化工原理例題

1、柏努利方程應(yīng)用例題：1、20的空氣在直徑為80mm的水平管流過(guò)?，F(xiàn)于管路中接一文丘里管，如圖：文丘里管的上游接一水銀U管壓差計(jì)，在直徑為20mm的喉頸處接一細(xì)管，其下部插入水槽中?？諝饬鬟^(guò)文求里管的能量損失可忽略不計(jì)。當(dāng)U管壓差計(jì)讀數(shù)R=25mm，h=0.5m時(shí)，試求此時(shí)空氣的流量為若干m3/h。當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為101.33kPa。文丘里管上游測(cè)壓口處的表壓強(qiáng)為 p1=Hg g R=136009.810.025 =3335Pa(表壓)喉頸處的表壓強(qiáng)為p2=gh=10009.810.5=4905Pa（表壓）空氣流經(jīng)截面1-1與2-2的壓強(qiáng)變化為（絕對(duì)壓強(qiáng)） 故可按不可壓縮流體來(lái)處理。 兩截面間的空

2、氣平均密度為 在截面1-1與2-2之間列柏努利方程式，以管道中心線作基準(zhǔn)水平面。兩截面間無(wú)外功加入，即We=0；能量損失可忽略，即=0。據(jù)此，柏努利方程式可寫為: 式中 Z1=Z2=0所以 簡(jiǎn)化得 （a）據(jù)連續(xù)性方程 u1A1=u2A2得 u2=16u1 （b）以式（b）代入式（a），即（16u1）2=13733解得 u1=7.34m/s空氣的流量為 用泵將貯液池中常溫下的水送至吸收塔頂部，貯液池水面維持恒定，各部分的相對(duì)位置如圖所示。輸水管的直徑為763mm，排水管出口噴頭連接處的壓強(qiáng)為6.15104Pa（表壓），送水量為34.5m3/h，水流經(jīng)全部管道（不包括噴頭）的能量損失為160J/k

3、g，試求泵的有效功率。解：以貯液池的水面為上游截面1-1，排水管出口與噴頭連接處為下游截面2-2，并以1-1為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式，即：2、用泵將貯槽中密度為1200kg/m3的溶液送到蒸發(fā)器內(nèi)，貯槽內(nèi)液面維持恒定，其上方壓強(qiáng)為101.33103Pa，蒸發(fā)器上部的蒸發(fā)室內(nèi)操作壓強(qiáng)為26670Pa（真空度），蒸發(fā)器進(jìn)料口高于貯槽內(nèi)液面15m，進(jìn)料量為20m3/h，溶液流經(jīng)全部管路的能量損失為120J/kg，求泵的有效功率。管路直徑為60mm。解：取貯槽液面為11截面，管路出口內(nèi)側(cè)為22截面，并以11截面為基準(zhǔn)水平面，在兩截面間列柏努利方程： 式中 Z1=0 Z2=15m p1=0

4、（表壓） p2=-26670Pa（表壓） u1=0 =120J/kg將上述各項(xiàng)數(shù)值代入，則泵的有效功率Pe為： Pe=Weqm式中 Pe=246.96.67=1647W=1.65kW實(shí)際上泵所作的功并不是全部有效的，故要考慮泵的效率，實(shí)際上泵所消耗的功率（稱軸功率）P為 設(shè)本題泵的效率為0.65，則泵的軸功率為： 3、在套管換熱器中用120的飽和蒸汽于環(huán)隙間冷凝以加熱管內(nèi)湍流的苯。苯的流量為4000kg/h，比熱容為1.9kJ/(kg)，溫度從30升至60。蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為1104W/(m2)，換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻為4104m2/W，忽略管壁熱阻、換熱管外側(cè)污垢熱阻及熱損失。換熱管為f542m

5、m的鋼管，有效長(zhǎng)度為12m。試求：（1）飽和蒸汽流量（其冷凝潛熱為2204kJ/kg）；（2）管內(nèi)苯的對(duì)流傳熱系數(shù)ai；（3）當(dāng)苯的流量增加50%、但其他條件維持不變時(shí)，苯的出口溫度為若干？（4）若想維持苯的出口溫度仍為60應(yīng)采取哪些措施？作出定量計(jì)算。解：（1）飽和蒸汽流量: （2）管內(nèi)苯的對(duì)流傳熱系數(shù)ai:整理： （1） （2） （3）苯的流量增加50%，苯的出口溫度為若干 將其代入（2）式得 代入（1）式得 解得 （4）若想維持苯的出口溫度仍為60應(yīng)采取哪些措施？作出定量計(jì)算。（a） 將管子加長(zhǎng)， 由（1）式得 （b） 提高加熱蒸氣壓強(qiáng)（溫度） 解得 4、有一碳鋼制造的套管換熱器，內(nèi)管直

6、徑為89mm3.5mm，流量為2000kg/h的苯在內(nèi)管中從80冷卻到50。冷卻水在環(huán)隙從15升到35。苯的對(duì)流傳熱系數(shù)h=230W/（m2K），水的對(duì)流傳熱系數(shù)c=290W/（m2K）。忽略污垢熱阻。試求：冷卻水消耗量；并流和逆流操作時(shí)所需傳熱面積。（假設(shè)總傳熱系數(shù)隨溫度的變化忽略不計(jì)，忽略熱損失） 苯的平均溫度：，比熱容cph=1.86103J/（kgK）苯的流量Wh=2000kg/h，水的平均溫度：，比熱容cpc=4.178103J/（kgK）。熱量衡算式為 熱負(fù)荷 W 冷卻水消耗量 kg/h以內(nèi)表面積Si為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為Ki，碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)=45W/（mK） =4.35103+7.

7、46105+3.18103 =7.54103m2K/W Ki=133W/（m2K），本題管壁熱阻與其它傳熱阻力相比很小，可忽略不計(jì)。 并流操作 80 50 傳熱面積 m2 逆流操作 80 50 傳熱面積 m2 因。 5、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=0.4478+0.5692=85.8原料液流量 F=15000/85.8=1

8、75.0kmol/h 依題意知 DxD/FxF=0.971 （a）DxD=0.9711750.44 （b）全塔物料衡算 D+W=F=175 DxD+WxW=FxF 或 DxD+0.0235W=1750.44 （c）聯(lián)立式a，b，c，解得D=80.0 kmol/h W=95.0 kmol/h xD=0.9356、分離上例題中的溶液時(shí)，若進(jìn)料為飽和液體，選用的回流比R=2.0，試求提餾段操作線方程式，并說(shuō)明操作線的斜率和截距的數(shù)值。解： xw=0.0235 W=95kmol/h F=175kmol/h D=80kmol/h而 L=RD=2.080=160kmol/h精餾段操作線方程：因泡點(diǎn)進(jìn)料，故

9、 可求得提餾段操作線方程式 或 該操作線的斜率為1.4，在y軸上的截距為0.0093。由計(jì)算結(jié)果可看出，本題提餾段操作線的截距值是很小的，一般情況下也是如此。6、有一間歇操作干燥器，有一批物料的干燥速率曲線如圖7-15所示。若將該物料由含水量w1=27%干燥到w2=5%（均為濕基），濕物料的質(zhì)量為200kg，干燥表面積為0.025m2/kg干物料，裝卸時(shí)間=1h，試確定每批物料的干燥周期。解 絕對(duì)干物料量 Gc=G1（1-w1）=200（1-0.27）=146kg 干燥總表面積 S=1460.025=3.65m2將物料中的水分換算成干基含水量 最初含水量kg水/kg干物料 最終含水量kg水/kg干物料由圖7-15中查到該物料的臨界含水量Xc=0.20kg水/kg干物料，平衡含水量X*=0.05kg水/kg干物料，由于X2Xc，所以干燥過(guò)程應(yīng)包括恒速和降速兩個(gè)階段，各段所需的干