化工原理上习题.docx

1、化工原理上习题第一章一测量管道阻力的装置如图所示。已知D1=2D2，Hg=13.6103kg/m3，u2=1m/s，R=10mm，试计算“1-2”截面间阻力hf,1-2值，以J/kg为单位。已知u2=1m/s，u1=u2/4=1/4=0.25m/s gz1+p1/+u12/2= gz2+p2/+u22/2+hf,1-2 又 (gz1+p1/)(gz2+p2/)=(Hg)gR/ hf,1-2=(Hg)gR/u12/2u22/2 =12.69.810.010(0.25)2/21/2 =0.767J/kg用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为 38.4T/h。池及槽皆敞口。高位槽中液面比池中液面高2

2、0m,管路总长(包括局部阻力)430m，进出口阻力不计。管径为1084mm，油的粘度为3430cP，密度为960kg/m3, 泵的效率为50%，求泵的实际功率。Re=438.4103/(36000.103.43)=39.6 层流 =64/Re=64/39.6=1.62 He=(z2z1)8LV2/(2gd5)=H8Lw2/(2gd52) =20+81.62430(38.4103/3600)2/(29.810.1059602) =731m Na=HeWg/=731(38.4103/3600)9.81/0.50=153103 W =153kW用离心泵将水由水槽送至水洗塔中，水洗塔内的表压为9.80

3、7104Pa，水槽液面恒定，其上方通大气,水槽液面与输送管出口端的垂直距离为 20m，在某送液量下,泵对水作的功为317.7J/kg，管内摩擦系数为0.018，吸入和压出管路总长为110m (包括管件及入口的当量长度，但不包括出口的当量长度)。输送管尺寸为1084mm，水的密度为1000kg/m3。求输水量为多少m3/h。 Ws=g(z2z1)p2(表)/u22/2hf， hf=(L/d)u22/2 即 317.7=9.8120+9.807104/1000+(1+0.018110/0.10)u22/2 u2=1.50 m/sV=1.50(/4) (0.10)2=1.1810-2 m3/s=42

4、.5 m3/h如图所示的管路系统中，有一直径为382.5mm、长为30m的水平直管段AB，在其中间装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量，流量系数Co为0.63，流体流经孔板的永久压降为6104 Pa，AB段摩擦系数取为0.022，试计算： 液体流经AB段的压强差； 若泵的轴功率为800W，效率为62%，求AB管段所消耗的功率为泵的有效功率的百分率。已知：操作条件下液体的密度为870kg/m3 ，U形管中的指示液为汞，其密度为13.6103 kg/m3。 uo =Co 2gR(i-)/0.5 = 0.6320.69.81(13.6103-870)/870 0.5 =8.27m/s ；

5、u=(do /d) 2 uo =(16.4/33) 2 8.27=2.043m/s；W=2.043(/4)0.0332 870=1.52kg/s；流体流经AB段的压强差在A与B两截面间列伯努利方程(管中心线为基准面)：ZA g+(pA /)+(uA 2 /2)=ZB g+(pB /)+(uB 2 /2)+hf ；ZA =ZB；uA =uB；hf =(L/d)(u2 /2)+(6104 /)=0.022(30/0.033)(2.0432 /2)+(6104 /870)=111J/kg；pA -pB =hf =870111=9.66104Pa；Ne=8000.62=496W；AB段所消耗的功率 N

6、f=Whf =1.52111=168.7W Nf/Ne=168.7/496=0.34=34如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔,泵吸入管路为1084mm，长2m的钢管。泵压出管路为763mm,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Co=0.62，水银压差计读数R=456mm。吸收塔喷咀处压力为0.5kgf/cm2 (表压)，碱液密度=1100kg/m3，泵的效率=0.6，直管阻力系数=0.02(吸入、压出管道近似取相同值)，弯头=0.75，标准阀=6，闸阀=0.17，孔板=8，试求泵所需功率。=(/4)

7、0.0420.622g0.456(13.6103-1100)/1100 0.5=0.00786m3/su1=0.00786/(/4)0.12=1.0m/s u2=1.0(0.1/0.07) 2=2.04m/shf =(0.022/0.1+0.5)1.02/2g+(0.0230/0.07+40.75+6+0.17+8)2.042/2g =5.51m He=5.51+(20-1.5)+0.5104/1100+2.042/2g=28.77mNa=28.770.0078611009.81/(1030.6)=4.07kw用泵将密度为850kg/m3，黏度为190cP的重油从贮油池送至敞口高位槽中，升扬高

8、度为20m。输送管路为1084mm的钢管，总长为1000m(包括直管长度及所有局部阻力的当量长度)。管路上装有孔径为80mm的孔板以测定流量，其U形油水压差计的读数R=500mm。孔流系数Co=0.62，水的密度为1000kg/m3。试求:输油量是多少m3/h?若泵的效率为0.55，计算泵的轴功率。u0=Co2gR(i-)/ 0.5 =0.6229.810.5(1000-850)/850=0.816m/s Vh =0.8160.785(0.08)23600=14.76m3/hu=0.816(80/100) 2=0.522m/s Re=0.10.522850/(19010-3)=2343000，

9、假设正确V=Au=(/4)d2u=(/4)(0.3) 23.5133600=893.9(m3/h)流量减半，即流速减半 u=3.513/2=1.757m/s Re=5775符合柏拉修斯式条件在1-1面至2-2面之间：gz=(0.3164/Re0.25)(L/d)+(u2/2)即9.813.2（0.3164/57750.25）（50/0.30）+（1.7572 /2）14.3黏度为30cP、密度为900kg/m3的液体，自经内径为40mm的管路进入，两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门。当阀全关时，阀前后压力表读数分别为0.9at和0.45at。现将阀门打至1/4开度，阀门阻力的当量长度

10、为30m，阀前管长50m，阀后管长20m(均包括局部阻力的当量长度)。试求： ()管路的流量 m3/h？ ()定性说明阀前后压力表读数有何变化？ (1)阀全关时： 9009.81z1 = 0.99.81104 z1= 10 m 9009.81z2 = 0.459.81104 z2= 5 m 阀部分打开时：设管内流体层流 105=32300.001(50+30+20)u/(9009.810.042) u = 0.736 m/s校核Re:Re=0.0400.736900/0.030 = 883 , 层流，所设正确，计算有效。 则 V = (/4) (0.040)20.7363600 = 3.33

11、m3/h (2)阀部分打开时，p1下降，p2上升。 在管路系统中装有离心泵，如图。管路的管径均为60mm,吸入管长度为6m,压出管长度为13米,两段管路的摩擦系数均为=0.03,压出管装有阀门,其阻力系数为=6.4，管路两端水面高度差为10m，泵进口高于水面2m，管内流量为0.012m3/s试求：泵的扬程；泵进口处断面上的压强为多少；如果是高位槽中的水沿同样管路流回，不计泵内阻力，是否可流过同样流量。(用数字比较)注：标准弯头的局部阻力系数=0.75，当地大气压强为760mmHg，高位槽水面维持不变。u=V/(/4)d2=0.012/(/4)0.062=4.24m/s 吸入管阻力损失：hf.s

12、=0.5u2/2g+0.75u2/2g+0.03(6/0.06)(4.242/2g)=(0.5+0.75+3)4.242/(29.81)=3.90m 压出管阻力损失hf.D =(20.75+6.4+1+0.0313/0.06)4.242/2g=14.1m 故泵的扬程为H=Z+p/(g)+ hf =28m在泵进口断面上，从液面至此截面列伯努利方程：0=pb/(g)+2+4.242/(29.81)+ hf.s = pb/(g)+2+0.92+3.9 pb=0.682at(真)当高位槽沿原路返回时，在槽面与水面间列伯努利式：10=hf，s+hf，D10=（0.5+0.75+0.03(6/0.06)+

13、20.75+6.4+1+0.03(13/0.06)u2/2g u=3.16m/s V=8.9310-3m3/s 流量小于原值第2章 流体输送用离心泵输液进塔，塔内表压0.45at,原料槽内表压0.15at，塔内出液口比原料槽液面高8m，管长共25m(包括局部阻力),管内径50mm,摩擦系数0.02液体密度800kg/m3泵的特性:He=26-1.15105V 2 (He-m,V-m3/s),求流量及有效功率管路特性: He= (z2-z1) + (p2-p1)/(g) + Hf =8+(0.45-0.15)10/0.8+8LV 2/( 2gd5) =11.75+1.32105V2 泵的特性:H

14、e = 26-1.15105V2 He = He,解得 V = 7.6010-3 m3/s 则 He = 26-1.15105(7.6010-3)2 = 19.4 m Ne = HeVg = 19.47.6010-38009.81 = 1.16103 W用泵输液经换热器进塔。塔内表压0.8kgf/cm2。排出管内径106mm,管长150m(包括局部阻力),摩擦系数0.03。液体密度960kg/m3。液体流经换热器的压力损失为0.8at。吸入管阻力1m液柱。排出及吸入管内流速1.5m/s。当地气压1atm。液体在工作温度时的饱和蒸汽压可按20水计。敞口液槽液面至塔内出液口的升扬高度为12m。试求

15、:(1)下列泵中最合适的泵型(2)采用最合适的泵,其最大的吸液高度 型号 V He Hs ( m3/h) ( m ) (%) (m) 2B19 22 16 66 6.0 3B57A 50 37.5 64 6.4 4B91 90 91 68 6.2(1)He= (z2-z1)+(p2-p1)/(g)+Hf,吸+Hf,排+Hf,热 = 12+0.89.81104/(9609.81)+1 +0.03150/(0.106)1.52/(29.81) +0.89.81104/(9609.81) =34.5 m V = u(/4)d23600 = 1.50.785 (0.106)23600 = 47.65

16、m3/h由于(V, He)点在3B57A及4B91型泵的HeV曲线下方,故这两种泵均可用,但(V, He)点更靠近3B57A型泵的HeV曲线,可减少关小阀的能耗,且二泵效率相近,故选用3B57A型泵最合适(2)Hg,max= Hs 1000/960-u2/(2g)-Hf,吸 = 6.4/0.96-1.52/(2 9.81)-1= 5.55 m生产要求以18m3/h流量将饱和温度的液体从低位容器输至高位容器内。液体密度960kg/m3，粘度与水相近。两液位高度差21m，压力表读数：pA= 0.2at , pB= 1.2at。排出管长50m、吸入管长20m(均包括局部阻力)，管内径50mm，摩擦系

17、数0.023。现库存一台泵，铭牌标明：扬程44m，流量20m3/h，此泵是否能用？若此泵能用，该泵在18m3/h时的允许气蚀余量为2.3m，现拟将泵安装在容器A内液位以下9m处，问：能否正常操作？可见，管路要求V=18m3/h,He=42.1m,而该泵最高效率时：V=20m3/h , He=44m,管路要求的（V，He）点接近最高效率的状态，故此泵适用。故可正常工作。如图的输水系统。已知管内径d=50mm,在阀门全开时输送系统的(L+Le)=50m, 摩擦系数可取=0.03, 泵的性能曲线, 在流量为6m3/h至15m3/h范围内可用下式描述: He=18.92-0.82V 0.8，此处He为

18、泵的扬程m,V为泵的流量m3/h, 问: 如要求流量为10m3/h，单位质量的水所需外加功为多少?单位重量的水所需外加功为多少?此泵能否完成任务? 如要求输送量减至8m3/h(通过关小阀门来达到)，泵的轴功率减少百分之多少?(设泵的效率变化忽略不计) (1)当V1=10m3/h， 所需外加功Ws=gzhf =9.8110+80.0350(10/3600)2/(20.0505) =128.1 J/kg He=Ws/g=128.1/9.81=13.06 J/N 泵的扬程 He=18.920.82(10)0.8=13.75 J/N HeHe，故此泵能完成任务。 (2)V1=10m3/h时，He,1=

19、13.75m, V2=8m3/h时，He,2=18.920.82(8)0.8=14.59m, 轴功率Na=HeVg/，其中、g、均为常量， (Na,1Na,2)/Na,1=(He,1V1He,2V2)/(He,1V1) =(13.751014.598)/(13.7510) = 0.151第三章板框压滤机框空的长、宽、厚为250mm250mm30mm,共8只框,以此压滤机过滤某悬浮液,已知过滤常数K=510-5m2/s,滤饼与滤液体积比=0.075,过滤至滤框充满滤饼时共需15min。求表示单位面积滤布阻力的qe 。滤饼充满滤框时的滤液量V = (80.250.250.030)/0.075 =

20、0.2 m3 相应的 q = V/A = 0.2/(80.250.252) = 0.2 m3/m2 q2+2qqe = K 即 0.22+20.2qe = 510-51560 qe = 0.0125 m3/m2某板框过滤机框空的长、宽、厚为250mm250mm20mm,框数为8, 以此过滤机恒压过滤某悬浮液,测得过滤时间为8.75min与15min时的滤液量分别为0.15m3及0.20m3，试计算过滤常数K。过滤面积A = 820.250.25 = 1.0 m2 已知: 1 = 8.75 min V1 = 0.15 m3 2 = 15 min V2 = 0.20 m3 V2+2VVe = KA

21、2 可得 0.152+20.15Ve = K128.75 (1) 0.202+20.20Ve = K1215 (2) (1)、(2)式联立,解得 K = 0.0030 m2/min = 5.010-5 m2/s已知直径为40m的小颗粒在20常压空气中的沉降速度ut = 0.08m/s。相同密度的颗粒如果直径减半,则沉降速度ut为多大？(空气密度1.2kg/m3,黏度1.8110-5Pas ，颗粒皆为球形)dp = 40m的颗粒 Rep = dput/= 4010-60.081.2/(1.8110-5) = 0.21 2 沉降属斯托克斯区，则直径减半的颗粒粒径dp = dp/2的沉降必亦属于斯托

22、克斯区 ut = gdp2(s-)/(18) 即 ut/ut = (dp)2 /(dp)2 ut= (dp)2 /(dp)2ut = (1/2)20.08 = 0.02 m/s以某叶滤机恒压过滤某悬浮液,过滤1.5小时得滤液30.3m3。过滤介质阻力可略。试问:(1)若再过滤0.5h,操作条件不变,又可得多少滤液?(2)在上述条件下共过滤2h后以4m3水洗涤滤饼,水与滤液黏度相同,洗涤与过滤压力相同,求洗涤时间是多少？(1) V2 = KA2t 则(V2/V1)2 = t2/t1 即 (V2/30.3)2 = 2/1.5 V2 = 35.0 m3 可多得滤液 V2-V1 = 35.0-30.3

23、 = 4.7 m3(2) (dV/dt)E = KA2/(2VE) = VE/(2tE) = V2/(2t2) = 35.0/(22) = 8.75 m3/h tw = Vw/( dV/dt)w = Vw/( dV/dt)E = 4/8.75 = 0.457h = 27.4 min用某叶滤机恒压过滤钛白水悬浮液。滤叶每侧过滤面积为(0.81)2m2,共10只滤叶。测得:过滤10min得滤液1.31m3；再过滤10min共得滤液1.905m3。已知滤饼与滤液体积比n=0.1。试问:(1)过滤至滤饼厚为21mm即停止,过滤时间是多少?(2)若滤饼洗涤与辅助时间共45min,其生产能力是多少?（以每

24、小时得的滤饼体积计）(1) V2 + 2VVe = KA2t 由题意得 1.312 + 21.31Ve = KA210 (a) 1.9052 + 21.905Ve = KA220 (b) (a)、(b)联立,解得 KA2= 0.2076 m6/min,Ve = 0.1374 m3 又 A = 1020.812 = 13.12m2 过滤终了时,共得滤液量VE = 13.120.021/0.1 = 2.755 m3 由 2.7552 + 22.7550.1374 = 0.2076tE,tE = 40.2 min(2) 生产能力 = nVE /(tE+tw+t辅) = 0.12.755/(40.2+45) =3.2310-3 m3/min = 0.194 m3/h(滤饼) (2) 生产能力 = nVE /(tE+tw+t辅)= 0.12.755/(40.2+65) = 2.6210-3 m3/min(滤饼)= 0.157 m3/h(滤饼)