第7章多級(jí)分離操作

第七章多級(jí)分離操作蒸餾蒸餾分離是根據(jù)液體混合物中各組分的揮發(fā)度差異，通過(guò)加熱的方法使混合物形成氣液兩相，各組分在兩相中濃度不同，從而實(shí)現(xiàn)混合物的分離。蒸餾分類(lèi)按操作原理：水蒸氣蒸餾簡(jiǎn)單蒸餾平衡蒸餾精餾分子蒸餾水蒸氣蒸餾簡(jiǎn)單蒸餾平衡蒸餾閃蒸精餾分子蒸餾期中考試流體公式管路阻力將葡萄酒從貯槽通過(guò)內(nèi)徑50mm的光滑銅管泵送到白蘭地蒸餾鍋，管路全長(zhǎng)為60m，其間有3只90彎頭，1只截止閥調(diào)節(jié)流量。若葡萄酒流量為114L/min，葡萄酒的密度為0.985，粘度為1.5paS（局部阻力系數(shù)分別為：截止閥為9.5，90彎頭為0.15其中有6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭，1個(gè)截止閥，2個(gè)閘門(mén)閥，均為全開(kāi)，如果要求流量為6m3/h，局部阻力系數(shù)彎頭設(shè)為ζ1=1.1，截止閥為ζ2=6.4，閘門(mén)閥ζ3=0.17,（1）確定輸送設(shè)備的有效功率

例：用泵將貯液池中常溫下的清水（黏度為1×10-3Pa.s，密度為1000kg/m3）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。輸水管為直徑Ф76×3mm的無(wú)縫鋼管，排出管出口噴頭連接處的壓強(qiáng)為6.15×104Pa（表壓），送水量為34.5m3/h，管路的總能量損失為119.3J/kg求泵的有效功率。

解：以貯液池的水面為上游截面1-1，排水管與噴頭連接處為下游截面2-2，在兩截面間列柏努利方程，即式中:

將以上數(shù)值代入柏努利方程,得：解得：∴泵的有效功率為(2)確定設(shè)備間的相對(duì)位置例:有一輸水系統(tǒng)，如圖所示。水箱內(nèi)水面維持恒定，輸水管直徑為Ф60×3mm，輸水量為18.3m3/h，水流經(jīng)全部管道（不包括排出口）的能量損失可按公式計(jì)算，式中u為管道內(nèi)水的平均流速（m/s）。求：（1）水箱內(nèi)水面必須高于排出口的高度H；（2）若輸水量增加5%，管路的直徑及其布置不變，且管路的能量損失仍按上述公式計(jì)算，則水箱內(nèi)水面將升高多少米？解：（1）水箱內(nèi)水面高于排出口的高度H。取水箱水面為上游截面1-1，排出口內(nèi)側(cè)為下游截面2-2，在兩截面間列柏努利方程，即式中:

取水的密度ρ=1000kg/m3，將以上數(shù)值代入柏努利方程：解得：（2）輸水量增加5%后水箱內(nèi)水面上升的高度。輸水量增加5%后，而管徑不變，則管內(nèi)水的流速也將增加5%，即將以上數(shù)值代入柏努利方程：解得：故輸水量增加5%后水箱內(nèi)水面上升的高度為

（3）確定管路中流體的壓強(qiáng)例:水以7m3/h的流量流過(guò)如圖所示的文丘里管，在喉頸處接一支管與下部水槽相通。已知截面1-1處內(nèi)徑為50mm，壓強(qiáng)為0.02MPa（表壓），喉頸處內(nèi)徑為15mm。設(shè)流動(dòng)阻力可以忽略，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為101.33kPa，求：（1）喉頸處的絕對(duì)壓強(qiáng)；（2）為了從水槽中吸上水，水槽水面離喉頸中心的高度最大不能超過(guò)多少？解：（1）喉頸處的絕對(duì)壓強(qiáng)先設(shè)支管中水為靜止?fàn)顟B(tài)，在截面1-1和2-2之間列柏努利方程，即式中：

取水的密度ρ=1000kg/m3，將以上數(shù)值代入柏努利方程：解得：取水槽水面3-3為位能基準(zhǔn)面，在假設(shè)支管內(nèi)流體處于靜止條件下，喉頸處和水槽水面處流體的位能與靜壓能之和分別為：因?yàn)?，故支管中水不?huì)向上流動(dòng)，即假設(shè)支管內(nèi)流體處于靜止是正確的。（2）水槽水面至喉頸中心的最大高度因支管內(nèi)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，故可應(yīng)用流體靜力學(xué)基本方程式，即

即要從水槽中吸上水，水槽水面離喉頸中心的高度最大不能超過(guò)4.08m。（4）確定管道中流體的流量例1-4有一垂直管道，內(nèi)徑d1=300mm，d2=150mm。水從下而上自粗管流入細(xì)管。測(cè)得水在粗管和細(xì)管內(nèi)的靜壓強(qiáng)分別為0.2MPa和0.16MPa（表壓）。測(cè)壓點(diǎn)間的垂直距離為1.5m。若兩測(cè)壓點(diǎn)之間的摩擦阻力不計(jì)，求水的流量為多少m3/h？解：沿水的流動(dòng)方向在其上、下游兩測(cè)壓點(diǎn)處分別取截面1-1和2-2。在此兩截面之間列柏努利方程（見(jiàn)右圖），即式中：

由連續(xù)性方程式，得：

取水的密度ρ=1000kg/m3，將以上數(shù)值代入柏努利方程：解得：（1）確定輸送設(shè)備的有效功率

例：用泵將貯液池中常溫下的清水（黏度為1×10-3Pa.s，密度為1000kg/m3）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。輸水管為直徑Ф76×3mm的無(wú)縫鋼管，排出管出口噴頭連接處的壓強(qiáng)為6.15×104Pa（表壓），送水量為34.5m3/h，管路的總能量損失為119.3J/kg求泵的有效功率。

解：以貯液池的水面為上游截面1-1，排水管與噴頭連接處為下游截面2-2，在兩截面間列柏努利方程，即式中:

將以上數(shù)值代入柏努利方程,得：解得：∴泵的有效功率為(2)確定設(shè)備間的相對(duì)位置例:有一輸水系統(tǒng)，如圖所示。水箱內(nèi)水面維持恒定，輸水管直徑為Ф60×3mm，輸水量為18.3m3/h，水流經(jīng)全部管道（不包括排出口）的能量損失可按公式計(jì)算，式中u為管道內(nèi)水的平均流速（m/s）。求：（1）水箱內(nèi)水面必須高于排出口的高度H；（2）若輸水量增加5%，管路的直徑及其布置不變，且管路的能量損失仍按上述公式計(jì)算，則水箱內(nèi)水面將升高多少米？解：（1）水箱內(nèi)水面高于排出口的高度H。取水箱水面為上游截面1-1，排出口內(nèi)側(cè)為下游截面2-2，在兩截面間列柏努利方程，即式中:

取水的密度ρ=1000kg/m3，將以上數(shù)值代入柏努利方程：解得：（2）輸水量增加5%后水箱內(nèi)水面上升的高度。輸水量增加5%后，而管徑不變，則管內(nèi)水的流速也將增加5%，即將以上數(shù)值代入柏努利方程：解得：故輸水量增加5%后水箱內(nèi)水面上升的高度為

（3）確定管路中流體的壓強(qiáng)例:水以7m3/h的流量流過(guò)如圖所示的文丘里管，在喉頸處接一支管與下部水槽相通。已知截面1-1處內(nèi)徑為50mm，壓強(qiáng)為0.02MPa（表壓），喉頸處內(nèi)徑為15mm。設(shè)流動(dòng)阻力可以忽略，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為101.33kPa，求：（1）喉頸處的絕對(duì)壓強(qiáng)；（2）為了從水槽中吸上水，水槽水面離喉頸中心的高度最大不能超過(guò)多少？解：（1）喉頸處的絕對(duì)壓強(qiáng)先設(shè)支管中水為靜止?fàn)顟B(tài)，在截面1-1和2-2之間列柏努利方程，即式中：

取水的密度ρ=1000kg/m3，將以上數(shù)值代入柏努利方程：解得：取水槽水面3-3為位能基準(zhǔn)面，在假設(shè)支管內(nèi)流體處于靜止條件下，喉頸處和水槽水面處流體的位能與靜壓能之和分別為：因?yàn)?，故支管中水不?huì)向上流動(dòng)，即假設(shè)支管內(nèi)流體處于靜止是正確的。（2）水槽水面至喉頸中心的最大高度因支管內(nèi)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，故可應(yīng)用流體靜力學(xué)基本方程式，即

即要從水槽中吸上水，水槽水面離喉頸中心的高度最大不能超過(guò)4.08m。（4）確定管道中流體的流量例1-4有一垂直管道，內(nèi)徑d1=300mm，d2=150mm。水從下而上自粗管流入細(xì)管。測(cè)得水在粗管和細(xì)管內(nèi)的靜壓強(qiáng)分別為0.2MPa和0.16MPa（表壓）。測(cè)壓點(diǎn)間的垂直距離為1.5m。若兩測(cè)壓點(diǎn)之間的摩擦阻力不計(jì)，求水的流量為多少m3/h？解：沿水的流動(dòng)方向在其上、下游兩測(cè)壓點(diǎn)處分別取截面1-1和2-2。在此兩截面之間列柏努利方程（見(jiàn)右圖），即式中：

由連續(xù)性方程式，得：