化工原理作业答案.docx
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化工原理作业答案
在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20kPa。
若改在乙地区操作，真空表
的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？
解：
（1）设备内绝对压力
绝压二大气压-真空度二85.310320103Pa65.3kPa
（2）真空表读数
真空度二大气压-绝压=101.3310365.3103Pa36.03kPa
5.如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。
读数分别为R=500mm，R2=80mm指示液为水银。
为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=100mm试求A、B两点的表压力。
解：
（1）A点的压力
pA水gR3汞gR210009.810.1136009.810.08Pa1.165104Pa（表）
（2）B点的压力
13.如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。
已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133105Pa。
流体密度为800kg/m3。
精馏塔
进口处的塔内压力为1.21105Pa,进料口高于储罐内的液面8m,输送管道直径为©68mm
4mm,进料量为20m3/h。
料液流经全部管道的能量损失为70J/kg，求泵的有效功率。
解：
在截面A-A和截面B-B之间列柏努利方程式，得
19.用泵将2X104kg/h的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。
反应器液面上方保持
25.9X103Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。
管道为76mmX4mm的钢管，总长为
35m,管线上有两个全幵的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。
反应器内液面与管路出口的距离为17若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。
（已知溶液的
密度为1073kg/m3,黏度为6.310-4Pas。
管壁绝对粗糙度可取为0.3mm。
）
解：
在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列机械能衡算方程，以截面1-1
为基准水平面，得
式中z1=0，Z2=17m，〜0
p1=-25.9X103Pa（表），p2=0（表）
=9.81
23
X17+1.43+25・910+hf=192.0+hf
21073
将以上数据代入式
（1），并整理得
其中
d
2
hf=（+-
Le+
2
）Ub2
=0.0681.431073
0.63103
根据Re与e/d值，查得入=0.03，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为
闸阀（全幵）：
0.43X2m=0.86m
标准弯头：
2.2X5m=11m
2
故hf=（0.03X35°8611+0.5+4）143jkg=25.74J/kg
0.0682
于是We192.025.74Jkg217.7Jkg
泵的轴功率为
4
36000.7
Ns=Wew/=217.7210W=1.73kW
20.如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。
槽的底部与内径为100mm勺钢质放水管相连,
管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管压差计，其一臂与
管道相连，另一臂通大气。
压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长
度为20m。
（1）当闸阀关闭时，测得R=600mmh=1500mm当闸阀部分幵启时，测得F=400mmh=1400mm摩擦系数可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。
问每小时从管中流出多少水（m>?
（2）当闸阀全幵时，U管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。
（闸阀全幵时Le/d-
15，摩擦系数仍可取0.025。
）
解：
（1）闸阀部分幵启时水的流量
在贮槽水面1-1，与测压点处截面2-2，间列机械能衡算方程，并通过截面2-2，的中心作
基准水平面，得
式中p1=0（表）
Ub2=0，Z2=0
乙可通过闸阀全关时的数据求取。
当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本
（b）
方程知
H2°g（z1h）HggR
式中h=1.5m,R=0.6m
将已知数据代入式（b）得
将以上各值代入式（a），即
9.81X6.66=Hb：
+39630+2.13汇21000
解得Ub3.13ms
水的流量为Vs3600nd2ub36000.7850.123.13m3s1.43m3s
4
（2）闸阀全幵时测压点处的压力
在截面1-1，与管路出口内侧截面3-3，间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面,
将以上数据代入式（c）,即
9.81X6.66=工+4.81Ub2
2
解得Ub3.13ms
再在截面1-1,与2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得
22
（d）
Ub1P1Ub2P2.
9乙三-gz2—-hf,1—2
式中Z1=6.66m,Z2=0,Ub10,Ub2=3.51m/s,p=0（表压力）将以上数值代入上式，则
解得p2=3.30X104Pa（表压）
第二章流体输送机械
1.用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。
管路情况如本题附图所示。
启动泵之
3前AC两压力表的读数相等。
启动离心泵并将出口阀调至某幵度时，输油量为39m/h,
此时泵的压头为38m已知输油管内径为100mm摩擦系数为0.02;油品密度为810kg/m3
试求
（1）管路特性方程；
（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。
习题1附图
解：
（1）管路特性方程
别取作
轴线为
甲、乙两地油罐液面分1-1'与2-2'截面，以水平管基准面，在两截面之间列柏
努利方程，得到
由于启动离心泵之前Pa二Pc,于是
KZ丄=0g
则HeBq2
又HeH38m
B[38/（39）2]h2/m5=2.5x10-2h2/m5
则He2.5102q2（qe的单位为nVh）
（2）输油管线总长度
于是丨・響20^2103；238m=1960m
2.用离心泵（转速为2900r/min）进行性能参数测定实验。
在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60kPa和220kPa，两测压口之间垂直距离为0.5m，泵的轴
功率为6.7kW泵吸入管和排出管内径均为80mm吸入管中流动阻力可表达为hf,013.0u；
（ui为吸入管内水的流速，m/s）。
离心泵的安装高度为2.5m,实验是在20C,98.1kPa的条件下进行。
试计算泵的流量、压头和效率。
解：
（1）泵的流量
由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到
将有关数据代入上式并整理，得
u13.184m/s
33
则q（n0.0823.1843600）m/h=57.61m/h
（2）泵的扬程
（3）泵的效率
也429.°457.61WOO9&100%=68%
在指定转速下，泵的性能参数为：
q=57.61m3/hH=29.04mP=6.7kWn=68%
5.用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。
塔底液面上的绝对压力为32.5
kPa（即输送温度下溶液的饱和蒸汽压）。
已知：
吸入管路压头损失为1.46m,泵的必需气蚀余量为2.3m，该泵安装在塔内液面下3.0m处。
试核算该泵能否正常操作。
解：
泵的允许安装高度为
式中PaPvo
g
贝9Hg[（2.30.5）1.46]m-4.26m
泵的允许安装位置应在塔内液面下4.26m处，实际安装高度为-3.0m，故泵在操作时
可能发生气蚀现象。
为安全运行，离心泵应再下移1.5mo
8.对于习题7的管路系统，若用两台规格相同的离心泵（单台泵的特性方程与习题8相同）组合操作，试求可能的最大输水量。
解：
本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。
（1）两台泵的并联
解得：
q=5.54X10-3m/s=19.95m3/h
（2）两台泵的串联
解得：
q=5.89X10-3m/s=21.2m3/h
在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2m3/ho
第三章非均相混合物分离及固体流态化
2.用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5m宽5m高4.2m,固体杂质为球
形颗粒，密度为3000kg/m3。
气体的处理量为3000（标准）卅/h。
试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
（1）若操作在20C下进行，操作条件下的气体密度为1.06kg/m3,黏度为1.8X10-5Pa?
So
（2）若操作在420C下进行，操作条件下的气体密度为0.5kg/m3,黏度为3.3X10-5Pa?
So
解：
（1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为:
设沉降在斯托克斯区，则:
核算流型：
原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985X10-5m
（2）计算过程与
（1）相同。
完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：
设沉降在斯托克斯区，贝y：
核算流型：
5
原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132X10-m
3.对2题中的降尘室与含尘气体，在427C下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10卩m
试确定降尘室内隔板的间距及层数。
解：
取隔板间距为h,令
贝VhLut
（1）
u
10um尘粒的沉降速度
由
（1）式计算h
•••h—一4.954103m0.244m
0.1017
层数nH上乙17.2取18层
h0.244
核算颗粒沉降雷诺数：
核算流体流型：
10.板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长X宽X高为810mnX810mnX42mm
总框数为10，滤饼体积与滤液体积比为=0.1，过滤10min，得滤液量为1.31m，再过滤10min，共得滤液量为1.905m，试求
（1）滤框充满滤饼时所需过滤时间；
（2）若洗涤与辅助时间共45min，求该装置的生产能力（以得到的滤饼体积计）。
解：
（1）过滤面积A0.81221013.122m2
由恒压过滤方程式求过滤常数
联立解出Ve0.1376m3，K2.010105m2/s
代入恒压过滤方程式求过滤时间
（2）生产能力
11.在67103Pa压力下对硅藻土在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数
K=5X10-5m/s，qe=0.01m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比u=0.08。
现拟用有38个框的
BMY50/810-25型板框压滤机在134103Pa压力下过滤上述悬浮液。
试求：
（1）过滤至滤框内
部全部充满滤渣所需的时间；
（2）过滤完毕以相当于滤液量1/10的清水洗涤滤饼，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min，求过滤机的生产能力（m滤液
/h）。
解：
（1）硅藻土，s0.01，可按不可压缩滤饼处理
K2kp，qe与p无关
p134103Pa时，K1104m2/s，q°0.01m3/m2
Vc0.8120.02538m30.6233m3，A3820.812m249.86m2
VVc0.6233m37.791m3，qZ^m'/m20.1563m3/m2
v0.0849.86
代入恒压过滤方程式求过滤时间
（2）洗涤
（3）生产能力
7.在一传热面积为25m的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。
冷却水的流量为28000kg/h，其温度由25C升至38C，平均比热容为4.17kJ/（kg「C）。
有机
溶液的温度由110C降至65C，平均比热容为1.72kJ/（kg•C）。
两流体在换热器中呈逆流流动。
设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机
溶液的处理量。
解：
Cp,c
4.17kJ/（kg
•C）
求t
m
有机物
110T
65
水
38—
25
7240
12.在一单程管壳式换热器中，管外热水被管内冷水所冷却。
已知换热器的传热
面积为5m，总传热系数为1400W/（m「C）;热水的初温为100C,流量为5000kg/h;冷水的初温为20C，流量为10000kg/h。
试计算热水和冷水的出口温度及传热量。
设水的平均比热容为4.18kJ/（kg•C），热损失可忽略不计。
解：
whcPh50004.18103WC5806WC
p3600
查图得0.575
传热量QCminEtj
解出T254C
解出t243C
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