华南理工大学851化工原理计算题汇总.docx

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华南理工大学851化工原理计算题汇总

四、计算题（共45分，每小题15分）

1、如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，

两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为83×3.5mm，

泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真

空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m，压力表

安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。

当输水量为

36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，

出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为

2.452×105Pa，泵的效率为70%，水的密度为1000kg/m3，

试求：

（1）两槽液面的高度差H为多少？

（2）泵所需的实际功率为多少kW？

（3）真空表的读数为多少kgf/cm2？

1、解：

（1）两槽液面的高度差H

在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，得：

其中，,u3=0,p3=0,

p2=2.452×105Pa,H2=5m,u2=Vs/A=2.205m/s

代入上式得：

（2）泵所需的实际功率

在贮槽液面0-0´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有：

其中，,u2=u3=0,p2=p3=0,H0=0，H=29.4m

代入方程求得：

We=298.64J/kg，

故，η=70%，

（3）真空表的读数

在贮槽液面0-0´与真空表截面1-1´间列柏努利方程，有：

其中，,H0=0，u0=0,p0=0,H1=4.8m,u1=2.205m/s

代入上式得，

2．在由118根252.5，长为3m的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。

已知加热蒸汽的温度为132.9℃，空气的质量流量为7200kg/h，空气的进、出口温度分别20℃和60℃，操作条件下的空气比热为1.005kJ/（kg℃），空气的对流给热系数为50W/（m2℃），蒸汽冷凝给热系数为8000W/（m2℃），假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。

试求：

（1）加热空气需要的热量Q为多少？

（2）以管子外表面为基准的总传热系数K为多少？

（3）此换热器能否完成生产任务？

2、解：

（1）kJ/s

（2）W/（m2℃）

（3）m2

℃kJ/s，能够完成生产任务。

3、以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻土的悬浮夜。

过滤机的滤框尺寸

为810×810×25（mm），共有37个框。

已测出过滤常数K=10-4m2/s，qe=0.01m3/m2，

e=1s。

若已知单位面积上通过的滤液量为0.15m3/m2，所用洗水量为滤液量的1/5。

求：

1）过滤面积和滤框内的总容量；

2）过滤所需的时间；

3）洗涤时间；

3、1）过滤面积A=2LBZ=2×0.81×0.81×37=48.6m2

滤框总容积Vz=LBZ=0.81×0.81×0.025×37=0.607m3

2）过滤时间（q+qe）2=K（+e）（0.15+0.01）2=10-4（+1）=255s

3）洗涤时间

w=8（q+qe）qw/5K=8×（0.15+0.01）×0.15/（5×10-4）=348s

四、计算题（共45分，每小题15分）

1、用离心泵由真空度为48kPa的容器中输送液体，所选用泵的需要气蚀余量为49kPa。

该液体在输送温度下的饱和蒸汽压为26.66kPa，密度为900kg/m3，吸入管道因阻力损失的压头为0.20［米液柱］，试决定泵的安装位置。

若泵入口端容器改为敞口，该泵又应如何安装？

2、在一内钢管为18010mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态烃从100C冷却到60C，其平均比热为2380J/（kgK）。

环隙逆流走冷却水，其进出口温度分别为40C和50C，平均比热为4174J/（kgK）。

内管内外侧对流传热系数分别为2000W/（m2K）和3000W/（m2K），钢的导热系数可取为45W/（mK）。

假定热损失和污垢热阻可以忽略。

试求：

（1）冷却水用量；

（2）基于内管外侧面积的总传热系数；

（3）对数平均温差；

（4）内管外侧传热面积。

3、某板框压滤机共有10个框,框空长、宽各为500mm,在一定压力下恒压过滤30min后,获得滤液5m3,假设滤布阻力可以忽略不计,试求:

（1）过滤常数K;

（2）如果再过滤30min,还能获得多少m3滤液?

四、计算题（共45分）

解：

（1）由题意知kg/m3，kPa，m，

kPa，Pa

m

由于求出的允许安装高度是负值，故要求泵的进口安装在水槽液面的下方2.72m,所

以，实际安装高度可取，m，

（2）由于容器敞口，Pa，

m，

为安全起见，实际安装高度可取，m。

答：

（1）泵的进口安装在液面下3.73m。

（2）泵的进口安装在液面上方1.705m

解：

（1）由

得

（2）

所以

（3）

（4）由

得

五、计算题（共45分，每小题15分）

1、某车间需要安装一台换热器，将流量为30m3/h、浓度为10%的NaOH水溶液由20℃预热到60℃。

加热剂为127℃的饱和蒸汽（在饱和温度下排除冷凝水）。

该车间现库存一台列管式换热器，其规格为φ25×2mm；长度为3m；总管数72根。

试问库存的换热器能否满足传热任务？

蒸汽冷凝走壳程，NaOH水溶液走管程。

管内NaOH水溶液一侧的＝2560W/m2℃。

蒸汽冷凝一侧的α2＝10000W/m2℃，钢的导热系数，污垢热阻总和，NaOH水溶液的Cp＝3.77kJ/kg.℃。

2、每小时将2×104kg、45℃氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B（如下所示），出口处距反应器液面的垂直高度为15m，反应器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为Ø76mm×4mm、长26.6m的不锈钢管。

管线上有两个全开的闸阀、5个90°标准弯头。

45℃氯苯的密度为1075kgm-3，粘度为6.5×10-4Pa·s。

泵的效率为70%，求泵的轴功率。

附：

λ＝0.0293，各局部阻力系数为：

全开闸阀ζ1=0.17

90℃标准弯头ζ2=0.75

3、板框过滤机加压过滤某悬浮液.一个操作周期内过滤20分钟以后共得滤液4m3（滤饼不可压缩,介质阻力忽略不计）。

在一个操作周期内共用去辅助时间为30分钟。

求:

（1）该机的生产能力为多少？

（2）若过滤压强差加倍,其他条件不变（物性、过滤面积、过滤与辅助时间不变）,该机的生产能力提高了多少?

A、计算题（共45分）

1、解：

对库存换热器进行传热能力核算

其中m2

换热器的传热速率

该换热器的热负荷

因为所以库存的换热器能够完成传热任务。

So＝1382000/1097×85.4＝14.8m2

2解：

如图，取1-1、2-2界面，以1-1截面为基准面

p1=26.7kPa（绝压），z1=0,u10

p2=101.3kPa（绝压）z2=15m

=1.178m

=0.4717m

=23.83m

Ne=HeqVg=23.835.16810-310759.81=1.30103W

Na=

3、

（1）生产能力:

Q=V/（θ+θD）=4/（20+30×60）=4.8（m3/h）

（2）V22=2kΔPA2θ知

（V1/V2）2=（2kΔPA2θ）/（2k2ΔPA2θ）

∴V2=√2V1=6.79（m3/hr）

提高（（6.79-4.8）/4.8）×100％=41.4％

五、计算题（共45分，每小题15分）

1．在由118根252.5，长为3m的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。

已知加热蒸汽的温度为132.9℃，空气的质量流量为7200kg/h，空气的进、出口温度分别20℃和60℃，操作条件下的空气比热为1.005kJ/（kg℃），空气的对流给热系数为50W/（m2℃），蒸汽冷凝给热系数为8000W/（m2℃），假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。

试求：

（1）加热空气需要的热量Q为多少？

（2）以管子外表面为基准的总传热系数K为多少？

（3）此换热器能否完成生产任务？

2、现用一虹吸管来输送相对密度为1.2的某酸液，如附图示。

设酸液流经虹吸管的阻力忽略不计，问：

（1）图A处（管内）和B处（管内）的压强各为多少kN.m-2？

（2）若要增大输送量，你认为对此装置采用何种改进最为简单？

为什么？

3、某降尘室长4m、宽2m、高2m，内用隔板分成25层，用以除去炉气中的矿尘。

已知矿尘的密度为3000kg.m，炉气送入降尘室的密度为1.29kg.m，粘度为3.5×105Pa.s，温度为150℃，尘粒直径在10μm以上，问该降尘室每小时可处理炉气多少标准m3./h?

（炉气压力近似为101.3kN.m）

四、计算题（共45分）

1．、解：

（1）kJ/s

（2）W/（m2℃）

（3）m2

℃

kJ/s，能够完成生产任务。

2、解：

在储槽液面1-1及管内A处截面A-A列柏式：

Z1g+P1/ρ+u/2=ZAg+PA/ρ+u/2+hf1-A.......

（1）

在储槽液面1-1及虹吸管出口内侧2-2列柏式：

Z1g+P1/ρ+u/2=Z2g+P2/ρ+u/2+hf1-2........

（2）

联解

（1）

（2）得：

u2=2.8m.s-1,PA=-4.7kN.m-2（表压）

同时，当液体从1-1连续流到管内B处B-B*时

Z1g+P1/ρ+u21/2=ZBg+PB/ρ+uB2/2+h1-B

0=0.2×9.807+PB/1200+2.82/2

∴PB=-7.06kN.m-2（表压）

（2）∵V=πd2u/4当h1-2=0时，u=（2g△Z）1/2

∴欲使V↑，简单方法是：

①使d↑，即换一条直径较大的虹吸管

②使u↑，则应使△Z↑，即可适当加长虹吸管，使其出口处降低。

设为层流沉降：

U=（10×10）（3000-1.29）×9.807/（18×0.035×10）

=4.67×10m/.s

验算：

Rep=（10×10×4.67×10×1.29）/（0.035×10）

=1.72×10＜1假设正确

单层流量：

V单=Lbu=4×2×4.67×10=0.037m3/h

25层流量：

V=25V单=25×0.037=0.925m/s

=3330m3/h

每小时处理炉气量V标=V（T/T）=3330×（270/423）

=2149.15m3./h

五、计算题（共45分，每小题15分）

1、用轴功率为0.55kW的离心泵，将敞口储槽中的液体输送至表压为90kPa的密闭高位槽中。

已知液体的流量为4m3/h，密度为1200kg/m3、粘度为Pa·s；输送管路的内径为32mm，管路总长度为50m（包括管件、阀门等当量长度）；两槽液位维持恒定的高度差15m。

试计算该离心泵的效率。

摩擦系数λ由经验公式λ＝0.3164/Re0.25计算。

2、恒压过滤某悬浮液，已知过滤5min得滤液1L，若又过滤5min后，试求：

1.得到滤液量（L）；

2.过滤速率（L/min）。

设：

过滤介