廣西化工原理復(fù)試習(xí)題

1、第一章 流體流動(dòng)【1-1】 將高位槽內(nèi)料液向塔內(nèi)加料。高位槽和塔內(nèi)的壓力均為大氣壓。要求料液在管內(nèi)以0.5m/s的速度流動(dòng)。設(shè)料液在管內(nèi)壓頭損失為1.2m（不包括出口壓頭損失），試求高位槽的液面應(yīng)該比塔入口處高出多少米？解：取管出口高度的00為基準(zhǔn)面，高位槽的液面為11截面，因要求計(jì)算高位槽的液面比塔入口處高出多少米，所以把11截面選在此就可以直接算出所求的高度x，同時(shí)在此液面處的u1及p1均為已知值。22截面選在管出口處。在11及22截面間列柏努利方程： 式中p1=0（表壓）高位槽截面與管截面相差很大，故高位槽截面的流速與管內(nèi)流速相比，其值很小，即u10，Z1=x，p2=0（表壓），u2=0

2、.5m/s，Z2=0，/g=1.2m將上述各項(xiàng)數(shù)值代入，則 9.81x=+1.2×9.81 x=1.2m計(jì)算結(jié)果表明，動(dòng)能項(xiàng)數(shù)值很小，流體位能的降低主要用于克服管路阻力?！?-2】 用泵輸送密度為710kg/m3的油品，如附圖所示，從貯槽經(jīng)泵出口后分為兩路：一路送到A塔頂部，最大流量為10800kg/h，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為98.07×104Pa。另一路送到B塔中部，最大流量為6400kg/h，塔內(nèi)表壓強(qiáng)為118×104Pa。貯槽C內(nèi)液面維持恒定，液面上方的表壓強(qiáng)為49×103Pa。現(xiàn)已估算出當(dāng)管路上的閥門全開，且流量達(dá)到規(guī)定的最大值時(shí)油品流經(jīng)各段管路的阻力損失

3、是：由截面11至22為201J/kg；由截面22至33為60J/kg；由截面22至44為50J/kg。油品在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的動(dòng)能很小，可以忽略。各截面離地面的垂直距離見本題附圖。已知泵的效率為60%，求此情況下泵的軸功率。解：在11與22截面間列柏努利方程，以地面為基準(zhǔn)水平面。 式中 Z1=5m p1=49×103Pa u10 Z2、p2、u2均未知，hf12=20J/kg設(shè)E為任一截面上三項(xiàng)機(jī)械能之和，則截面22上的E2=gZ2+p2/+u22/2代入柏努利方程得 (a)由上式可知，需找出分支22處的E2，才能求出We。根據(jù)分支管路的流動(dòng)規(guī)律E2可由E3或E4算出。但每千克油品從截面2

4、2到截面33與自截面22到截面44所需的能量不一定相等。為了保證同時(shí)完成兩支管的輸送任務(wù)，泵所提供的能量應(yīng)同時(shí)滿足兩支管所需的能量。因此，應(yīng)分別計(jì)算出兩支管所需能量，選取能量要求較大的支管來決定E2的值。仍以地面為基準(zhǔn)水平面，各截面的壓強(qiáng)均以表壓計(jì)，且忽略動(dòng)能，列截面22與33的柏努利方程，求E2。 =1804J/kg列截面22與44之間的柏努利方程求E2 =2006J/kg比較結(jié)果，當(dāng)E2=2006 J/kg時(shí)才能保證輸送任務(wù)。將E2值代入式（a），得 We=200698.06=1908 J/kg通過泵的質(zhì)量流量為 泵的有效功率為 Ne=Wews=1908×4.78=9120W=9

5、.12kW泵的軸功率為 最后須指出，由于泵的軸功率是按所需能量較大的支管來計(jì)算的，當(dāng)油品從截面22到44的流量正好達(dá)到6400kg/h的要求時(shí)，油品從截面22到33的流量在管路閥全開時(shí)便大于10800kg/h。所以操作時(shí)要把泵到33截面的支管的調(diào)節(jié)閥關(guān)小到某一程度，以提高這一支管的能量損失，使流量降到所要求的數(shù)值。第二章 流體輸送設(shè)備【21】 附圖為測定離心泵特性曲線的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)中已測出如下一組數(shù)據(jù)：泵進(jìn)口處真空表讀數(shù)p1=2.67×104Pa(真空度)泵出口處壓強(qiáng)表讀數(shù)p2=2.55×105Pa(表壓)泵的流量Q=12.5×103m3/s功率表測得電動(dòng)機(jī)所消

6、耗功率為6.2kW吸入管直徑d1=80mm壓出管直徑d2=60mm兩測壓點(diǎn)間垂直距離Z2Z1=0.5m泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率可視為1，電動(dòng)機(jī)的效率為0.93實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為20的清水試計(jì)算在此流量下泵的壓頭H、軸功率N和效率。解：（1）泵的壓頭 在真空表及壓強(qiáng)表所在截面11與22間列柏努利方程： 式中 Z2Z1=0.5m p1=2.67×104Pa（表壓） p2=2.55×105Pa（表壓） u1= u2= 兩測壓口間的管路很短，其間阻力損失可忽略不計(jì)，故 H=0.5+ =29.88mH2O（2）泵的軸功率 功率表測得功率為電動(dòng)機(jī)的輸入功率，電動(dòng)機(jī)本身消耗一部分功率，其效率

7、為0.93，于是電動(dòng)機(jī)的輸出功率（等于泵的軸功率）為： N=6.2×0.93=5.77kW（3）泵的效率 =在實(shí)驗(yàn)中，如果改變出口閥門的開度，測出不同流量下的有關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出相應(yīng)的H、N和值，并將這些數(shù)據(jù)繪于坐標(biāo)紙上，即得該泵在固定轉(zhuǎn)速下的特性曲線。【22】 選用某臺(tái)離心泵，從樣本上查得其允許吸上真空高度Hs=7.5m，現(xiàn)將該泵安裝在海拔高度為500m處，已知吸入管的壓頭損失為1 mH2O，泵入口處動(dòng)壓頭為0.2 mH2O，夏季平均水溫為40，問該泵安裝在離水面5m高處是否合適？解：使用時(shí)的水溫及大氣壓強(qiáng)與實(shí)驗(yàn)條件不同，需校正：當(dāng)水溫為40時(shí) pv=7377Pa在海拔500m處大氣壓

8、強(qiáng)可查表2-1得 Ha=9.74 mH2O H's=Hs+（Ha10） =7.5+（9.7410）（0.750.24）=6.73 mH2O泵的允許安裝高度為： （2-22b） =6.730.21 =5.53m5m故泵安裝在離水面5m處合用。第三章 沉降與過濾【3-1】 擬采用降塵室回收常壓爐氣中所含的球形固體顆粒。降塵室底面積為10m2，寬和高均為2m。操作條件下，氣體的密度為0.75kg/m3，粘度為2.6×105Pa·s；固體的密度為3000 kg/m3；降塵室的生產(chǎn)能力為3 m3/s。試求：1）理論上能完全捕集下來的最小顆粒直徑；2）粒徑為40m的顆粒的回收百

9、分率；3）如欲完全回收直徑為10m的塵粒，在原降塵室內(nèi)需設(shè)置多少層水平隔板？解：1）理論上能完全捕集下來的最小顆粒直徑，在降塵室中能夠完全被分離出來的最小顆粒的沉降速度為 m/s由于粒徑為待求參數(shù)，沉降雷諾準(zhǔn)數(shù)Ret和判斷因子K都無法計(jì)算，故需采用試差法。假設(shè)沉降在滯流區(qū)，則可用斯托克斯公式求最小顆粒直徑，即 2核算沉降流型 Ret原設(shè)在滯流區(qū)沉降正確，求得的最小粒徑有效。2）40m顆粒的回收百分率 假設(shè)顆粒在爐氣中的分布是均勻的，則在氣體的停留時(shí)間內(nèi)顆粒的沉降高度與降塵室高度之比即為該尺寸顆粒被分離下來的分率。由于各種尺寸顆粒在降塵室內(nèi)的停留時(shí)間均相同，故40m顆粒的回收率也可用其沉降速度u

10、't與69.1m顆粒的沉降速度ut之比來確定，在斯托克斯定律區(qū)則為 回收率= u't / ut=(d'/dmin)2=(40/69.1)2=0.335即回收率為33.5%。3）需設(shè)置的水平隔板層數(shù) 多層降塵室中需設(shè)置的水平隔板層數(shù)用式3-20a計(jì)算。由上面計(jì)算可知，10m顆粒的沉降必在滯流區(qū)，可用斯托克斯公式計(jì)算沉降速度，即 m/s所以 ，取47層隔板間距為 m核算氣體在多層降塵室內(nèi)的流型：若忽略隔板厚度所占的空間，則氣體的流速為2000 m/s 所以 Re即氣體在降塵室的流動(dòng)為滯流，設(shè)計(jì)合理?！?-2】擬在9.81×103Pa的恒定壓強(qiáng)差下過濾某懸浮液。已知

11、該懸浮液由直徑為0.1mm的球形顆粒狀物質(zhì)懸浮于水中組成，過濾時(shí)形成不可壓縮濾餅，其空隙率為60%，水的粘度為1.0×10Pa·s，過濾介質(zhì)阻力可以忽略，若每獲得1m3濾液所形成的濾餅體積為0.333m3。試求：1）每平方米過濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過濾時(shí)間；2）若將此過濾時(shí)間延長一倍，可再得濾液多少？解：1）求過濾時(shí)間 已知過濾介質(zhì)阻力可以忽略的恒壓過濾方程為 單位面積獲得的濾液量 q=1.5 m3/ m2 過濾常數(shù) 對(duì)于不可壓縮濾餅，s=0，r'=r=常數(shù)，則 已知p=9.81×103Pa，=1.0×103Pa·s，v=0.

12、333m3/m2根據(jù)式3-37知，又已知濾餅的空隙率=0.6球形顆粒的比表面m2/m3所以 1/m2則 m2/s所以 s 2）過濾時(shí)間加倍時(shí)增加的濾液量 s則 m3/m2 m3/m2即每平方米過濾面積上將再得0.62m3濾液。第四章 傳 熱【4-1】熱空氣在冷卻管管外流過，2=90W/（m2·），冷卻水在管內(nèi)流過， 1=1000W/（m2·）。冷卻管外徑do=16mm，壁厚b=1.5mm，管壁的=40W/（m·）。試求：總傳熱系數(shù)Ko；管外對(duì)流傳熱系數(shù)2增加一倍，總傳熱系數(shù)有何變化？管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)1增加一倍，總傳熱系數(shù)有何變化？解： 由式4-70可知 W/（m2

13、·）可見管壁熱阻很小，通?？梢院雎圆挥?jì)。 傳熱系數(shù)增加了82.4%。 傳熱系數(shù)只增加了6%，說明要提高K值，應(yīng)提高較小的2值?！?-2】有一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)中的單程逆流列管式換熱器，熱空氣在管程由120降至80，其對(duì)流傳熱系數(shù)1=50W/（m2·K）。殼程的冷卻水從15升至90，其對(duì)流傳熱系數(shù)2=2000W/（m2·K），管壁熱阻及污垢熱阻皆可不計(jì)。當(dāng)冷卻水量增加一倍時(shí)，試求水和空氣的出口溫度t'2和T'2，忽略流體物性參數(shù)隨溫度的變化；傳熱速率Q'比原來增加了多少？解：水量增加前 T1=120，T2=80，t1=15，t2=90， 1=50W/（m

14、2·K），2=2000W/（m2·K）， （a）水量增加后 （b） 或 （c） （d） 式（c）代入式（d），得 （e）由式（c）與（e）得 t'2=61.9 T '2=69.9即傳熱速率增加了25%。第五章 蒸餾【5-1】 每小時(shí)將15000kg含苯40%（質(zhì)量%，下同）和甲苯60%的溶液，在連續(xù)精餾塔中進(jìn)行分離，要求釜?dú)堃褐泻讲桓哂?%，塔頂餾出液中苯的回收率為97.1%。試求餾出液和釜?dú)堃旱牧髁考敖M成，以摩爾流量和摩爾分率表示。解：苯的分子量為78；甲苯的分子量為92。進(jìn)料組成 釜?dú)堃航M成 原料液的平均分子量 MF=0.44×78+0.56

15、×92=85.8原料液流量 F=15000/85.8=175.0kmol/h 依題意知 DxD=FxF=0.971 （a）所以 DxD=0.971×175×0.44 （b）全塔物料衡算 D+W=F=175 DxD+WxW=FxF 或 DxD+0.0235W=175×0.44 （c）聯(lián)立式a，b，c，解得D=80.0 kmol/h W=95.0 kmol/h xD=0.9352. 苯和甲苯混合物中，含苯0.4，流量1000Kmol/h，在一常壓精餾塔內(nèi)進(jìn)行分離，要求塔頂餾出液中含苯0.9(以上均為mol分率)，苯的回收率不低于90%，泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流，取

16、回流比為最小回流比的1.5倍，己知=2.5。求：1塔頂產(chǎn)品量（Kmol/h）； 2塔底殘液量W及組成xW； 3最小回流比； 4精餾段操作線數(shù)值方程；5提餾段操作線數(shù)值方程；6若改用飽和蒸汽進(jìn)料，仍用4中所用回流比時(shí)所需理論板數(shù)?！?-2】、（16分）在一常壓精餾塔內(nèi)分離苯和甲苯混合物，塔頂為全凝器，塔釜間接蒸汽加熱，平均相對(duì)揮發(fā)度為2.47，飽和蒸汽進(jìn)料。已知進(jìn)料量為150kmol/h，進(jìn)料組成為0.4（摩爾分率），回流比為4，塔頂餾出液中苯的回收率為0.97，塔釜采出液中甲苯的回收率為0.95。試求：（1）塔頂餾出液及塔釜采出液組成；(5分)（2）提餾段操作線方程解析式（）；(5分)（3）回

17、流比與最小回流比的比值；(3分)（4）若全回流操作時(shí)，塔頂?shù)谝粔K塔板的氣相默弗里板效率為0.6，全凝器液相組成為0.98，求由塔頂?shù)诙K板上升的氣相組成。(3分) 解：（1）塔頂餾出液及塔釜采出液組成； 由 （a） （b） F=D+W+150 （c） （d）聯(lián)立（a）、（b）、（c）和（d）求解得： W=87.3kmol/h， D=62.7kmol/h xW=0.0206， xD=0.928（2）提餾段操作線方程； 飽和蒸氣進(jìn)料，故 q=0 ， 則 （3）回流比與最小回流比的比值； q=0， 由 得 ， （4）求由塔頂?shù)诙K板上升的氣相組成。 ， 而 全回流時(shí)， ， 代入上式可得： 第六章 吸

18、收【6-1】 在常壓填料吸收塔中，用清水吸收廢氣中的氨氣。廢氣流量為2500m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），廢氣中氨的濃度為15 g/ m3，要求回收率不低于98%，若吸收劑用量為3.6 m3/h，操作條件下的平衡關(guān)系為y=1.2x，氣相總傳質(zhì)單元高度為0.7m，試求：塔底、塔頂及全塔的吸收推動(dòng)力（氣相）；氣相總傳質(zhì)單元數(shù)； 總填料層高(m)。解：1y1=15/17/(1000/22.4)=0.01977-y2=0.01977×(10.98)=3.954×10-4-G=2500/22.4×(1-0.01977)=109.4kmol/h-L=3.6×1000/18=

19、200kmol/h-全塔物料衡算L(x1-x2)=G(y1-y2)200(x1-0)=109.4×(0.01977-0.00039554)得x1=0.0106-y1=y1-y1*=0.02017-1.2×0.0106=0.00745-y2=y2-y2*=0.0003954-2ym=(0.00745-0.0003954)/ln(0.00745/0.0003954)=0.0024-NOG=(y1-y2)/ ym=(0.01977-0.0003954)/0.0024=8.7-3H=NOG×HOG=8.07×0.7=5.65m-【6-2】 用洗油吸收焦?fàn)t氣中的芳

20、烴，含芳烴的洗油經(jīng)解吸后循環(huán)使用。已知洗油流量為7kmol/h，入解吸塔的組成為0.12kmol（芳烴）/kmol（洗油），解吸后的組成不高于0.005kmol（芳烴）/kmol（洗油）。解吸塔的操作壓力為101.325kPa，溫度為120。解吸塔底通入過熱水蒸氣進(jìn)行解吸，水蒸氣消耗量V/L=1.5（V/L）min。平衡關(guān)系為Y*=3.16X，液相體積傳質(zhì)系數(shù)KXa=30kmol/（m3·h）。求解吸塔每小時(shí)需要多少水蒸氣？若填料解吸塔的塔徑為0.7m，求填料層高度。解：水蒸氣不含芳烴，故Y2=0；X1=0.12 水蒸氣消耗量為 V=0.455L=0.455×7=3.185

21、kmol/h=3.185×18=57.3kg/h 用（X2Y2/m）/（X1Y2/m）=0.0417、mV/L=1.44，從圖6-23查得NOL=6.9，與計(jì)算值接近。 m填料層高度 Z=HOL·NOL=0.303×6.84=2.07m第七章 干燥【7-1】在一干燥器中干燥某濕物料，每小時(shí)處理濕物料1000，經(jīng)干燥后物料的含水量由40%減至5%（均為濕基）；干燥介質(zhì)為373K的熱空氣，其中水汽的分壓為1.0KN/m2，空氣在313K及相對(duì)濕度70%下離開干燥器，試求所需要的絕干空氣及新鮮空氣的質(zhì)量流量。水在313K時(shí)水汽的分壓可取7.4 KN/m2，濕空氣的總壓為101.3 KN/m2。解：1求WW=GC（X1-X2）G1=1000 kg/h=0.278kg/s-GC=0.278(1-0.4)=0.167kg/s-X1=w1/(1- w1)=0.40/(1-0.40)=0.667kg/kg絕干料-X2=w2/（1-w2）=0.05/（1-0.05）=0.053kg/kg絕干料-W=GC（X1-X2）=0.167（0.667-0.053）=0.1025kg/s-2求H1：H1=0.6