化工原理習(xí)題含答案

1、流體流動部分31.某儲油罐中盛有密度為 960 kg/m 的重油（如附圖所示），油面最高時離罐底 9.5 m，油 面上方與大氣相通。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760 mm的孔，其中心距罐底 1000 mm ,孔蓋用14 mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作壓力為 39.5X106 Pa,問至少需要幾個螺、.3釘（大氣壓力為 101.3X10 Pa）?解：由流體靜力學(xué)方程，距罐底 1000 mm處的流體壓力為p p gh 101.3 103 960 9.81 （9.5 1.0） Pa 1.813 103Pa （絕壓）作用在孔蓋上的總力為F (p Pa)A=(1.813 103-101.3 103)

2、 n 0.762N=3.627 104N4每個螺釘所受力為_n23h 39.5 10 0.014 N 6.093 10 N4因此n F； F 3.627 10?6.093 1Cf N 5.95 6(個)J L9.8 X0.1）P=80.132kpa4、如本題附圖所示，高位槽內(nèi)的水位高于地面7 m，水從0108 mm 4 mm的管道中流出，2管路出口高于地面1.5 m。已知水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按刀hf=5.5u計算，其中u為水在管內(nèi)的平均流速（m/s ）。設(shè)流動為穩(wěn)態(tài)，試計算（1） A-A截面處水的平均流速；（2）水的、亠二3流量（m /h） o解：（1） A- A截面處水的平均流速在高位槽水

3、面與管路出口截面之間列機械能衡算方程1 2 P11 2 P2.gzUb1gz2Ub2hf2 2（1 ）式中Z1=7 m , Ub1 0, p1=0 （表壓） . 2Z2=1.5 m , p2=0 （表壓），屮2 =5.5 u代入式（1）得1 2 29.81 79.81 1.5 一山25.5Ub22ub 3.0 m s3（2 ）水的流量（以 m/h計）5、如本題附圖所示，用泵2將儲罐1中的有機混合液送至精餾塔3的中部進(jìn)行分離。已知53儲罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓力為1.0133 10 Pao流體密度為800 kg/m。精餾塔進(jìn)口5處的塔內(nèi)壓力為1.21 10 Pa,進(jìn)料口高于儲罐內(nèi)的液面8 m，

4、輸送管道直徑為068 mm43mm，進(jìn)料量為20 m /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2 2P1 u1p2 u2gZ1 WegZ2hf2 2U10；hf70 J kgVV20 3600U2An23.14m s 1.966 m s2d0.068 20.0044422WeP2P1U2U1g Z2Z1hf21.211.01331051.96629.8 8.0 70 J kgWe2800p1 1.0133 105Pa; p2 1.21 105Pa; Z2 Z1 8.0m;2.46 1.93 78.4 70 J kg 1

5、75J kgNe wsWe 20 3600 800 173W768.9W6、某液體以一定的質(zhì)量流量在水平直圓管內(nèi)作湍流流動。若管長及液體物性不變， 將管徑減至原來的1/2，問因流動阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來的多少倍？解：流體在水平光滑直圓管中作湍流流動時Pf =hf或hf =Pf/=2LUbd 2hf?/ 2d1Ub2、2=()(-)(-)hf11d2Ub1式中di=2Ub2 .? =(d)2 =4d2Ub1d2因此hf2= ()(2)22=32丄hf1110.316又由于Re0.25ReiReg)0.25d2Ub2)0.25(2xi)0.25= ( 0.5) 0.25=0.8414空=32

6、X0.84=26.91hf1式中Ub1p . A/g乙一-WUb2gZ2Rhf22Z1=0 , Z2=17 m ,Ub1 疋 0w2104Ub22 2d23600 0.785 0.06824p=25.9 X103 Pa (表),p2=0 (表)(1)10731.43 m s將以上數(shù)據(jù)代入式（1）,并整理得2Ub2P2P1.We g（z2 乙）一-hf2=9.81 X17+1.432 + 25.9 103 +21073hf =192.0+其中Le+d2Ub22Re0.068 1.43 10735=1.656 X100.63 10e d 0.0044根據(jù)Re與e/d值，查得 0.03，并由教材可查

7、得各管件、閥門的當(dāng)量長度分別為 閘閥（全開）：0.43 X2 m =0.86 m標(biāo)準(zhǔn)彎頭：2.2 X5 m =11 m2hf =(0.03 X35 .86 11+0.5+4)Ij kg =25.74J/kg0.068是We192.025.74 J kg217.7J kg泵的軸功率為Ns = W( w/217.7 23600 0.7世 W=1.73kW47、用泵將2X10 kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽（見本3題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持 25.9 X10 Pa的真空度，高 位槽液面上方為大氣壓。管道為 76 mm X4 mm的鋼管， 總長為35 m，管線上有兩個全開的閘閥、一個孔板流量 計（

8、局部阻力系數(shù)為4）、五個標(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/m 3,黏度為6.3 10-4 Pa s。管壁絕對粗糙度可取為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，間列機械能衡算方程，以截面 1-1，為基準(zhǔn)水平面，得&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，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計連接 管內(nèi)充滿了水，測壓點與管路出口端之間的直管長度為20 m。（1）當(dāng)閘

9、閥關(guān)閉時， 測得R=600 mm、h=1500 mm ； 當(dāng)閘閥部分開啟時，測得 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30.5。問每小時從管中流出多少水（m）？（2）當(dāng)閘閥全開時，U管壓差計測壓處的壓力為多少Pa （表壓）。（閘閥全開時Le/d疋15,摩擦系數(shù)仍可取0.025。）解：（1）閘閥部分開啟時水的流量在貯槽水面1-1，與測壓點處截面2-2，間列機械能衡算方程,并通過截面2-2，的中心作基準(zhǔn)水平面，得2Ub1Pigz22Ub22P2hf, 2(a)式中 P1=O（表）P2HggRH2gR 13600 9.81 0.4 1000

10、 9.81 1.4 Pa 39630Pa (表)Ub2 = 0 , Z2 = 0Z1可通過閘閥全關(guān)時的數(shù)據(jù)求取。 程知當(dāng)閘閥全關(guān)時,水靜止不動，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方H2og(Z1h) HggR(b)式中 h=1.5 m,R=0.6 m將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得13600 0.61.5 m10006.66m2LUb2hu-2 ( c)2.13Ubd2將以上各值代入式(a),即U 2396309.81 X6.66=巴+2.132 1000解得 Ub 3.13m s(0.025 150.120.5與 2.13ub2ub水的流量為V 3600nd2Ub3600 0.785 0.12 3.13 m3 s

11、1.43m3 s4（2）閘閥全開時測壓點處的壓力在截面1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面 3-3，間列機械能衡算方程，并通過管中心線作基準(zhǔn)平面, 得2Ub1Pigz1 一 -2gz32Ub3Pa2hf,1 3(c )式中z1=6.66 m , z3=0 , Ub1=0 , p1= p32 2）巴=0.025（蘭 15） 0.5 出4.81u22 0.1 22Ub解得ub再在截面gz3.13m s1-1，與2-2，間列機械能衡算方程，基平面同前，得2Ub1P12 2Ub2gz2P2fl - 2（d）式中Z1=6.66 m , Z2=0 , Ub10,Ub2=3.51 m/s , pi=0 （表壓力）hf

12、,i 21.50.025 -0.10.52kg 26.2J kg將以上數(shù)值代入上式,則9.81 6.66 空P22 10004解得p2=3.30 X10 Pa （表壓）26.2-蒸餾部分1、在一連續(xù)精餾塔中分離苯的含量為 流量為100kmol/h。已知餾出液組成為 苯的回收率（2）保持餾出液組成 0.950。5 （苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同）的苯 -甲苯混合液，其0。95，釜液組成為0.05，試求（1）餾出液流量及 不變，餾出液最大可能流量。解：（I ）悔出液的流量和紋的收爭仏=g xloo% = 50 x 095 K100% =95%們腫f100 252）飾出液的最大可能液量當(dāng)和=100%時.獲溥磴

13、丸可能渡量-即%.皿* =空主=豊kmol/h = 52.63 kimd/h2、在連續(xù)精餾塔中分離 A、B兩組分溶液。原料液的處理量為100 kmol/h，其組成為0.45（易揮發(fā)組分 A的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和液體進(jìn)料，要求餾出液中易揮發(fā)組分的回收率為96%,釜液的組成為 0.033。試求（1 ）餾出液的流量和組成；（2 ）若操作回流比為 2.65 , 寫出精餾段的操作線方程；（3）提餾段的液相負(fù)荷。解：（1）餾出液的流量和組成由全塔物料衡算，可得h （ L Lehf,1 3（d將以上數(shù)據(jù)代入式（c）,即29.81 X6.66= 土+4.81qn,DxD0.96qn,FxF 0.96 100

14、 0.45kmol/h 43.2kmol/hqn ,wXw1q 1.8n,W0.033qn,Dqn,F CXD43.245.45kmol/h=54.55 kmol/h0.95050.96100 0.45kmol/h 1.8 kmol/h,w 100 54.55 kmol/h=45.45 kmol/h(2)精餾段操作線方程R xD 2.65 yxxR 1 R 13.650.95050.726x 0.26043.65(3) 提餾段的液相負(fù)荷qn,L qn,LRqn,D qn,F 2.65 45.45 100 kmol/h 220.4kmol/h3、在連續(xù)操作的精餾塔中分離兩組分理想溶液。原料液流量

15、為50 kmol/h，要求餾出液中易揮發(fā)組分的收率為 94%。已知精餾段操作線方程為 y = 0.75 x+0.238 ; q線方程為y = 2-3 x。試求(1)操作回流比及餾出液組成；(2)進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料的總組成；(3)兩操作線交點的坐標(biāo)值 xq及yq； ( 4 )提餾段操作線方程。解：(1)操作回流比及餾出液組成由題給條件，得0.75 及-0.238R 1R 1解得 R = 3 , xD = 0.952(2) 進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料液組成由于3及-2q 11 q解得 q = 0.75 (氣液混合進(jìn)料)，xf = 0.5(3) 兩操作線交點的坐標(biāo)值xq及yq聯(lián)立操作線及q線兩方程，即y

16、 0.75x0.238y 2 3x解得xq = 0.4699 及 yq = 0.5903(4) 提餾段操作線方程其一般表達(dá)式為q n,Lq n,Wy xxwqn,Vqn,V式中有關(guān)參數(shù)計算如下:qn,DA q n,FxFxDqn,W qn,Fqn,D0.94 50 0.5 kmol/h 24.68kmol/h0.95250 24.68 kmol/h = 25.32 kmol/hXw1 a qnMF1 0.94 50 0.5qn ,W25.320.0592qn,L Rqn,Dqqn,F3 24.68 0.75 50 kmol/h =111.54 kmol/hqn,V qn,L qn,w 111.

17、54 25.32 kmol/h = 86.22 kmol/h111.5425.32 t則yx0.05921.294x 0.0173986.22 86.224、II.申,夯鬲兩姐分41瞬冰it物系#均相時揮發(fā)度為2.山廉脫浣量為lOOkmoUh.蠱弊如,擁出液淀玄為fiOkmdWu墜殘物蕨為0X）1（島揮8蟲分的卑 1；分故）試求（I）探作 舫程;（2）由培展下一駆論坂下軸波橄1成“解：本題為提燒塔，即加科由塔頂加人，因此該塔儀有提席段（1）操作線方程此為提席股揉作線方程，即, IXfnv q,f式申 qx = KXJkmol/li（2）最下展塔坂下俸妁液相組成由于再滑器相當(dāng)干一展理論坂、故V；

18、 = i =u；uw&1 4 （tr 1鼻1 + 0.012xU.O丫tn與yw苻合冬作關(guān)系則” v； +0.m67 O.ONK + OlK）67x. -二=U.U 159L667l.6f7找爸塔的塔頂一紀(jì)殳有液相對;仁i（X）40f = 一 a?* 0.01 = 1.667/ - 0.0067 60605、14虛常壓連鞋t櫓塔中分島兩蛆分sm.誼物累的豐均相對揮姒為25壓秤淤細(xì)iQ35（療獰 發(fā)下同抱和底冷唏.巳加椅惱鼓操作純才莊為尸0徐也繃試求（I）機作呵血匕與 鐵卜回沅出的比值；（2）若艸一故下阿刪氏為0.7謹(jǐn)檢的氣相來弗里效車氐嚇qnV = qnyr (ff+1)4Jx37.941unol/h = 170l7kmcl/h解：(1 )尺與尺価的比值 由題潛條件可打Alr =0.2(X/f 1-I) = 0.2*4 = O.S對飽和薩氣進(jìn)料* g = (L X|=0.35他十 Ml 幾)035+ 2.51 =幾=0.8y2 = 0.75a,