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)備的的絕對壓力與甲地區(qū)操作時相同？解：（1）設(shè)備內(nèi)絕對壓力絕壓=大氣壓-真空度=85.3 1 03 - 20 1 03 Pa =65.3kPa（2）真空表讀數(shù)真空度=大氣壓-絕壓=101.33 1 03 - 65.3 1 03 Pa =36.03kPa5如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個U管壓差計。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

2、，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兩點的表壓力。解：（1）A點的壓力Pa 二水gR3 T汞gR2 P000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa=1.165 104Pa（表）（2）B點的壓力Pb 二 Pa '汞 gR=1.165 104 13600 9.81 0.5 Pa = 7.836 1 04Pa（表）13.如本題附圖所示，用泵2將儲罐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/m3。精餾塔進(jìn)口處的塔 內(nèi)壓力為1.21 105

3、Pa，進(jìn)料口高于儲罐內(nèi)的液面 8 m，輸送管道 直徑為$ 68 mm 4 mm，進(jìn)料量為20 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，得卑號g乙池冬手gZ2 ' hf p, =1.0133 105 Pa; p2 =1.21 105Pa; Z2 -Z, =8.0m;V V20 36006 ： 0;二 hf =70 J kgu2_m s =1.966 m.sA nd24 0.068 -2 0.004 22 2We 二空土 號g Z2 - 乙、hfWe1.21 -1.0133 105二 8001.9662+29.

4、8 8.070二2.46 1.93 78.4 70 J kg =175J kgNe 二wsWe =20 3600 800 173W =768.9W19.用泵將2X 104 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 25.93x 10 Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管道為 76 mm x 4 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（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/m3,黏度為6.3 10-4 Pas。管壁絕對粗糙度可取為0.3

5、 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2 2gz1 -2 -P W = gz2 -2 £ 、hf（1）式中Z1=0, z2=17 m , Ub1 0w2X104,Ub22m s =1.43 m s二 d2r 3600 0.785 0.0682 107343P1=-25.9x 10 Pa （表）,p2=0 （表）將以上數(shù)據(jù)代入式（1）,并整理得2We =g（Z2 -乙）匹上 0 :hf2 ：23=9.81 X 17+259 型+' hf =192.0+' hf21073L- L2其中 -hf =

6、（ - +-匕 +'_ ） Ubd2=1.656 x 105Re_dubP 0.068 勺.43 勺 073 Re=卩0.63"0e 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)量長度分別為閘閥（全開）：0.43 X 2 m =0.86 m標(biāo)準(zhǔn)彎頭：2.2 X 5 m =11 m' hf =（0.03 X 35 0.86 11 +0.5+4） J kg =25.74J/kg0.068 2 '于是We =192.025.74 J kg =217.7 J kg泵的軸功率為Ns=We w / =217.7 2 1043600

7、 0.7W =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，管路上裝有一個閘閥，距管路入口端15m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0.5。問每小時從管中流出多少水（m3）?（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/d15,摩

8、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(jī)械能衡算方程，并通過截面2-2,的中心作基準(zhǔn)水平面，得2 2gz1 匹衛(wèi)二gz2 業(yè)上、hf,2（ a）2P 2P式中 P1=0（表）P2HggR -H2°gR = 13600 9.81 0.4 -1000 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。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 程知：H2°g（z1 - h） - jggR（b）式中 h=1.5 m, R=0.6 m 將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得i

9、'13600 漢 0.6 ,乙110002 2'h-2 =（丄 ；）巴=2.13ub =（0.025 15 0.5）巴=2.13u：d 20.12將以上各值代入式（a）,即u 23963029.81 X 6.66=也 +2.13 ub2 1000 解得 ub = 3.13m s水的流量為Vs =3600nd2ub = 3600 0.785 0.12 3.13 m3 s =1.43m3 s4（2）閘閥全開時測壓點處的壓力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，并通過管中心線作基準(zhǔn)平面,在截面 得2 2Ub1丄Pl丄Ub3丄P3丄gZ1gz3hf,i_ 32 T2 T

10、（c）式中Zi=6.66 m , Z3=0, Ubi=0, pi=p3Zhfi 3 =（J +4 +°生=|卩.025（竺+15）+0.5也=4.81u： -d20.1一 2將以上數(shù)據(jù)代入式（c）,即229.81 X 6.66= U+4.81 Ub2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2 2gz +皿 +直=gZz +皿 +P +2X 1_ 2y 2222Z2=0, Ubi 0, Ub2=3.51 m/s , pi=0 （表壓力）式中Zi=6.66 m ,hf_20.025耳 0.5 逝 J kg =26.2J kg0.12 心y

11、（d）將以上數(shù)值代入上式,則29.81 6.66 m351氏26.221000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。啟動泵之前A、C兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動離心泵并將出口閥調(diào)至某開度時，輸油量為39 m3/h ,此時泵的壓頭為 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）輸油管線的總長度（包括所有局部阻力當(dāng)量長度）。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2He =K Bqe由于啟動離心

12、泵之前 Pa=Pc,于是K = .Z -=0fgHe =BqeH e = H = 38 m-225h /mB =38/(39)2h2/m5=2.5 X 10He =2.5 10(qe 的單位為3m /h)(2)輸油管線總長度.J 札 U2H /"d 2g/ .'n0.01 i m/s=1.38 m/sI le 2-'U用離心泵（轉(zhuǎn)速為 和出口壓力表的讀數(shù)分別為2.2gdH 2 9.81 0.1 382m=1960 m0.02 1.382900 r/min ）進(jìn)行性能參數(shù)測定實驗。在某流量下泵入口真空表60 kPa和220 kPa,兩測壓口之間垂直距離為0.5 m，泵的

13、軸功率為6.7 kW。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為80 mm，吸入管中流動阻力可表達(dá)為Z hf,0=3.0uf（ui為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為2.5 m，實驗是在20 C, 98.1 kPa的條件下進(jìn)行。試計算泵的流量、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20 =gZ1 g 號 ' hfg將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得3施二儒一2.5 9.81'5.48u1 =3.184 m/sn233q =(0.082 3.184 3600) m /h=57.61 m /h泵的揚程(60 220) 1030

14、.5 m=29.04m1000 9.81泵的效率Hq，g29.04 57.61 1000 9.81 ,s 100%=68%1000P3600 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 kWn=68%5.用離心泵將真空精餾塔的釜殘液送至常壓貯罐。塔底液面上的絕對壓力為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% 二叢 MNPSH-Hf, PgPa 一 Pv =0"g

15、H g =(2.30.5)_1.46m =-4.26my泵的允許安裝位置應(yīng)在塔內(nèi)液面下4.26m處，實際安裝高度為-3.0m，故泵在操作時可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為安全運行，離心泵應(yīng)再下移1.5 m。&對于習(xí)題7的管路系統(tǒng)，若用兩臺規(guī)格相同的離心泵（單臺泵的特性方程與習(xí)題 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）兩臺泵的并聯(lián)8.8 - 5.2 105q2 =28 -4.2 105( )2解得:-333q=5.54X 10 m /s=19.95 m /h兩臺泵的串聯(lián)5252&85.2 10 q =2 (284.210 q )解得:q=5.8

16、9X 10-3 m3/s=21.2 m3/h在本題條件下，兩臺泵串聯(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 C下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為1.06 kg/m3,黏度為1.8 >10-5 Pa?s（2） 若操作在420 C下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為 0.5 kg/m3,黏度為3.3 >0-5 Pa?s 解：（1）在降塵室內(nèi)能夠完

17、全沉降下來的最小顆粒的沉降速度為：273 20q 3000 - ut蘭273 m s = 0.03577 m sbl 3600 5 5設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：2ut =0.03577 =ds也18188 E O.。3577 =1.985 10斤=19.85口(3000-1.06) 9.81核算流型:r 虻=翼込竺74 =0.0418 1一. 51.8 10"原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.985 >0-5 m。（2）計算過程與（1）相同。完全能夠沉降下來的最小顆粒的沉降速度為:q 3000 273 420Ut竺二ttttm s 二 0.0846 m sbl360

18、0 5 5設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則:183.310色 °.0846 M13210%“1.32on(3000-0.5) 9.81核算流型:R畔132 E。0846 °5 =0.0529 ：13.3 10 生原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.132 >0-5 m。3.對2題中的降塵室與含塵氣體， 在427 C下操作，若需除去的最小顆粒粒徑為 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L hu10 amUtL-Utuqv,sbH3000273 427壬莒WES(1)3Ut2 6 2d s -g 10 10 一 3000-0.59.811818 3.3

19、1 10-m s = 4.954 10 一 m s由（1）式計算h4.954 10Jm =0. 244m0.1017層數(shù)nH 4217.2取18層h 0.244H 42 m =0.233m18 18核算顆粒沉降雷諾數(shù)：du®10 10- 4.954 10- 0.53.3 10"4= 7.5 10 一 ：1核算流體流型:（型）u2 5 °233 0.1017 0.53.3 10-5233 686 ： 210010.板框壓濾機(jī)過濾某種水懸浮液，已知框的長K寬x高為810 mmX810 mmX42 mm，總框數(shù)為10,濾餅體積與濾液體積比為.=0.1，過濾10 min，

20、得濾液量為1.31 m 11 在67 10 Pa壓力下對硅藻土在水中的懸浮液進(jìn)行過濾試驗，測得過濾常數(shù)，再過濾10 min ,共得濾液量為1.905 m3，試求（1）濾框充滿濾餅時所需過濾時間；（2）若洗滌與輔助時間共45 min，求該裝置的生產(chǎn)能力（以得到的濾餅體積計）。解：（1）過濾面積 A-0.812 2 10=13.122m2由恒壓過濾方程式求過濾常數(shù)1.3122 1.31Ve =13.1222 10 60K 1.9052 2 1.905Ve =13.1222 20 60K聯(lián)立解出 Ve =0.1376m3， K =2.010 10m2/s恒壓過濾方程式為 V 0.2752V =346

21、1 10Vc =0.81 0.81 0.042 10m3 = 0.2756m3Vc3V c =2.756m3v代入恒壓過濾方程式求過濾時間- 2.75620.2752 2.756 / 3.461 10s = 2414s =40.23minVc（2 ）生產(chǎn)能力Qc0.2756m3/s= 4.823 10' m3/s = 0.206m3/hw 42414 45 60.:t7240K=5 X10 5 m2/s, qe=0.01 m 3/m2，濾餅體積與濾液體積之比u0.08。現(xiàn)擬用有38個框的3BMY50/810-25型板框壓濾機(jī)在134 10 Pa壓力下過濾上述懸浮液。試求： （1）過濾至

22、濾框 內(nèi)部全部充滿濾渣所需的時間；（2）過濾完畢以相當(dāng)于濾液量1/10的清水洗滌濾餅，求洗滌時間；（3）若每次卸渣、重裝等全部輔助操作共需15 min，求過濾機(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無關(guān)：p =134 103Pa時，K =1 10-m2/s，qe =0.01m3/m2Vc =o.812 0.025 38m3 =o.6233m3，A =38 2 0.812m2 =49.86m2Vc0.6233 337.791 3 23 2V cm3 =7.791m3，qm3/m2 =0.1563m3/m2v 0.08

23、49.86代入恒壓過濾方程式求過濾時間0.156322 0.01 0.1563 =10v -275.6s（2）洗滌Vw =0.1V = 0.7791m3dV 1 dVdr w 4 dr eKA2KA8 V Ve _ 8 q qe104986mS =80.1563 0.013.748 10msdVdr w0.77910.003748s = 207.9s（3）生產(chǎn)能力m3/h = 20.27m3/h7.7913275.6 207.9 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 000kg/h，其溫度由25 C升至38 C,平均比