化工原理作業(yè)答案

1、3已知甲地區(qū)的平均大氣壓力為 85.3 kPa，乙地區(qū)的平均大氣壓力為 101.33 kPa，在甲 地區(qū)的某真空設(shè)備上裝有一個(gè)真空表， 其讀數(shù)為 20 kPa。若改在乙地區(qū)操作， 真空表的讀數(shù) 為多少才能維持該設(shè)備的的絕對(duì)壓力與甲地區(qū)操作時(shí)相同？解：（ 1）設(shè)備內(nèi)絕對(duì)壓力絕壓=大氣壓-真空度= 85.3 103 20 103 Pa 65.3kPa（2）真空表讀數(shù)真空度=大氣壓-絕壓= 101.33 103 65.3 103 Pa 36.03kPa5如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè)U 管壓差計(jì)。讀數(shù)分別為 R1=500 mm，R2=80 mm ，指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴(kuò)散，于右

2、側(cè)的U 管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度 R3=100 mm。試求 A、B 兩點(diǎn)的表壓力。解：（1）A 點(diǎn)的壓力pA水gR3 汞gR2 1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 104 Pa（表）（ 2）B 點(diǎn)的壓力pB pA汞 gR11.165 104 13600 9.81 0.5Pa 7.836 104 Pa（表）13如本題附圖所示， 用泵 2 將儲(chǔ)罐 1 中的有機(jī)混合液送至 精餾塔 3 的中部進(jìn)行分離。 已知儲(chǔ)罐內(nèi)液面維持恒定， 其上方壓 力為 1.0133 105 Pa。流體密度為 800 kg/m 3。精餾塔進(jìn)口處的塔 內(nèi)壓力為 1.21

3、105 Pa，進(jìn)料口高于儲(chǔ)罐內(nèi)的液面 8 m，輸送管道 直徑為 68 mm 4 mm，進(jìn)料量為 20 m3/h 。料液流經(jīng)全部管道 的能量損失為 70 J/kg ，求泵的有效功率。解：在截面 A-A和截面 B-B 之間列柏努利方程式，得 22p1 u1 gZ1 We p2 u2 gZ2hf22p1 1.0133 105 Pa；p2 1.21 105 Pa；Z 2 Z1 8.0m；u1 0；hf 70J kgV V 20 3600 u2m s 1.966 m s2 A 2 3.14 2 d 2 0.068 2 0.004 2 4422Wp2 p1 u2 u1g Z2Z1hfWe 1.21 1.0

4、133 108001.966229.88.0 70 J kg2.46 1.93 78.4 70 J kg 175J kg768.9W19用泵將 2104 kg/h 的溶液自反應(yīng)器送至高位槽 （見本題附圖） 。反應(yīng)器液面上方保持 25.9 103 Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。 管道為 76 mm4 mm 的鋼管，總長(zhǎng)為 35 m， 管線上有兩個(gè)全開的閘閥、一個(gè)孔板流量計(jì)（局部阻力系數(shù)為4）、五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管路出口的距離為 17 m 。若泵的效率為 0.7，求泵的軸功率。 （已知溶液的密度為 1073 kg/m3，黏度為 6.3 10-4 Pa s。管壁絕對(duì)粗糙度可取為 0

5、.3 mm。）1-1 ，與管路出口內(nèi)側(cè)截面 2-2，間列機(jī)械能衡算方程，以截面 1-1 ，為解：在反應(yīng)器液面基準(zhǔn)水平面，得2ub1 p12gz1We gz22ub2p2hf2f1）式中z1=0 ，z2=17 m，ub1 04 w 2 1042 m s 1.43m s2 3600 0.785 0.0682 1073 d4 p1=-25.9103 Pa （表），p2=0 （表） 將以上數(shù)據(jù)代入式（ 1），并整理得2 ub2 p2 p1ub2hf其中We g（z2 z1）2231.432 25.9 103 =9.8117+ 25.9 10 +2 1073hf =192.0+hfRehf =（ + L

6、 Le +2ub220.068 1.43 10730.63 10 3=1.656e d 0.0044根據(jù) Re與 e/d值，查得 =0.03，并由教材可查得各管件、閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度分別為閘閥（全開） ： 0.43 2 m =0.86 m 標(biāo)準(zhǔn)彎頭：2.2 5 m =11 mhf =（0.03 35 0.86 11 +0.5+4）0.0681.432J kg =25.74J/kg于是217.7 2Ns=We w/1040.7W =1.73kWWe 192.0 25.74 J kg 217.7 J kg泵的軸功率為20如本題附圖所示， 貯槽內(nèi)水位維持不變。 槽的底部與內(nèi)徑為 100 mm 的鋼質(zhì)放水

7、管相連， 管路上裝有一個(gè)閘閥，距管路入口端 15 m處安有以水銀為指示液的 U 管壓差計(jì)，其一臂與 管道相連， 另一臂通大氣。 壓差計(jì)連接管內(nèi)充滿了水， 測(cè)壓點(diǎn)與管路出口端之間的直管長(zhǎng)度 為 20 m 。（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)， 測(cè)得 R=600 mm、h=1500 mm ；當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)， 測(cè)得 R=400 mm、 h=1400 mm 。摩擦系數(shù) 可取為 0.025，管路入口處的局部阻力系數(shù)取為0.5。問(wèn)每小時(shí)從管中流出多少水（ m3）？（ 2）當(dāng)閘閥全開時(shí)， U 管壓差計(jì)測(cè)壓處的壓力為多少 Pa（表壓）。（閘閥全開時(shí) Le/d 15，摩擦系數(shù)仍可取 0.025 。）解：（1）閘閥部分開啟時(shí)水

8、的流量在貯槽水面 1-1，與測(cè)壓點(diǎn)處截面 2-2 ，間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)截面2-2，的中心作基準(zhǔn)水平面，得2ub2p2a）2ub1 p1gz1gz2hf，122 式中p1=0（表 ）p2HggRH2OgR 13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 Pa 39630Pa（表）ub2=0 ， z2=0z1 可通過(guò)閘閥全關(guān)時(shí)的數(shù)據(jù)求取。當(dāng)閘閥全關(guān)時(shí)，水靜止不動(dòng)，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方 程知b）H2O g（z1 h） HggR 式中 h=1.5 m, R=0.6 m 將已知數(shù)據(jù)代入式（ b）得z113600 0.610001.5 m6.66mhf,1-2(Lc)ub2.13u2b(

9、0.025 150.5) ub2.13ub2d 2 0.1 2將以上各值代入式（a），即u 2 39630 2 9.816.66= ub +2.13 ub22 1000解得ub 3.13m s水的流量為Vs 3600 d 2ub 3600 0.785 0.12 3.13 m3 s 1.43m3 s42）閘閥全開時(shí)測(cè)壓點(diǎn)處的壓力2ub1 gz122p1ub3 p3gz32hf，13式中z1=6.66 m，z3=0，ub1=0， p1p3hf,1 3(L Le)ub2 =c ) = d c 235u20.025( 15) 0.5 b 4.81ub20.12將以上數(shù)據(jù)代入式（c），即在截面 1-1

10、，與管路出口內(nèi)側(cè)截面 3-3，間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)管中心線作基準(zhǔn)平面， 得c）229.816.66= ub +4.81 ub22解得ub 3.13m s再在截面 1-1 ，與 2-2 ，間列機(jī)械能衡算方程，基平面同前，得gz12ub1p12ub2p2gz2hf，1 22d）式中z1=6.66 m ，z2=0，ub10，ub2=3.51 m/s， p1=0（表壓力）hf,1 21.50.0250.10.53.5122J kg26.2J kg將以上數(shù)值代入上式，則9.81 6.6623.5122p2100026.2解得p2=3.30 104 Pa（表壓）第二章 流體輸送機(jī)械1用離心油泵將甲地

11、油罐的油品送到乙地油罐。管路情況如本題附圖所示。啟動(dòng)泵之前 A 、C 兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動(dòng)離心泵并將出口閥調(diào)至某開度時(shí)，輸油量為39 m3/h ，此時(shí)泵的壓頭為 38 m。已知輸油管內(nèi)徑為 100 mm，摩擦系數(shù)為 0.02；油品密度為 810 kg/m 3。 試求（ 1）管路特性方程； （ 2）輸油管線的總長(zhǎng)度（包括所有局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）。解：（1）管路特性方程1-1與 2-2 截面，以水平管軸線為基準(zhǔn)面，在兩截面之間甲、乙兩地油罐液面分別取作 列柏努利方程，得到2H e K Bqe2由于啟動(dòng)離心泵之前 pA=pC,于是Zp=0gHeBqe2HeH 38m38/(39)2h2/m5=2.

12、5102 h2/m5He2.5 10 2qe2 ( qe的單位為 m3/h)2）輸油管線總長(zhǎng)度 l le u2 d 2g3936000.01 m/s=1.38 m/s42gdH2u用離心泵（轉(zhuǎn)速為和出口壓力表的讀數(shù)分別為2le2 9.81 0.1 38 2 m=1960 m0.02 1.3822900 r/min ）進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)。在某流量下泵入口真空表60 kPa 和 220 kPa，兩測(cè)壓口之間垂直距離為 0.5 m，泵的軸功率為 6.7 kW 。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為 80 mm，吸入管中流動(dòng)阻力可表達(dá)為2hf,0 1 3.0u1（u1 為吸入管內(nèi)水的流速， m/s）。離心泵的安

13、裝高度為 2.5 m ，實(shí)驗(yàn)是在 20 的條件下進(jìn)行。試計(jì)算泵的流量、壓頭和效率。解：（1）泵的流量 由水池液面和泵入口真空表所在截面之間列柏努利方程式（池中水面為基準(zhǔn)面）， 98.1 kPa，得到2 p1 u1 0 gZ1121hf,0 1將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得2 60 103 3.5u122.5 9.81 35.481 1000u1 3.184 m/s則 q ( 0.082 3.184 3600)m3/h=57.61 m3/h43(60 220) 1030.5 m 29.04m1000 9.81(2) 泵的揚(yáng)程H H1 H 2 h0(3) 泵的效率Hqs g 29.04 57.61

14、1000 9.81 s100% =68%1000P 3600 1000 6.7在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為： q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW =68%5用離心泵將真空精餾塔的釜?dú)堃核椭脸嘿A罐。塔底液面上的絕對(duì)壓力為 32.5 kPa(即輸送溫度下溶液的飽和蒸汽壓 )。已知：吸入管路壓頭損失為 1.46 m，泵的必需氣蝕余量為 2.3 m，該泵安裝在塔內(nèi)液面下 3.0 m 處。試核算該泵能否正常操作。解：泵的允許安裝高度為H g pa pv NPSH H f,0 1g式中pa pv 0g則 H g (2.3 0.5) 1.46m -4.26m泵的允許安裝位置應(yīng)在

15、塔內(nèi)液面下 4.26m 處，實(shí)際安裝高度為 3.0m，故泵在操作時(shí) 可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為安全運(yùn)行，離心泵應(yīng)再下移1.5 m。8對(duì)于習(xí)題 7 的管路系統(tǒng)，若用兩臺(tái)規(guī)格相同的離心泵(單臺(tái)泵的特性方程與習(xí)題8相同)組合操作，試求可能的最大輸水量。解：本題旨在比較離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)的效果。(1)兩臺(tái)泵的并聯(lián)8.8 5.2 105 q2 28 4.2 105(q)2解得：q=5.54 10 3 m3/s=19.95 m3/h(2) 兩臺(tái)泵的串聯(lián)5 2 5 28.8 5.2 105q2 2 (28 4.2 105q 2)解得：q=5.89 103 m3/s=21.2 m3/h在本題條件下，兩臺(tái)泵串聯(lián)可獲得

16、較大的輸水量21.2 m3/h。第三章 非均相混合物分離及固體流態(tài)化2用降塵室除去氣體中的固體雜質(zhì)，降塵室長(zhǎng)5 m，寬 5 m，高 4.2 m，固體雜質(zhì)為球形顆粒，密度為 3000 kg/m 3。氣體的處理量為 3000（標(biāo)準(zhǔn)） m3/h。試求理論上能完全除去的 最小顆粒直徑。（ 1）若操作在 20 下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為 1.06 kg/m 3，黏度為 1.8 10-5 Pa?s。 （ 2）若操作在 420 下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為 0.5 kg/m 3，黏度為 3.3 10-5 Pa?s。 解：（1）在降塵室內(nèi)能夠完全沉降下來(lái)的最小顆粒的沉降速度為：273 20utqv,s

17、bl3000273 m s 0.03577 m s3600 5 5設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：ut0.03577d2( s )g18d (1s8 ut)g18 1.8 105 0.03577 1.985 105m 19.85m(3000 1.06) 9.81核算流型：Retdut1.985 10 5 0.03577 1.06 0.0418 11.8 10 5原設(shè)滯流區(qū)正確，（2）計(jì)算過(guò)程與能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.985 10-5 m。1）相同。完全能夠沉降下來(lái)的最小顆粒的沉降速度為：qv,s utbl3000 273 4203600 52735 m s 0.0846m s設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)

18、，則：d 18 ut18 3.3 10 5 0.0846 4.132 10 5m 41.32m( s )g (3000 0.5) 9.81核算流型：Retdut4.132 10 5 0.0846 0.5 0.0529 13.3 10 5原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.132 10-5 m。3對(duì) 2 題中的降塵室與含塵氣體， 在 427 下操作， 若需除去的最小顆粒粒徑為 10 m， 試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。解：取隔板間距為 h，令LhuutL則hut（1）u3000273 427uqv,s3600273 m s 0.1017 m sbH54.210 m塵粒的沉降速度ut

19、 d2 1s8gt 186210 10 618 3.313000 0.5 9.81m s 4.954 103ms10 5由( 1)式計(jì)算 h54.9540.1017H310 3m 0.244m層數(shù) n4.20.24417.2取 18層H184.2 m 0.233m18dut10 10 6 4.954 10 43.3 10 50.5 7.510 4 1核算流體流型：Redeu2bh 2 5 0.233( )u 0.1017 0.5b h 5.233 5 686 21003.3 10 510板框壓濾機(jī)過(guò)濾某種水懸浮液， 已知框的長(zhǎng) 寬高為 810 mm810 mm42 mm，總 框數(shù)為 10，濾餅

20、體積與濾液體積比為=0.1，過(guò)濾 10 min ，得濾液量為 1.31 m3，再過(guò)濾 10 min，共得濾液量為 1.905 m3，試求（ 1）濾框充滿濾餅時(shí)所需過(guò)濾時(shí)間； （ 2）若洗滌與輔助時(shí)間 共 45 min ，求該裝置的生產(chǎn)能力 （以得到的濾餅體積計(jì) ）。解：（ 1）過(guò)濾面積 A 0.812 2 10 由恒壓過(guò)濾方程式求過(guò)濾常數(shù)213.122m21.312 2 1.31Ve 13.1222 1060K221.9052 2 1.905Ve 13.122220 60K聯(lián)立解出 Ve 0.1376m3 ， K 2.010 10 5m2/s恒壓過(guò)濾方程式為 V 2 0.2752V 3461

21、10 3Vc 0.81 0.81 0.042 10m3 0.2756m3Vc 3V c 2.756m 3v代入恒壓過(guò)濾方程式求過(guò)濾時(shí)間2.7562 0.2752 2.756 / 3.461 10 3 s 2414s 40.23min2）生產(chǎn)能力VcwD0.2756m3/s 4.823 10 5 m3/s 0.206m 3 /h2414 45 60311在 67 103Pa 壓力下對(duì)硅藻土在水中的懸浮液進(jìn)行過(guò)濾試驗(yàn)，測(cè)得過(guò)濾常數(shù)核算顆粒沉降雷諾數(shù)：K=510-5 m2/s，qe=0.01 m 3/m2 ，濾餅體積與濾液體積之比 =0.08 。現(xiàn)擬用有 38 個(gè)框的3BMY50/810-25 型板

22、框壓濾機(jī)在 134 103 Pa壓力下過(guò)濾上述懸浮液。試求： （1）過(guò)濾至濾框 內(nèi)部全部充滿濾渣所需的時(shí)間； （2）過(guò)濾完畢以相當(dāng)于濾液量 1/10 的清水洗滌濾餅，求洗 滌時(shí)間；（ 3）若每次卸渣、重裝等全部輔助操作共需15 min ，求過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力（ m3濾液/h）。解：（ 1）硅藻土， s 0.01，可按不可壓縮濾餅處理K 2k p， qe與 p無(wú)關(guān)0.01m3/m 22 2 20.812m2 49.86m 2134 103Pa時(shí)， K 1 10 4m2/s，2 3 30.812 0.025 38m3 0.6233m3 ， A 38 2Vc 0.6233 3 3 cm3 7.791m3，v 0.08代入恒壓過(guò)濾方程式求過(guò)濾時(shí)間20.15632 2q 7.791m3/m249.86320.1563m3/m20.01 0.1563 10275.6s2)洗滌Vw0.1V30.7791m3dVdVKA2KA10 4W48V Ve8 q qe49.86 m3 s 3.748 10 3 m3 s8 0.1563 0.01VW / ddVd0.7791s0.003748207.9s7.79133）生產(chǎn)能力m3/h 20.27m3/hWD275.6 207.9 15 60 /36007在一傳熱面積為 25 m2的單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機(jī)溶液。冷卻水的流 量為28 00