化工原理例題

1、第一章流體流動例1.高位槽內的水面高于地面8m,水從 機08X4mm的管道中流岀，管路出口高于地面 2m。在本題特定條件下，水流經系統的能量損失 可按Xh f = 6.5 u2計算，其中u為水在管道的流速。試計算：A A截面處水的流速；水的流量，以 m3/h計。解：設水在水管中的流速為u，在如圖所示的1 1，2 2,處列柏努力方程Zi g + 0 + P 1/ 尸 Z2 g + u 2/ 2+ P 2/p+ Xh f(Z1 - Z2) g = u2/2 + 6.5u2代入數據2(8-2) 9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s換算成體積流量qV =uA= 2.9n4 .1 2 X360

2、03 =82 m 3/h例2.本題附圖所示為冷凍鹽水循環(huán)系統，鹽水的密度為1100kg / m3，循環(huán)量為36m3。管路的直徑相同，鹽水由A流經兩個換熱器而至B的能量損失為98.1J/kg,由B流至A的能量損失為49J/kg，試求：(1)若泵的效率為 70%時，泵的抽功率為若干kw ? ( 2 )若A處的壓強表讀數為245.2杓3Pa時，B處的壓強表讀數為若干Pa?解：(1)由A到B截面處作柏努利方程2 2O+UA /2+PA/ p =Z+uB /2+PB/ p +9.81管徑相同得 UA=UB( Pa-Pb) / p =Z+9.81 * e1 W: a7 e% u, k9 Y1 o- H x

3、由B到A段，在截面處作柏努力方程BZBg+uB2/2+PB/ p +W=0+u2+Pa/ p +49 W= ( Pa-Pb ) / pZ Bg+49=98.1+49=147.1J/kg 3 L& P- D8 i4 N0 F qm= qv p =36/3600 x 11oo=11kg/s i3 M# a$ R/ y) p5 |Pe= qmX/V=147.1 X11=1618.1w% E5 |0 W* y Z% ( * I( V8 b泵的抽功率 N= Ne /76%=2311.57W=2.31kw1 s$ m& Z6 P! K) R: g; Q(2 )由第一個方程得( Pa-PB ) / p =Z

4、j+9.81 得 7 a6 W, R# w+ E& v9 vPb=Pa- p ( ZBg+9.81 )=245.2 X03-1100 (7 羽.81+98.1)$ M) z： B8 f. q3 u4 L=6.2（104Pa： y7 W- m# z m X; p例3.用離心泵把20 C的水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內水位維持恒定，各部分相對位置如本題附圖所示。管路的直徑均為76X 2.5mm在操作條件下，泵入口處真空表的讀數為24.66 %03Pa,水流經吸入管與排處管（不包括噴頭）的能量損失可分別按Eh門=2簽，Eht,2=10u2計算，由于管徑不變，故式中u為吸入或排岀管的流速m/s。排水管與

5、噴頭連接處的壓強為98.07 X03Pa （表壓）。試求泵的有效功率。解：總能量損失 Ehf= Ehf,1+Ehf，2在截面與真空表處取截面作方程：Z0g+U02/2+P0/ p=Z1g+u2/2+P1/ p +Efh 1（P0-P1） / 尸 Z1g+u2/2 + Efh 1二 u=2m/sqm= qv p=7.9kg/s在真空表與排水管-噴頭連接處取截面Z1g+u2/2+P1/ p+W=z 2g+u2/2+P2/ P +Efh 2 We= Z2g + u2/2+P2/ p +Efh 2- （ Z1g + u2/2+P 1/ p）=12.5 X9.81+（98.07+24.66） /998.

6、2 1X03+1 0 X22=285.97J/kgPe= qmXW =285.97 X7.9=2.26kw例4.用壓縮空氣將密度為1100kg/m3的腐蝕性液體自低位槽送到高位槽，兩槽的液位恒定。管2路直徑均為巾60 X 3.5mm,其他尺寸見本題附圖。各管段的能量損失為Ehf，AB=Eh f，cd=u，Eh2f，bc=1.18u。兩壓差計中的指示液均為水銀。試求當R1=45mm h=200mni時：（1）壓縮空氣的壓強P1為若干？（ 2） U管差壓計讀數 艮為多少？解：對上下兩槽取截面列柏努力方程0+0+P1/ p=Zg+0+P 2/ p +E fP1 = Zg p+0+P 2 + pEi

7、f=10X9.81 X1100+1100(2u2+1.18u2)=107.91 X103+3498u2在壓強管的B，C處去取截面，由流體靜力學方程得pb+ pg (x+R 1) =Pc + pg ( hBc+x) + p水銀 R1 gPB+1100X9.81 X(0.045+x)=Pc +1100 X9.81 X(5+x)+13.6 X103X9.81 X0.0454PB-PC=5.95 X104Pa在 B， C 處取截面列柏努力方程2O+ub22+P b/p=Zg+u c/2+Pc/p +IB 仁 bc管徑不變， Ub=u cPb-Pc= p (Zg+Eh f, bc) =1100 X (

8、1.18u2+5 9.81 ) =5.95 X04Pau=4.27m/s壓縮槽內表壓 P1=1.23 X105Pa( 2)在 B ， D 處取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/p = Zg+0+0+ Eh f， Bc+Eh f，cDPB=(7X9.81+1.18u2+u2-0.5u2) X1100=8.35X104PaPb- ph= p水銀 R2g8.35 X104-1100 X9.81 X0.2=13.6 1X03X9.81 XR2R2=609.7mm例 5. 從設備送出的廢氣中有少量可溶物質，在放空之前令其通過一個洗滌器，以回收這些物質進行綜合利用，并避免環(huán)境污染。 氣體流量為3600m

9、3/h，其物理性質與 50C的空氣基本相同。如本題附圖所示，氣體進入鼓風機前的管路上安裝有指示液為水的U 管壓差計，起讀數為30mm。輸氣管與放空管的內徑均為250mm管長與管件，閥門的當量長度之和為50m,放空機與鼓風機進口的垂直距離為 20m,已估計氣體通過塔內填料層的壓強降為1.96 X 103Pa。管壁的絕對粗糙度可取0.15mm,大氣壓強為101.33 X 103。求鼓風機的有效功率。解：查表得該氣體的有關物性常數p=1.093，尸1.96 X10-5pas氣體流速 U = 3600/(3600 X/ nX0.252) = 20.38 m/s質量流量qm = 20.38 4XnX!2

10、52 X1.093=1.093 Kg/s流體流動的雷偌準數Re = du p尸2.84 X05為湍流型所有當量長度之和I = +藝e=50m取 0.15 時 dd = 0.15/250= 0.0006查表得 Q0.0189所有能量損失包括出口,入口和管道能量損失即：E = 0.5 X/2 + 1 uX2 + (0.0189 50/0.25) u2/2=1100.66J/kg在1-1、2-2兩截面處列伯努利方程u2/2 + P1/p+ W = Zg + u 2/2 + P2/p + EhW = Zg +(P2- P1)/p +Eh= 1665.7 Pa W = 2820.83 W/Kg泵的有效功

11、率pe = We Xqm = 3083.2W = 3.08 KW例 6 .如本題附圖所示，貯水槽水位維持不變。槽底與內徑為100mm 的鋼質放水管相連，管路上裝有一個閘閥， 距管路入口端 15m 處安有以水銀為指示液的 U 管差壓計， 其一臂與管道相連， 另一臂通大氣。壓差計連接管內充滿了水，測壓點與管路出口端之間的長度為20m。(1).當閘閥關閉時，測得 R=600mm , h=1500mm ;當閘閥部分開啟時，測的 R=400mm , h=1400mm。摩擦系數可取 0.025，管路入口處的局部阻力系數為 0.5。問每小時從管中水流岀若 干立方米。(2).當閘閥全開時，U管壓差計測壓處的靜

12、壓強為若干(Pa,表壓)。閘閥全開時 b/d - 1,5摩擦系數仍取 0.025。解: 根據流體靜力學基本方程 , 設槽面到管道的高度為 xp 水 g(h+x)= P水銀 gR331033(1.5+x) = 13.610330.6x = 6.6m部分開啟時截面處的壓強P1 = p水銀gR - p水gh = 39.63 13Pa在槽面處和 1-1 截面處列伯努利方程Zg + 0 + 0= 0 + u 2/2 + P1/ p +而 Xh = X+Xe)/d + z -U2/2= 2.125 u222 6.6 39.81 = u2/2 + 39.63 + 2.125 u2u = 3.09/s體積流量

13、 qm = uA 尸 3.09 34 .1)2 33600 = 87.41m 3/h 閘閥全開時 取 2-2,3-3 截面列伯努利方程Zg = u2/2 + 0.5u2/2 + 0.025 (15 +l/d)u2/2u = 3.47m/s取 1-1 、 3-3 截面列伯努利方程 2 2P1/ p= u2/2 + 0.025 (15+ /d)u2/2 P1 = 3.7104Pa例7.用效率為80%的齒輪泵將粘稠的液體從敞口槽送至密閉容器中，兩者液面均維持恒定，容器頂部壓強表讀數為 30Xl03pa。用旁路調節(jié)流量，起流程如本題附圖所示，主管流量為14m3/h ,管徑為$66X3mm，管長為80m

14、 （包括所有局部阻力的當量長度）。旁路的流量為5m3/h，管徑為32X2.5mm，管長為20m （包括除閥門外的管件局部阻力的當量長度）兩管路的流型相同，忽略貯槽液面至分支點o之間的能量損失。被輸送液體的粘度為50mPas，密度為1100kg/m3,試計算:（1 ）泵的軸功率（2 ）旁路閥門的阻力系數。$ n6 f, P$ + e& R1 f4 7 Y7 Y- v4 h;解：泵的軸功率分別把主管和旁管的體積流量換算成流速% + u5 p* C& - a h& z主路流速u = qv/A = 14/3600 ( n4) (60)2X10-6# J8 J O, x V9 A=1.38 m/s旁路流

15、速U1 = qv1/A = 5/3600 ( n4) (27)2X106=2.43 m/s先計算主管流體的雷偌準數7 D1 j- 0 A3 & K4 mRe = du P 尸 1821.6 1).621+0.364J 5y=聯立兩方程j 1十1%, 解得x = 0.367 , y = 0.592此點坐標(0.367, 0.592)即為(Xq, yq)。因XF = 0.44，即XqV xfV yq,說明進料的熱狀況為氣液混合進料。由q線方程 1-，此線與平衡線的交點即是操作線與平衡線的交點g10_592 =x0.367x0.41解岀 q = 0.676例22.在連續(xù)精餾塔中分離某種組成為0.5

16、(易揮發(fā)組分的摩爾分率，下同)的兩組分理想溶液。原料液于泡點下進入塔內。塔頂采用分凝器和全凝器，分凝器向塔內提供回流液，其組成為0.88,全凝器提供組成為 0.95的合格產品。塔頂餾岀液中易揮發(fā)組分的回收率96%。若測得塔頂第一層板的液相組成為 0.79，試求：(1)操作回流比和最小回流比；(2)若餾岀液量為100kmol/h，則原料液流量為多少？解：(1)在塔頂滿足氣液平衡關系式y = a/1 +( a-1)x代入已知數據0.95 = 0.88 a1 + 0.88( a1)二 a 2.591第一塊板的氣相組成y 1 = 2.591X 1/ (1 + 1.591X 1)=2.591 (K79/ ( 1 + 1.591 0.79) = 0.907在塔頂做物料衡算V = L + DVy 1 = Lx l + Dx d0.907 ( L + D ) = 0.88L + 0.95D 二 L/D =