化工原理計(jì)算題Word版

整理為word格式整理為word格式整理為word格式流體流動(dòng)、流體輸送機(jī)械習(xí)題主要計(jì)算公式：1、流體靜力學(xué)基本方程式：或2、流體的速度、體積流量、質(zhì)量流量及質(zhì)量流速之間的關(guān)系：圓管：3、穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的連續(xù)性方程：對任一截面：對不可壓縮流體：4、柏努利方程：不可壓縮、有外功加入的實(shí)際流體柏努利方程：或5、流體通過直管的摩擦阻力：6、摩擦因數(shù)（系數(shù)）層流（）：層流時(shí)直管摩擦阻力：湍流（），且在光滑管內(nèi)流動(dòng)時(shí)：整理為word格式整理為word格式整理為word格式柏拉修斯（Blasius）式7、局部阻力計(jì)算（1）當(dāng)量長度法（2）阻力系數(shù)法8、流體輸送設(shè)備消耗的功率VV2VV2V3V1BA222110010、分支管路11、畢托管（皮托管）12、孔板流量計(jì)：整理為word格式整理為word格式整理為word格式13、離心泵的安裝高度（防止汽蝕）（1）允許吸上真空（高）度HS：是指泵入口處P1可允許達(dá)到的最高真空度，其表達(dá)式為：HS—離心泵的允許吸上真空高度，m液柱；Pa—大氣壓，N/m2；—被輸送液體的密度，kg/m3P1,,u111Hg0P0P1,,u111Hg0P0=Pa0（a）此式用于計(jì)算泵的安裝高度Hg↑Hg↑（2）汽蝕余量：靜壓頭動(dòng)壓頭將此式代入上面的（a）式中，有：習(xí)題：1、用離心泵將池中水送到高位槽，已知管路總長100m（包括當(dāng)量長），其中壓力表后為80m，管路摩擦系數(shù)0.025，管內(nèi)徑0.05m，當(dāng)流量為10m3/h時(shí)泵效率為80%，求：（1）泵的軸功率；（2）壓力表讀數(shù)。（取=1000kg/m3整理為word格式整理為word格式整理為word格式解：（1）如圖取1-1、2-2截面，以1-1截面為基準(zhǔn)列柏努利方程：有效功率軸功率（2）以3-3截面為基準(zhǔn)，在3-3、2-2截面間列柏努利方程：2、欲用離心泵將20℃水以30m3/h的流量由水池打到敞口高位槽，兩液面均保持不變，液面高差為18m，泵的吸入口在水池上方2m處，泵的吸入管路全部阻力為1m水柱，壓出管路全部阻力為3m求：（1）泵的軸功率；（2）若允許吸上真空高度為5m，用上述安裝高度是否合適？（整理為word格式整理為word格式整理為word格式=1000kg/m3；動(dòng)壓頭可略）解：（1）如圖，取1-1、2-2截面，以1-1截面為基準(zhǔn)列柏努利方程：已知：泵的軸功率：（2）安裝高度合適。3、如圖所示，已知管內(nèi)徑d=50mm，在正常輸水中管總長（包括當(dāng)量長）為60m，摩擦系數(shù)為0.023，泵的性能曲線方程是。問：（1）流量為10m3（2）當(dāng)調(diào)節(jié)閥門使流量減到8m3解：（1）如圖，取1-1、2-2截面，以1-1截面為基準(zhǔn)列柏努利方程式：即每千克質(zhì)量水需要125.7J功，每m3水需要125.7×103J，或125.7kJ。整理為word格式整理為word格式整理為word格式此時(shí)需要壓頭為：泵在此時(shí)可提供的壓頭為：故泵可以勝任。（2）當(dāng)時(shí)：即變化后軸功率是原來的0.86倍?；蚣醋兓筝S功率降低了14％。4、從水池用離心泵向高位槽送水，要求水的流量為18m3/h，已知進(jìn)出泵的輸水管為0×mm的鋼管，高位槽水面距水池面高20m，全管線總阻力損失為25倍動(dòng)壓頭。今有一臺離心泵，其性能為（最高效率點(diǎn)0.65），問此泵能否用？解：管內(nèi)流速：選截面1-1、2-2，以1-1截面為基準(zhǔn)列柏努利方程式：整理為word格式整理為word格式整理為word格式傳熱1、現(xiàn)測定一傳熱面積為2m2的列管式換熱器的總傳熱系數(shù)K值。已知熱水走管程，測得其流量為1500kg/h，進(jìn)口溫度為80℃，出口溫度為50℃；冷水走殼程，測得進(jìn)口溫度為15℃，出口溫度為30℃，逆流流動(dòng)。（取水的比熱cp=4.18×103J/kg·K）解：換熱器的傳熱量：Q＝qmcp(T2－T1)＝1500/3600×4.18×103×(80－50)=52.25kW傳熱溫度差△tm：熱流體80→50冷流體30←15△t1=50，△t2=35傳熱溫度差△tm可用算數(shù)平均值：整理為word格式整理為word格式整理為word格式℃℃2、一列管換熱器，由φ25×2mm的126根不銹鋼管組成。平均比熱為4187J/kg·℃的某溶液在管內(nèi)作湍流流動(dòng)，其流量為15000kg/h，并由20℃加熱到80℃，溫度為110℃的飽和水蒸汽在殼方冷凝。已知單管程時(shí)管壁對溶液的傳熱系數(shù)αi為520W/m2·℃，蒸汽對管壁的傳熱系數(shù)α試求：（1）管程為單程時(shí)的列管長度（有效長度，下同）（2）管程為4程時(shí)的列管長度（總管數(shù)不變，仍為126根）（總傳熱系數(shù)：以管平均面積為基準(zhǔn)，）解：（1）傳熱量：Q＝qmcp(t2－t1)＝15000/3600×4187×(80－20)≈1.05×106W總傳熱系數(shù)：（以管平均面積為基準(zhǔn)）解得：K＝434.19W/m2·℃對數(shù)平均溫差：1101102080△t190△t230℃?zhèn)鳠崦娣e：；列管長度：（2）管程為4程時(shí)，只是αi變大：強(qiáng)制湍流時(shí)：αi＝0.023（λ/d）Re0.8Pr0.4，u變大，Re＝duρ/μ變大4程A＇＝1/4A（單程），則：4程時(shí)u＇=4u（單程）有（4程）＝40.8αi（單程）＝40.8×520＝1576.34W/m2·℃整理為word格式整理為word格式整理為word格式4程時(shí)：=1121.57W/m2·℃4程列管長：3、有一列管式換熱器，裝有φ25×2.5mm鋼管320根，其管長為2m，要求將質(zhì)量為8000kg/h的常壓空氣于管程由20℃加熱到85℃，選用108℃飽和蒸汽于殼程冷凝加熱之。若水蒸汽的冷凝傳熱膜系數(shù)為1×104W/m2·K，管壁及兩側(cè)污垢熱阻均忽略不計(jì)，而且不計(jì)熱損失，已知空氣在平均溫度下的物性常數(shù)：λ=2.85×10-2W/m·K，μ=1.98×10-5N·s/m2，cp=1kJ/試求：(1）空氣在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)；（2）求換熱器的總傳熱系數(shù)（以管子外表面為基準(zhǔn)）；（3）通過計(jì)算說明該換熱器能否滿足要求；（4）計(jì)算說明管壁溫度接近于哪一側(cè)的流體溫度。解：(1)空氣在管內(nèi)流速：0.6＜Pr=0.7＜160l/d=2/0.02=100＞50傳熱系數(shù)αi=85.68W/m2·K（2）總傳熱系數(shù)（以管外徑為基準(zhǔn)）：解得：K＝68.08W/m2·K（3）傳熱量：實(shí)際所需傳熱面積：整理為word格式整理為word格式整理為word格式1081082085△t1＝88△t2＝23℃該換熱器所能提供傳熱面積：有：＜該換熱器能滿足要求。（4）Q=KA△tm＝68.08×43.80×48.44=1.44×105W℃Ai=320×3.14×0.02×2＝40.19m2℃所以：壁溫接近于蒸汽流體一側(cè)（或者說接近α大的一側(cè)流體溫度）4、用110℃的飽和水蒸汽將流量為35m3/h的某稀溶液在雙程列管換熱器中從75℃加熱至90℃。若每程有直徑為φ25×試求：(1)換熱器所需的管長；(2)當(dāng)操作一年后，由于污垢累積，溶液側(cè)的污垢系數(shù)為0.00008m2.℃/W，若維持溶液的原流量及進(jìn)口溫度不變，其出口溫度為多少？又若必須保證溶液原出口溫度，可采用什么措施？注：溶液的密度及比熱與水近似：ρ＝1000kg/m3；cP=4.2kJ/解：（1）11011075903520（或℃）整理為word格式整理為word格式整理為word格式傳熱面積：A＝nπd（2LL＝A/（2nπd）=8.1/（2×30π×0.025）＝1.7m（2）=1/2800＋25/20×0.00008所以：＝2188W/m2·℃11011075t235110－t2解得：t2≈88℃措施：（1）提高加熱蒸汽溫度（調(diào)節(jié)蒸汽的壓力）；（2）清除污垢。5、熱空氣在φ25×2.5mm的鋼管外流過，對流給熱系數(shù)為50W/m2.K，冷卻水在管內(nèi)流過，對流給熱系數(shù)為1000W/m2.K，已知鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)W/m·K，水側(cè)污垢熱阻，熱空氣側(cè)污垢熱阻。試求：(1)傳熱系數(shù)；(2)若管內(nèi)對流給熱系數(shù)增大一倍，傳熱系數(shù)有何變化？(3)若管外對流給熱系數(shù)增大一倍，傳熱系數(shù)有何變化？解：已知，(1)(2)若管內(nèi)對流給熱系數(shù)增大一倍，其他條件不變，即整理為word格式整理為word格式整理為word格式解得：傳熱系數(shù)提高：(3)若管外對流給熱系數(shù)增大一倍，其他條件不變，即解得：傳熱系數(shù)提高：6、在研究污垢對傳熱的影響時(shí)，采用φ28×1mm的銅管清潔管污垢管式中K----傳熱系數(shù)，u-----水的流速，----水的對流傳熱系數(shù)，試求污垢熱阻和蒸汽冷凝傳熱系數(shù)。已知：銅的導(dǎo)熱系數(shù)。解：因銅管管壁很薄，內(nèi)外管徑比值近似為1，則傳熱系數(shù)K的表達(dá)式為：由題給條件：對清潔管熱阻R=0，因此經(jīng)驗(yàn)式中的0.00020應(yīng)是管壁及蒸汽冷凝傳熱熱阻，即：，故兩方程相減得污垢熱阻：整理為word格式整理為word格式整理為word格式管壁熱阻：，可以忽略不計(jì)故蒸汽冷凝傳熱系數(shù)7、某廠只能用120℃飽和水蒸汽，通過φ25×2.5mm、長3m的單管程列管式換熱器，將列管內(nèi)的17.2[m3/h]水溶液從20℃加熱到75℃，冷凝水于飽和溫度下排出。已知管側(cè)水溶液，殼側(cè)蒸汽，溶液在管內(nèi)呈湍流，試問換熱器的管數(shù)為若干？水溶液密度，比熱為。熱損失及管壁、垢層熱阻均可忽略。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)該換熱器有三根管子已壞，擬將壞管堵塞再繼續(xù)使用，試問此方案是否可行？（通過計(jì)算或推導(dǎo)說明）。解：（1）120120蒸汽2075水△t1＝100△t2＝45(2)，且（連續(xù)性方程）故整理為word格式整理為word格式整理為word格式不能完成換熱任務(wù)精餾習(xí)題主要計(jì)算公式：1、雙組分溶液平衡關(guān)系：（1）拉烏爾定律（2）揮發(fā)度和相對揮發(fā)度：組分A的揮發(fā)度：組分B的揮發(fā)度：當(dāng)氣體可視為理想氣體時(shí)：對于理想溶液：（3）相平衡方程――以相對揮發(fā)度表示的相平衡關(guān)系總壓不高時(shí)，相平衡關(guān)系可用下式表達(dá)：相平衡方程僅對為常數(shù)的理想溶液適用2、連續(xù)精餾塔的物料衡算（1）全塔總物料及易揮發(fā)組分的衡算整理為word格式整理為word格式整理為word格式（2）精餾段操作線方程假設(shè)精餾段內(nèi)的操作滿足恒摩爾流假設(shè)，則：或（3）提餾段操作線方程假設(shè)提餾段內(nèi)的操作滿足恒摩爾流假設(shè)，則：或3、熱狀態(tài)參數(shù)泡點(diǎn)進(jìn)料露點(diǎn)進(jìn)料4、進(jìn)料方程（線方程）5、最小回流比的計(jì)算適宜回流比：6、塔板效率計(jì)算（1）單板效率；（2）總板效率填空：1.飽和蒸汽進(jìn)料時(shí)：q=。02.習(xí)慣上，將液體混合物中的易揮發(fā)組分A稱為_______，難揮發(fā)組分B則稱為_______。輕組分、重組分3.表示純組分的蒸汽壓與溫度之間的關(guān)系。安托因方程4.工業(yè)上分離均相液體混合物最常用、最重要的方法是液體。蒸餾（或精餾）整理為word格式整理為word格式整理為word格式5.在精餾塔中，原料由中部加料板上加入。加料板以上的一段稱為_______，加料板以下的一段(包括加料板)稱為_______。精餾段、提餾段6.蒸餾及精餾分離就是依據(jù)液體混合物中各組分揮發(fā)性的而達(dá)到分離的目的。差異（或不同）7.在蒸餾中表示分離難易程度要用兩組分揮發(fā)度之比，稱之為。相對揮發(fā)度8.表示回流量的相對大小，用塔頂回流量L和塔頂產(chǎn)品量D之比表示。回流比9._______是一個(gè)理想化的塔板，即不論進(jìn)入塔板的汽液組成如何，在塔板上充分混合和接觸，傳質(zhì)的最終結(jié)果表現(xiàn)為離開該板的汽液兩相在傳熱、傳質(zhì)兩方面都達(dá)到平衡狀態(tài)，兩相的溫度相等，組成互成平衡。理論板判斷題：1.精餾過程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理完成的。（）√2.回流比越大塔頂餾出液的純度越高，所以回流比越大越好。（）×3.飽和液體進(jìn)料時(shí)q=0。（）×4.拉烏爾定律表示純組分的蒸汽壓與溫度之間的關(guān)系。（）×5.在精餾計(jì)算時(shí)，因?yàn)橛辛撕隳柫骷僭O(shè)，所以精餾段與提餾段的汽、液兩相流率都是相等的。（）×6.精餾段操作線方程表述的是相鄰兩塊塔板之間汽液相組成之間的關(guān)系，即精餾段操作關(guān)系。（）√1、每小時(shí)分離乙醇-水混合液100kmol的常壓連續(xù)精餾塔，塔頂采用全凝器，進(jìn)料組成xF=0.2?，F(xiàn)測得餾出液組成xD=0.8，釜液組成xW=0.05，精餾段某一塊板上的汽相組成為0.6，由其上一板流下的液相組成為0.5（以上均為摩爾分率）。試求：（1）塔頂餾出液量及釜液排出量；（2）回流比。解：（1）即解之得（2）由精餾段操作線方程，有：2、某連續(xù)精餾塔進(jìn)料液中含易揮發(fā)組分55%（mol%，下同），與此相平衡的汽相組成為75%，要求塔頂產(chǎn)品含易揮發(fā)組分95%，飽和液體進(jìn)料。求：整理為word格式整理為word格式整理為word格式（1）最小回流比；（2）若加料板上液體組成與進(jìn)料組成相同，回流比為1.5時(shí)，求進(jìn)料板上一板流下的液體組成。解：（1）飽和液體進(jìn)料時(shí)：q=1由q線方程：得：；由已知：（2）；由精餾段操作線方程：有：3、用連續(xù)精餾塔每小時(shí)處理100kmol、含苯40%和甲苯60%的混合物，要求餾出液中含苯90%，殘液中含苯1%（組成均為mol%），求：（1）餾出液和殘液各為多少kmol/h？（2）飽和液體進(jìn)料時(shí)，已估算出塔釜每小時(shí)汽化量為132kmol，求R=?解：（1）解得：（2）故：4、用常壓連續(xù)精餾塔分離某二元理想混合物，已知相對揮發(fā)度，加料量F=10kmol/h，飽和蒸汽進(jìn)料，進(jìn)料中易揮發(fā)組分濃度為0.5（mol%，下同），塔頂產(chǎn)品濃度為0.9，塔頂蒸汽全凝液于泡點(diǎn)下回流，回流比R=2Rmin，易揮發(fā)組分的回收率為90%，塔釜為間接蒸汽加熱，試求提餾段上升蒸汽量？解：由q線：q=0時(shí)：由相平衡方程：有：整理為word格式整理為word格式整理為word格式易揮發(fā)組分回收率：由已知飽和蒸汽進(jìn)料：5、在連續(xù)精餾塔中，精餾段操作線方程y=0.75x+0.2075，q線方程為y=－0.5x+1.5xF，求：（1）回流比R和餾出液組成xD；（2）進(jìn)料的q值，并判斷進(jìn)料狀態(tài)；（3）當(dāng)進(jìn)料組成為0.44時(shí)，精餾段與提餾段操作線交點(diǎn)處xq值為多少？解：（1）精餾段操作線方程為：故有：解得：（2）q線方程為：故有：（或）解得：因，故：進(jìn)料為汽液混合進(jìn)料（3）由整理為word格式整理為word格式整理為word格式解得：第二部分1、每小時(shí)分離乙醇-水混合液2360kg的常壓連續(xù)精餾塔，塔頂采用全凝器，進(jìn)料組成xF=0.2。現(xiàn)測得餾出液組成xD=0.8，釜液組成xW=0.05，精餾段某一塊板上的汽相組成為0.6，由其上一板流下的液相組成為0.5（以上均為摩爾分率）。試求：1.塔頂餾出液量及釜液排出量；2.回流比。解：（1）設(shè)料液的平均分子量為，則料液的摩爾流率即解之得（2）2、用板式塔在常壓下分離苯甲苯溶液，塔頂采用全凝器，塔釜用間接蒸汽加熱，平均相對揮發(fā)度為2.47，進(jìn)料量為150kmol/h，組成為0.4(mol%)的飽和蒸汽，回流比為4，塔頂餾出液中苯的回收率為0.97，塔釜中甲苯的回收率為0.95，求：（1）塔頂餾出液及釜液的組成；（2）精餾段與提餾段操作線方程；（3）回流比與最小回流比的比值；（4）全回流操作時(shí)，塔頂?shù)谝粔K板的汽相莫弗里板效率為0.6，全凝器液相組成為0.98，求由塔板第二塊的汽相組成。（解：1）；；;解得：整理為word格式整理為word格式整理為word格式（2）精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：（3）q線方程為：飽和蒸汽進(jìn)料時(shí)：q=0，故由上式得：（4）（全回流操作線方程為）3、某連續(xù)精餾塔進(jìn)料液中含易揮發(fā)組分55%（mol%，下同），與此相平衡的汽相組成為75%，要求塔頂產(chǎn)品含易揮發(fā)組分95%，飽和液體進(jìn)料。求：（1）最小回流比；（2）若加料板上液體組成與進(jìn)料組成相同，回流比為1.5時(shí)，求進(jìn)料板上一板流下的液體組成。解：（1）飽和液體進(jìn)料時(shí)：q=1整理為word格式整理為word格式整理為word格式由q線方程：得：；由已知：在最小回流比下，操作線與q線交點(diǎn)坐標(biāo)（xq，yq）位于平衡線上，故（2）；由精餾段操作線方程有：4、在連續(xù)精餾塔中，精餾段操作線方程y=0.75x+0.2075，q線方程為y=－0.5x+1.5xF，求：（1）回流比R和餾出液組成xD；（2）進(jìn)料的q值，并判斷進(jìn)料狀態(tài)；（