化工原理習(xí)題含答案

1、流體流動(dòng)部分1 某儲(chǔ)油罐中盛有密度為960 kg/m 3的重油（如附圖所示）， 油面最高時(shí)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1000mm,孔蓋用14 mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作壓力為 39.5X 106 Pa,問至 少需要幾個(gè)螺釘（大氣壓力為 101.3X 103Pa） ?解：由流體靜力學(xué)方程，距罐底1000 mm處的流體壓力為作用在孔蓋上的總力為每個(gè)螺釘所受力為因此習(xí)題 1 附圖習(xí)題 2 附圖2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

2、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3、如本題附圖所示，水在管道內(nèi)流動(dòng)。為測(cè)量流體壓力，在管道某截面處連接U管壓差計(jì)，指示液為水銀，讀數(shù) R=100毫米，h=800mm。為防止水銀擴(kuò)散至空氣中，在水銀液面上方充入少量水，其高度可忽略不計(jì)。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3KPa試求管路中心處流體的壓力。解：設(shè)管路中心處流體的壓力為pPa=PaP + 很 gh + 邪 gR = P0P=P0- p水 gh - p汞 gR=(101.3 x 10000 x 9.8X0.8-13600 X 9.

3、80X)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d08 mmX4 mm的管道中 流出，管路出口高于地面 1.5 m0已知水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按三 hf=5.5u2計(jì)算， 其中u為水在管內(nèi)的平均流速（m/s）。設(shè)流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)，試計(jì)算（1） A-A截面處水的 平均流速；（2）水的流量（m3/h）。解：（1） A- A'截面處水的平均流速在高位槽水面與管路出口截面之間列機(jī)械能衡算方程，得gZi 2u2i 0 gZ2 1U2 -p2hf（1）式中Zi=7 m, Ubi0, pi=0 （表壓）z2=1.5 m, p2=0 （表壓），ub2 =5.5 u2代入

4、式（1）得（2）水的流量（以 m3/h計(jì)）5、如本題附圖所示，用泵2將儲(chǔ)罐1中的有機(jī)混合液送至精微塔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 105Pa流體密度為800 kg/m3。精 儲(chǔ)塔進(jìn)口處的塔內(nèi)壓力為 1.21 105Pa,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6、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(dòng)。若管長(zhǎng)及液體物性不變,將管徑減至原來的1/2,問因流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的能量損失為原

5、來的多少倍？解：流體在水平光滑直圓管中作湍流流動(dòng)時(shí)Pf 一hfhf = Pf/2L Ub d 2hf2 /2 d 1Ub22上二（）（F）（上）2hf1i d2 Ubi式中因此dL=2 ,%=（亙）2=4d2Ubid2"二（'）2=32hfi11又由于0.316_ 0.25ReRRe20.25 _）=d1Ub1 ）0.25 d?Ub2（2X 1）0.25= （ 0.5） 0.25=0.8414hf2故一二32 X0.84=26.9hf1習(xí)題7附圖7、用泵將2X104kg/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 25.9X 103 Pa的真空度，高位槽液面

6、上方為大氣壓。管道為 76mm X 4 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 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-為基準(zhǔn)水平面，得 222%Pi4P2gziWe gz2 - -hf22式中zi=0, Z2=17 m, UbiOPi=-25.9X 103Pa 俵）,p2=0 （表）將以上數(shù)據(jù)代入式（1）,并整

7、理得2Q其中Le +2Ub2（1）hf =192.0+hf=9.81 X 17+143-+ 25.9 10 +21073Re 皿= 0.068 小3 1073 =1.656X 1050.63 10 3根據(jù)Re與e/d值，查得Q0.03,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）：0.43X 2 m =0.86 m標(biāo)準(zhǔn)彎頭：2.2X5 m =11 m2故hf =（0.03 X 35 0.86 11 +0.5+4）至 j kg =25.74J/kg0.0682于是We192.0 25.74 J kg 217.7J kg泵的軸功率為217 7 2 10Ns = We w/ =W=1.73

8、kW3600 0.78、如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的習(xí)題8附圖底部與內(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)

9、 LJd弋15,摩擦系數(shù)仍可取 0.025。）解：（1）閘閥部分開啟時(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，并通過截面2-2的 中心作基準(zhǔn)水平面，得22gz1 ub1 2 gz2 ub2 壓hf,1 2（a）22式中 P1=0（表）ub2=0, z2=0Zi可通過閘閥全關(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(b)學(xué)基本方程知H20 g（乙 h） HggR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"66+鬻+23 ub2解得 ub 3.13m s水的流量為Vs 3600-d2Ub3600 0.78

10、5 0.12 3.13 m3 s 1.43m3 s4（2）閘閥全開時(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，并通過管中心線作基準(zhǔn) 平面，得22(c)Ub1PiUb3P3.gZ1gZ3hf,1322式中zi=6.66 m, Z3=0, Ub1=0, p1=p322LLPub35u.2hf1 3( e c) = 0.025(15) 0.5 4.81U2d20.12將以上數(shù)據(jù)代入式（c）,即9.81X6.66=5+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2Ub1Plg乙22Ub2 P2.gZ2 hf,1-2

11、2（d）式中 Zi=6.66 m,Z2=0, Ubi 0, Ub2=3.51 m/s, pi=0 （表壓力）將以上數(shù)值代入上式，則解得P2=3.30X 104Pa （表壓）蒸儲(chǔ)部分1、在一連續(xù)精微塔中分離苯的含量為 0o 5 （苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同）的苯-甲苯混合 液，其流量為100kmol/ho已知儲(chǔ)出液組成為0。95,釜液組成為0.05,試求（1）儲(chǔ) 出液流量及苯的回收率（2）保持微出液組成0.95不變，微出液最大可能流量。2、在連續(xù)精微塔中分離 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，要求儲(chǔ)出液中易揮發(fā)組 分

12、的回收率為96%,釜液的組成為0.033。試求（1）儲(chǔ)出液的流量和組成；（2）若 操作回流比為2.65,寫出精微段的操作線方程；（3）提微段的液相負(fù)荷。解：（1）儲(chǔ)出液的流量和組成由全塔物料衡算，可得q 1.8 kmol/h=54.55 kmol/h5,W 0.033qn,D qn,F qn,w100 54.55 kmol/h=45.45 kmol/h(2)精微段操作線方程 (3)提微段的液相負(fù)荷3、在連續(xù)操作的精微塔中分離兩組分理想溶液。原料液流量為50 kmol/h ,要求儲(chǔ)出液中易揮發(fā)組分的收率為94%。已知精微段操作線方程為y = 0.75x+0.238; q線方程為y = 2-3 x

13、0試求(1)操作回流比及微出液組成；(2)進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原 料的總組成；(3)兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值 xq及yq； (4)提微段操作線方程。解：(1)操作回流比及微出液組成由題給條件，得R- 0.75及-x 0.238 R 1R 1解得 R = 3, Xd = 0.952(2)進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料液組成由于旦3及9 2 q 11 q解得 q = 0.75 (氣液混合進(jìn)料)，Xf= 0.5(3)兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值 Xq及yq聯(lián)立操作線及q線兩方程，即解得xq= 0.4699 及 yq= 0.5903（4）提微段操作線方程其一般表達(dá)式為式中有關(guān)參數(shù)計(jì)算如下：a qn,FXF 0.94 50 0.

14、5qn,D kmol/h 24.68kmol/hqn,w qn,F qn,D 50 24.68xd0.952kmol/h = 25.32 kmol/hqn,L Rqn,D qqn,F 3 24.68 0.75 50 kmol/h =111.54 kmol/hqn,V qn,L qn,W 111.54 25.32 kmol/h = 86.22 kmol/h111.5425.32yx 0.0592 1.294X 0.0173986.2286.22II,在索區(qū)連年握情蘇利分離兩配分理想*液,證揚(yáng)奈平灼相對(duì)揮發(fā)度為20.原軒液流量為100km疝A 進(jìn)料熱軟態(tài)和院gl便出液就董為稔殘肢組鼠為孤M （易輝發(fā)細(xì)分的摩水分?jǐn)?shù)）.武求（I）操作 線方枇（2）由塔內(nèi)髭下一層理掄被下降的度相如成4、.指修塔中”觸分理想麻.翻耦槿樹凝皮為2反原料液組成為0.35（小5 發(fā)跑分的厚木分杷THJ 飽梯田端 已依陽S段槊作式方福為尸（THi+a額試求（I I操作回流比與 笈小回泡匕的比值；（2）若塔頂?shù)谝话逑陆档囊洪豨成為07誄根的毋目跟弗里我奉瓦小la在需壓連續(xù)卷喑塔內(nèi)分禹笨一氧笨混合物，已知迸料堵