化工原理习题集.ppt

1、习题1：用离心泵将水池内水送至高位 槽，两液面恒定，其流程如本题附图 所示。输水管路直径为55mm2.5 mm，系统的全部管路长27.64m，总 的局部阻力损失可表示为 。 绝对粗糙度可取作0.068 mm，汞柱压 差计读数分别为R1=50 mm及R2=1200 mm，其他有关尺寸如图中标注。汞 的密度为13600kg/m3,水的密度为1000 kg/m3，黏度为1mpa s。试求： (1)管内水流速 (2)泵的轴功率(效率为71%),(3)A截面上的表压强pA (4)若泵的性能可用He = 251.5103Q2表示(He-m , Q m3/h)。试问：若要求输送流量为30m3/h，继续选用此

2、泵是否合 适？设摩擦系数不随流量的改变而变化。,解: (1)由 解得u2=0.1028 m2/s2 （A）。 设0.02，由(A)求得u=2.27 m/s。由/d 0.068/50 =0.00136 4000,查表或代 入式(1-60)可求得=0.024。可见初设值偏小，需进行试差计算。 设0.024，由(A)求得u=2.07 m/s。Re=ud/=1.035105 查表或代入式(1-60)可求得=0.024。表明第二次所得结果较为 准确。因此0.024，u=2.07 m/s。 (2)在1-1与2-2两截面间阻力损失： 由连续方程得 又 可得泵的轴功率为：,(3)由,(4)改变流量后，判断泵是

3、否仍然适用： 由已知条件可得管路特性方程： he=z8(l+le)/(2gd5)(Q/3600)2=15+0.0234Q2 又由离心泵特性方程 He = 251.510-3Q2 且He=he，得 Q20m3/h30 m3/h，即继续选用此泵不合适。,据pC = pD，得,习题2：在25下对每升水中含25g某种颗粒的悬浮液进行了两次 过滤实验。根据实验数据整理各段时间间隔的 与相应的q值。 在直角坐标纸上以 为纵轴、q为横轴，标绘出 q的阶梯形 函数关系，再经各阶梯水平线段中点作直线，所得直线斜率及截 距见下表。,试求：（1）各p下的过滤常数K、介质常数qe及e及滤饼的压缩 性指数s。,(2)对

4、此悬浮液（每升水中含25g某种颗粒的悬浮液）用具有26个框的BMS20/635-25板框压滤机进行过滤。在过滤机入口处滤浆的表压为3.39105Pa，所用滤布与实验时的相同，浆料温度仍为25。每次待滤渣充满滤框后用清水横穿洗涤滤饼，洗水温度及表压与滤浆相同而其体积为滤液体积的8%。每次卸渣、清理、装合等辅助操作时间为15min。已知固相密度为2930kg/m3，液相密度按1000kg/m3考虑。又测得湿饼密度为1930kg/m3。求此板框压滤机的生产能力（m3滤液/h） 。,解：由公式知直线斜率为2/K，截距为2qe/K，由此可求出K，qe。又根据 可求出e 。结果列于下表。,再求滤饼的压缩性

5、指数s： 由 对一定滤液，r0，c均为常数，上式可写为 两边取对数，并带入I,II实验的压强差及对应的过滤常数K，可求得s=0.3。,过滤面积A=（0.635）2226=21m2 滤框总容积=（0.635）20.02526=0.262m3 已知1m3滤饼的质量为1930kg，设其中含水x kg，则 (1930-x)/2930 + x/1000 = 1 解得 x=518kg 故知1m3滤饼中的固相质量为 1930518=1412kg 生成1m3滤饼所需的滤浆质量为 1412(100025)/25 =57892 kg 则1m3滤饼所对应的滤液质量为 578921930=55962 kg 1m3滤饼

6、所对应的滤液体积为 55962/1000=55.962 m3 由此可知，滤框全部充满时的滤液体积为 V=55.960.262=14.66m3,又根据过滤方程V2+2VVe=KA2,并将已知的 K=1.67810-4 m2/s, Ve=qeA=0.0217210.4557 m3及 V=14.66 m3代入，可得3085 s。 又最终过滤速度 可得(dV/d)e=2.44710-3 m3/s。 已知洗涤用水Vw0.08V=0.0814.661.173 m3，且板式过滤 机横穿洗涤时，洗涤速度为最终过滤速度的1/4，则 又知R=1560900 s，则生产能力Q=3600V/c =3600V/(+w+

7、R)=8.942 m3（滤液）/h,讨论：所得Q是否为最大生产能力？即所采用操作周期是否为 最佳操作周期？ 此题Ve/V 0.4557/14.66 =0.031，故可不考 虑过滤介质阻力。此时最佳操作周期应为WR,显然 在现有操作条件下，压滤机的框稍厚，若充满框才停止过滤， 则过滤时间稍长，没有达到最优化要求。那么如何求每周期最 适宜的滤饼厚度，及可达到的最大生产能力？（课后完成，参 考例题3-7）,习题3：用196 Kpa(表)的饱和水蒸气将20的水预热至80 ， 水在列管式换热器的管程以0.6m/s的流速流过，管子尺寸 25mm2.5 mm。设水侧污垢热阻为6104 m2 K /W，蒸气侧

8、 污垢热阻和管壁热阻可忽略，水蒸气冷凝2=104 W/(m2 K),试求：(1)此换热器的传热系数 (2)若运行1年后，由于水垢积累，换热能力降低，出水温度 只能为70 ，试求此时传热系数及污垢热阻。已知饱和水蒸气压 强p1001200(Kpa,绝)时，饱和温度ts与p间存在如下关系式：,思路：(1 )先求水的给热系数1。 (2) 运行一年前后Q关系可求，总平均温差tm均可求。则运行前后的传热系数关系可求，问题解决。,解: (1)水的定性温度tm=(20+80)/2=50 ，其物性数据可查表 得：988.1 kg/m3，=0.549 mpa s ,=0.648 W/(m K), cp=4.17

9、4 kJ/(kg K)。则 Re = ud/ =988.10.60.02/(0.54910-3) =21600, Pr= cp / =4.1741030.54910-3/0.648 =3.54, 由于Re104，Pr介于0.6到160之间，2mpa s ,且水被 加热，可采用下式计算Nu =0.023Re0.8Pr0.4 111.9，从而 1= Nu/d=0.648111.9/0.02 = 3624 W/(m K) 则以管外表面为基准的传热系数K可计算如下： 则 K2=837W/(m2 K),(2)操作一年后的传热方程用Q=K2Atm表示。与操作初 期的Q=K2Atm比较，有： 以下分别求tm

10、与tm。196kPa(表压)下饱和水蒸气的温度 由式(A)求得，为133 。则 tm(13320)-(133-80)/ln (13320)/(133-80)=79.25 tm(13320)-(133-70)/ln (13320)/(133-70)=85.58 故K2=837579.25/(685.58)646 W/(m2 K) 其中的污垢热阻Rs1可由下式求出： 带入数据可得Rs1=8.810-4 m2 K/W，增加了约47。,习题4： 有一蒸汽管外径为25mm，管外包以两层保温材料，每 层厚度均为25mm，外层与内层保温材料的导热系数之比为 2/1=4，此时的热损失为Q。今将内外两层材料互换

11、位置， 且设管外壁与保温层外表面的温度均不变，则热损失为Q。求 Q/Q，并说明何种材料放在里层为好。,解：蒸汽管外半径：r1=25/2=12.5mm，内层保温层外半径r2 12.52537.5 mm，外层保温层外半径r337.52562.5mm (1)当导热系数小的材料包在里层时，热损失为,(2)当导热系数大的材料包在里层时，热损失Q为:,可求出：Q/Q=4.91/3.14=1.56，说明在圆筒壁当采用两种以上材料保温时，为减少热损失，应将小的材料包在里层为好。,习题5：过滤基本方程式为： 式中：V滤液体积，m3；过滤时间, s；A过滤面积， m2；p 过滤压差，Pa；s滤饼压缩性指数，无因次

12、； 滤液粘度，Pas；r 单位压差下滤饼的比阻，1/m2；滤 饼体积与相应滤液体积之比，m3滤饼/ m3滤液；Ve 过滤介质 的虚拟滤液体积，m3。 试根据该式分析强化过滤操作的途径。,答：(1)提高过滤推动力p；(2)允许的话，可采用助滤剂或其 他物理方法改变滤饼结构、降低滤饼阻力(减小r、s)；(3)将料 浆适当升温，降低滤液粘度； (4)选择阻力较低的过滤介 质，定期清洗或更换滤布，以减小Ve；(5)合理选定每批操作的 滤饼厚度L(即合理设计过滤机的结构尺寸及操作周期)。,习题6：有一降尘室，长6m，宽3m，共20层，每层100mm， 用以除去炉气中的矿尘，矿尘密度s=3000 kg/m

13、3 ，炉气密 度=0.5 kg/m3 ，粘度0.035 mpa s，现要除去炉气中10m以 上的颗粒，试求： (1)为完成上述任务，可允许的最大气流速度为多少？ (2)每小时最多可送入炉气若干？ (3)若取消隔板，为完成任务该降尘室的最大处理量为多少？,解：（1）设沉降区为滞流，则 因为 解得uo=4.67 mm/s。Re0uod/=6.6710-42，假设 正确。由降尘室的分离条件，可得允许的最大气流速度为： u=uoL/H=4.6710-36/0.1=0.28 m/s （2）V=nAu0=20634.6710-336006052.3 m3/h 或VnH高B宽u200.130.2836006

14、048 m3/h,(3) 取消隔板后，因uo不变，V=Auo=634.6710-33600 302.6 m3/h 或 VH高B宽u0.130.283600302.4 m3/h 可见，增加隔板可提高沉降室生产能力，但隔板间距不能过 小，过小会影响出灰和干扰沉降。,习题7：采用IS80-65-125水泵从一敞口水槽输送60热水。最后 槽内液面将降到泵人口以下2.4m。已知该泵在额定流量60m3/h下 的必需汽蚀余量为3.98m，60水的饱和蒸汽压Pv为19.92 kpa、 为983.2kg/m3，泵吸入管路的阻力损失为3.0 m，问该泵能否正 常工作，若不能正常工作，应如何改进。,解： 说明安装高

15、度偏高，泵不能正常工作。 应将泵的安装高度调低至液面入口以下1.46m。同时考虑实 际操作的波动一般还应给予适当的富裕量，比如安装高度再降低 0.51m，变成0.96 0.46m。,习题8：某混合式冷凝器的真空度0.8kgf/cm2，所需冷却水量 为510kg/h冷水进冷凝器的入口比水池的吸水液面高 15m，用1147mm管道输水，管长80m，管路配有2个球 心阀和5个弯头，现仓库中有四种规格离心泵如下： 编 号 1 2 3 4 流量L/min 500 1000 1000 2000 扬程 m 10 10 15 15 已知阀门的阻力系数3，900弯头的阻力系数 1.26，管入口0.5 摩擦系数0.02