化工原理课后问题详解解析汇报文档格式.docx
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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