化工原理流體習題及化工原理篩板塔精餾實驗報告

1.當?shù)卮髿鈮簽?50mmHg，測得一容器內(nèi)的絕對壓力為360mmHg，則真空度為_________mH2O。測得另一容器內(nèi)的表壓強為980mmHg，則其絕對壓強為________KPa。5.3mH2O；230.66KPa2．液體在圓形管道中流動，如果只將流量增加一倍后仍為層流流動，則阻力損失為原來的________倍；如果保持流量不變只將管徑增加一倍，則阻力損失為原來的__________倍。2；1/43．已知某油品在圓管中穩(wěn)定流動，其雷諾數(shù)為1600。測得此時管中心處的點速度為1m/s，則此管截面上的平均速度為______m/s。1/2（或0.5m/s）4.水在內(nèi)徑一定的圓形管中穩(wěn)定流動，若質(zhì)量流量一定，當溫度降低時，Re值將________。減小5.如圖所示，用離心泵將密封儲槽中的20°C的水通過φ100×2mm的管道送往敞口高位儲槽。兩儲槽液面高度差為16m，密封槽液面上真空表p1讀數(shù)為500mmHg（真空度），泵進口處真空表p2讀數(shù)為290mmHg（真空度）。泵排出管路上裝有一個孔板流量計，其孔口直徑為70mm，流量系數(shù)為0.7，所接U型水銀壓差計讀數(shù)R為170mm。已知全部管路能量損失為36J/kg，試求：泵的輸水量(m3/h)。泵出口處壓力表p3的指示值(KPa)。(已知真空表與壓力表相距0.2m)包括全部局部阻力的當量長度在內(nèi)的管路長度。（已知摩擦系數(shù)為0.01）（1）（2）選低槽液面1-1和高液面4-4之間列伯努利方程：選泵進出口為2-2和3-3截面列伯努利方程（3）1．當?shù)卮髿鈮簭姙?50mmHg，測得一容器內(nèi)的絕對壓強為350mmHg，則真空度為mmHg。測得另一容器內(nèi)的表壓強為1340mmHg，則其絕壓為mmHg。400；20902．某水平直管輸水量為，今改為輸送的有機物，且。設兩種輸液下，流體均在層流下流動，則管路兩端壓差為水的________倍。43．層流底層越薄，則以下結論正確的是。CA、近壁處速度梯度越小B、流動阻力越小C、流動阻力越大D、流體湍動程度越小4.如圖所示，水流經(jīng)一擴大管段d1=40mm，d2=80mm，已知d1中水的流速為2.4m/s，倒U形壓差計中水位差R=150mm。試求：1）水流經(jīng)兩測壓點間的阻力損失hf（J/kg）；2）如將粗管端抬高，使管段傾斜放置，而流量不變，問此時R的讀數(shù)如何變化？（定性說明，不必計算）解：1）在兩測壓點間列伯努利方程，以管子軸線為基準面，化簡得，由靜力學方程，即，2）粗管端抬高后，管段傾斜，設抬高，由靜力學方程得，由伯努利方程有在水的流量不變情況下，該管段的流動阻力損失不變，因此R不變。1.流體在變徑管中作穩(wěn)定流動，在管徑縮小的地方其靜壓能。減小2．氣體的粘度隨溫度升高而，水的粘度隨溫度升高而。增加；降低3．測流體流量時，隨流量增加孔板流量計兩側壓差值將，若改用轉子流量計，隨流量增加轉子（穩(wěn)定時）兩側壓差值將。增加；不變4.用泵將20℃水從敞口貯槽送至表壓為1.5×105Pa的密閉容器，兩槽液面均恒定不變，各部分相對位置如圖所示。輸送管路為108×4mm的無縫鋼管，吸入管長為20m，排出管長為100m(各段管長均包括所有局部阻力的當量長度)。當閥門為3/4開度時，真空表讀數(shù)為42700Pa，兩測壓口的垂直距離為0.5m，忽略兩測壓口之間的阻力，摩擦系數(shù)可取為0.02（1）閥門3/4開度時管路的流量(m3/h)；（2）壓強表讀數(shù)(Pa)；（3）外加壓頭(m)；（4）若泵的軸功率為10kW，求泵的效率；（5）若離心泵運行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，試分析其原因。解：(1)閥門3/4開度時管路的流量(m3/h)；在貯槽液面0-0′與真空表所在截面1-1′間列柏努利方程。以0-0′截面為基準水平面(2)壓強表讀數(shù)(Pa)；在壓力表所在截面2-2′與容器液面3-3′間列柏努利方程。仍以0-0′截面為基準水平面(3)外加壓頭(m)；(5)若離心泵運行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，原因是進口管有泄露。1、流體在等徑水平直管的流動系統(tǒng)中，層流區(qū)：壓強降與速度的____次方成正比；完全湍流區(qū)：壓強降與速度的_____次方成正比。一次方，平方2、當?shù)卮髿鈮簽?45mmHg，測得一容器內(nèi)的絕對壓強為345mmHg，則真空度為______mmHg。測得另一容器內(nèi)的表壓強為1355mmHg，則其絕對壓強為_______mmHg。400mmHg，2100mmHg3、水力半徑的定義是rH＝_________________________。流道面積／浸潤周邊4、某流體在直管中作層流流動，在流速不變的情況下，管長、管徑同時增加一倍，其阻力損失為原來的______倍。0.55、轉子流量計的主要特點是()。C(A)恒截面、恒壓差；(B)變截面、變壓差；(C)恒流速、恒壓差；(D)變流速、恒壓差。6、層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是()。D(A)湍流流速>層流流速；(B)流道截面大的為湍流，截面小的為層流；(C)層流的雷諾數(shù)<湍流的雷諾數(shù)；(D)層流無徑向脈動，而湍流有徑向脈動。7.用泵將密度為850kg/m3，粘度為190cP的重油從貯油池送至敞口高位槽中，升揚高度為20m。輸送管路為φ108×4mm的鋼管，總長為1000m(包括直管長度及所有局部阻力的當量長度)。管路上裝有孔徑為80mm的孔板以測定流量，其油水壓差計的讀數(shù)R=500mm。孔流系數(shù)Co=0.62，水的密度為1000/m3?？装辶髁坑嫷挠嬎愎綖椋簎o=Co[2gR(ρ′-ρ)/ρ]0.5。試求：（1）輸油量是多少m3/h?（2）若泵的效率為0.55，計算泵的軸功率。解：（1）uo=Co[2gR(ρ′-ρ)/ρ]0.5=0.62[2×9.81×0.5×(1000-850)/850]=0.816m/sVh=0.816×0.785×(0.08)2×3600=14.76m3/h（2）在貯油池和高位槽間列柏努利方程，化簡得:We=hg+Σhfu=0.815×(80/100)2=0.522m/sRe=0.1×0.522×850/(190×10-3)=234<2300λ=64/Re=64/234=0.274Σhf=0.274×(1000/0.1)×(0.5222/2)=373.3J/kgWe=20×9.81+373.3=569.5J/kgNe=We·WS/η=569.5×(14.76×850/3600)/(1000×0.55)=3.61kw1.測流體流量時，隨著流體流量增加，孔板流量計兩側壓差值將______，若改用轉子流量計測量，當流量增大時，轉子兩端壓差值將______。、增大；不變2.空氣的黏度隨溫度升高而（增大，減小，不變）。增大3.當不可壓縮理想流體在水平放置的變徑管路中作穩(wěn)定的連續(xù)流動時，在管子直徑縮小的地方，其靜壓力。B（A）變大（B）變小（C）不變（D）不確定4.在完全湍流區(qū)（阻力平方區(qū)），粗糙管的摩擦系數(shù)值C（A）與光滑管一樣（B）只取決與Re（C）只取決與相對粗糙度（D）與粗糙度無關5.常壓下，用水逆流吸收混合氣中氨的流程如圖所示，用泵將敞口水池中的水輸送至吸收塔塔頂，并經(jīng)噴嘴噴出，水流量35。泵的入口管為無縫鋼管，出口管為無縫鋼管。池中水深為1.5m，池底至塔頂噴嘴入口處的垂直距離為20m。水流經(jīng)所有管路的能量損失為（不包括噴嘴），泵出口管與噴嘴連接處的表壓為。設初選泵的效率為60%，試求該初選泵的軸功率（水密度以計）。解：如圖，取水池液面為1-1’截面，塔頂噴嘴入口處為2-2’截面，并以1-1’截面為基準水平面。在1-1’和2-2’截面間列伯努利方程其中（表壓），（表壓）噴頭入口處水流速將以上各值代入，可得輸送水所需的外加功又因水的質(zhì)量流量為所以泵的有效功率為當泵效率為60%時，其軸功率為1.某設備上方壓力表示數(shù)為53kPa，當?shù)卮髿鈮簽?02kPa，則該設備的絕壓為kPa。1552.當Re=1600時，流體在圓形管內(nèi)為層流時的摩擦系數(shù)λ=__________；若流體在管內(nèi)為完全湍流流動時，摩擦系數(shù)λ與__________無關，只是__________的函數(shù)。0.04，Re，管子相對粗糙度3.某液體在內(nèi)徑為d0的水平管路中穩(wěn)定流動，其平均流速為u0，當它以相同的體積流量通過等長的內(nèi)徑為d2(d2=d0/2)的管子時，若流體為層流，則壓降p為原來的倍。CA.4；B.8；C.16；D.32、4.如下圖所示，用泵將貯槽A內(nèi)密度為880kg/m3，粘度為4cP的油用的管道送至設備B，設備B內(nèi)液面上方壓力表讀數(shù)為29.4kPa，管路總長度（包括孔板在內(nèi)所有局部阻力的當量長度）為80m，管路上裝有孔板流量計，孔口直徑為56mm，孔流系數(shù)，U形管壓差計指示液為水銀，讀數(shù)R=750mm。已知，管內(nèi)流動的摩擦系數(shù)可按下列式子計算：層流時，湍流時，求：（1）流量，m3/h；（2）當泵的效率時，求軸功率。解：（1）（6分）（2）湍流所以在貯槽液面和管路出口內(nèi)側截面間列柏努利方程得：1.當?shù)卮髿鈮簽?atm，現(xiàn)測得一容器內(nèi)的絕對壓力為350mmHg，則真空度為mH2O。又測得另一容器內(nèi)的表壓強為980mmHg，則其絕對壓強為________kPa。5.57mH2O；231.99KPa2.某液體在內(nèi)徑為d的水平管路中穩(wěn)定流動，當它以相同體積流量通過等長的內(nèi)徑為3d的管子時，則流速為原來的倍；若改變前后均為層流流動，則摩擦系數(shù)為原來的倍。1/9；33.孔板流量計是。CA.變壓差流量計，需垂直安裝B.變截面流量計，需垂直安裝C.變壓差流量計，需水平安裝D.變截面流量計，需水平安裝4.孔板流量計的孔流系數(shù)C0，當Re數(shù)增大時，其值。BA.總在增大B.減小到一定程度后保持為某定值C.總是減小D.不定5.如圖所示，用離心泵將常溫的水從貯水池輸送到敞口高位槽中，已知高位槽的水面離貯水池的水面高度保持為10m。輸送水量用孔板流量計測得。孔板安裝在離高位槽水面1m處，孔徑為20mm，孔流系數(shù)為0.65，所接U形管中指示液為水銀，其密度為13600kg/m3。管路為Φ54×2.0mm的鋼管，直管長度和局部阻力當量長度之和（包括孔板局部阻力當量長度）為250m，其中貯水池至孔板前測壓點A的直管長度和局部阻力當量長度之和為60m，水的粘度為1cP，摩擦系數(shù)λ可取為0.02。當水的流量為6.86m3/h時，試確定：（1）水通過泵所獲得的外加能量（J/kg）。（2）孔板前測壓點A處的表壓強（Pa）。（3）孔板流量計的U形管中指示液讀數(shù)R（mm）。解：(1)以低位槽液面1-1和高位槽液面2-2間列伯努利方程(2)以1-1和A點前3-3列伯努利方程(3)6.每小時將2×104kg、45℃氯苯用泵從反應器A輸送到高位槽B（如圖所示），管出口處距反應器液面的垂直高度為15m，反應器液面上方維持26.7kPa的絕壓，高位槽液面上方為大氣壓（1個標準大氣壓），管子為Φ76mm×4mm、長26.6m的不銹鋼管，摩擦系數(shù)為0.0293。管線上有兩個全開的閘閥、5個90°標準彎頭。45℃氯苯的密度為1075kg?m-3，粘度為6.5×10-4Pa?S。泵的效率為70%，求泵的軸功率。附各局部阻力系數(shù)：全開閘閥ζ1=0.17，90℃標準彎頭ζ2=0.75。解：如圖，取1-1、2-2界面，以1-1截面為基準面p1=26.7kPa（絕壓），z1=0，u1=0，P2=101.3kPa（絕壓），z2=15m流體在管內(nèi)作湍流流動時，流動類型從中心到壁依次為：、、。湍流;過渡區(qū);層流氣體的粘度隨溫度的升高而，水的粘度隨溫度的升高而

。增加;降低測流體流量時，隨流量增加孔板流量計兩側壓差值將，若改用轉子流量計，隨流量增加轉子兩側壓差值將。增大;不變水(=1000kg/m3)在1atm下由泵以0.012m3/s從低位槽送往高位槽，如圖。泵前的吸入管長和管徑分別為6m和80mm，管內(nèi)的摩擦系數(shù)為0.02，泵前吸入管路（包括入口）的局部阻力系數(shù)之和為1.25。泵后的排出管長和管徑分別為13m和60mm，管內(nèi)的摩擦系數(shù)為0.03，泵后排出管路（包括出口）的局部阻力系數(shù)之和為8.15。兩液面的高度差H＝10m，泵的吸入口比低位槽的液面高2m。求:（1）泵的有效功We，J/kg；（2）泵的吸入口A和排出口B處的壓強（絕對壓強），Pa。解：（1)在斷面1-1和2-2之間列機械能衡算式，并移項整理得泵吸入管內(nèi)的流速為u1＝泵壓出管內(nèi)的流速為u2＝（2）以斷面1-1為基準，在斷面1-1和A之間列機械能衡算式可得在斷面B和2-2之間列機械能衡算式可得篩板塔精餾實驗一．實驗目的1．了解篩板精餾塔及其附屬設備的基本結構，掌握精餾過程的基本操作方法。2．學會判斷系統(tǒng)達到穩(wěn)定的方法，掌握測定塔頂、塔釜溶液濃度的實驗方法。3．學習測定精餾塔全塔效率和單板效率的實驗方法，研究回流比對精餾塔分離效率的影響。二．基本原理1．全塔效率ET全塔效率又稱總板效率，是指達到指定分離效果所需理論板數(shù)與實際板數(shù)的比值：ENT——完成一定分離任務所需的理論塔板數(shù)，包括蒸餾釜；NP——完成一定分離任務所需的實際塔板數(shù)，本裝置NP＝10。2．圖解法求理論塔板數(shù)NT以回流比R寫成的精餾段操作線方程如下：yyn+1——精餾段第n+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分數(shù)；xn——精餾段第n塊塔板下流的液體組成，摩爾分數(shù)；xD——塔頂溜出液的液體組成，摩爾分數(shù)；R——泡點回流下的回流比。提餾段操作線方程如下：yym+1——提餾段第m+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分數(shù)；xm——提餾段第m塊塔板下流的液體組成，摩爾分數(shù)；xW－塔底釜液的液體組成，摩爾分數(shù)；L'－提餾段內(nèi)下流的液體量，kmol/s；W－釜液流量，kmol/s。加料線（q線）方程可表示為：y其中，qq——進料熱狀況參數(shù)；rF——進料液組成下的汽化潛熱，kJ/kmol；tS——進料液的泡點溫度，℃；tF——進料液溫度，℃；cpF——進料液在平均溫度(tS?tF)/2下的比熱容，kJ/（kmol℃）；xF——進料液組成，摩爾分數(shù)。（1）全回流操作在精餾全回流操作時，操作線在y－x圖上為對角線，如圖1所示，根據(jù)塔頂、塔釜的組成在操作線和平衡線間作梯級，即可得到理論塔板數(shù)。圖1全回流時理論塔板數(shù)確定（2）部分回流操作部分回流操作時，如圖2，圖解法的主要步驟為：A.根據(jù)物系和操作壓力畫出相平衡曲線，并畫出對角線作為輔助線；B.在對角線上定出a點(xD，xD)、f點(xF，xF)和b點(xW，xW)；C.在y軸上定出yC＝xD/(R+1)的點c，連接a、c作出精餾段操作線；D.由進料熱狀況求出q，過點f作出斜率為q/（q-1）的q線交精餾段操作線于點d，連接點d、b作出提餾段操作線；E.從點a開始在平衡線和精餾段操作線之間畫階梯，當梯級跨過點d時，就改在平衡線和提餾段操作線之間畫階梯，直至梯級跨過點b為止；G.所畫的總階梯數(shù)就是全塔所需的理論踏板數(shù)（包含再沸器），跨過點d的那塊板就是加料板，其上的階梯數(shù)為精餾段的理論塔板數(shù)。圖2部分回流時理論板數(shù)的確定本實驗料液為乙醇水溶液，釜內(nèi)液體由電加熱器產(chǎn)生蒸汽逐板上升，經(jīng)與各板上的液體傳質(zhì)后，進入盤管式換熱器殼程，冷凝成液體后再從集液器流出，一部分作為回流液從塔頂流入塔內(nèi)，另一部分作為產(chǎn)品餾出，進入產(chǎn)品貯罐；殘液經(jīng)釜液轉子流量計流入釜液貯罐。三．實驗步驟實驗主要操作步驟如下：1．全回流（1）在貯罐中配制濃度21%(體積百分比)的料液，以泵混合均勻。打開進料管路上的閥門，由進料泵將料液打入塔釜，觀察塔釜液位計高度，進料至釜容積的2/3處。（2）關閉塔身進料管路上的閥門，啟動電加熱管電源，逐步