化工原理上形考册1-5单元答案

单元作业1-11-1.如本题附图所示，用离心泵将20℃的甲苯从地下储槽输送到高位槽，甲苯的体积流量为15m3/h。高位槽与储槽的液面差为10m，且维持恒定，储槽及高位槽液面上方均为大气压。泵的吸入管路为Ф73mm×4mm，总长度为19m（包括局部阻力的当量长度）；排出管路为Ф57mm×3.5mm，总长度为25m（包括局部阻力的当量长度），摩擦系数λ取为0.0315。若泵的效率为70%，试求泵的轴功率。注：20℃时甲苯的密度=867kg/m3。解：所以，泵的轴功率为0.727KW单元作业1-21-2.如本题附图所示，将水塔中的水送至用水车间，水塔中的液面维持恒定。输水管路的管径为Φ89mm×4.5mm，管路系统的总长度（包括除进口和出口之外所有局部阻力的当量长度）为85m，要求输水量为35.0m3/h。（1）计算水塔中液面必须高出输水管出口轴线的高度Z；（2）若将输水量增加20%，则水塔中的液面升高多少。注：1）管内流动摩擦阻力系数为0.0275，且维持不变；2）水塔中液面上方和输水管出口处的压力均为大气压。解：（1）（2）若将输水量增加20%单元作业2-12-1．用离心泵（转速为2900r/min）将20℃的清水以60m3/h的流量从水池送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4m和0.61m。规定泵入口的真空度不能大于64kPa。泵的必需气蚀余量为3.5m。试求（1）泵的安装高度（当地大气压为100kPa）；（2）若改送55℃的清水，泵的安装高度是否合适。解:(1)泵的安装高度在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式(水池液面为基准面),得（2）输送55℃清水的允许安装高度55℃清水的密度为985.7kg/m3,饱和蒸汽压为15.733kPa则原安装高度(3.51m)需下降1.5m才能不发生气蚀现象。单元作业2-22-2．用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8m，管内流动在阻力平方区，管路特性方程为He8.85.2105Qe2（Qe的单位为m3/s）单台泵的特性方程为H284.2105Q2（1）试求泵的流量、压头和有效功率。（2）若用上述两台规格相同的离心泵组合操作，试求可能的最大输水量。解：（1）联立管路特性方程和泵的特性方程求工作点：求压头H求有效功率Ne(2)求两台相同离心泵组合操作时可能的最大输水量两台泵并联时：两台泵串联时单元作业3-13-1.在67x103Pa压力下对硅藻土在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数K=5×10-5m2/s，qe=0.01m3/m2，，滤饼体积与滤液体积之比υ=0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机在134x103Pa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15min，求过滤机的生产能力(m3滤液)。单元作业3-23-2.用一小型压滤机对某悬浮液进行过滤试验，操作真空度为400mmHg。测得K=4x10“m'/s，9.=7x10-m'/m’，u=0.2。现用一台GP5-1.75型转筒真空过滤机在相同压力差下进行生产(过滤机的转鼓直径为1.75m，长度为0.9m，浸没角度为120°)，转速为1r/min。已知滤饼不可压缩。试求此过滤机的生产能力及滤饼厚度。单元作业4-14-1.在一传热面积为40m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30000kg/h，其温度由22℃升高到36℃。溶液温度由115℃降至55℃。若换热器清洗后，在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40℃，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174kJ/(kg·℃)；（2）两种情况下，分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。单元作业4-24-2.在一单程管壳式换热器中，管外热水被管内冷水所冷却。已知换热器的传热面积为5m2，总传热系数为1400W/(m2·℃)；热水的初温为100℃，流量为5000kg/h；冷水的初温为20℃，流量为10000kg/h。试计算热水和冷水的出口温度及传热量。设水的平均比热容为4.18kJ/（kg·℃），热损失可忽略不计。单元作业5-15-1.在一连续操作的单效蒸发器中将NaOH水溶液从10%浓缩至45%（质量分数），原料液流量为1000kg/h。蒸发室的操作绝对压力为50kPa（对应饱和温度为81.2℃），加热室中溶液的平均沸点为115℃，加热蒸汽压力为0.3MPa（133.3℃），蒸发器的热损失为12kW。试求（1）水分蒸发量；（2）60℃和115℃两个加料温度下加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗用量。单元作业5-25-2.在单效真空蒸发器中将牛奶从15%浓缩至50%（质量分数），原料液流量为F=1500kg/h，其平均比热容=3.90kJ/(kg∙℃)，进料温度为30℃。操作压力下，溶液的沸点为65℃，加热蒸汽压力为105Pa（表压）。当地大气压