化工原理作业答案

1、3.已知甲地区的平均大气压力为85.3kPa,乙地区的平均大气压力为101.33kPa,在甲地区的某真空设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备上装有一个真空表，其读数为压力与甲地区操作时相同？解：（1）设备内绝对压力_33绝压=大气压-真空度=5.3x10-20x10pa=65.3kPa（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=（101.33父103-65.3x103Pa=36.03kPa5.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=500mm,R2=80mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入

2、一段水，其高度R3=100mm。试求A、B两点的表压力。解：（1）A点的压力PA=印gR3+p汞gR2=（1000X9.81X0.1+13600X9.81X0.08Pa=1.165X104Pa（表）（2）B点的压力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福塔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1.0133父105Pa。流体密度为800kg/m3。精储塔进口处的塔内压力为1.21X105Pa,进料口高于储罐内的液面8m,输送管道直径为468mm父4mm,进料量为20m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70J/kg,求泵的有效功率。解：在截面A-A和截面B-B之

3、间列柏努利方程式，得19.用泵将2X104kg/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25.9X103Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为476mmx4mm的钢管，总长为35m,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量at（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17m。若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073kg/m3,黏度为6.3X10-4Pas。管壁绝对粗糙度可取为0.3mm。）解：在反应器液面1-1与管路出口内侧截面2-2,间列机械能衡算方程，以截面1-1为基准水平面，得22g乙+%+艮+或=gz2+%+21+匕（1

4、）1 2De22：f式中z=0,z2=17m,Ub10P1=-25.9X103Pa（表），p2=0（表）将以上数据代入式（1）,并整理得=9.81X17+143+25.9黑10+hf=192.0+hf21073LL2其中hf=（九+上士+C）吆d2Re =dub 1 0.068 1.43 10730.63 10J5=1.656 X 10根据Re与e/d值，查得F0.03,并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为闸阀（全开）：0.43X2m=0.86m标准弯头：2.2X5m=11m2故hf=（0.03X35_0.8611+0.5+4）1_3-J/kg=25.74J/kg0.0682于是We=1

5、92.025.74Jkg=217.7Jkg泵的轴功率为217.72104Ns=Wew/=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100mm的钢质放水管相连，管路上装有个闸阀，距管路入口端15m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20mo（1）当闸阀关闭时，测得R=600mm、h=1500mm；当闸阀部分开启时，测得R=400mm、h=1400mm摩擦系数K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

6、，U管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。（闸阀全开时Le/d15,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间列机械能衡算方程，并通过截面2-2的中心作基准水平面，得22gZ1+%+q=gZ2+胆+号+hf,12（a）22式中Pi=0（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吊20g(4H)=&gR(b)式中h=1.5m,R=0.6m将已知数据代入式(b)得将以上各值代入式(a),即3963029.81X6.66=乜+2.13Ub21000解得ub=3.13ms水的流量为

7、Vs=3600-d2ub=36000.7850.123.13m3s=1.43m3s4（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(c)22gZ1詈N=gZ3詈ghf,13式中z1=6.66m,Z3=0,Ub1=0,Pi=P3hh=(LLec)=0.025(至15)0.5=4.81u：d2_0.12将以上数据代入式(c),即2r9.81X6.66=U+4.81Ub2解得ub=3.13ms再在截面1-1与2-2,间列机械能衡算方程，基平面同前，得22gZ1+%+B=gz2+%+艮+hf,12（d）2：27式中Z1=6.66m,z

8、2=0,ub1之0,Ub2=3.51m/s,p1=0（表压力）将以上数值代入上式，则解得P2=3.30x104Pa（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39m3/h,此时泵的压头为38mo已知输油（1）管路特性方程乙两地油罐液面分别取作 截面，以水平管轴线为基 两截面之间列柏努利方启动离心泵之前 Pa=pc,于是K = Z =0 :g管内径为100mm,摩擦系数为0.02；油品密度为810kg/m3。试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部

9、阻力当量长度）。解.习题1附图甲、，1-1与2-2准面，在程，得到由于2贝UHe=Bqe又He=H=38mB=38/(39)2h2/m5=2.5x102h2/m5贝1He=2.5M10/q2(qe的单位为m3/h)(2)输油管线总长度“391“汽平U=J/.一父0.01m/s=1.38m/s13600/14上于是l le2gdH一 2 1 u2 9.81 0.1 38=2m=1960 m0.02 1.3822 .用离心泵（转速为2900r/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60kPa和220kPa,两测压口之间垂直距离为0.5m,泵的轴功率为6.7kW

10、。泵吸入管和排出管内径均为80mm,吸入管中流动阻力可表达为Zhf0=3.CUi12（u1为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为2.5m,实验是在20C,98.1kPa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），得到将有关数据代入上式并整理，得u1=3.184m/s则q=(:0.0823.1843600)m3/h=57.61m3/h(2)泵的扬程(3)泵的效率Hqs ：g =1000P100% =68%29.0457.6110009.81360010006.7在指定转速下，泵的性能参数为：q=57

11、.61m3/hH=29.04mP=6.7kW于68%5.用离心泵将真空精储塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为32.5kPa(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1.46m,泵的必需气蚀余量为2.3m,该泵安装在塔内液面下3.0m处。试核算该泵能否正常操作。解：泵的允许安装高度为式中Pa -Pv 二 0则Hg=(2.30.5)-1.46m=-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1.5m。8 .对于习题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

12、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)两台泵的并联解得：q=5.54X103m3/s=19.95m3/h(2)两台泵的串联解得：q=5.89义103m3/s=21.2m3/h在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2m3/ho第三章非均相混合物分离及固体流态化9 .用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5m,宽5m,高4.2m,固体杂质为球形颗粒，密度为3000kg/m3。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20C下进行，操作条件下的气体密度为1.06kg/m3,黏度为1.8M0-5Pa

13、?s。(2)若操作在420c下进行，操作条件下的气体密度为0.5kg/m3,黏度为3.3M0-5Pa?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：设沉降在斯托克斯区，则：核算流型：原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985M0-5m。(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：设沉降在斯托克斯区，则：核算流型：原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.13210-5mo10 对2题中的降尘室与含尘气体，在427C下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10am,试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：取隔板间距为h,令则h=ut(1)u10am

14、尘粒的沉降速度由(1)式计算h,53h=4.95410一m=0.244m0.1017层数n=H=42_=17.2取18层h0.244核算颗粒沉降雷诺数：核算流体流型：10 .板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长x宽x高为810mmX810mmX42mm,总框数为10,滤饼体积与滤液体积比为产0.1,过滤10min,得滤液量为1.31m3,再过滤10min,共得滤液量为1.905m3,试求(1)滤框充满滤饼时所需过滤时间；(2)若洗涤与辅助时间共45min,求该装置的生产能力(以得到的滤饼体积计)。解：(1)过滤面积A=0.812父2M10=13.122m2由恒压过滤方程式求过滤常数联立解出V

15、e=0.1376m3,K=2.010x10-m2/s恒压过滤方程式为V20.2752V=346110代入恒压过滤方程式求过滤时间(2)生产能力35211 .在67M103Pa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=5X105m2/s,qe=0.01m3/m2,滤饼体积与滤液体积之比尸0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机在3134M10Pa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15min,求过滤机的生产能力(m3滤

16、液/h)。解：(1)硅藻土，s=0.01,可按不可压缩滤饼处理K=2kAp,qe与却无关卸=134父103Pa时，K=1M104mi2/s,qe=0.01m3/m2233222Vc=0.812M0.025M38m3=0.6233m3,A=38父2M0.812m2=49.86m2Vc0.6233337.7913232V=m3=7.791m3,q=m3/m2=0.1563m3/m2v0.0849.86代入恒压过滤方程式求过滤时间(2)洗涤(3)生产能力7.在一传热面积为25m2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28000kg/h,其温度由25c升至38C,平均比热容为4.17kJ/(kg)。有机溶液的温度由110降至65C,平均比热容为1.72kJ/(kgC)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。解：Cp,