化工原理习题4.docx

1、化工原理习题4【带泵管路】【1】采用离心泵将45m3/h水从水池送至一水洗塔，已知水洗塔塔顶表压为 49.05kPa，管路系统吸入段管长为50m （包括局部阻力当量长度，下同），泵出 口阀全开时排出管线长度为273m 所用管线规格均为O108X, 4管内流体流动 阻力系数为0.024，其它数据如图所示，试求：1完成以上输送任务，管路所需泵的压头；2.现有一台离心泵，其特性曲线方程为H=500.008q/，（单位：H，m ； qv，m3/h）该泵能否满足需要？若在上述管路中使用该离心泵，求在泵出 口阀门全开的条件下泵的工作点，此时泵的有效功率为多少？3.若通过调节阀门使流量达到45m3/h，则损

2、失在阀门上的压头为多少？4-若水温度升高，使水的密度下降（假设粘度不变），请说明泵的工作点怎 样变化，并图示泵工作点的变化情况。30m49050 15 0.024 50 273 1,5921000 9.81 0.1 2 9.812.管路特性曲线方程为：He 20 0.00495qv2 (m3 /h)泵的特性曲线方程为：H=500.008q /，联立求解得：H 31.47 m qv48.13rr? /h有效功率p Hqvg 31.47 48.13 1000 9.81 4.13kwPe 3600 1000 3600 10003.阀门损失压头：H 50 0.008qv2 50 0.008 452 3

3、3.8mHe 20 0.00495 452 30mH 33.8 30 3.8m【2】如图所示的一输水管路。用泵将水池中的水输送到敞口高位槽，管道直径 均为108 4mm，泵的进、出口管路上分别安装有真空表和压力表。已知在阀 门全开时，水池液面至入口真空表所在截面的管路长 50m，真空表所在截面至高位槽液面的管路长150m (均包括局部阻力的当量长度)。设流动已进入阻力平方区，摩擦系数 0.03。管路的输水量为36m3/h。水的密度 1000kg /m3，系统为稳态流动，两水池液面高度保持不变。试求: (1)泵入口真空表的读数是多少kPa ；(2)离心泵的有效压头是多少m ；若泵的效率为0.6，

4、泵的轴功率为多少kW ；(3)写出该系统管路特性曲线方程；(4)若选用特丿性曲线可表示为H 65 0.031 qv2的单泵，式中，H的单位为 m，qv的单位为m3/h，通过计算说明该泵能否满足以上输送要求； (5)若采用两台这样的泵并联操作，并联后系统的输水量为多少m3/h o(注：并联后的管路特性曲线可近似认为与单泵操作时的管路特性曲线相同)30 m压力表真空表03m1）管道直径：d 108 2 4 100mm 0.1m管路中水的流速为：u肆 3.3 1,27m/s5711.1W 5.71 kWd2 0.785 0.124取水池液面为00截面，真空表所在液面为2-2截面，列柏努利方程可得:2

5、 u0 P022 P27o022g 922g g1.272 P2501.272non 2n nq2 9.81 1000 9.81 0.1 2 9.81p242333.2Pa 42.33kPa真空表的读数为：42.33kPa2u0P0 He2Lh 03z0z3hf 0 32gg32gg000He 300 0 0.0350 150 1.2720.1 2 9.81He 34.93m泵的效率为0.6，则：2 ）取水池液面为00截面，高位槽液面为33截面，列柏努利方程可得:Pa Pe H eqv g34.93 36/ 3600 1000 9.810.63）管路特性曲线为：2202 U022gP0 9He

6、Z U3 P3 h23o hf0 33 fO 329 9000He300 0 0.03 50150(0.785 0C123600)0.12 9.81He300.0038qv22(4)采用特性曲线为H 65 0.031 qv的泵时、输送36m3/h的水，能够提供的扬程是：22H 65 0.031q 65 0.031 362 24.82m 34.93m故该泵不能满足输送要求。(5 )并联操作时，其特性曲线可表示为：B22H k qv2 65 0.00775qv24管路特性曲线为：He 30 0.0038qv2H He令 65 0.00775qv2 30 0.0038qv2qv 55.05m3 /h

7、并联后系统的输水量为55.05m3/h。3】采用离心泵将水从水池送至一加压塔中，输水管路如图所示。加压塔塔顶表压为49.05kPa。离心泵的特性曲线可表示为H=500.008q/，式中，H的单 位为m，qv的单位为m3/h。管道直径均为108 4mm。泵出口阀全开时，管路 系统吸入段管长为50m (包括全部局部阻力的当量长度，下同)，排出管线长 度为273m。离心泵的效率为=0.6。其它数据如图所示。系统为稳态流动，水池 液面高度保持不变。设水在输水管路的流动已进入阻力平方区，管内流体流动摩擦 系数为0.024。水的密度=1000kg/m3，试求：1-写出该输水管路的管路特性曲线方程；2.离心

8、泵的流量及压头；14 m1 m |3.4泵的有效功率和轴功率；4.离心泵入口真空表的读数；5该输水管路要求通过调节泵出口阀使流量达到40m3/h。因调节流量多消耗在阀 门上的局部阻力是多少；6塔操作压力增大，对泵操作有什么影响？试用图解说明，应采取什么措施稳 定生产。（1）管道直径：d 108 2 4 100mm 0.1m 管路特性曲线取水池液面为0-0截面，塔喷头所在液面为3-3截 面），202gHe00He15U3 P3z332g g 490500 0.02450 2731000 9.81 qv 0.1列机械能衡算方程可 得：2u2 9.81qvd2420Heqv/36000.785 0.

9、12 3600 0.785 0.0120.004952qv222)H 50 o.OO8 q管路特性曲线 H e20 0.004952qv2为：H Heqv=48.13m3/hrHe=31.46m（3）泵的效 0.6，率为则：PeHeqvg 31.46 48.13/ 3600 1000 9.81 4.12kW Pa pe 6.87kW4)管路中水的流速为：V qv/360()2 1 ?m/s4 0785 -1取水池液面为00截面，真空表所在液面2-2截面，列机械能衡算方程可 为彳最2U22g 9p2 0.024 929 u2gpo020010500.11,722 9.81卩2 27.14kPa真

10、空表的读数27.14kPa为：5）输送40m3/h的 泵能够提供的扬程是：37.2m疋 O 2H 50 0.008 q50 0.008 402管路特，性曲线He20 0.004952qv29.28m2 20 -049521600 27.92mH 37.2 27.92（6压力波动必将导致流量的波动。塔压增高，流量下降，此时应开大阀门，系统阻力下 A-B降4】如图所示，用离心泵将水送至敞口容器A、B，两水槽在相同的水平面上，所 用管线规格均为159x4.5，泵吸入段管路总长（包括所有局部阻力当量长度， 下同）为60m。排出管线的长度为：从泵出口到分支点C点处为300m，在阀 门全开的条件下，C到A

11、为200m,C到B为400m,已知水的密度p =1000kg/m3，流动摩擦系数为0.02，其它数据见图示，试求：1 写出阀门1全开、阀门2完全矢闭时的管路特性曲线方程；2.当阀门1全开、阀门2完全尖闭时，测得系统的水流量为80 m3/h，且泵的效 率为70%，求此时泵的压头和轴功率；3.现使阀门1、2均处于全开状态，并读得泵入口真空表读数为25kPa，则系统 的总流量和送至水槽A和B的水量各多少m/h ；4.图示从阀门1全开、阀门2全矢状态到阀门1和阀2均处于全开状态泵的工偉变化情况1.求管路特性曲线方程He ZaZA512hfO A 51 0.02 60300200 u2hto a 51

12、O.O260 300 20019.413 10-4qv 2(m/h)0.150.152 9.812 9.81qv 2(0.785 0.152 3600)%2. He519.41310-4qv(m3 /h)51 9.413-4 210 4802 57.02mPeHqv57.02280 1000 9.81 u2 “12.43kw36001243 17.76RWPa 0.73.总流量Pih0 12512 2002O6.1 o52 9.81ui U12 9.819.812 9.81U11.837m /qv总117m3/h并联管路s有：% Aua2ub hc得：所以有：管径相同，U总UaUb 2UbUb

13、1.8373qA 68. 53m 3 /hqB348.47m3 /h4.一阀全开两阀个开【传热】5 Pg99 第 9 题【6】用单壳程单管程列管换热器将流量为32500kg/h某溶液由55C预热到85C，加热饱和蒸气温度为130C，已知操作条件下该溶 液的物性为：=898kg/m3, =0.360 mPas,cP=4.358 kJ/(kg C), X=0.322 W/(mC),加热蒸气的汽 化 热潜为r=2192kJ/kg。其蒸气走壳程，溶液走管程。管程污垢 热 阻Rdi=5x10-4m2OC/W，壳程蒸气表面传热系数o=1.2 x104W/(m2t)，壳程污垢 热阻忽略不计。换热管规格为19

14、X, 2管子根数为70根，管壁热导率Xw=45 W/(mC)，试求：1.消耗蒸气量为多少？2管内表面传热系数是多少？3.以管子外表面为基准的换热器的总传热系数？4换热器单程管的长度？5因技术改造提压操作，欲将该溶液由55C升至95C，若仍采用以上换热 器，为保证完成任务，加热蒸气温度至少应提高到多少度？解：1.Q 论p22 i qmir32500 4.358(85 55) 1938.4kg/h0.538kg/S0.4pr4 2970W /(m2 C)0.023 Rediqm12192qm2Cp2(t2 tl) 4.358 (85 55) 1180.3kW36002. Redjuj Gjdj38

15、b 0.785 di2n44j2.4 104 104cP4.8720.83)1 dodob do1idiRdiRd0Kodiw dm0Ko=838.3 W /(m2 K)(130 55)(130 85) 58 ? Q)怙 13U 00ni30 85KA tm3_Q 1183 103 23.97m2K tm 838.3 58.7n dolA5./4mn do5)Q* qm2Cp2(t2 tl)KA tm*3-4.358 103 (95360055) 838.3 23.97(T* 20) (T 95)InT 55 95TT55C【7】某生产过程，要求从储罐中将常温液体苯输送至原料预热器进行预热至9

16、0C (不出现气化)后，进入反应器中。苯流量14400kg/h，设计入口温度 30C。初选预热器为单管程列管式换热器，加热热源采用12CTC饱和水蒸气，蒸 汽走壳程，液态苯走管程。管束由60根(p25x2.5mm钢管组成，长度为6m。壳 程表面传热系数为10000W/ (m2C)，管程污垢热阻为0.0002 m2C /W，壳程 污垢热阻为0.0001 m2C/W，忽略管壁热阻和热损失。已知水蒸气气化 热(相 变热)r2205kJ/kg，苯的物性取密度 p =800 kg/m3，热导率 X = 0.151W (/m.C )，粘度=0.40x10-3 Pa-S，定压比热容 Cp2= 1.6kJ/

17、(kg-C )。试求：1加热蒸汽消耗量；2.换热器总传热系数；3.通过计算判断换热器是否够用；4.冬天，苯的入口温度降为10C，加热蒸汽量充足，物性参数不变，试判 断该换热器能否满足要求；5.若加热蒸汽量充足，在设计工况下，试估算换热器出口苯的温度。解：(1 ) Q tcpqm2qmir 384kWK=347 W/(m2C)l1 l2ln(丿)A*，换热器可用4) 4 分)Qf rcp2qm2 512kWtl t2ln(占1 )t*2fi=120-10=110C 5 t2=120-90=30C 5 fm61.6CQ* K tm A”，A k! 23-9m2A” A，可以满足要求5) (3分)设

18、出口温度匕Q (t2tl)CP2qm2Q K tHm A得：(t2ti)cpmcInKA竽Tti |门 BiT f2 丁 f2.T ti KAn Tt*2cP2qm21.534tf2100.6 C8用一单管程单壳程列管式换热器，将质量流量为8000kg / h的常压空气于 管程由20 C加热到85 C ；该换热器装有(p 19x2钢管300根，管长为1 m。 要求选用110 C饱和蒸汽于壳程冷凝加热之，该温度下蒸汽的汽化潜热(相 变热)为2232 kJ / kg。若饱和蒸汽的表面传热系数o1 104W/ (m2K)，管材的热导率为45W/ (mK)，管程污垢热阻FU 0.0004m ? K/W

19、， 壳程污垢热阻Rao 0.0002m2 K/W。已知空气在平均温度下的物性常数为1.2kg/m3，CP1kJ/ ( kg K) 2.85 102W/(m K)，1.98 10 5PaS，不计热损失，试求：(1)加热蒸汽的消耗量为多少？(2)空气在管内的表面传热系数？(3)110C蒸汽加热，则空 气通过计算说明该换热器能否满足需 要？(4)若将该换热器变为双管程，且仍采用 的实际出口温度为多少？四、解：(1 ) qm1= ?Q qm2Cp2 (t2tl) qmir2232m2cp2(l2l1)30001 (85 20)36005144.4kW 1.444 105W2)i=?qm2diReG.d

20、,3600 0.785 di2n443.177 1 04 1 04 -69470-023 Re0-8 pr di -4 150.9W /(m2C)能否够用？3)1 do1 Rdid di bdd RdOKo idi wdmKo=108 W/(m2 K)(110 20)(110 85) 60 ?4lmJ 10 20110 85KA tm1.444 10526.35mKtm 108 50.74(ui)0.8 2O.8 ui2 262.73W /(m2 C)K 176W /(m2 C)【吸收】Pg134第7题Pg145第 12 题Pg145第11题：在一填料塔中，用含苯0.0001（摩尔分数，下同）

21、的洗油逆流 吸收混合气体中的苯。已知混合气体的流量为2400m3/h（标准状态），进塔气 中含苯0.06，要求苯的吸收率为90%。该塔塔径为0.6m，操作条件下的平 衡尖系为ye=24x，气相总传质单元高度为1.36m，实际操作液气比为最小液 气比的13倍，洗油摩尔质量为170kg/kmol。试求：（1）吸收剂用量（kg/h）及出塔洗油中苯的含量；气相总体积传质系数Kya ；所需填料层高度，m ；（4）增大填料层高度，若其它操作条件不变，定性分析出塔气组成和塔底吸收 液组成的变化情况，并图示操作线的变化。(1) G 2400 107.14 kmol h22.4107.14G379.13kmol

22、 h40.62Y2 1Lyi0.006y2 0.06 0.006yi22.5Gm泊xeiX2 0叫4 0.0001m 泊 xeil1.3l1.3 22.5 29.25GG minL 29.25 107.14 3133.8kmol h 170 533000 kg hXiL1g yi *2X2 29 25 0 06 0 006 0.00010.001946kyaG9 J 3 278.77 kmol m 3 h1.36HOG(3) yi 0.06 24 0.001946 0.013296y20.06 24 0.0001 0.0036三、(20分)在一填料塔中，用含苯0.00015 (摩尔分数，下同)

23、的洗油逆流 吸 收混合气体中的苯。已知混合气体的流量为1467.8m3/h (标准状态)，进塔 气中含苯0.05，要求苯的吸收率为90%。该塔塔径为0.6m，操作条件下的平衡矢系 为ye=26x，气相总体积传质系数Kya=0.045 kmol/ (m3.s)，实际操作液气比为 最小液气比的13倍，洗油摩尔质量为170kg/kmol。试求：(D吸收剂用量(kg/h)；(2)出塔洗油中苯的含量；(3)所需填料层高度，m ；(4)1467.822.465.53降低填料层高度，若其它操作条件不变，定性分析出塔气组成和塔 底吸收液组成的变化情况，并图示操作线的变化。65.53 kmol h231.87

24、kmol m3 h0.62yi y2 0.05 0.005xei x225.38minoo5 0.00015oe1yi 0.005LL1.31.3 25 38 32.99GG min170 367500 kg hL32.9965.53 2161.83 kmol hX1Lyi1/o Yo A 20.005 0.00015 0.00151g122 32.99G231.87 3600HOG1.43mkya0.045yi0.0526 0.00151 0.01074y20.0526 0.00015 0.0011ym yi y2 0.00423In yi y20.05 0.005M m A40.00423

25、H 1.43 10.64 15.2m ；其它条件不变LG H g不变。Nog Xi 32.99 ,m26 1y2【精馆】Pgi6i第5题Pg180第 10 题Pg180 第 11 题（25分）用一精镭塔分离某二元理想混合物，进料量为200kmol/h，其中 易挥发组分的摩尔分率为0.5，进料为饱和液体，塔顶采用全凝器且为泡点 回流，塔釜用间接蒸汽加热。已知两组分间的平均相对挥发度为2.0，精镭 段操作线方程为ym0.70Xn0.285，塔底产品中易挥发组分的摩尔分率为0.05，试求:1 ）操作回流比、塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率（2分）2） 塔顶产品的流量和塔顶产品中易挥发组分的回收率（5分

26、）3） 精镭段的气相负荷、提镭段的液相负荷（kmol/h） （2分）4） 实际回流比是最小回流比的多少倍（4分）；5） 提镭段操作线方程和q线方程（4分）；二、解：R0.7XD1 0 70. R=2 3330 285. X nO 95R11 0.7R1200 DW1900.95D0.95W200* 0.5 0.95D0.05W1000.95D0.05W6） 塔顶第2块理论板上升蒸汽的组成（4分）；7） 若塔顶第1块实际板的液相默弗里板效率为0.6，求塔顶第2块 实际板上升蒸汽的组成（4分）。（R 1 ）D （2.333 1） * 100 333.3kmol/ h LqF 2.333 *100

27、200 433.3kmol / h0.95* 1001 200* 0.51.37142*0.54 Xq0.5,RmiRmin Vq 1 (2 1)* 0.50.6666xd yq 0.95 0.6666n 9QQp Xq 0.95 0.5Rmin0.62981 0.62981.7012,R 2.333min1.7012WXwvXn433.3 100* 0.05333.3333.31.3Xn 0.015Xq 0.5yi Xd 0.95,0.952 (2 1)* 0.950.904820.7* 0.9048 0.285 0.9183XdXi 0.95 Xi7、Eld 1* 1 0.6,xD x/ 0.95 0.9048X1 0.9229y20.7* 0.9229 0.285 0.9310