化工原理计算试题Word格式文档下载.docx
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∴He=（Z3-Z2）+（P3+P2）/ρg
=++/（103×
104
=柱
在1-1与4-4列.
He=ΔZ1-4+Hf1-4+Hf3-4
∴ΔZ1-4=He-（Hf1-4+Hf3-4）=+=
∴升扬高度为
（2）Pa=Heqvρg/η=×
=KW3分
（3）在1-1与2-2列,得5分
0=Z2+（-P）/ρg+U22/2g+Hf1
《
-P=Z2ρg-U22ρ/2-Hf1-ρg
=-×
+/2×
103+×
=-515×
102N/M2=515×
102/×
105）×
=386mmHg（表）
-P2=真空度∴吸入管路上真空表读数为386mmHg柱=
3．j01c20113
用离心泵将原油从油库沿管内径为0.15m、长2公里（包括局部阻力的当量长度）的水平管送往炼油厂。
输油量为40m3/h。
油泵的总效率为，求泵的轴功率。
某天，该油泵突然发生故障，于是开动一台备用泵，其压头仅为原来泵的80%，问此泵能输送原油多少m3/h。
输送条件下,原油的密度为890kg/m3,粘度为s。
设油库和炼油贮罐均为常压。
答案：
该题条件下,油泵所耗功率完全用于克服管路阻力。
⑴A=（π/4）2= u=40/（3600×
=s
Re=duρ/μ=×
890/=210（层流）λ=64/Re=64/210=
"
Hf=λ（l/d）（u2/2g）=×
（2000/×
[（2×
]=82.1m
Ws=40×
890/3600=9.9kg/s∴N=×
（1000×
=
⑵H′==△Pf=×
890=×
105N/m
对于层流△Pf=32lμu/d
∴u=△Pfd/（32lμ）=×
105×
（32×
2000×
=s
V=3600×
=32.1m3/h
4．j01a150616
如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔,泵吸入管路为φ108×
4mm，长2m的钢管。
泵压出管路为φ76×
3mm,长30m的钢管,压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只，90℃弯头4只。
在压出管路上还装有孔板流量计，孔板孔径为40mm，孔流系数C=，水银差压计读数R=456mm。
吸收塔喷咀处压力为cm2（表压），碱液密度ρ=1100kg/m3，泵的效率η=，直管阻力系数λ=（吸入、压出管道取近似相同值），ξ弯头=，ξ标准阀=6，ξ闸阀=，ξ孔板=8，试求泵所需功率。
j01a150616
Ｖ=（π/4）×
[2g×
（13600-1100）/1100]=s
…
u1=[（π/4）×
]=1m/su0=1×
2=2.04m/s
Σhf=×
2/+×
12/2g+×
30/+4×
+6++8）×
2g=
He=++×
104/1100+2g=28.77m
N=×
1100/（102×
用泵将贮槽１中的石油送至高位槽２中，两槽液面恒定不变，且其液面差为１５ｍ。
管子规格为φ８９×
４．５ｍｍ，管路总长为２００ｍ（包括局部阻力的当量长度内。
）要求流量为２１ｍ3/h。
已知石油密度为９２０Kg/m3，粘度为０．５m2。
试计算：
（1）由于阻力引起的压降；
（2）泵的有效功率；
（3）整理并写出管路特性曲线方程（注明式中变量的单位）
，
（1）ΔＰ＝λ（ｌ／ｄ）（ρＵ2／２）
Ｕ＝21／（3600×
０．０８2）＝１．１６m/s
Ｒe＝×
920/＝１７０．８层流
λ＝６４／Ｒe＝
ΔＰ＝×
（200/）×
920×
１．１６2／2＝×
１０5N/m2
∑ｈf＝×
１０5／920＝J/Kg
（2）Ｎe＝ＱＨＰ／1000
Ｈ＝ｇΔＺ＋∑ｈf＝×
15+=777J/Kg
（3）Ｎe＝21×
777／（3600×
1000）＝KW
在层流范围内
—
L＝ΔZ+∑ｈf/g
=ΔZ+64/（duρ/μ）×
（∑1/d）（1/2g）（Q2/2）
=15+×
104QQ为m3/s
6．j02b150646欲用离心泵在两敞口容器间输液,该水泵铭牌标有：
流量３９．６ｍ3/h，扬程15m，轴功率２.０２Kw,效率８０%，配用２．８KW电机，转数１４００r/min。
今欲在以下情况使用是否可以如不可时采用什么措施才能满足要求（要用计算结果说明）
（１）输送比重为１．８的溶液，流量为３８ｍ3/h，扬程３０ｍ。
（２）输送比重为０．８的油类，流量为４０ｍ3/h，扬程３０ｍ。
（３）输送比重为０．９的清液，流量为３０ｍ3/h，扬程１５ｍ。
（１）电动机功率不够
Ｎ＝38/3600×
15×
1800/（102×
＝３．５KW换大电机
（２）扬程不够
`
Ｈ／Ｈ′＝（ｎ／ｎ′）2
１５／３０＝（１４００／ｎ′）2ｎ′＝１９８０
增加ｎ＝１９８０转／分。
检查功率：
Ｎ／Ｎ′＝（ｎ／ｎ′）3
２．０２／Ｎ′＝（１４００／１９８０）3Ｎ′＝５．７２KW
换一电机功率为５．７２KW，ｎ＝１９８０转／分。
（３）可以使用。
通过关小出口阀调节至工作点。
7．j01c201218
如下图所示的输水系统,用泵将水池中的水输送到敞口高位槽,管道直径均为φ83×
3.5mm,泵的进、出管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮水池的水面高度为4.8m,压力表安装位置离贮水池的水面高度为5m。
当输水量为36m3/h时，进水管道的全部阻力损失为kg，出水管道的全部阻力损失为kg，压力表的读数为cm2，泵的效率为70%，试求：
⑴两液面的高度差H为多少m
.
⑵泵所需的实际功率为多少KW
⑶真空表的读数多少kgf/cm2
解：
⑴取截面0-0,1-1,2-2,3-3如图,在截面2-2和3-3间列柏努利方程以2-2为基准面（目的求H3）H2g+（p2/ρ）+（u22/2）=H3g+（p3/ρ）+（u32/2）+hf2-3
∵1[at]=×
104N/m2=1[kg/cm2]u=Q/A=（36/3600）[（π/4）]=s
×
104/103）+2）=H3×
+
+=+H3==[m]
∴H=H3+5=+5=[m]
⑵在0-0和3-3间列柏努利方程以0-0为基准面（求We）
H0g+（p0/ρ）+（u02/2）+We=H3g+（p3/ρ）+（u32/2）+hf0-3
We=H3g+hf0-3=×
++=[J/kg]
Ms=Vsρ=（36/3600）×
103=10[kJ/s]Ne=Ms·
We=10×
[W]
N实=Ne/η==4267[W]=[kW]
⑶在C-C和H间列柏氏方程以0-0为基准面
H0g+（p0/ρ）+（u02/2）=H1g+（p1/ρ）+（u12/2）+hf0-1
（pa–p1）/ρ=×
+2）+=51.49m2/s2
104）[at]=[kgf/cm2]
8．j02b20066
用一离心泵将20℃的水，由池中送至高位槽C。
其流程如图a所示。
已知泵的排出口压力表B读数为（表压），排出段管总长为180m（包括局部阻力的当量长度），系统的摩擦系数λ可取。
其它数据如图a所示。
（1）系统输送的流量m3/h；
（2）若系统所用泵为3B33型离心泵，其特性曲线如图b所示。
试求泵的工作点及克服系统阻力所耗的轴功率；
（3）如果泵的吸入底阀A轻微堵塞，则系统的流量、泵的扬程及出口压力表读数有何变化若严重堵塞有何现象发生试用图说明。
j02b20066
解：
（1）qv=m3/h5分
在B-B及C-C面上列柏努利方程
UB2/2g+PB/ρg+ZB＝UC2/2g+0+Zc+∑HfB-CUC=0
∑Hf=λ（l/d）UB2/2g （λ（l/d）-1）UB2/2g=25-18=
^
UB2/2g=7/（λ（l/d）-1）=7/×
180/=
∴UB=s
qv=（π/4）d2UB=（π/4）×
=0.01417m3/s=51.0m3/h
（2）⑴工作点:
由qv查图b得工作点P（51,31）10分
∴H=31.0mη=70%
⑵Pf=在0-0及C-C列方程:
0+H=ZC+∑Hf0-C∑Hf0-C=H-ZC
∑Hf=31-（18++=
Pf=11×
51×
1000×
（3600×
103）=KW
（3）略5分
）
9．j01b15183
如图所示，槽内水位维持不变。
槽底部与内径为100mm钢管相连，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端15m处安有一个指示液为汞的Ｕ形压差计，测压点与管路出口端之间距离为20m。
（1）当闸阀关闭时测得Ｒ=600mm，ｈ=1500mm；
当闸阀部分开启时，测得Ｒ=400mm，
ｈ=1400mm，管路摩擦系数取，入口处局部阻力系数取，问每小时从管中流出水量为多少m3。
（2）当阀全开时（取闸阀全开Le/d=15，λ=），测压点Ｂ处的静压强为若干N/m2（表压）。
j01b15183
解:
（1）当闸阀全关时,根据静力学关系:
（ZA+h）ρg=RρHgg
/
得水槽液位高度:
ZA=RρHg/ρ-h=×
6.66m
（2）闸阀部分开启时
列A-A与B-B截面伯努利方程式
ZA=uB2/2g+PB/ρg+∑hfAB
PB/ρg=（RρHg-hρ）/ρ=×
1000）/1000=4.04m
ZA-PB/ρg=uB2/2g+（λ（L/d）+ζ）uB2/2g=（1+λ（L/d）+ζ）uB2/2g
2g2g∴uB=
=3.38m/s
V=（π/4）×
d2u×
3600=×
3600=95.5m3/h
（3）当闸阀全开时,列A-A与C-C截面伯努利方程:
ZA=uc2/2g+∑hfA-C=（1+λ（L+Le）/d+ζ）uc2/2g
=（1+（35/+15）+uc2/2g
、
解得uc=4.02m/s
由A-A与B-B截面间伯努利方程式得:
=PB/ρg+（1+λ（L/d）+ζ）uB2/2g
∴PB/ρg=ZA-（1+λ（L/d）+ζ）uB2/2g
=（1+×
15/+×
2/（2×
=3.20m
∴PB=×
104N/m2
10.[三]计算题（15分）j01b20095
某液体密度800kg/m3，粘度73cP，在连接两容器间的光滑管中流动，管径300mm，总长为50m（包括局部当量长度），两容器液面差为3.2m（如图示）。
求：
⑴管内流量为多少
⑵若在连接管口装一阀门，调节此阀的开度使流量减为原来的一半，阀的局部阻力系数是多少按该管折算的当量长度又是多少层流：
λ=64/Re；
湍流：
λ=
j01b20095
⑴在1-1面和2-2面之间，列柏式以2-2面为基准面：
u1≈u2≈0
gz1=Σhf1-2=λ（l/d）（u2/2）
设流体流动符合柏拉修斯公式：
λ=
Re=duρ/μ∴gz1=（l/d）（u2/2）=[（ρ/μ）]（l/2）∴=2gz1/{[（ρ/μ）]×
（l/}
=2×
{[（800/]（50/0.31.25）}=
∴u=s验证：
Re=×
800/=11550>
3000，假设正确
∴V=Su=（π/4）d2u=（π/4）2×
3600=（m3/hr）
{
⑵流量减半，即是流速减半u=2=sRe=5775符合柏拉斯式条件
列1-1面至2-2之间的柏式：
gz1=[（l/d）+ζ]（u2/2）
∴ζ=2gz1/u2-（l/d）
（50/=
又ζ（u2/2）=λ（le/d）（u2/2）=（le/d）（u2/2）
∴ζ=（le/d）
le=（dζ/=×
=（m）
传热过程计算
1j04c2012614
&
有一套管换热器，由内管为φ54×
2ｍｍ，套管为φ116×
4ｍｍ的钢管组成。
内管中苯自５０℃被加热至８０℃，流量为４０００kg/h。
环隙中为２at（绝）的饱和水蒸汽冷凝。
蒸汽冷凝传热系数为10000W/m2.℃。
已知：
苯在５０～８０℃之间的物性数据平均值为：
ρ＝８８０kg/m，ＣP＝
λ＝０．１３４W/m.℃，μ＝０．３９cP
管内侧污垢热阻Ｒ1＝.℃/W
管壁及管外侧污垢热阻不计。
蒸汽温度与压强关系如下表所示
压强at（绝）
温度℃120133
A）管壁对苯的对流传热系数；
B）套管的有效长度；
C）若加热蒸汽压力降为１at（绝），问苯出口温度有何变化应为多少
（1）Re=μ=[×
4000/（3600×
π/4×
]/×
10-3）
Ｐr=ＣPμ/λ=×
１０3×
１０-3/=
α1=λ/ｄ（Ｒe）（Ｐr）
=×
（×
１０4）×
5.40.4=W/m2.℃
（２）Ｑ＝4000/3600×
１０3（80-50）=×
１０4W
１／Ｋ1＝1/+1/10000+∴Ｋ1＝W/m2.℃
Δｔm=（（120-50）-（120-80））／ｌｎ（120-50）/（120-80）=℃
@
Ａ1＝Ｑ／（Ｋ1Δｔm）＝×
１０4/×
=
ｌ＝Ａ1／（πｄ内）＝（π×
=m
（３）Ｋ不变，Ａ不变，Ｔ变为℃，苯的流量及比热均不变。
设出口温度为ｔ2′，在新条件下，传热速率方程变为
Q=GCp（t2′-t1）=KA△tm
4000/3600×
１０3（ｔ2′-50）
=×
（-ｔ2′））／ｌｎ/ｔ2′）
解得ｌｎ/ｔ2′）=
∴ｔ2′=71℃
2、j04b200891（20分）
（
用一传热面积为3m2由φ25×
的管子组成的单程列管式换热器,用初温为10℃的水将机油由200℃冷却至100℃,水走管内,油走管间。
已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h,其比热分别为和;
水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/和250W/,两流体呈逆流流动,忽略管壁和污垢热阻。
A）计算说明该换热器是否合用
B）夏天当水的初温达到30℃,而油的流量及冷却程度不变时,该换热器是否合用如何解决（假设传热系数不变）
2.（20分）j04b2008910
（1）Q1=1200×
2×
（200-100）=240000KJ/h
Q2=Q1,t2=t1+Q1/（mρ2·
Cp2）=10+24000/（1000×
=67.4℃
△tm=/ln90）=110℃
1/K1=1/α1+d1/（α2·
d2）=1/250+25/（2000×
20）K1=m2K
A1=Q1/（K△tm）=240000×
3600×
110）=2.8m2<
3m2故适用
（2）t1=30℃时
】
t2=30+240000/（1000×
=87.4℃
△tm=/ln70）=℃
A1=240000×
103/（3600×
=3.45m2>
3m2不适用
解决办法是调大水量,使t2↓,△tm↑,并使α↑,K↑
3．j04c201288
在逆流操作的列管换热器中，把氢氧化钠溶液从70℃冷却到35℃，氢氧化钠走管内，流量为１．１１kg/s，比热为3770J/，氢氧化钠对管壁的对流传热系数为930W/现用１５℃的水作为冷却剂，水走管外，流量为１．６７kg/s，比热为４１８０J/，管壁对水的传热系数为1000W/,（管壁热阻及垢阻略计）,忽略热损失（可近似按平壁处理）试求：
A）冷却剂出口温度及所需传热面积；
B）操作中若氢氧化钠及水的初始温度不变，而两流体的流量都增大一倍，则流量增大后的冷、热流体的出口温度变为多大（假设两流体均为湍流，其物理性质不变,传热温度差可取用算术平均值）。
１）Ｑ＝Ｇ1ＣP1（Ｔ1-Ｔ2）=×
3770×
（70-35）=W
忽略热损失，则Ｑ＝Ｇ2ＣP2（ｔ2-ｔ1）
。
即=×
4180（t2-15）
解得ｔ2=36℃
∵Δｔ1/Δｔ2＜２
∴Δｔm＝（３４＋２０）／２＝２７℃
∵为薄壁园筒，∴按平壁近似计算
Ｋ＝α1α2/（α1+α2）=930×
1000/（930+1000）=W/m2.K
∴Ａ＝Ｑ／ＫΔｔm＝×
27）=m2
２）忽略热损失，Ｑ吸＝Ｑ放
２Ｇ1ＣP1（Ｔ1-Ｔ2′）＝２Ｇ2ＣP2（ｔ2′-ｔ1）
2×
3770（70-Ｔ2′）=2×
4180（ｔ2′-15）
得Ｔ2′=95-ｔ2′－－－－－①
传热速率方程式：
Ｑ＝Ｋ′ＡΔTm′＝２Ｇ1ＣP1（70-Ｔ2′）
其中：
Ｋ′＝１／（１／（２×
930）+１／（２×
1000）＝838W/m2.K
Ａ＝１１．３m2
Δｔm′＝（（70-ｔ2′）+（Ｔ2′-15））／２＝（55+Ｔ2′-ｔ2′）/2
代入原公式：
838×
（55+Ｔ2′-ｔ2′）/2=2×
（70-Ｔ2′）
得：
Ｔ2′-=ｔ2′－－－－－②
联立方程①与②得：
Ｔ2′=37.3℃（升高了）
ｔ2′=℃（冷却水温度下降）
4．j04b151096
９０℃的正丁醇，在逆流换热器中被冷却到５０℃，换热器的换热面积为６ｍ2，传热系数K=230W/m2℃，正丁醇的流量为1930Kg/h。
冷却介质为18℃水,热损失可以忽略。
求：
A）冷却水出口温度；
B）冷却水消耗量。
７０℃正丁醇Ｃp＝２．９８KJ/Kg.℃水Ｃp＝４．１８７KJ/Kg.℃
Ｑ＝ＧhＣPh（Ｔ1-Ｔ2）＝（1930/3600）×
１０3（90-50）
＝×
１０4w
∴Δｔm＝Ｑ／ＫＡ＝×
１０4／（230×
6）＝℃
Δｔm＝（（Ｔ1-ｔ2）+（Ｔ2-ｔ1））／２
＝（（90-ｔ2）+（50-18））／２
＝６１－ｔ2／２＝４６．３
∴ｔ2＝２９．４℃
Ｑ＝ＧcＣP（ｔ2-ｔ1）
∴冷却水消耗量Ｇc＝Ｑ／（ＣPc（ｔ2-ｔ1））
＝×
104/×
）＝1.34kg/s=×
103Kg/h
△t1==℃
△t2=50-18=32℃
△t1/△t2=32=<
2
故平均温度差采用算术均是可以接受的.
5.j04c20119
#
在某列管式换热器中,将一定量的空气加热。
空气在管内作湍流流动,饱和水蒸汽在管外冷凝。
今因生产任务加大一倍，除用原换热器外，尚需加一台新换热器。
如果使新旧两台换热器并联使用，且使二台换热器在空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同的条件下操作。
原换热器列管数为ｎ1，管内径为ｄ1，管长为ｌ1，而新换热器管数为ｎ2
（ｎ2＝２ｎ1），管内径为ｄ2（ｄ2＝０．５ｄ1）。
试问新换热器管长ｌ2为原换热器管长ｌ1的几倍。
原换热器：
Ｑ1=Ｗ2ＣP2（ｔ2-ｔ1）=ＫＡΔｔm1
新换热器：
Ｑ1=Ｗ2ＣP2（ｔ2-ｔ1）=Ｋ′Ａ′Δｔm2
Ｑ1＝Ｑ2Δｔm1＝Δｔm2Ｋ≈αα∝Ｒ×
（1/ｄ1）∝Ｕｄ
Ｒe=ｄ1Ｕ1ρ/μ
%
Ｗ2＝Ｗ2′∴Ｖ2＝Ｖ2′
即：
ｎ1（π/4）ｄ12Ｕ1＝ｎ2（π/4）ｄ22Ｕ2
∴Ｕ2＝（ｎ1（π/4）ｄ12Ｕ1）／（ｎ2（π/4）ｄ22）＝２Ｕ1
Ｋ′／Ｋ＝（２Ｕ1）（ｄ1/2）0.2／Ｕ／ｄ
＝２／（１／２）＝２即Ｋ′＝２Ｋ
∴Ａ′＝ＫＡ／Ｋ′＝Ａ／２，
ｎ2πｄ2L2＝ｎ1πｄ1L1×
1/2
L2=ｎ1πｄ1L1/（2ｎ1πｄ1/2）×
2＝L1／２
6.04c2012212
某厂在由１７７根φ２５×
２ｍｍ,长３ｍ的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内,用132.9℃的饱和水蒸汽在管间冷凝，将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。
已知乙烯气体流量为０．６kg/s，进口温度为２０℃，在操作条件下的密度为１kg/m3，比热为kg.℃，对流传热系数为53W/m2℃，饱和水蒸汽冷凝传热膜系数为8000W/m℃,可忽略管壁及垢层热阻。
}
A）确定乙烯气体出换热器时的温度；
B）若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过０．０１kgf/cm2，通过换热器的总长度（包括局部阻力当量长度）为５．５ｍ，摩擦系数λ＝０．０４，试确定该换热器最多能允许通过多少kg/s的乙烯气体
C）当乙烯气体流量增加到最大允许量，且要求进出口温度保持不变时，若锅炉能供给该换热器的水蒸汽最高压力为３kgf/cm2（表压）（即Ｔ＝１４２．９℃），问此蒸汽能否满足传热要求
04c2012212
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