化工原理例題

1、柏努利方程應(yīng)用例題：1、如C的空氣在直徑為80mm的水平管流過?，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^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/ho當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為例1-9附圖101.33kPa。文丘里管上游測壓口處的表壓強(qiáng)為pi=pHggR=13600X9.81X0.025=3335Pa俵壓）喉頸處的表壓強(qiáng)為P2=-pgh=1000X9.81X0.5=4905Pa（表壓）空氣流經(jīng)截面1-1'與2-2'的壓強(qiáng)變化為（絕對壓強(qiáng)）Pl-

2、P2Pl1013303335-101330-4905=0.079二10133033357.9%:20%故可按不可壓縮流體來處理兩截面間的空氣平均密度為MT°pm291273101330-3335-490522.4Tp022.42931013303=1.20kg/m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。兩截面間無外功加入，即We=0；能量損失可忽略，即、hf=0。P2P據(jù)此，柏努利方程式可寫為式中所以簡化得=gZ2Z1=Z2=0u123335u；49051 .2-r-2 1.221.222，一一一一u；-u；=13733據(jù)連續(xù)性方程UiA

3、l=u2A2A2=u10.08$902>(b)以式(b)代入式(a),即(16U1)2-u12=13733U2=16ui解得U1=7.34m/s空氣的流量為992Vs=3600d；u1=36000.0827.34=132.8m3/h44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，各部分的相對位置如圖所示。輸水管的直徑為76x3mm,排水管出口噴頭連接處的壓強(qiáng)為6.15X104Pa（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/kg,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',

4、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101.33X103Pa,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：2u1p1gZi11We=gZ22U22p2P三hf式中Zi=0Z2=15mpi=0p2=-26670Pa（表壓）（表壓）ui

5、=020U2360020.7850.062=1.97m/shf=120J/kg將上述各項(xiàng)數(shù)值代入，則例LU附圖We:159.8121.972120-266701200246.9J/kg泵的有效功率Pe為：Pe=We.qm式中、201200qm二卬二二6.67kg/s3600Pe=246.9X667=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T,實(shí)際上泵所消耗的功率（稱軸功率）P為Pe設(shè)本題泵的效率為0.65,則泵的軸功率為：P=165=2.54kW0.653、在套管換熱器中用120c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

6、.9kJ/（kgC）,溫度從30c升至60C。蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為1x104W/（n2C）,換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻為4X104而C/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e54x2mm勺鋼管，有效長度為12ml試求：（1）飽和蒸汽流量（其冷凝潛熱為2204kJ/kg）;（2）管內(nèi)苯的對流傳熱系數(shù)外；（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60C應(yīng)采取哪些措施？作出定量計(jì)算。解：（1）飽和蒸汽流量：Q=qm1=qm2Cpc(t2t1)=40001.9(6030)=2.28105kJ/hqm1Q2.25105=r2204=103.

7、4kg/h（2）管內(nèi)苯的對流傳熱系數(shù):Q=qm2Cpc(t2-匕)=KoSotm=K°S。(T-牛，-=K。S。-t2rtilnTt1InTt1T-12T-t2整理lT-t2KoSoqm2cpcSo-vdoL=0.05412“-2.036m21ngT-t2120-30=ln0.4055Ko0.405540001.936002.036=0.4205kw/(m2C)11dodoRsiKo：odi:idi(2)1420.5110000454410-5054-i50120-60：i=585w/(m2C)(3)苯的流量增加50%苯的出口溫度為若干二i=(1.5)0.81i=(1.5)0.858

8、5=809.1w/(m2C)將其代入(2)式得Ko=535.7w/(m2C)代入(1)式得,120-30535.72.0363600八“一ln=0.3444120-t240001.51.91000解得t2.56.2C(4)若想維持苯的出口溫度仍為60c應(yīng)采取哪些措施？作出定量計(jì)算。(Soqm2Cpc(a) 將管子加長，由(1)式得120-30ln0.4055二120600.40551.540001.91000c2So=2.4m23600535.7L=So/(二do)=2.4/(0.054)=14.15m(b) 提高加熱蒸氣壓強(qiáng)(溫度)ln3T-60535.72.0363600八一0.34444

9、0001.51.91000()89mm80c冷苯的對解得T.=13c4、有一碳鋼制造的套管換熱器，內(nèi)管直徑為x3.5mm,流量為如00kg/h的苯在內(nèi)管中從卻到50Co冷卻水在環(huán)隙從15c升到35Co流傳熱系數(shù)將=230W/(m2,K),水的對流傳熱系數(shù)ac=290W/(m2K)o忽略污垢熱阻。試求：冷卻水(假設(shè)消耗量；并流和逆流操作時(shí)所需傳熱面積。總傳熱系數(shù)隨溫度的變化忽略不計(jì)，忽略熱損失)一-8050苯的平均溫度：T=丁0=65C,比熱容Cph=1.86X103J/(kgK)苯的流量Wh=2000kg/h,水的平均溫度：1535t=25c2比熱容Cpc=4.178x103J/(kgK)。熱

10、量衡算式為Qqm1cph(T1T2)qm2cpe(t2t1)熱負(fù)荷2000360031.86103(80-50)=3.1104W冷卻水消耗量Q3.11043600qm2cpe(t2-t)4.178103(35-15)kg/h以內(nèi)表面積Si為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為Ki,碳鋼的與熱系數(shù)九=45W/(mK)11bdidi10.00350.0820.082=r+=十十Ki二hdm：cd。230450.08552900.089co=4.35X103+7.46X105+3.18X10=7.54X103m2K/WKi=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80-501535

11、6515=34.2c65-1565In-15傳熱面積Ytm并3.110413334.2=6.81m2逆流操作8050351545354535?？谀?-2=40CSQ3.11042傳熱面積q逆一一一5.83m1E3逆13340m一工-A并逆/|大|At乂<At、¥1WS亞AS-=1.17、m并、m逆,|_Di并Q逆。qaxSi逆t"m并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)精儲塔中進(jìn)行分離，要求釜?dú)堃褐泻讲桓哂?%,塔頂儲出液中苯的回收率為以摩爾92。97.1%。試求儲出液和釜?dú)堃旱牧髁考敖M成,流量和摩爾分率表示。解：苯的分子量為

12、78;甲苯的分子量為進(jìn)料組成xF40/78=0.4440/7860/92釜?dú)堃航M成2不及9ro0235原料液的平均分子量Mf=0.44X78+0.56X92=85.8原料液流量F=15000/85.8=175.0kmol/h依題意知(b)Dxd/Fxf=0.971Dxd=0.971X175X0.44全塔物料衡算D+W=F=175Dxd+Wxw=Fxf(c)Dxd+0,0235W=175X0.44聯(lián)立式a,b,c,解得D=80.0kmol/hW=95.0kmol/hxd=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,試求提儲段操作線方程式，并說明操作線的斜率和截距

13、的數(shù)值。解：Xw=0.0235W=95kmol/hF=175kmol/hD=80kmol/h而L=RD=2.0X80=160kmol/h精微段操作線方程:RXDvDxnR1R1因泡點(diǎn)進(jìn)料，故qtIVIF-i1Iv-Il可求得提儲段操作線方程式LqF'ym1lnXmLqF-WWLqF-WXw0.0235160117595Xm160175-95m160175-95或ym1=1.4xm-0.0093該操作線的斜率為1.4,在y軸上的截距為一0.0093由計(jì)算結(jié)果可看出，本題提微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

14、該物料由含水量w=27淅燥到3=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r'=1h,試確定每批物料的干燥周期。解絕對干物料量G'=G'(1-w)=200X(1-0.27)=146kg干燥總表面積S=146X0.025=3.65m2將物料中的水分換算成干基含水量最初含水量XliF：詈念=0.37kg水/kg干物料1-w11-0.27最終含水量X2=：產(chǎn)：=巖05r0.053kg水/kg干物料1-W21-0.05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x<x,所以干燥過程應(yīng)包括恒速和降速兩個(gè)階段，各段所需的干燥時(shí)間分別計(jì)算。a.恒速階段r1由X=0.37至X：=0.20，由圖7