化工原理作业答案（精编版）

1、3已知甲地区的平均大气压力为85.3 kpa，乙地区的平均大气压力为101.33 kpa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为 20 kpa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？解：（ 1）设备内绝对压力绝压=大气压 -真空度 =85.310320103 pa65.3kpa（ 2）真空表读数真空度 =大气压 -绝压 =101.3310 365.3103 pa36.03kpa5如本题附图所示，流化床反应器上装有两个u 管压差计。读数分别为r1=500 mm ， r2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的u 管与大气

2、连通的玻璃管内灌入一段水，其高度r3=100 mm 。试求 a、b 两点的表压力。解：（ 1） a 点的压力p a水gr3汞 gr210009.810.1136009.810.08 pa1.165104 pa（表）（ 2）b 点的压力pbpa 1.165汞 gr1 104136009.810.5 pa7.836104 pa（表）13如本题附图所示，用泵 2 将储罐 1 中的有机混合液送至精馏塔 3 的中部进行分离。 已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为 1.0133105 pa。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21105 pa，进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道

3、直径为 68 mm4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 j/kg，求泵的有效功率。解：在截面a-a 和截面b - b 之间列柏努利方程式，得22p1u1gzwp2u2gzh1e2f2122p11.0133105 pa； p1.21105 pa；zz8.0m；2uu10； v2ahf70 jv 23.14kg20 3600m s1.966 m s2d0.0684420.004ppu2u 2w2121g zzh2e21f1.211.01331051.96628002we9.88.070j kg2.461.9378.470 j kg175 j kgn ewswe20 3

4、600800173 w768.9w19. 用泵将 2× 104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图） 。反应器液面上方保持25.9×103 pa 的真空度， 高位槽液面上方为大气压。管道为76 mm× 4 mm 的钢管， 总长为 35 m， 管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。 （已知溶液的密度为1073 kg/m 3，黏度为6.310-4 pa s。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm。），u2解：在反应器液面1-1 与管路出口内侧截面2-2

5、间列机械能衡算方程，以截面1-1为基准水平面，得u2gzb1p1wgzb2p2h（ 1）221e2f式中z1=0， z2=17 m ，ub1 0wub2d 24360020.7851040.0682m s10731.43 m sp1=-25.9× 103 pa (表)， p2=0 ( 表)将以上数据代入式（1），并整理得2wg ( zz )ub2p2p1he21f2=9.81×17+1.432+ 25.910+3hf =192.0+hf2lle2其中hf =（+1073+）ub2d2redub= 0.0681.431073 =1.656 × 1050.6310 3

6、e d0.0044根据 re 与 e/ d 值，查得 =0.03 ，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为闸阀（全开） ：0.43× 2 m =0.86 m标准弯头：2.2× 5 m =11 mf故h =(0.03× 350.8611 +0.5+4)1.43jkg =25.74j/kg20.0682于是we192.025.74j kg217.7 j kg泵的轴功率为217.72104ns =we w /=w =1.73kw36000.720. 如本题附图所示， 贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100 mm 的钢质放水管相连， 管路上装有一个闸阀，距管路入口

7、端15 m 处安有以水银为指示液的u 管压差计，其一臂与管道相连， 另一臂通大气。 压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度 为 20 m。（ 1）当闸阀关闭时， 测得 r=600 mm、h=1500 mm ；当闸阀部分开启时，测得 r=400 mm 、h=1400 mm 。摩擦系数可取为 0.025，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管 中流出多少水（m3）？（ 2）当闸阀全开时，u 管压差计测压处的压力为多少pa（表压）。（闸阀全开时le/d 15，摩擦系数仍可取0.025 。 ），解：（ 1）闸阀部分开启时水的流量在贮槽水面1-1 与测压点处截面2-2 间列机

8、械能衡算方程，并通过截面2-2 的中心作基准水平面，得22ub1gzp1ub2p2gzh（ a）2212f，12式中p1=0(表)p 2hg grh 2 o gr136009.810.410009.811.4 pa39630pa（表）ub2=0， z2=0z1 可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知h2 o g( z1h)hg gr（b）式中h=1.5 m,r=0.6 m将已知数据代入式（b）得1z1360010000.61.5 m6.66m2222h(l) ub2.13u(0.025150.5) ub2.13uf,1-2cbbd20.12将以上各值代入

9、式（a），即b9.81× 6.66= u 2 +239630 +2.13 u 2b1000解得ub3.13 m s水的流量为 2uvs3600db436000.7850.123.13 m 3 s1.43 m 3 s（ 2）闸阀全开时测压点处的压力，在截面 1-1 与管路出口内侧截面3-3 间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面， 得22gzub1p1gzub3p3h（ c）13f，1 322式中z1=6.66 m ，z3=0，ub1=0， p1=p3llu 235u 22bh(e)b =0.025(15)0.5b4.81ud2f,1 3c将以上数据代入式（c），即2u20.12

10、9.81× 6.66=b +4.81 ub2解得ub3.13 m s再在截面 1-1， 与 2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得22gzub1p1gzub2p2h（ d）12f ，1 222式中z1=6.66 m ，z2=0，ub10，ub2=3.51 m/s ， p1=0（表压力）hf,1 20.0251.50.10.53.512j kg226.2 j kg将以上数值代入上式，则3.512p9.816.6622100026. 2解得p2=3.30× 104 pa（表压）第二章流体输送机械1. 用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前

11、 a 、c 两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39 m3/h， 此时泵的压头为38 m。已知输油管内径为100 mm ，摩擦系数为0.02；油品密度为810 kg/m 3。试求（ 1）管路特性方程； （ 2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。习题 1 附图解：（ 1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作1-1与 2-2截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到2h ekbqe由于启动离心泵之前pa=pc,于是kzp =0g2则h ebqe又h eh38 mb 38 /( 39) 2 h2/m 5=2.5 × 10 2 h2/m

12、5则h2.510 2 q 2 （ qe 的单位为m3/h）ee（ 2）输油管线总长度2hlle u d2gu39 0.0136004m/s=1.38 m/s于是ll e2gdhu229.810.138 m=1960 m0.021.38 22. 用离心泵（转速为2900 r/min ）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60 kpa 和 220 kpa，两测压口之间垂直距离为0.5 m，泵的轴功率为 6.7 kw 。泵吸入管和排出管内径均为80 mm，吸入管中流动阻力可表达为h3.0u2f,0 11（u1 为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为2.5 m

13、，实验是在20 ， 98.1 kpa的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。解：（ 1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到u2p110gzh12f ,0 1将有关数据代入上式并整理，得13.5u2601032.59.8135.481000u13.184 m/s则q( 40.0823.1843600) m3/h=57.61 m 3/h(2) 泵的扬程hh 1h 2h0(60220)1030.5 m29.04m10009.81(3) 泵的效率hqsg29.0457.61 10009.81100% =68%1000p360010006.7在指定转速

14、下，泵的性能参数为：q=57.61 m 3/hh=29.04 mp=6.7 kw=68%5用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为32.5 kpa(即输送温度下溶液的饱和蒸汽压)。已知：吸入管路压头损失为1.46 m，泵的必需气蚀余量为2.3 m，该泵安装在塔内液面下3.0 m 处。试核算该泵能否正常操作。解：泵的允许安装高度为hpapvnpshhggf,0 1式中papv0g则h g(2.30.5)1.46 m-4.26m泵的允许安装位置应在塔内液面下4.26m 处，实际安装高度为3.0m，故泵在操作时可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移1.5 m。8对于习题

15、7 的管路系统，若用两台规格相同的离心泵（单台泵的特性方程与习题8相同）组合操作，试求可能的最大输水量。解：本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。（1）两台泵的并联8.85.2105 q 2284.2105( q ) 22解得：q=5.54× 103 m3/s=19.95 m3 /h(2) 两台泵的串联8.85.25210q2( 284.25210 q)解得：q=5.89× 103 m3/s=21.2 m 3/h在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2 m3 /h。第三章非均相混合物分离及固体流态化2. 用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m，宽 5 m，高

16、 4.2 m，固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m 3。气体的处理量为3000（标准） m3/h。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。（ 1）若操作在20 下进行，操作条件下的气体密度为1.06 kg/m 3，黏度为1.8 ×10-5 pa?s。（ 2）若操作在420 下进行，操作条件下的气体密度为0.5 kg/m 3，黏度为3.3 ×10-5 pa?s。解：（ 1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：300027320qv, sut273m s0.03577 m sbl360055设沉降在斯托克斯区，则：2u t0.03577d (s) g18d18

17、 ut18 1.810 50.035771.985 10 5 m19.85m(s)g(30001.06)9.81核算流型：redut51.985100.035771.060.041815t1.810原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985 ×10-5 m。（ 2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：3000273420qv, sut273m s0.0846 m sbl360055设沉降在斯托克斯区，则：d18ut(s)g5183.3100.08464.13210 5 m41.32m(30000.5)9.81核算流型：retdut4.132100

18、.08460.50.0529153.310 5原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132 ×10-5 m。3. 对 2 题中的降尘室与含尘气体，在 427 下操作， 若需除去的最小颗粒粒径为10m，试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：取隔板间距为h，令lhuutl则hut u3000273427（ 1）qv, subh360052734.2m s0.1017 m s10 m尘粒的沉降速度2tuds26g101030000.59.81 m s4.95410 3 m s18183.3110 5由（ 1）式计算h53h0.10174.95410m0.244m层数 nh hhh

19、184.20.2444.2 m 1817.2 取 18 层0.233m核算颗粒沉降雷诺数：64redut10104.954100.547.51015t3.310核算流体流型：( 2bh )u250.2330.10170.5redeubh5.23368621003.3 10 510板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长 ×宽×高为 810 mm×810 mm×42 mm，总框数为 10，滤饼体积与滤液体积比为=0.1 ，过滤 10 min ，得滤液量为1.31 m3 ，再过滤 10 min ，共得滤液量为1.905 m 3，试求（ 1）滤框充满滤饼时所需过

20、滤时间；（ 2）若洗涤与辅助时间共 45 min ，求该装置的生产能力(以得到的滤饼体积计)。解：（ 1）过滤面积a0.81221013.122m 2由恒压过滤方程式求过滤常数1.31221.31ve13.12221060 k1.905221.905ve13.12222060k联立解出 ve0.1376m 3 ， k2.01010 5 m 2 /s恒压过滤方程式为v 20.2752v346110 3vc0.810.810.04210m 30.2756m 3vvc v2.756m 3代入恒压过滤方程式求过滤时间2.75620.27522.756 /3.46110 3 s2414s40.23 mi

21、n（2）生产能力vcq0.27563m /s4.8231053m /s30.206m /hwd2414456011在 67103 pa 压力下对硅藻土在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数k=5×10-5 m2/s，qe=0.01 m 3/m2 ，滤饼体积与滤液体积之比=0.08 。现拟用有38 个框的bmy50/810-25型板框压滤机在134103 pa 压力下过滤上述悬浮液。试求：（ 1）过滤至滤框内部全部充满滤渣所需的时间；（ 2）过滤完毕以相当于滤液量1/10 的清水洗涤滤饼，求洗涤时间；（ 3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15 min ，求过滤机的生产能力（m3

22、滤液/h ）。解：（ 1）硅藻土，s0.01 ，可按不可压缩滤饼处理k2k p ， qe 与p 无关p134103 pa 时， k1104 m 2 /s ， q0.01m 3 /m 2ecv0.8120.02538m 30.6233m 3 ， a3820.812 m 249.86m 2vvc v0.6233 m 30.087.791m 3 ， q7.791 m 3 /m 249.860.1563m 3 /m 2代入恒压过滤方程式求过滤时间0.1563220.010.156310 4（ 2）洗涤vw275.6s0.1v0.7791m 3dv1dvka 2ka10 449.86m 3 s3.74810 3 m 3 sdw4de8 vve8 qqe80.15630.01dvwvw /dw0.7791s0.003748207.9s（ 3）生产能力qv7.7913m 3 /h20.27m 3 /hwd275.6207.91560 / 36007在一传热面积为25 m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为 28 000kg/h ，其温度由 25 升至 38 ，平均比热容为4.17 kj/(kg ·)。有机溶液的温度由 110