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= （2）真空表讀數(shù) 真空度=大氣壓-絕壓=5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 （2）B點(diǎn)的壓力

2、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1.0133105 Pa。流體密度為800 kg/m3。精餾塔進(jìn)口處的塔內(nèi)壓力為1.21105 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：在截面和截面之間列柏努利方程式，得 19用泵將2104 kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽（見(jiàn)本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持25.9103 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

3、兩個(gè)全開(kāi)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6.310-4 Pas。管壁絕對(duì)粗糙度可取為0.3 mm。） 解：在反應(yīng)器液面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，為基準(zhǔn)水平面，得 （1）式中 z1=0，z2=17 m，ub10 p1=-25.9103 Pa (表)，p2=0 (表) 將以上數(shù)據(jù)代入式（1），并整理得 =9.8117+=192.0+其中 =（+） =1.656105 根據(jù)Re與e/d值，查得=0.03，并由教材可

4、查得各管件、閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度分別為 閘閥（全開(kāi)）： 0.432 m =0.86 m 標(biāo)準(zhǔn)彎頭： 2.25 m =11 m故 =(0.03+0.5+4)=25.74J/kg于是 泵的軸功率為 =1.73kW20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(kāi)啟時(shí)，測(cè)得R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系數(shù)可取為

5、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(kāi)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(kāi)時(shí)Le/d15，摩擦系數(shù)仍可取0.025。） 解：（1）閘閥部分開(kāi)啟時(shí)水的流量 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 （a）式中 p1=0(表) ub2=0，z2=0 z1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）式中 h=1.5 m, R=0.6 m將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得 將以上各值代入式（a），即 9.816.66=+2.13

6、ub2 解得 水的流量為 （2）閘閥全開(kāi)時(shí)測(cè)壓點(diǎn)處的壓力在截面1-1，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）式中 z1=6.66 m，z3=0，ub1=0，p1=p3 =將以上數(shù)據(jù)代入式（c），即 9.816.66=+4.81 ub2解得 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 （d）式中 z1=6.66 m，z2=0，ub10，ub2=3.51 m/s，p1=0（表壓力） 將以上數(shù)值代入上式，則 解得 p2=3.30104 Pa（表壓）第二章 流體輸送機(jī)械 1用離心油泵將甲地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)

7、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(kāi)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/m3。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）。習(xí)題1 附圖解：（1）管路特性方程甲、乙兩地油罐液面分別取作1-1與2-2截面，以水平管軸線為基準(zhǔn)面，在兩截面之間列柏努利方程，得到 由于啟動(dòng)離心泵之前pA=pC,于是=0則 又 mh2/m5=2.5102 h2/m5則 （qe的單位為m3/h）（2）輸油管線總長(zhǎng)度m/s=1.38 m/s于是 m=1960 m2用離心泵（轉(zhuǎn)速為

8、2900 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和出口壓力表的讀數(shù)分別為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（u1為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為2.5 m，實(shí)驗(yàn)是在20 ，98.1 kPa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），得到將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得m/s則 m3/h=57.61 m3/h(2) 泵的揚(yáng)程(3) 泵的效率=68%在指定轉(zhuǎn)速下，泵的

9、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式中 則 泵的允許安裝位置應(yīng)在塔內(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

10、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)解得： q=5.54103 m3/s=19.95 m3/h(2) 兩臺(tái)泵的串聯(lián)解得： q=5.89103 m3/s=21.2 m3/h在本題條件下，兩臺(tái)泵串聯(lián)可獲得較大的輸水量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/m3。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/m3，黏度為1.810-5 Pas。（2

11、）若操作在420 下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為0.5 kg/m3，黏度為3.310-5 Pas。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： 設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則： 核算流型： 原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.98510-5 m。（2）計(jì)算過(guò)程與（1）相同。完全能夠沉降下來(lái)的最小顆粒的沉降速度為： 設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則： 核算流型： 原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.13210-5 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 則 （1） 10 m

12、塵粒的沉降速度 由（1）式計(jì)算h 層數(shù)取18層 核算顆粒沉降雷諾數(shù)： 核算流體流型： 10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，濾餅體積與濾液體積比為n=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)濾面積由恒壓過(guò)濾方程式求過(guò)濾常數(shù)聯(lián)立解出，恒壓過(guò)濾方程式為代入恒壓過(guò)濾方程式求過(guò)濾時(shí)間（2）生產(chǎn)能力11在Pa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)

13、濾常數(shù)K=510-5 m2/s，qe=0.01 m3/m2，濾餅體積與濾液體積之比=0.08。現(xiàn)擬用有38個(gè)框的BMY50/810-25型板框壓濾機(jī)在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，可按不可壓縮濾餅處理，與無(wú)關(guān)時(shí)，代入恒壓過(guò)濾方程式求過(guò)濾時(shí)間（2）洗滌 （3）生產(chǎn)能力7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 000kg/h，其溫度由25 升至38 ，平均比熱容為4.17 kJ/(kg)。有機(jī)溶液的溫度由110 降至65 ，平均比熱容為1.72 kJ/(kg)。兩流體在換熱器中呈逆流流動(dòng)。設(shè)換熱器的熱損失可忽略，試核算該換熱器的總傳熱系數(shù)并計(jì)算該有機(jī)溶液的處理量。 解： kJ/