化工原理上习题.docx

1、化工原理上习题 文档编制序号：KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08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=103kg/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=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 =2/21/2 =kg用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为 h。池及槽皆敞口。高位槽中液面比池中液面高

2、20m,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=4103/(3600= 层流 =64/Re=64/= He=(z2z1)8LV2/(2gd5)=H8Lw2/(2gd52) =20+8430103/3600)2/(29602) =731m Na=HeWg/=731103/3600)=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104Pa，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kg，管

3、内摩擦系数为，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 =20+104/1000+(1+110/u22/2 u2= m/sV=(/4) 2=10-2 m3/s= m3/h如图所示的管路系统中，有一直径为38、长为30m的水平直管段AB，在其中间装有孔径为的标准孔板流量计来测量流量，流量系数Co为，流体流经孔板的永久压降为6104 Pa，AB段摩擦系数取为，试计算： 液体流经AB段的压强差；

4、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103 kg/m3。uo =Co 2gR(i-)/ = 2103-870)/870 =s ；u=(do /d) 2 uo =33) 2 =s；W=(/4) 870=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 /)=(30/ /2)+(6

5、104 /870)=111J/kg；pA -pB =hf =870111=104Pa；Ne=800=496W；AB段所消耗的功率 Nf=Whf =111= Nf/Ne=496=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=，水银压差计读数R=456mm。吸收塔喷咀处压力为cm2 (表压)，碱液密度=1100kg/m3，泵的效率=，直管阻力系数=(吸入、压出管道近似取相同值)，弯头=，标准阀=6，闸阀=

6、，孔板=8，试求泵所需功率。=(/4)2g103-1100)/1100 =su1=(/4)=s u2= 2=shf =2/+2g+30/+4+6+8)2g = He=+104/1100+2g=Na=1100(103=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=，水的密度为1000kg/m3。试求:输油量是多少m3/h若泵的效率为，计算泵的轴功率。u0=Co2gR(

7、i-)/ =2(1000-850)/850=s Vh =23600=hu=(80/100) 2=s Re=850/(19010-3)=2343000，假设正确V=Au=(/4)d2u=(/4) 23600=(m3/h)流量减半，即流速减半 u=2=s Re=5775符合柏拉修斯式条件在1-1面至2-2面之间：gz=(L/d)+(u2/2)即（）（50/）+（ /2）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和。现将阀门打至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m，阀前管长50m，阀后

8、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： 900 = 104 z1= 10 m 900 = 104 z2= 5 m 阀部分打开时：设管内流体层流 105=3230(50+30+20)u/(900 u = m/s校核Re:Re=900/ = 883 , 层流，所设正确，计算有效。 则 V = (/4) 23600 = 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=,压出管装有阀门,其阻力系数

9、为=，管路两端水面高度差为10m，泵进口高于水面2m，管内流量为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=，当地大气压强为760mmHg，高位槽水面维持不变。u=V/(/4)d2=(/4)=s 吸入管阻力损失：=2g+2g+(6/2g)=+3)(2= 压出管阻力损失 =(2+1+13/2g= 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+(2+ = pb/(g)+2+ pb=(真)当高位槽沿原路返回时，在槽面与水面

10、间列伯努利式：10=hf，s+hf，D10=（+(6/+2+1+(13/u2/2g u=s V=10-3m3/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,原料槽内表压，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,摩擦系数液体密度800kg/m3泵的特性:He=105V2 (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+ =+105V2 泵的特性:He = 105V2 He = He,解得 V = 10-3 m3/s 则 He = 10510-3)2 = m Ne = He

11、Vg = 10-3800 = 103 W用泵输液经换热器进塔。塔内表压cm2。排出管内径106mm,管长150m(包括局部阻力),摩擦系数。液体密度960kg/m3。液体流经换热器的压力损失为。吸入管阻力1m液柱。排出及吸入管内流速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:(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 3B57A 50 64 4B91 90 91 68 (1)He= (z2-z1)+(p2-p1

12、)/(g)+Hf,吸+Hf,排+Hf,热 = 12+104/(960+1 +150/(2 +104/(960 = m V = u(/4)d23600 = 23600 = 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 = -1= 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：

13、pA= , pB= 。排出管长50m、吸入管长20m(均包括局部阻力)，管内径50mm，摩擦系数。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，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=,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=, 泵的性能曲线, 在流量为6m3/h至15m3/h范围内可用下式描

14、述: He=，此处He为泵的扬程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 =10+850(10/3600)2/(2 = J/kg He=Ws/g= J/N 泵的扬程 He=(10)= J/N HeHe，故此泵能完成任务。 (2)V1=10m3/h时，He,1=, V2=8m3/h时，He,2=(8)=, 轴功率Na=HeVg/，其中、g、均为常量，

15、 (Na,1Na,2)/Na,1=(He,1V1He,2V2)/(He,1V1) =108)/10) = 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=,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 = (8/ = m3 相应的 q = V/A = (82) = m3/m2 q2+2qqe = K 即 +2 = 510-51560 qe = 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

16、悬浮液,测得过滤时间为与15min时的滤液量分别为及，试计算过滤常数K。过滤面积A = 82 = m2 已知: 1 = min V1 = m3 2 = 15 min V2 = m3 V2+2VVe = KA2 可得 +2 = K12 (1) +2 = K1215 (2) (1)、(2)式联立,解得 K = m2/min = 10-5 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 = 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m3,黏度10-5Pas ，颗粒皆为球形)dp = 40m的颗粒 Rep = dput/= 4010-610-5) = 2 沉降属斯托

17、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克斯区 ut = gdp2(s-)/(18) 即 ut/ut = (dp)2 /(dp)2 ut= (dp)2 /(dp)2ut = (1/2)2 = m/s以某叶滤机恒压过滤某悬浮液,过滤小时得滤液。过滤介质阻力可略。试问:(1)若再过滤,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 (V2/2 = 2/ V2 = m3 可多得滤液 V2-V1 = = m3(2) (dV/dt

18、)E = KA2/(2VE) = VE/(2tE) = V2/(2t2) = (22) = m3/h tw = Vw/( dV/dt)w = Vw/( dV/dt)E = 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2m2,共10只滤叶。测得:过滤10min得滤液；再过滤10min共得滤液。已知滤饼与滤液体积比n=。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（以每小时得的滤饼体积计）(1) V2 + 2VVe = KA2t 由题意得 + 2 = KA210 (a) + 2 = KA220 (b) (

19、a)、(b)联立,解得 KA2= m6/min,Ve = m3 又 A = 102 = 过滤终了时,共得滤液量VE = = m3 由 + 2 = ,tE = min(2) 生产能力 = nVE /(tE+tw+t辅) = +45) =10-3 m3/min = m3/h(滤饼) (2) 生产能力 = nVE /(tE+tw+t辅)= +65) = 10-3 m3/min(滤饼)= m3/h(滤饼)以长3m、宽2m的重力沉降室除气体所含的灰尘。气体密度= m3、黏度= 10-5PaS。尘粒为球形，密度=2300kg/m3。处理气量为每小时4300m3。求：（1）可全部除去的最小尘粒粒径dp,1；

20、（2）能除去40%的尘粒粒径dp,2。4、传热流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程通过,温度由150降至80;壳程冷却用软水,进口温度为15,出口温度为65,与气体作逆流流动。两者均处于湍流。已知气体侧的对流给热系数远小于冷却水侧的对流给热系数。试求: 1.冷却水用量; 2.如进口水温上升为20,仍用原设备要达到相同的气体冷却程度,此时出口水温将为多少度冷却水用量为多少管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计。气体的平均比热为(kgK),水的比热为(kgK),不计温度变化对比热的影响。解:(1)冷却水用量 Q=W1cp1(T1-T2)=W2cp2(t2-t1) Q=2000(150

21、-80)=W2(65-15) =104kJ/h W2=104/(65-15)=685kg/h (2)由题知 io 原情况 Q=KiAitm=iAitm (1) 新情况 Q=KiAitm=iAitm (2) 因气体的冷却任务没有变化 Q=Q 气体的流量及管子尺寸没有变化 i=i 两种情况都用同一设备 Ai=Ai 比较式1及式2 得: tm=tm 原情况 t1=150-65=85 t2=80-15=65 t1/t2=85/65=2 tm=(85+65)/2=75 新情况 t1=150-t2 t2=80-20=60 tm=(150-t2)+60/2=75 解得 t2=60 t1=150-60=90

22、t1/t2 =90/60= 故tm用算术平均值计算是可以的. 新情况的热衡算: W2(60-20)=2000(150-80) W2=856kg/h需将水量调至856kg/h。有一台套管换热器,内管为38钢管,外管为573mm钢管,换热管总长36m,逆流操作,管内走水,将管间4200kg/h的苯液从65冷却到35,水温从25升到35,现已知苯侧对流给热系数为2030W/(m2K),水侧对流给热系数为6610W/(m2K),苯侧垢层热阻为(m2K)/kW,苯液比热cP1=(kgK),钢导热率=45W/(mK)。试计算 (1)该换热器传热系数K (2)水侧垢层热阻Ra2 Q=W1cp1(T1-T2)

23、 =(4200/3600)1000(65-35)=63000W A1=d1L=36= tm=(t1-t2)/Ln(t1/t2) =(65-35)-(35-25)/Ln(30/10)= K1=Q/(A1tm)=63000/ =(m2K)(2) Rs2=1/K-(1/1+bA1/(Am)+Rs1+A1/(2A2) =1/(1/2030+38/(45+1000+38/(661033) =(m2K)/W 用一传热面积为3m2由25的管子组成的单管程单壳程列管式换热器, 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,

24、其比热分别为( kgK) 和(kgK);水侧和油侧的对流给热系数分别为2000W/(m2K) 和250W/(m2K), 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, 水流量亦不变，该换热器是否合用 如何解决 (假设传热系数不变) tm=/Ln90)=110 1/K1=1/ 1+d1/( 2d 2)=1/250+25/(200020) K1=(m2K) A1=Q1/(Ktm)= 108/3600110)=3m2 不适用 解决办法是调大水量, 使t2,tm,并使, K有一套管换热器, 内管为542mm,外管为1164mm的钢管, 内管中苯被加热, 苯进口温度为50, 出口温度为80, 流量为4000kg/h。环隙为 的饱和水蒸气冷凝, 其汽化热为kg,冷凝给热系数为11630W/(m2K)。 苯在5080之间的物性参数平均值为密度=880kg/m3, 比热cp=(kg),黏度=10-3PaS, 导热率=(mK), 管内壁垢阻为(m2)/W,管壁及管外侧垢阻不计。试求: (A)加热蒸汽消耗量; (B)所需的传热面积(C)当苯的流量增加50