化工基礎(chǔ)學(xué)習(xí)知識原理課后復(fù)習(xí)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)答案

3.已知甲地區(qū)的平均大氣壓力為85.3kPa,乙地區(qū)的平均大氣壓力為101.33kPa,在甲

地區(qū)的某真空設(shè)備上裝有一個真空表，其讀數(shù)為20kPa。若改在乙地區(qū)操作，真空表的讀數(shù)

為多少才能維持該設(shè)備的的絕對壓力與用地區(qū)操作時相問？

解：(1)設(shè)備內(nèi)絕對壓力

絕壓=大氣壓-真空度=(85.3xIO,_20x103)Pa=65.3kPa

(2)真空表讀數(shù)

真空度二大氣壓-絕壓=(10133xIO'-65.3x10?)Pa=36.03kPa

ry

5.如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個U管壓差計。讀數(shù)分別為4=500mm,

&=80mm,指示液為水銀。為防上水銀蒸氣向空間擴散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃

管內(nèi)灌入一段水，其高度/?3=100mm。試求A、5兩點的表壓力。

解：(1)A點的壓力

4

PA=p水gRs+0東gR?=(1000x9.81x0.1+13600x9.81x0.08)Pa=1.165x10Pa(表)

(2)8點的壓力

PB=PA+P成*

=(I.165x104+13600x9.81x0.5)Pa=7.836x104Pa(表)

13.如本題附圖所示，用泵2將儲罐1中的有機混合液送至

精儲塔3的中部進行分離。已知儲罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓

力為LO133xl()5pa。流體密度為SOOkg/n?。精儲塔進口處的塔

內(nèi)壓力為1.21x105pa,進料口高于儲罐內(nèi)的液面8m,輸送管道

直徑為。68mmx4mm,進料量為20mVh。料液流經(jīng)全部管道

的能量損失為70J/kg,求泵的有效功率。

解：在截面4A'和截面8-?之間列柏努利方程式，得

a+f+g4+M=R+4+gZ2+z%

P2p2J

0=1.0133x10$Pa；=1.21x105Pa；Z2-Z,=8.0m；

2、=70J/kg

%'=工［"20/3600-------m/s=L966m/s

A7—x(0.068-2x0.004)2

44

52

u/r（1.21-l.O133）xlO1.966noon舄⑺

W.=----------------+------+9.8x8.0+70J/kg

'8002J16

=（2.46+1.93+78.4+70）J/kg=175J/kg

M=卬，叱=20/3600x800x173W=768.9W

19.用泵將2XIO,kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽（見本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持25.9

XlO?Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管道為。76mmX4mm的鋼管，總長為35m,

管線上有兩個全開的閘閥、一個孔板流量計（局部阻力系數(shù)為4）、五個標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器

內(nèi)液面與管路出口的距離為I7m＜若泵的效率為0.7,求泵的軸功率。（已知溶液的密度為

1073kg/m\黏度為6.3x10,Pa-s。管壁絕對粗糙度可取為0.3mm。）

解：在反應(yīng)器液面1-1與管路出口內(nèi)側(cè)截面2-7間列機械能衡算方程，以截面1-11為

基準(zhǔn)水平面，得

g4+號+叱=gz2+爭/+Z4⑴

式中zi=0,22=17m,Wbi^O

ub2=———=---------2x1°-------m/s=1.43m/s

b2期,23600x0.785x0.0682x1073'’

4dP

0=25.9X103Pa（表）,c=0（表）

將以上數(shù)據(jù)代入式（1）,并整理得

叱=雙4-4）+與++Z九

2P

259x103

=9.81X17+-^^++Yh,=192.0+y/2t.

2[073人午乙午

其中亨

e/d=0.0044

根據(jù)Re與e/d值，查得40.03,并由教材可查得各管件、閥門的當(dāng)量長度分別為

閘閥（全開）：0.43X2m=0.86m

標(biāo)準(zhǔn)彎頭：2.2X5m=llm

故V/?f=（0.03X35+0.86+11+（）5+4）受1J/kg=25.74J/kg

0.0682

于是叱=（192.0+25.74）J/kg=217.7J/kg

泵的軸功率為

M=嗡潛W=L73kW

20.如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的底部與內(nèi)徑為100mm的鋼質(zhì)放水管相連,

管路上裝有一個閘閥，距管路入口端15m處安有以水銀為指示液的U管壓差計，其一臂與

管道相連，另一臂通大氣。壓差計連接管內(nèi)充滿了水，測壓點與管路出口端之間的直管長度

為20m。

（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時,測得/?=600mm、〃=1500mm；當(dāng)閘閥部分開后時，測得R=400mm、

力=1400mm。摩擦系數(shù)4可取為0025,管路入口處的局部阻力系數(shù)取為0.5。問每小時從管

中流出多少水（n?）?

（2）當(dāng)閘閥全開時，U管壓差計測壓處的壓力為多少Pa（表壓）。（閘閥全開時4

15,摩擦系數(shù)仍可取0.025。）

解：（1）閘閥部分開啟時水的流量

在貯槽水面1-r與測壓點處截面2?2,間列機械能衡算方程，并通過截面2-21的中心作

基準(zhǔn)水平面，得

g%噢吟=gz,+當(dāng)吟隹%1

式中0=0俵）

p2=pH&gR-夕電。gR=03600x9.81x0.4-1000x9.81xl.4IPa=39630Pa（表）

〃b2=0，Z2=0

4可通過閘閥全關(guān)時的數(shù)據(jù)求取。當(dāng)閘閥全關(guān)時，水靜止不動，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方

程知

P?2og^+h）=p?tgR（b）

式中h-1.5m,7?=0.6m

將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得

=<13600x06

Z|1000-1.5m=6.66m

E%”(4+4吟=2.13d=(0.025X.+0.5)孝=2.13大

將以上各值代入式(a),即

2

9.81X6.66=￡++2.13wb

21000

解得ub=3.13m/s

水的流量為匕=3600%2曲=（3600x0.785x0.12x3.13）m3/s=1.43m7s

（2）閘閥全開時測壓點處的壓力

在截面i-r與管路出口內(nèi)側(cè)截面33間列機械能衡算方程，并通過管中心線作基準(zhǔn)平面,

得

g4+號+a=gz#號+殳+2*⑹

2P2p

式中zi=6.66m,Z3=0,?bi=0?p\=P3

EySJJ或容0.025（含15）+0.5乎=4.8麻

將以上數(shù)據(jù)代入式（c）,即

9.81X6.66=<+4.81加2

2

解得ub=3.13m/s

再在截面1-1,與2-2?間列機械能衡算方程，基平面同前，得

g4+華+2=g4+￡+匹+E*(d)

2P2p

式中zi=6.66m,Z2=0>Wbi^0,例2=3.51m/s,pi=0(表壓力)

Z*=(0025言+0.5)與J/kg=26.2J/kg

將以上數(shù)值代入上式，則

9.81x6.66=++26.2

210C0

解得“2=3.30XIO,Pa（表壓）

第二章流體輸送機械

1.用離心油泵將甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情況如本題附圖所示。啟動泵之

前A、C兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動離心泵并將出口閥調(diào)至某開度時，輸油量為39m3/h,

此時泵的壓頭為38m。已知輸油管內(nèi)徑為100mm,摩擦系數(shù)為0.02；油品密度為810kg/m\

試求（1）管路特性方程；（2）輸油管線的總長度（包括所有局部阻力當(dāng)量長度）。

習(xí)題1附圖

解：（1）管路特性方程

甲、乙兩地油罐液面分別取作1-1'與2-2'截面，以水平管軸線為基準(zhǔn)面，在兩截面之間

列柏努利方程，得到

&=K+Bq：

由于啟動離心泵之前〃A=PC,于是

K=AZ+包=0

P8

則He=Bq；

又&=H=38m

8=[38/（39）2]h2/m5=2.5X102h2/m5

則乩=2.5x10”屋（班的單位為nP/h）

（2）輸油管線總長度

m/s=1.38m/s

工曰，，2gdH2x9.81x0.1x38

于是/+1=°■=------------—m=1960m

cAu20.02xl.382

2.用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900r/min）進行性能參數(shù)測定實驗。在某流量下泵入口真空表

和出口壓力表的讀數(shù)分別為60kPa和220kPa,兩測壓口之間垂直距離為0.5m,泵的軸功

率為6.7kW。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為80mm,吸入管中流動阻力可表達為=3.0靖

（“I為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）o離心泵的安裝高度為2.5m,實驗是在20°C,98.1kPa

的條件下進行。試計算泵的流量、壓頭和效率。

解：（1）泵的流量

由水池液面和泵入口真空表所在截面之間列柏努利方程式（池中水面為基準(zhǔn)面），得到

°=g4+—+-y+

p乙

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得

60xIO?

3.5M,2=----------------2.5x9.81=35.48

1000

%=3.184m/s

則<7=(-x0.082x3.184x3600)m3/h=57.61m3/h

4

(2)泵的揚程

???,「(60+220)x1()3]

H=H.+H^+h=--------------1-0.5m=29.04m

n[1()00x9.81

(3)泵的效率

強絲=29.04x57.61xl000x9.81xi()0%.％

1000P3600x1000x6.7

在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：(7=57.61m3/h”=29.04mP=6.7kW片68%

5.用離心泵將真空精儲塔的釜殘液送至常壓貯罐。塔底液面上的絕對壓力為32.5kPa(即

輸送溫度下溶液的飽和蒸汽壓)。已知：吸入管路壓頭損失為1.46m,泵的必需氣蝕余量為

2.3m,該泵安裝在塔內(nèi)液面下3.0m處。試核算該泵能否正常操作。

解：泵的允許安裝高度為

”=P「Pv-NPSH-Hfg

Pg

式中Pa-/A=Q

Pg

貝jiHK=[-(2.3+0.5)-1.461m=-4.26m

泵的允許安裝位置應(yīng)在塔內(nèi)液面下4.26m處，實際安裝高度為-3.0m,故泵在操作時

可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為安全運行，離心泵應(yīng)再下移1.5m。

8.對于習(xí)題7的管路系統(tǒng)，若用兩臺規(guī)格相同的離心泵(單臺泵的特性方程與習(xí)題8

相同)組合操作，試求可能的最大輸水量。

解：本題旨在比較離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)的效果。

(1)兩臺泵的并聯(lián)

8.8+5.2xl0，g2=28—4.2X10%)2

解得：g=5.54X103m3/s=19.95m3/h

(2)兩臺泵的串聯(lián)

8.8+5.2x105=2x(28-4.2x105)

解得：q=5.89X103m3/s=21.2m3/h

3

在本題條件下，兩臺泵串聯(lián)可獲得較大的輸水量21.2m/h0

第三章非均相混合物分離及固體流態(tài)化

2.用降塵室除去氣體中的固體雜質(zhì)，降塵室長5m,寬5m,高4.2m,固體雜質(zhì)為球

形顆粒，密度為3000kg/n?。氣體的處理量為3000（標(biāo)準(zhǔn)）m'h。試求理論上能完全除去的

最小顆粒直徑。

（1）若操作在20°C下進行，操作條件下的氣體密度為1.06kg/n?,黏度為1.8x10-5pa”。

（2）若操作在420c下進行，操作條件下的氣體密度為OSkg/n?,黏度為3.3x1（）5pa?s。

解：（1）在降塵室內(nèi)能夠完全沉降下來的最小顆粒的沉降速度為：

273+20

3000x-----------

%=工------Am/s=0.03577m/s

bl3600x5x5

設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：

.=0.03577=《"「°"

18〃

18M4I18XI.8X1Q-5XO.O3577

=1.985xl0-5m=19.85pm

(P「P)gV(3000-1.06)x9.81

核算流型:

dutp=1.985xlO-^0.03577x1.06

Rq//=1.8xl()T0.0418<1

原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.985xl（）5m。

（2）計算過程與（1）相同。完全能夠沉降下來的最小顆粒的沉降速度為:

273+420

3000x

273m/s=0.0846m/s

3600x5x5

設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則:

18〃〃，_118x3.3x10sx0.0846

d==4.132xl0-5m=41.32n]n

(A-V(300C1-0.5)x9.81

核算流型:

d%P4.132xlQ-5x0,0846x0.5

3=0.0529<1

3.3x10-

原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.132xl0-5m.

3.對2題中的降塵室與含塵氣體，在427C下操作，若需除去的最小顆粒粒徑為10pm,

試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。

解：取隔板間距為人令

Lh

廠7

則h=—u（1）

ut

3000273+427

q”二3600X273

m/s=0.1017m/s

hH5x4.2

10gm塵粒的沉降速度

如*=(10x^)2x(3000-05)x9.81=今954x叱m/s

18〃18x3.31x10-5

由(1)式計算〃

5

；?h=—=—x4.954xl(Tm=0.244

0.1017

層數(shù)〃=且=色-=17.2取18層

h0.244

,H4.2….

h=—=——m=0.233m

1818

核算顆粒沉降雷諾數(shù)：

dup10xl0^x4.954xlQ-4x0.5

{4

Re、4—3.3x1O-5=7,5x10<1

核算流體流型：

,2仍、2x5x0.233..,

---------x0.I017x0.5

―基9--------------=686<21'30

3.3x10-

10.板框壓濾機過濾某種水懸浮液，已知框的長x寬x高為810mmx810mmx42mm，總

框數(shù)為10,濾餅體積與濾液體積比為v=0.1,過濾10min,得濾液量為1.31n?,再過濾10min,

共得濾液量為1.905n?,試求（1）濾框充滿濾餅時所需過濾時間；（2）若洗滌與輔助時間

共45min,求該裝置的生產(chǎn)能力（以得到的濾餅體積計）。

解：（1）過濾面積A=O.812x2xlO=13.122m2

由恒壓過濾方程式求過濾常數(shù)

I.3124-2xl.3I\Z=13.1222X10X60A：

2

1.905+2x1.905匕=13.1222x20x60/C

聯(lián)立解出匕=0.13760f,/C=2.010x105m2/s

恒壓過濾方程式為『2+0.2752V-3461x10-^

匕=O.81xO.81xO.O42xlOm3=0.2756m3

V=^=2.756m3

v

代入恒壓過濾方程式求過濾時間

0=(2.7562+0.2752x2.756)/(3.461x10-38=2414s=40.23min

(2)生產(chǎn)能力

0.2756

Q=-----￡——m3/s=4.823xlO5m3/s=0.206m3/h

2414+45x60

11.在67xl（）3pa壓力下對硅茨土在水中的懸浮液進行過濾試驗，測得過濾常數(shù)

K=5xl05m2/s,^=0.01m3/m2,濾餅體積與濾液體積之比“二0.08。現(xiàn)擬用有38個框的

8\4丫50/810-25型板框壓濾機在134、10呼@壓力下過濾上述懸浮液。試求：（1）過濾至濾框

內(nèi)部全部充滿濾渣所需的時間；（2）過濾完畢以相當(dāng)于濾液量1/10的清水洗滌濾餅，求洗

滌時間；（3）若每次卸渣、重裝等全部輔助操作共需15min,求過濾機的生產(chǎn)能力（n?濾

液/h）。

解：（1）硅藻土，5=0.01,可按不可壓縮濾餅處理

K=2khp,q,與2無關(guān)

232

△p=134xl()3pa時，/T=lxl0^m/s,qe=0.01m/m

匕=0.812x0.025x38m'=0.6233m3,A=38x2x0.812m2=49.86m2

V0.623337.7913,々，

V=-=---------m=7.791m3,q=--------m/nr=0.1563m/m

v0.0849.86

代入恒壓過濾方程式求過濾時間

0.15632+2x0.01x0.1563=10一3

0-275.6s

(2)洗滌

匕=0.IV=0.7791m3

KA2_KA_10^x49.86

m3/s=3.748x10-3m3/s

8(丫+匕)-8(q+4)-8x(0.1563+0.01)

0.7791

s=207.9s

w0.003748

（3）生產(chǎn)能力

y7.7913

Q=m3/h=20.27m3/h

0++%(275.6+207.9+15x60)/3600

7.在一傳熱面積為25m2的單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機溶液。冷卻水的流

量為