.3×103Pa〕？ 解：由流体静力学方程，距罐底1000 ppgh103139685)Pa8113P〔绝压〕作用在孔盖上的总力为πF(pp)＝8111031 7262714Na 4每个螺钉所受力为πF39.510 1 4因此F1

N95〔个〕 习题1附图 习题2附图UR=500mm，R=801 2mmU一段水，其高度R=100mm。试求A、B两点的表压力。3〔〕A点的压力p gRA 水 3

gR汞 2

10009.810.1136009.810.08

Pa1.165104Pa〔表〕〔2〕B点的压力p pB

gR汞 1 Pa〔表〕3U管压差计，指示液为水银，读数R=100毫米，h=800mm。为防止水银集中至空气中，在水银液面上方充入少量水，其高度可无视不计。当地大气压为101.3KPa试求管路中心处流体的压力。解：设管路中心处流体的压力为pP=PA AP+ρgh+ρgR=P水 汞 0P=p-ρgh-ρgR0 水 汞=〔101.3×10³-1000×9.8x0.8-13600×9.8×0.1〕P=80.132kpa4、如此题附图所示，高位槽内的水位高于地面7m，水从φ108mm×4mm管路出口高于地面1.5h=5.2计算，其中uf管内的平均流速m/。设流淌为稳态，试计算〕〔2〕水的流量m3/。〔〕-在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得1 p 1 pgz u2 1gz u2 2h〔1〕

1 2 b1 2 2 b2 f式中 z=7m，u～0，p=0〔表压〕1 b1 1z=1.5，p=〔表压，u=5.522 2 b2代入式〔1〕得19.8179.811.5ub3.0ms

u22b2

5.5u2b2〔2〕水的流量〔以m3/h〕Vu A3.0s b2

3.144

0182

0.02355m3s84.78m3h5213储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133105Pa。流体密度为800kg/m3。精馏塔进口1.21105Pa，8m，输送管道直径为φ68mm4mm20m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70J/kg，求泵的有效功率。A-A和截面BB之间列柏努利方程式，得p u2 p u2 1 1gZW 2 2gZ h 2 1

e 2 2 fp1.0133105Pa；p 1.21105Pa；Z Z 8.0m；1 2 2 1u0； kg1 fu V V

203600

s2 A π 3.14 d2 4 4

0.06820.0042pp

u2u2 W 2e

1 2 1g2

ZZ h2 1 f 70JkW1.211.01331051.9662 70Jke 800 2 2.461.9378.470Jkg175JkgN wW203600800173W768.9We s e61/2，问因流淌阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流淌时p=hf f或 hf

=pf

Lu2bd2h d uhf2=〔2)(d1)(ub2)2hf1 1

2 b1d1b2式中 d =2，u =〔1〕2=4d1b2d u d22 b1h 因此 h

=(2)(2)(4)2=322f1 1 1又由于0.316Re0.2512=〔Re1

du1b1)0.25

1)0.25=〔0.5〕0.25=0.841 Re1 2h

du 42b2故 h

=32×0.84=26.9f172×104kg/h〔见此题附图25.9×103Pa76mm×4mm总长为35m，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、五个标准弯头。反响器内液面17m。假设泵的效率为0.7，求泵的轴功率〔溶液的密度为1073kg/6.310-4Pas0.3mm〕1-1，2-2，间71-1，为基准水平面，得u2gz b1

W11

u2 pb2 2

h

〔1〕1 2 e 2 2 f式中 z=0，z=17m，u≈01 2 w

2104u ms1.43msdb2 36000.7850.06821073d24p=-25.9×103Pa(表)，p=0(表)1 2将以上数据代入式1，并整理得Wg(z

z)u2b2b2

pph2 121e 2 1 2 f=9.81×17+1.432+25.9103+h=192.0+h2 1073 f f其中

L L+

+〕u2b2f d 2b2Redu

=0.0681.431073=1.656×105bbd0.0044

0.63103Re与e/d值，查得λ=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：0.4×2m=0.86m标准弯头： 2.2×5m=11m故 h=(0.03×350.8611+0.5+4)1.432Jkg=25.74J/kgf 0.068 2于是 W e泵的轴功率为N=Ws e

w/=217.72104W=1.73kW36000.78、如此题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与100mm距管路入口端15mU其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接收内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20m。当闸阀关闭时，测得R=600mm、h=1500mm；当闸阀局部开启时，测得R=400mm、h=1400mm。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。 习题8附图问每小时从管中流出多少水〔m3〕？〔2〕当闸阀全开时，UPa〔表压〔L/d≈e150.025〕〔〕闸阀局部开启时水的流量1-1，2-2，2-2，的中心作基准水平面，得u2 p1gz b1 11 2

u2 pb2 22 2

hf－2

〔a〕式中 p=0(表)1p 2 Hg

gR

gR136009.810.410009.811.4Pa39630Pa〔表〕u=0，z=0b2 2z可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，依据流体静力学根本方1程知HO

g(z1

h)Hg

gR 〔b〕式中 h=1.5m, R=0.6m将数据代入式〔b〕得136000.6 z 1.5m6.66m1 1000 15 uu2h (L15 uu2

b2.1u2(0.025 0.5) b

2.1u2)f,1-2)

d c 2

0.1 2 b将以上各值代入式a，即3963029.81×6.66=u2+396302

+2.13u2解得 ub

3.13m

b 1000 bπ 水的流量为Vs

36004

d2u b

3.13

m3s1.43m3s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u2 p1gz b1 11 2

u2 pb3 33 2

hf3

〔c〕式中 z=6.66m，z=0，u=0，p=p1 3 b1 1 3h (LL)u2=0.025(3515)0.5u2

4.81u2e b bf,13

d c 2 0.1 2 b将以上数据代入式c，即9.81×6.66=u2+4.81u2解得 ub

b b23.13ms1-1，与2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得u2 p1gz b1 11 2

u2 pb2 22 2

hf1－2

〔d〕式中 z=6.66m，z=0，u0，u=3.51m/s，p=0〔表压力〕1 2 b1 b2 1 h 0.0251.50.53.512

Jkg26.2Jkgf,12

0.1 2将以上数值代入上式，则3.512 p9.816.66 2 26.22 1000解得 p=3.30×104Pa〔表压〕2·蒸馏局部1、在一连续精馏塔中分别苯的含量为0。5〔苯的摩尔分数，下同〕的苯-甲苯混合液，其流量为100kmol/h。馏出液组成为0。95，釜液组成为0.05，试求〔1〕馏出液流量及苯的回收率〔2〕0.952、在连续精馏塔中分别A、B100kmol/h0.45〔易挥发组分A的摩尔分数，下同9％，釜液的组成为0.03。试求〕馏出液的流量和组成〔2〕假设操作回流比为2.6，写出精馏段的操作线方程〔3〕提馏段的液相负荷。〔〕由全塔物料衡算，可得q xn,D D

0.96q

xn,F

0.961000.45kmol/h43.2kmol/hq xn,W W

10.961000.45kmol/h1.8kmol/hq 1.8 kmol/h=54.55kmol/hn,W 0.033q q q 10054.55kmol/h=45.45kmol/hn,D n,F n,W43.2xD45.45

0.9505精馏段操作线方程y R x xD2.65x0.95050.726x0.2604R1 R1 3.65 3.65提馏段的液相负荷q q qq Rq q 2.6545.45100kmol/h220.4kmol/hn,L n,L n,F n,D n,F3、在连续操作的精馏塔中分别两组分抱负溶液。原料液流量为50kmol/h，要求馏出94％。精馏段操作线方程为y0.75x+0.238；q线方程为y=2-。试求1〕操作回流比及馏出液组成〔〕进料热状况参数及原料的总组成〔〕两操作线交点的坐标值xq

及y〔〕提馏段操作线方程。q解〔〕操作回流比及馏出液组成 由题给条件，得R

xD

0.238解得 R=3，xD

=0.952进料热状况参数及原料液组成 由于q 3及xF 2q1 1q解得 q=0.7〔气液混合进料，xF

=0.5两操作线交点的坐标值xyq q

联立操作线及q线两方程，即y0.75x0.238y23x解得 xq

=0.4699yq

=0.5903提馏段操作线方程 其一般表达式为y

qn,Lqn,V

x

qn,Wxq Wn,V式中有关参数计算如下：q A

q xn,F

0.94500.5kmol/h24.68kmol/hn,D xD

0.952qn,W