化工原理课后问题详解解析汇报文档格式.docx
《化工原理课后问题详解解析汇报文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课后问题详解解析汇报文档格式.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1-14．附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，丙烯由贮槽回流至塔顶。
丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为2.0MPa（表压），精馏塔操作压力为1.3MPa（表压）。
塔丙烯管出口处高出贮槽液面30m，管径为140mm，丙烯密度为600kg/m3。
现要求输送量为40×
103kg/h，管路的全部能量损失为150J/kg（不包括出口能量损失），试核算该过程是否需要泵。
在贮槽液面1-1’与回流管出口外侧2-2’间列柏努力方程:
简化:
不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中
1-16．某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为φ45×
2.5mm。
当阀门全关时，压力表的读数为78kPa。
当阀门全开时，压力表的读数为75kPa，且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为
J/kg（u为水在管的流速）。
试求：
（1）高位槽的液面高度；
（2）阀门全开时水在管的流量（m3/h）。
（1）阀门全关,水静止
（2）阀门全开:
在水槽1-1’面与压力表2-2’面间列柏努力方程:
解之:
流量:
题17附图
1-17．附图所示的是冷冻盐水循环系统。
盐水的密度为1100kg/m3，循环量为45m3/h。
管路的径相同，盐水从A流经两个换热器至B的压头损失为9m，由B流至A的压头损失为12m，问：
（1）若泵的效率为70％，则泵的轴功率为多少？
（2）若A处压力表的读数为153kPa，则B处压力表的读数为多少？
解:
（1）对于循环系统:
（2）
列柏努力方程:
B处真空度为19656Pa。
1-23．计算10℃水以2.7×
10－3m3/s的流量流过φ57×
3.5mm、长20m水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。
（设管壁的粗糙度为0.5mm）
10℃水物性:
查得
1-25．如附图所示，用泵将贮槽中20℃的水以40m3/h的流量输送至高位槽。
两槽的液位恒定，且相差20m，输送管径为100mm，管子总长为80m（包括所有局部阻力的当量长度）。
已知水的密度为998.2kg/m3，粘度为1.005×
10-3Pa·
s，试计算泵所需的有效功率。
ε=0.2
ε/d=0.2/100=0.002
在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程:
而:
1-28．如附图所示，密度为800kg/m3、粘度为1.5mPa·
s的液体，由敞口高位槽经φ114×
4mm的钢管流入一密闭容器中，其压力为0.16MPa（表压），两槽的液位恒定。
液体在管的流速为1.5m/s，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度
＝0.002，试计算两槽液面的垂直距离
。
在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程:
由
查得
管路中:
进口
90℃弯头
2个
半开闸阀
出口
1-31粘度为30cP、密度为900kg/m3的某油品自容器A流过径40mm的管路进入容器B。
两容器均为敞口，液面视为不变。
管路中有一阀门，阀前管长50m，阀后管长20m（均包括所有局部阻力的当量长度）。
当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为8.83kPa和4.42kPa。
现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m。
管路中油品的流量。
阀关闭时流体静止，由静力学基本方程可得：
m
当阀打开
开度时，在A~A′与B~B′截面间列柏努利方程：
其中：
（表压），
则有
（a）
由于该油品的粘度较大，可设其流动为层流，则
代入式（a），有
m/s
校核：
假设成立。
油品的流量：
阻力对管流动的影响：
阀门开度减小时：
（1）阀关小，阀门局部阻力增大，流速u↓,即流量下降。
（2）在1~1与A~A截面间列柏努利方程：
简化得
或
显然，阀关小后uA↓，pA↑，即阀前压力增加。
（3）同理，在B~B′与2~2′截面间列柏努利方程，可得：
阀关小后uB↓，pB↓，即阀后压力减小。
由此可得结论：
（1）当阀门关小时，其局部阻力增大，将使管路中流量减小；
（2）下游阻力的增大使上游压力增加；
（3）上游阻力的增大使下游压力下降。
可见，管路中任一处的变化，必将带来总体的变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。
1-36．用离心泵将20℃水从水池送至敞口高位槽中，流程如附图所示，两槽液面差为12m。
输送管为φ57×
3.5mm的钢管，吸入管路总长为20m，压出管路总长155ｍ（包括所有局部阻力的当量长度）。
用孔板流量计测量水流量，孔径为20mm，流量系数为0.61，U形压差计的读数为６00mmHg。
摩擦系数可取为0.02。
（1）水流量，m3/h；
（2）每kg水经过泵所获得的机械能。
（3）泵入口处真空表的读数。
（1）
（2）以水池液面为
面，高位槽液面为
面，在
面间列柏努利方程：
而
其中：
（3）以水池液面为
面，泵入口为
1-39．在一定转速下测定某离心泵的性能，吸入管与压出管的径分别为70mm和50mm。
当流量为30m3/h时，泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为40kPa和215kPa，两测压口间的垂直距离为0.4m，轴功率为3.45kW。
试计算泵的压头与效率。
解：
在泵进出口处列柏努力方程，忽略能量损失；
=27.07m
第二章非均相物系分离
1、试计算直径为30μm的球形石英颗粒（其密度为2650kg/m3），在20℃水中和20℃常压空气中的自由沉降速度。
已知d=30μm、ρs=2650kg/m3
（1）20℃水μ=1.01×
sρ=998kg/m3
设沉降在滞流区，根据式（2-15）
校核流型
假设成立，ut=8.02×
10-4m/s为所求
（2）20℃常压空气μ=1.81×
10-5Pa·
sρ=1.21kg/m3
设沉降在滞流区
校核流型：
假设成立，ut=7.18×
10-2m/s为所求。
2、密度为2150kg/m3的烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？
已知ρs=2150kg/m3
查20℃空气μ=1.81×
10-5Pa.sρ=1.21kg/m3
当
时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理
所以
3、直径为10μm的石英颗粒随20℃的水作旋转运动，在旋转半径R＝0.05m处的切向速度为12m/s，，求该处的离心沉降速度和离心分离因数。
已知d=10μm、R=0.05m、ui=12m/s
设沉降在滞流区，根据式（2-15）g改为ui/R即
ur=0.0262m/s为所求。
所以
6、有一过滤面积为0.093m2的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。
过滤时间为50秒时，共得到2.27×
10-3m3的滤液；
过滤时间为100秒时。
共得到3.35×
10-3m3的滤液。
试求当过滤时间为200秒时，可得到多少滤液？
解：
已知A=0.093m2、t1=50s、V1=2.27×
10-3m3、t2=100s、V2=3.35×
10-3m3、t3=200s
由于
根据式（2-38a）
联立解之：
qe=4.14×
10-3K=1.596×
10-5
因此
q3=0.0525
所以V3=q3A=0.0525×
0.=4.88×
10-3m3
第三章传热
1.有一加热器,为了减少热损失,在壁外面包一层绝热材料,厚度为300mm,导热系数为0.16w/（m.k）,已测得绝热层外侧温度为30℃,在插入绝热层50mm处测得温度为75℃.试求加热器外壁面温度.
t21=75℃,t3=30℃,λ=0.16w/（m.k）
2.设计一燃烧炉时拟采用三层砖围成其炉墙，其中最层为耐火砖，中间层为绝热砖，最外层为普通砖。
耐火砖和普通砖的厚度分别为0.5m和0.25m，三种砖的导热系数分别为1.02W/（m·
℃）、0.14W/（m·
℃）和0.92W/（m·
℃），已知耐火砖侧为1000℃，普通砖外壁温度为35℃。
试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖侧温度不超过940℃，普通砖侧不超过138℃。
将t2=940℃代入上式，可解得b2=0.997m
（b）
将t3=138º
C解得b2=0.250m
将b2=0.250m代入（a）式解得：
t2=814.4℃
故选择绝热砖厚度为0.25m
3.
mm的不锈钢管，热导率λ1=16W/m·
K；
管外包厚30mm的石棉，热导率为λ2=0.25W/（m·
K）。
若管壁温度为350℃，保温层外壁温度为100℃，试计算每米管长的热损失及钢管外表面的温度；
这是通过两层圆筒壁的热传导问题，各层的半径如下
每米管长的热损失：
W/m
6.冷却水在φ25⨯2.5mm、长度为2m的钢管中以1m/s的流速流动，其进出口温度分别20℃和50℃，试求管壁对水的对流传热系数。
空气的定性温度：
℃。
在此温度查得水的物性数据如下：
，
l/d=2/0.02=100
3-15载热体流量为1500kg/h，试计算各过程中载热体放出或得到的热量。
（1）100℃的饱和蒸汽冷凝成100℃的水；
（2）110℃的苯胺降温至10℃；
（3）比热容为3.77kJ/（kg·
K）的NaOH溶液从370K冷却到290K；
（4）常压下150℃的空气冷却至20℃；
（5）压力为147.1kPa的饱和蒸汽冷凝，并降温至℃。
3-17在一套管式换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K，冷却水进出口温度分别为290K和320K。
试求冷却水消耗量。
3-18在
升级会员 