过程工程原理习题PPT课件

1、2021/7/231例1-1已知：泵进口管为已知：泵进口管为 108mm 4.5mm钢管，管钢管，管内流速为内流速为1.5m/s，出口管为，出口管为 76mm 2.5mm钢管，喷钢管，喷嘴处压强为嘴处压强为3.04 104Pa(表表压压)，流体密度为，流体密度为1100kg/m3，所有管路的总，所有管路的总摩擦阻力为摩擦阻力为29.43J/kg。泵。泵的效率为的效率为60%，求泵的轴，求泵的轴功率。功率。2021/7/23222112212221121242211221082 4.50,()1.5 ()2.916(/ )762 2.53.04 102.916(20 1.5)29.43242.8

2、( /)110023.083()43.0efeeemeveepupugzWgzhduuum sdWgJ kgPW qW qWd ukWPP 在1-1和2-2截面列柏努利方程:835.138()0.6kW2021/7/233两容器内盛同一密度为两容器内盛同一密度为800kg/m3，U形管内的形管内的指示液为水银。若将测指示液为水银。若将测压点和压力计一起下移压点和压力计一起下移h=0.5m，求读数，求读数R1和和R2的变化值的变化值。作业12021/7/234作业2两压差计的指示液相同，两压差计的指示液相同，均为均为 i,容器及测压管内均充满水。容器及测压管内均充满水。试求：试求：（1）读数）读

3、数R与与H之间的关之间的关系系（2）A点和点和B点静压强之点静压强之间的关系间的关系。2021/7/235作业3采用图示的装置测量液体贮槽中的存液量。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数R=130mm(水银），通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨？2021/7/236作业1求解过程 A点下移过程中，总势能点下移过程中，总势能保持不变，所以保持不变，所以 P P 保持保持不变，即不变，即R1读数保持不变。读数保持不变。2(),AiAAAApgRgHppghpp表压)表压即2222,/2R

4、RR RRR设增大的差值 =指示液液面低的一侧下降2222()2AiiRRpgRg HgRgHgh 2021/7/237作业1求解过程(2)220.03()2ihR RRm=2021/7/238作业2求解过程：()()(2),()PPPP解ABiiiABAABBABBAABRgHgRHpzgpzgppzzgpp2021/7/239例1-2 阻力损失的计算溶液从敞口的高位槽流入精馏塔。溶液从敞口的高位槽流入精馏塔。进液处塔中的表压强为进液处塔中的表压强为0.02MPa，输送管道为输送管道为 38 3无缝钢管无缝钢管，直管，直管长长8m,管路中装有管路中装有90 标准弯头标准弯头2个，个，180

5、回弯头回弯头1个，球心阀（全开）个，球心阀（全开）1个，为了使液体能以个，为了使液体能以3m3/h的流量流的流量流入塔中，求高位槽所应放置的高度入塔中，求高位槽所应放置的高度z 。操作温度下溶剂的物性为：操作温度下溶剂的物性为： =861kg/m3， =0.643mPa s2021/7/2310例1-2的求解过程（1）22222431 123/36001.04(/ )0.785 0.0320.032 1.04 8614.45 10 （）0.643 100.3,0.00938：0.039和2-2列机械能衡算:湍流取查表得afvppuzghqum sAduRemmd2021/7/2311例1-2的

6、求解过程（2）222262212：0.5,900.75180：1.5,（6.48()(0.0390.520.0321.040.7521.56.4)10.6( /)20.02 101.0410.63.52861 9.812 9.819.81ffulhdJ kghppuzmggg进口突然收缩标准弯头:回弯头球心阀 全开):2021/7/2312作业1图为一毛细管粘度计。刻度图为一毛细管粘度计。刻度a至至b间的间的体积为体积为3.5ml，毛细管直径为，毛细管直径为1mm。若。若液体由液面液体由液面a降至液面降至液面b需要需要80s,求此液求此液体的运动粘度（体的运动粘度（ / ）（提示：毛细管）（提

7、示：毛细管两端两端 b和和c 的静压强都为的静压强都为1atm， a和和b间间的液柱静压及毛细管表面张力的影响的液柱静压及毛细管表面张力的影响都忽略不计。）都忽略不计。）2021/7/2313作业2在直径为在直径为0.5m的封闭容器中，装有的封闭容器中，装有深度为深度为1m的水，容器侧壁在水深的水，容器侧壁在水深0.5m的的A处接一细管，细管一端通处接一细管，细管一端通大气，容器底部接一直径为大气，容器底部接一直径为20mm的垂直管，管长为的垂直管，管长为1m，求容器中水，求容器中水流出一半所需要的时间？流出一半所需要的时间？2021/7/2314作业3用一虹吸管将水从池中吸出。水池液面用一虹

8、吸管将水从池中吸出。水池液面与虹吸管出口的垂直距离与虹吸管出口的垂直距离z=5m，管路，管路最高点与水面的垂直距离为最高点与水面的垂直距离为2m，虹吸，虹吸管出口流速及虹吸管最高点压强各为多管出口流速及虹吸管最高点压强各为多少？若将虹吸管延长，使少？若将虹吸管延长，使z=8m,出口出口流速有何变化？（水温为流速有何变化？（水温为30oC,大气压大气压为为101.3kPa，水按理想流体处理）。，水按理想流体处理）。2021/7/2315例1-3 简单管路计算液面1至截面3全长300m（包括局部阻力）。截面3至液面2间有一闸门阀，其间的直管阻力可以忽略。输水管为60mm3.5mm水煤气管，/d=0

9、.004。水温为20C。在阀门全开时，试求管路的输水流量qv。2021/7/2316例1-3求解过程211223220.17；1.012：()2，0.0282/1.11(/ ),58700,/:0.030,2/1.07(/ )56800,0.030,/0.78542PPPP11闸门阀全开:出口突然扩大:列机械能衡算式设流动进入阻力平方区查表取查表得以再计算vludduum s Rel dum sRel dqd u2330.0531.072.36 10 (/ )ms2021/7/2317例2-1离心泵特性曲线的测定1-流量计2-压强表3-真空表3已知：吸入管直径80mm，压出管直径60mm。两测

10、压点之间的垂直距离z2-z1=80mm。实验介质为20C的水。实验中已测得如下一组数据实验中已测得如下一组数据：出口压强表读数：0.126MPa进口真空表读数：0.031MPa泵的流量：10L/s;泵轴的扭矩M=9.8Nm,转速为2900rpm;2021/7/2318例2-1求解过程22212121312261222221()244 10 101.99(/ )3.14 801043.54(/ )3.541.990.08(12.83.16)16.5( )2 9.81在截面 与2之间列机械能衡算式:evveppuuHzzggqum sdqum sdHm2021/7/2319例2-1求解过程（2）3

11、：2900 29.8297660：1000 9.81 16.5 10 1016191619：54%2976泵的轴功率泵的有效功率泵的总效率aeeveaPMWPgH qWPP2021/7/2320 例：输送石油产品， 。拟用65Y-60B型油泵以送到表压为177kPa设备内，贮糟液面与出口处问：（）泵合用否；（）若泵位于液面下.m安装合适？aukpPmkg80,.7603mHmHmff41,5排吸，2021/7/2321 泵性能： qu 19.8m3 扬程 38m 55% pa 3.75kw必须汽蚀余量（NPSH）r 2.6m2021/7/2322 解：1.与管出口外侧列方程： u1=u2=0,

12、z1=0,z2=5,p1=0,p2=177*103Pa(表) HfgugpzHgugpz2222222111mmH387 .33581. 9*7601000*1775。，故合用又hmhmqu338 .19152021/7/2323 2.能否操作正常，需看安装高度是否合适。 即要求安在液面下1.24m才正常。 故安装不合适，须向下移0.24m。mrNPSHHgppHfuog24. 11)5 . 06 . 2(81. 9*76010*)803 .101(5 . 03102021/7/2324作业（1）某台离心泵的特性曲线可用方程表示。式中He为泵的扬程，m, qv为流量，m3/min。现将该泵用于

13、两敞口容器之间送液，已知单泵使用时流量为1 m3/min。欲使流量增加50%，试问应该将相同两台泵并联使用还是串联使用？两容器的液面位差为10m。2202evHq2021/7/2325作业（2） 某离心泵的允许汽蚀余量为3.5m，今在海拔1000m的高原上使用。已知吸入管路的全部阻力为3J/N。今拟将该泵安装在水源之上3m处，试问此泵能否正常工作？该地大气压为90kPa，夏季水温为20oC。2021/7/2326测试题1某离心泵的特性曲线为：某离心泵的特性曲线为：H=35.4-44Q2(H-m,Q-m3/min),该泵安装在图该泵安装在图a 所所示的管路中，其流量为示的管路中，其流量为Q。若将

14、型号相同的两泵如图若将型号相同的两泵如图b 所示的管路中并联，求并联所示的管路中并联，求并联操作的流量操作的流量Q并并和单泵操作和单泵操作的流量的流量Q之间的关系。之间的关系。0-1段段和和1-2段管路的阻力可用段管路的阻力可用KQ2表示，其中表示，其中K为常数，且为常数，且K1=K2。12021/7/2327测试题1 解答（1）22222222282( ):35.444( )( )、 ( )，( )81.25( )211HK QK QKQaHQbQabKcQQHKK QQd22并并并单泵工作时,管路特性曲线方程:=8+泵特性曲线13.7-22联立式解得： =并联时管路特性曲线方程:=8+20

15、21/7/2328测试题1 解答（2）22235.44435.411( )227 40.6250.602QHQedeQKQQQ并并并并并并联泵的合成特性曲线：.联立式( )、( )，解得：11+1.25将代入上式，得：2021/7/2329测试题3某离心泵的特性曲线为某离心泵的特性曲线为H=26-0.4 106Q2，用该泵将水从贮槽，用该泵将水从贮槽抽送至高位水槽。管路系统的抽送至高位水槽。管路系统的阻力损失为阻力损失为 Hf=0.6 106Q2。H, Hf-m,Q-m3/s.（1）若两槽）若两槽中水位恒定，求流量。（中水位恒定，求流量。（2）若输送过程中，高位槽中液面若输送过程中，高位槽中液

16、面恒定，而低位槽中液面不断下恒定，而低位槽中液面不断下降，求低位槽液面下降降，求低位槽液面下降2米所米所需时间。低位槽面积为需时间。低位槽面积为100m2。2021/7/2330例6-1界面温度的求取某炉壁从里到外分别由下列三种材料组成耐火砖：1=1.4W/(m C) 1=225mm保温砖： 2=0.15W/(m C) 2=115mm建筑砖： 3=0.8W/(m C) 3=225mm已测得内、外表面温度分别为930C和55 C ，求单位面积的热损失和各层间接触面的温度。2021/7/2331例6-1的求解过程2112112232233493055724(/)0.2250.1150.2251.4

17、0.150.87240.1607116,9308147240.767555,81425925955204，。tqW mtqCttCtqCttCtttC保温砖层热阻最大分配于该层的温差也最大2021/7/2332例6-2 有一列管式换热器，由60根25mm 2.5 mm的钢管组成。通过该换热器用饱和水蒸气加热苯。苯在管内流动，由20oC被加热到80oC，苯的流量为13kg/s。试求苯在管内的对流传热系数。若苯的流量提高80%，假设仍维持原来的出口温度，问此时的对流传热系数又为多少？2021/7/2333例6-2解答（1）33241:(2080)50,502860/,1.80/(),0.45 10

18、,0.14/().4：0.8/ ,Re3.06 10 ,Pr5.79pmipitCCkg m ckJkg KPa sWm Kqum sd ncud 定性温度苯在的物性数据:管内苯的流速2021/7/2334例6-2解答（2）0.80.420.0231260/()()0.023()()0.02380%,1260 1.82016/()iippiiiiiiiRePrWmKdccud udduuWmK 流量增加2021/7/2335例 传热系数的计算热空气从冷却管外流过，热空气从冷却管外流过， 2=90W/(m2 K) 冷却水从管内冷却水从管内流

19、过，流过， 1=1000W/(m2 K)冷却管的尺寸为冷却管的尺寸为 16 1.5mm， = 40W/(m2 K)。试求：。试求：（1）传热系数）传热系数K（2）管外给热系数）管外给热系数 2增加一倍，传热系数有何变化？增加一倍，传热系数有何变化？（3）管内给热系数）管内给热系数 1增加一倍，传热系数有何变化？增加一倍，传热系数有何变化？2021/7/2336求解过程因为因为d2/d1=16/132, 所以所以 dm=(d2+d1)/2=14.5mm221122111160.001516111000134014.590180.8(W/mK)0.001230.000040.011mKdddd可见

20、管壁热阻很小，通常可以忽略不计。可见管壁热阻很小，通常可以忽略不计。2021/7/2337求解过程（2）21(2)147.4(/)10.001232 90KW mK传热系数增加了传热系数增加了83%21(3)85.3(/)1160.0112 100013KW mK传热系数只增加了传热系数只增加了6%要想提高要想提高K，应提高较小的，应提高较小的 1值比较有效。值比较有效。2021/7/2338平均温度差的计算在一单壳单管程无折流挡板的列管式换热器在一单壳单管程无折流挡板的列管式换热器中，用冷却水将中，用冷却水将100oC的热流体冷却到的热流体冷却到40oC，冷却水进口温度冷却水进口温度15oC

21、，出口温度为，出口温度为30oC。试。试求在这种温度条件下，逆流和并流时的平均求在这种温度条件下，逆流和并流时的平均温度差。温度差。2021/7/2339求解过程21121122()()ln() /()lnmTtTtttttTtTtt 为计算方便，通常将换热器两端温差为计算方便，通常将换热器两端温差 T 中数值大的中数值大的写成写成 t1，小的写成，小的写成 t2。逆流时：逆流时： 热流体（热流体（oC) ：100 40冷却水（冷却水（oC) ：30 15温差温差 （oC)： 70 25 2021/7/2340求解过程（2）热流体（热流体（oC) ：100 40冷却水（冷却水（oC) ：15

22、30温差温差 （oC)： 85 10 并流时：并流时：702543.7()70ln25mtC逆85 1035.0()85ln10mtC并2021/7/2341例 非定态传热 某夹套式换热器具有传热面积3m2，夹套内通以100oC饱和蒸气加热，釜内盛有800kg初温为20oC的冷水，因充分搅拌釜内水温始终均一。加热15min后，测得水温为80oC。试求：（1）该换热器的传热系数为多少？（2）再继续加热15min，釜内水温将升至多少度?2021/7/2342求解过程3328004.18 1010020ln1.72 10 W/(m C)15 60 31008012(1)lnpmcTtKATt3132

23、1.72 103 30 60(2)ln2.788004.18 10pTtKATtmc 1216.1TtTt12100201009516.116.1TttTC 2021/7/2343例1在110kPa下操作的氨吸收塔的某截面上，含氨0.03(摩尔分数）的气体与氨浓度为1kmol/m3的氨水相遇。已知气膜传质系数kG为510-9kmol(m2sPa)，液膜传质系数kL为1.5 10-4m/s ，氨水的平衡关系可以用亨利定律表示，溶解度系数H为7.3 10-4kmol/(m3 Pa) ，试计算：（1）气液两相界面上的两相组成（2）以分压差和物质的量浓度差表示的总推动力、总传质系数和传质速率（3）以摩

24、尔分数差表示推动力的气相总传质系数（4）气膜与液膜阻力的相对大小2021/7/2344例1解答3()1.45()1.06/iLLiGiGiiicckpkPakppckmol mcpH*/GLGLGLGLppppcHcccHpc 气膜阻力：液膜阻力：1/Gk1/LHk总阻力=气膜阻力+液膜阻力2021/7/2345物料衡算计算示例 2021/7/2346物料衡算计算示例2021/7/2347吸收塔设计计算示例 2021/7/2348吸收塔设计计算示例2021/7/2349吸收塔设计计算示例2021/7/2350吸收塔设计计算示例2021/7/2351吸收塔操作计算示例 2021/7/2352吸收

25、塔操作计算示例2021/7/2353吸收塔操作计算示例2021/7/2354测试题 如图所示的精馏塔具有一块实如图所示的精馏塔具有一块实际板及一只蒸馏釜，原料预热际板及一只蒸馏釜，原料预热到泡点，由塔顶连续加入，到泡点，由塔顶连续加入，xF=0.20(摩尔分数，下同），摩尔分数，下同），测得塔顶产品能回收原料液中测得塔顶产品能回收原料液中易挥发组分的易挥发组分的80%，且，且xD=0.28，系统的相对挥发度系统的相对挥发度 =2.5。试。试求残液组成求残液组成xw及该板的板效率。及该板的板效率。设蒸馏釜可视为一块理论板。设蒸馏釜可视为一块理论板。2021/7/2355解答y2y1x120.20

26、51(1)wwwxyyx10.28Dyx0.0935wx 塔顶与第一块板之间作控制体衡算：塔顶与第一块板之间作控制体衡算：21FDVyFxLxDx恒摩尔流假设：恒摩尔流假设：,FL DV1：0.157x 解得*1110.3181(1)xyx12*120.280.20566.4%0.3180.205mvyyEyy2021/7/2356 例题例题：6 61 1从已知数据根据从已知数据根据x = x = ，求，求x x。再由数据根据再由数据根据y= y= ，求，求y y。列表。列表 作出作出t-x-yt-x-y相平衡关系图线（相平衡关系图线（t-xt-x、t-yt-y）BABpppppxpA t t

27、80.180.1 84 84 88 88 92 92 96 96 100 100 108 108110.6110.6 x x 1 10.8160.816 0.6510.651 0.5040.504 0.3730.373 0.2570.2570.0570.057 0 0 y y 1 10.9190.919 0.8250.825 0.7170.717 0.5940.594 0.3000.3000.1250.125 0 02021/7/2357图为图为p p1atm1atm苯苯甲苯混合物的沸点甲苯混合物的沸点组成图，组成图，t t为纵坐标，液相组成为纵坐标，液相组成x x或气相组成或气相组成y y为

28、横坐标为横坐标2021/7/2358 解释解释：端点：端点A A、B B分别表示纯组分分别表示纯组分A A、B B的沸的沸点，两条曲线间的区域为汽液共存区，点，两条曲线间的区域为汽液共存区，平衡关系用曲线的水平线来表示，平衡关系用曲线的水平线来表示，t-xt-x线线BCABCA表示饱和液体，下面的区域表示过冷表示饱和液体，下面的区域表示过冷液体（温度未到沸点）；液体（温度未到沸点）；t-yt-y线线BDABDA代表代表饱和蒸汽，以上的区域代表过热蒸汽饱和蒸汽，以上的区域代表过热蒸汽 2021/7/2359四、简单蒸馏计算举例四、简单蒸馏计算举例 例题例题：在常压下用简单蒸馏方法处理含苯：在常压

29、下用简单蒸馏方法处理含苯为为0.50.5的苯与甲苯混合液。当釜液中苯的的苯与甲苯混合液。当釜液中苯的浓度降至浓度降至0.370.37（以上均为摩尔分率）时，（以上均为摩尔分率）时，操作停止。试计算：（操作停止。试计算：（1 1）馏出液的平均）馏出液的平均组成；（组成；（2 2）从每）从每100kmol100kmol的原料中所获得的原料中所获得的馏出液量。操作条件下，该物系的平均的馏出液量。操作条件下，该物系的平均相对挥发度为相对挥发度为2.472.47。2021/7/2360解：已知求 =？ =？kmolFxxWF100 , 37. 0 , 5 . 0 , 47. 2WDxkmolWWxxxxWFFWWF 3 .55 593. 05 . 0137. 01ln47. 237. 05 . 0ln147. 21100ln 11lnln11ln 由于摩尔分率由于 661. 03 .5510037. 03 .555 . 0100 WFWxFxxWFxWxFxWFDDWF2021/7/2361例题例题 每小时将每小时将5000kg5000kg含苯含苯30%30%和甲苯和甲苯70%70%的混合物在连续精馏塔中进行分离，要的混合物在连续精馏塔中进行分离，要求馏出物中含