完整化工原理计算试题.docx
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完整化工原理计算试题
（完整）化工原理计算试题
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离心泵的计算
1计算题j01b10029
如图所示，水通过倾斜变径管段（A-B）,DA=100mm，DB=240mm,水流量为2m3/min,在截面A与B处接一U形水银压差计，其读数R=20mm，A、B两点间的垂直距离为h=0。
3m试求：
（1）试求A、B两点的压差等于多少Pa？
（2）A、B管段阻力损失为多少mmHg？
（3）若管路水平放置,而流量不变，U形水银压差计读数及A、B两点压差有何变化?
计算题j01b10029（题分:
20）
（1）uA=（2/60）/［（p/4）×（0。
10）2]=4。
244m/s，
uB=4。
244×（1/2。
4）2=0.7368m/s
pA/r＋uA2/2=gh＋pB/r＋uB2/2＋Shf
∵pA/r－（gh＋pB/r）=（ri－r）gR/r
∴pA－pB=（ri－r）gR＋rgh
=（13.6-1）×103×9.81×0.020+103×9.81×0。
3
=5415Pa
（2）Shf=（pA/r－gh－pB/r）＋uA2/2－uB2/2
=（ri－r）gR/r＋uA2/2－uB2/2
=（13。
6－1）×9。
81×0。
020＋（4.244）2/2－（0。
7368）2/2
=11.2J/kg
即Dpf=rShf=103×11。
2=11。
2×103Pa
换成mmHg:
SHf=Dpf/（rHg×g）=11。
2×103/（13。
6×103×9.81）
=0.0839mHg=83。
9mmHg
（3）pA/r＋uA2/2=pB/r＋uB2/2＋Shf
∵uA、uB、Shf均不变,故（ri－r）gR’/r之值不变
即R’不变,R’=R=20mm
水平放置时pA-pB=（13.6-1）´103´9.81´0。
020=2472Pa比倾斜放置时的压差值小。
2计算题j02b20067（20分）
如图所示的输水系统，输水量为36m3/h，输水管均为φ80×2mm的钢管，已知水泵吸入管路的阻力损失为0.2m水柱，压出管路的阻力损失为0.5m水柱，压出管路上压力表的读数为2。
5Kgf/cm2。
试求：
（1）水泵的升扬高度；
（2）若水泵的效率η=70%,水泵的轴功率（KW）;
（3）水泵吸入管路上真空表的读数（mmHg柱）。
注:
当地大气压为750mmHg柱。
U=36/3600/（0。
785×0。
0762）≈2.2m/s
（1）在2-2与3-3截面列B。
eq。
5分
Z2+p/ρg+U22/2g+He=Z3+P3/ρg+U32/2g+Hf2-3
∵U2=U3不计Hf2—3
∴He=（Z3—Z2）+（P3+P2）/ρg
=0。
2+（2.5+0。
525）/（103×9.81）×9。
81×104
=30。
5mH2O柱
在1—1与4-4列B。
eq。
He=ΔZ1-4+Hf1—4+Hf3-4
∴ΔZ1-4=He—（Hf1—4+Hf3-4）=30。
5—（0.2+0.5）=29.8m
∴升扬高度为29。
8m
（2）Pa=Heqvρg/η=30.5×0。
01×103×9.81/0.7=4。
27KW3分
（3）在1-1与2—2列B。
eq,得5分
0=Z2+（—P）/ρg+U22/2g+Hf1
—P=Z2ρg-U22ρ/2-Hf1-ρg
=-（4.8×103×9.8+2.2/2×103+0.2×103×9。
81）
=-515×102N/M2=515×102/（0。
981×105）×735.6=386mmHg（表）
-P2=真空度∴吸入管路上真空表读数为386mmHg柱=0。
525at
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0.65，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0.4Pas。
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）（0.15）2=0.0177m2 u=40/（3600×0.0177）=0.63m/s
Re=duρ/μ=0.15×0。
63×890/0。
4=210（层流）λ=64/Re=64/210=0。
304
Hf=λ（l/d）（u2/2g）=0.304×（2000/0.15）×[0。
632/（2×9.81）］=82。
1m
Ws=40×890/3600=9。
9kg/s∴N=82.1×9.81×9。
9/（1000×0.65）=12.3kw
⑵H′=0。
8Hf=65.7m△Pf=65。
7×9。
81×890=5。
736×105N/m
对于层流△Pf=32lμu/d
∴u=△Pfd/（32lμ）=5.736×105×0。
15/（32×2000×0.4）=0。
504m/s
V=3600×0。
504×0。
0177=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=0.62，水银差压计读数R=456mm。
吸收塔喷咀处压力为0。
5kgf/cm2（表压）,碱液密度ρ=1100kg/m3，泵的效率η=0.6，直管阻力系数λ=0。
02（吸入、压出管道取近似相同值），ξ弯头=0.75，ξ标准阀=6，ξ闸阀=0.17，ξ孔板=8，试求泵所需功率。
j01a150616
Ｖ=（π/4）×0.042×0.62[2g×0。
456×（13600—1100）/1100]0。
5=0.00785m3/s
u1=0。
00785/[（π/4）×0。
12]=1m/su0=1×（0。
1/0.07）2=2.04m/s
Σhf=（0。
02×2/0.1+0。
5）×12/2g+（0。
02×30/0。
07+4×0.75+6+0.17+8）×2.042/2g=5。
51m
He=5.51+（20-1。
5）+0.5×104/1100+2.042/2g=28.77m
N=28。
77×0。
00785×1100/（102×0。
6）=4.084kw
5.j02b100556
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０．５N。
S/m2.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）
答案：
（1）ΔＰ＝λ（ｌ／ｄ）（ρＵ2／２）
Ｕ＝21／（3600×0。
785×０．０８2）＝１．１６m/s
Ｒe＝0。
080×1.16×920/0。
5＝１７０．８层流
λ＝６４／Ｒe＝0.374
ΔＰ＝0.374×（200/0。
08）×920×１．１６2／2＝5.79×１０5N/m2
∑ｈf＝5。
8×１０5／920＝629.9J/Kg
（2）Ｎe＝ＱＨＰ／1000
Ｈ＝ｇΔＺ＋∑ｈf＝9.81×15+629。
9=777J/Kg
（3）Ｎe＝21×920×777／（3600×1000）＝4。
17KW
在层流范围内
L＝ΔZ+∑ｈf/g
=ΔZ+64/（duρ/μ）×（∑1/d）（1/2g）（Q2/（0。
785d2）2）
=15+1.104×104QQ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。
答案：
（１）电动机功率不够
Ｎ＝38/3600×15×1800/（102×0。
8）＝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1。
96J/kg,出水管道的全部阻力损失为4.9J/kg，压力表的读数为2。
5kgf/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］=9.807×104N/m2=1［kg/cm2]u=Q/A=（36/3600）［（π/4）0.0762]=2。
21m/s
（2。
5×9.807×104/103）+（2。
212/2）=H3×9。
81+4.9
245.2+2.44=9。
81H3+4.9H3=242。
74/9.81=24.74［m］
∴H=H3+5=24。
74+5=29。
74［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=29。
74×9.81+（1。
96+4。
9）=298.62[J/kg］
Ms=Vsρ=（36/3600）×103=10[kJ/s]Ne=Ms·We=10×298。
62[W]
N实=Ne/η=2986。
2/0.70=4267［W］=4。
267［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=4.8×9.81+（2.212/2）+1.96=51。
49m2/s2
=51。
49×103/（9.807×104）［at]=0。
525[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2.5at（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0.024。
其它数据如图a所示。
试求：
（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=7。
0
UB2/2g=7/（λ（l/d）-1）=7/（0。
024×180/0。
1—1）=0.166
∴UB=1.8m/s
qv=（π/4）d2UB=（π/4）×0。
12×1。
8=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+0.5+1.5）=11。
0
Pf=11×51×1000×9.81/（3600×0.7×103）=2.18KW
（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0.02，入口处局部阻力系数取0。
5,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=0。
018），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=0.6×13.6-1.5=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=（0。
4×1.36×104-1。
4×1000）/1000=4。
04m
ZA-PB/ρg=uB2/2g+（λ（L/d）+ζ）uB2/2g=（1+λ（L/d）+ζ）uB2/2g
6。
66—4。
04=（1+0。
02×15/0。
1+0.5）uB2/2g=4。
5uB2/2g
∴uB=
=3.38m/s
V=（π/4）×d2u×3600=0.785×0.12×3.38×3600=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
6.66=（1+0。
018（35/0。
1+15）+0。
5）uc2/2g
解得uc=4。
02m/s
由A-A与B—B截面间伯努利方程式得：
ZA=uB2/2g+PB/ρg+∑hfAB
=PB/ρg+（1+λ（L/d）+ζ）uB2/2g
∴PB/ρg=ZA—（1+λ（L/d）+ζ）uB2/2g
=6.66—（1+0.018×15/0.1+0。
5）×4。
022/（2×9.81）
=3。
20m
∴PB=3.20×1000×9.81=3。
14×104N/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=0。
3164/Re0。
25
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=0。
3164/Re0.25
Re=duρ/μ∴gz1=（0.3164/Re0。
25）（l/d）（u2/2）=[0。
3164/（ρ/μ）0.25］（l/d1.25）（u1。
75/2）∴u1。
75=2gz1/｛［0.3164/（ρ/μ）0。
25]×（l/d1.25）｝
=2×9.81×3。
2/｛［0.3164/（800/0.073）0.25]（50/0.31。
25）｝=9.01542
∴u=3.513m/s验证：
Re=0.3×3。
513×800/0.073=11550〉3000，假设正确
∴V=Su=（π/4）d2u=（π/4）（0。
3）2×3.513×3600=893。
95（m3/hr）
⑵流量减半，即是流速减半u=3。
513/2=1.7565m/sRe=5775符合柏拉斯式条件
列1-1面至2-2之间的柏式：
gz1=[（0。
3164/Re0。
25）（l/d）+ζ]（u2/2）
∴ζ=2gz1/u2-（0.3164/Re0。
25）（l/d）
=2×9。
81×3.2/1.75652-（0。
3164/57750.25）×（50/0.3）=14.3
又ζ（u2/2）=λ（le/d）（u2/2）=（0.3164/Re0.25）（le/d）（u2/2）
∴ζ=（0.3164/Re0。
25）（le/d）
le=（dζ/0。
3164）Re0.25=（0.3×14.3/0。
3164）×57750.25=118.2（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＝1。
86.86kJ/kg。
℃
λ＝０．１３４W/m.℃，μ＝０．３９cP
管内侧污垢热阻Ｒ1＝0.0004m2.℃/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）1。
02.03.0
温度℃99。
1120133
试求:
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？
解:
（1）Re=d1.G/μ=［0.05×4000/（3600×π/4×0.052）]/（0。
39×10-3）
=7。
2586×104
Ｐr=ＣPμ/λ=1。
86×１０3×0.39×１０—3/0.134=5.4
α1=0.023λ/ｄ（Ｒe）0。
8（Ｐr）0.4
=（0.023×0。
134/0.05）×（7。
2586×１０4）0。
8×5。
40。
4=936。
4W/m2.℃
（２）Ｑ＝4000/3600×1。
86×１０3（80-50）=6。
2×１０4W
１／Ｋ1＝1/936。
4+1/10000+0.0004∴Ｋ1＝637.8W/m2.℃
Δｔm=（（120-50）—（120—80））／ｌｎ（120-50）/（120—80）=53。
6℃
Ａ1＝Ｑ／（Ｋ1Δｔm）＝6.2×１０4/（637.8×53.6）=1.814m2
ｌ＝Ａ1／（πｄ内）＝1。
814/（π×0。
05）=11。
55m
（３）Ｋ不变，Ａ不变,Ｔ变为99.1℃，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
4000/3600×1.86×１０3（ｔ2′-50）
=637.8×1。
814（（99。
1-50）—（99。
1-ｔ2′））／ｌｎ（99。
1—50）/（99.1—ｔ2′）
解得ｌｎ（99。
1-50）/（99.1-ｔ2′）=0。
5598
∴ｔ2′=71℃
2、j04b200891（20分）
用一传热面积为3m2由φ25×2.5mm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4。
18kJ/kg.K和2.0kJ/kg.K；水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m2。
K和250W/m2。
K,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
解：
（1）Q1=1200×2×（200-100）=240000KJ/h
Q2=Q1，t2=t1+Q1/（mρ2·Cp2）=10+24000/（1000×4。
18）=67。
4℃
△tm=（123.6-90）/ln（123.6/90）=110℃
1/K1=1/α1+d1/（α2·d2）=1/250+25/（2000×20）K1=216.2W/m2K
A1=Q1/（K△tm）=240000×103/（216。
2×3600×110）=2.8m2<3m2故适用
（2）t1=30℃时
t2=30+240000/（1000×4。
18）=87.4℃
△tm=（112.6-70）/ln（112.6/70）=89.6℃
A1=240000×103/（3600×89。
6×216。
2）=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/kg.K，氢氧化钠对管壁的对流传热系数为930W/m2.k现用１５℃的水作为冷却剂，水走管外,流量为１．６７kg/s，比热为４１８０J/kg.K，管壁对水的传热系数为1000W/m2.K,（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）。
解：
１）Ｑ＝Ｇ1ＣP1（Ｔ1—Ｔ2）=1。
11×3770×（70—35）=146464。
5W
忽略热损失,则Ｑ＝Ｇ2ＣP2（ｔ2—ｔ1）
即146464。
5=1。
67×4180（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）=481.9W/m2.K
∴Ａ＝Ｑ／ＫΔｔm＝146
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