化工原理(上册)习题解答(第三版_谭天恩主编)部分答案

2-1 在图2-12所示的离心泵特性曲线图上，任选一个流量，读出其相应的压头与功率，核算其效率是否与图中所示的一致。解 ：取任一点，如Q=30L*s-1或108m3*he-1查图2-12知H=19.4m,n=7-4kw,=77%检验效率：=QHpg/N=108*19.4*1000*9.81=0.772结果与读图相符2-2 用内径为200mm、长50m的管路输送液体（密度与水相同），升高10m。管路上全部管件的当量长度为27m，摩擦系数可取为0.03.作用于上下游液面的压力相同。试列出管路特性方程，其中，流量Q以m3*h-1计，压头H以m计。附图中的实线与虚线分别为IS250-200-315型和IS250-200-315A型离心泵的特性曲线。试求，若在本题中的管路上分布安装这两个泵时的流量、所需的轴功率及效率。解：（1）管路特性方程H=z+Pg+hf=z+Pg+8l2d5g*Q36002=10+4.61*10-5Q2式中，Q以m3*h-1计，H以m计。（2）将管路特性曲线描绘在图上，与两泵的H-Q曲线相交，由交点可读出以下数值：型号Q/m3*h-1H/mN/kwIS250-200-31567831.167.385%IS250-200-315A627327.857.083%2-3 如图所示的循环管路系统，管内径均为30mm，管路摩擦系数=0.02，吸入管路和压出管路总长为10m(包括所有局部阻力的当量长度在内)。阀门全开时候，泵入口处真空表的读书为40kpa,泵出口处压力表旳示数为107.5kpa。泵的特性曲线方程可用H=22-BQ2表示，其中，H以m计，Q以m3*h-1计，B为待定常数。试求：（1）阀门全开时候泵的输水量和扬程：（2）现需将流量减小到阀门全开时候的90%，采用切削叶轮直径的方法，则绷得有效功率为多少kw？也轮直径应切削为原来的百分之几？解:对泵进、出口列机械能守恒方程，有H=(P入+P出)/g=(107.5*103+40*103)/1000*9.81=15.04m （a）对整个循环系统做机械能衡算（从面1-1经泵再回到面1-1）；h=BQ2=8l/2d2g*(Q/3600)2=1.245*10-2Q2式中，Q以m3*h-1计。将H=h=15.04m带入到上公式得，Q=34.76m3*h-1将Q、H带入到泵的特性方程，得B=(22-H)/Q2=5.76*10-3(2)Q=90%Q=31.28m3*h-1代入公式（a）得，he=12.18m有效功率 N=hQ g=1038KW叶轮直径应切削的百分率因管路特性曲线方程h=BQ2为过原点的曲线，再根据教材中式（2-16）可以证明，此种情况下的管路特性曲线与叶轮切割前、后泵的特性曲线的两个交点，即为新、旧工作点，满足式（2-16），即Q/Q=D/D=0.902-4 用离心泵输送65的水，分别提出了附图所示的三种安装方式（图中安装高度与压出高度所标注数字的单位都是mm）。三种安装方式的管路总长（包括管件的当两长度）可是为相同。试讨论，（1）这三种安装方式是否都能将水送到高位槽？若能送到，其流量是否相等？（2）这三种安装方式，泵所需要的功率是否相等？解：（1）查附录七知65水的饱和蒸汽压力为pv=25.0kpa查附录五知65水的密度=980.5kg*m-3ZS,允许=p大气压/g -pv/g (hf（s-e）)+h允许）=7.93-(hf（s-e）)+h允许）8m图a的安装高度为-2m,图b的为1m，图c的为8m，因此，图c的安装方式肯定不行，而图a、b的安装方式有可能降水送到高位槽。图a、b所示的管路状况相同，故管路特性曲线相同，又泵相同，故工作点相同，即流量相同。（2）泵所需的功率是否相同？因a、b所示情况的工作点相同，即Q、H相同，又泵相同，故相同，此外，相同，故所需功率N=QHg/相同。2-6 将密度为1500kg*m3的硝酸送入反应釜，最大流量为6m3*h-1,升举高度为8m。斧内压力为300kpa。是在下面的内腐蚀泵性能表中选定一个型号，并估计泵的轴功率。解：h=z+Pg+pg=8+300*10001500*9.81+30*1031500*9.81=30.4m根据h=30.4m,Q=6*m3*h-1选表中IH40-32-160型泵，最高效率为36%。泵的轴功率N=Qhg/=2071W2-7 有下列输送任务，是分别提出适合的泵类型向空气压缩机的气缸中注入润滑油；输送浓番茄汁至装罐机；输送带有结晶饱和盐溶液至过滤机；将水从水池送到冷却塔顶（塔高30m，水流量5000m3*h-1）;将洗衣粉浆液送到喷雾干燥器的喷头中（喷雾器内压力10MPa，流量5m3*h-1）；配合ph控制器，将碱液按控制流量加入参与化学反应的物流中。解：齿轮泵或螺杆泵。理由：流量小，粘度较大；离心泵（开式或半开式叶轮）理由：含固体物。压力不大时用离心泵，压力大时用隔膜泵。理由：含固体物。双吸离心泵。理由：流量很大，而扬晨不算太大。柱塞式往复泵或螺杆泵。理由：出口处压力大，但流量较小。计量泵。理由：流量需定量控制。2-9 习题2-8中的喷雾干燥器每小时要排出16000m3湿空气。现有一台4-72No.8通风机可用，它在转速n=1000r*min-1时的操作性能如下所示。问刺痛风机是否能满足需要？如不使用，有无办法改造到能用？序号全压/mmH2O风量m3*h-1轴功率/kw序号全压/mmH2O风量/m3*h-1轴功率/kw198112003.63588166004.38297120003.78681180004.38395139003.96774193004.6092153004.25解： 由本题已知条件及习题2-8知Pt0-222mmH2O,Q=16000m3*h-1。表中列出的最高全风压仅为98mmH2O，远小于所需值。但若将转速提高，有可能达到要求。根据教材中式2-14，为使表中序号1的全风压达到222mmH2O,转速n应满足n/n=222/98 =1.505故 n=1.505*1000=1505r*min-1在此转速下，序号1的流量变为Q=11200*1.505=16860m3*h-1可以满足需要（稍增大阻力，如关小阀门，可使流量减小至16860m3*h-1）。说明：本题的风机在风量比序号1的风量还小的条件下运行，效率较低（低于82%）。如需长期运行，为节能，当选一风压、风量在序号为中间值的风机；如查产品目录，4-72No.6风机在2240 r*min-1下共给出8个序号的值，其中序号5的风压为248mmH2O,风量为15800 m3*h-1较为适用（因风压高于管路所需，运行时风量将较15800 m3*h-1大，而可满足要求，其全压效率约90%）。2-10 往复压缩机的活塞将278k、101.3kpa（绝）的空气抽入气缸，压缩到324kpa（绝）后排出。试求活塞队每千克空气所做的功。若将1kg空气在一密闭的筒内用活塞字101.3kpa（绝）压缩到324kpa（绝），所需功是多少？两种情况下均按绝热压缩机算。解：在气缸中压缩、排出时：根据理想气体状态方程得压缩前体积 V1=T/T0*1/M*22.4=0.787m3*kg-1压缩功 WS=P1P2VdP=/(-1)* P1V1(P1/P2)( (-1)/ )-1 =1.099*105J在密闭筒中压缩时：WS=V1V2PdV=1/(-1)* P1V1(P2/P1)( (-1)/ )-1= WS/=7.85*104Kj13-5 求某湿物料由含水率30%（湿基，下同）干燥到20%所逐走的水分W1与继续从20%到10%逐走的水分W2之比W1/W2。解：以1000kg绝干料为准，从W1=30%干燥到W2=20%所逐走的水分为W1=100*（30/70-20/80）=17.86kg从W2=20%继续干燥至W3=10%所逐走的水分为W2=100*(20/80-10/90)=13.89kg故W1/W2=1.28613-6 某干燥器每日（24h）处理盐类结晶10t，从初水分0.1干燥至0.01（均为湿基）。热空气的温度为107，相对湿度0=0.05，干燥器中的空气绝热增湿，离开干燥器的温度为65，试求每小时出去的水分（kg）、空气用量（kg干空气）以及每天的产品量（kg）。解：（1）每小时