化工原理作业答案

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=85.3 1 03 20 1 03 Pa 65.3kPa（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=101.33 1 0 3 65.3 1 03 Pa 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=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

2、的 U管与大气连通的玻璃 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pA水gR3汞gR21000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 104Pa （表）精选22Wep一pu 2u1 g Z2 乙hfWe1.21 1.0133 1051.96628009.8 8.0 70 J kg2.46 1.93 78.4 70 J kg 175J kg Ne wsWe 20 3600 800 173W 768.9W19.用泵将2X 102kg/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 x10_21

3、.432=9.81 X 17+Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。 管道为 76 mmX4 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/m3,黏度为6.3 10-4 Pas。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm。）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，得式中2Ub1Pigz1 W, gz22Ub2p22hf(1)z1=0, Z2=17 m , Ub1 = 0_4w2 10

4、4ub22,23600 0.785 0.0682一 d4m s 10731.43 m. sp1=-25.9X 103 Pa （表），p2=0 （表）将以上数据代入式（1）,并整理得2We g(Z2 乙)Ub2 P2 R3+ 25.9 10 +1073hf =192.0+hf其中hf =(L Le+2Ub2Re0.068 1.43 10730.63 103=1.656 x 105e d 0.0044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）：0.43X2 m =0.86 m标准弯头：2.2 X 5 m =11 m2J kg =25.74J/kg

5、hf =(0.03 x 35 0.86 11 +0.5+4)1 30.068是We192.025.74 J kg217.7J kg泵的轴功率为Ns=We w/217.7 2二0-W =1.73kW 0.720.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，测彳导R=600 mm、h=1500 mm；当闸阀部分开启时，测得R=400 mm、h=1400 mm。摩

6、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间列机械能衡算方程，并通过截面2-2的中心作基准水平面，得2Ub1 Plg乙gz22式中P1=0（表）2Ub2P2hf,1 2(a)P2HggRH2OgR 13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 Pa 39630Pa (表)Ub2=0, Z2=0(b)Z1可通过闸阀全关时的数据求取

7、。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方 程知H20 g(Zi h)HggR式中 h=1.5 m, R=0.6 m将已知数据代入式(b)得Zi13600 0.610001.5 m6.66mL u22hr,1-2(c)上 2.13Ubd 2 将以上各值代入式(a),即9.81 X 6.66=巨 + 39630 +2.13 "2"1000解得 ub 3.13m s15 (0.025 0.12Uu20.5)也 2.13Ub22 Ub水的流量为Vs 3600-d2Ub3600 0.785 0.12 3.13 m3 s 1.43m3 s4(2)闸阀全开时测压点处的压力在截面

8、得式中2Ub1Plgz12gZ32Ub3P3. hf,132(c)zi=6.66 mhf,13(将以上数据代入式（Z3=0 ,L Ldc),即2ubi=0, pi=p3,U235)/ 0.025俏 15) 0.52Ub24.81ub29.81X6.66=2+4.812 Ub解得 u b再在截面23.13m s1-1 与 2-2间列机械能衡算方程，基平面同前,gZi2Ub1PigZ222Ub2 p2hf ,12(d)式中zi=6.66 mZ2=0 , Ubl0, ub2=3.51 m/s, pi=0 (表压力)hf,121.50.0250.10.53.512、一J kg26.2J kg将以上数值

9、代入上式,23.5129.81 6.66 p226.221000解得P2=3.30x 104Pa (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/m3。试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）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,习题1附图解：（1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取

10、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_ 2He K Bqe由于启动离心泵之前 Pa=PC,于是K Z =0 g则He Bq2又He H 38mB 38/(39)2h/m5=2.5X 10 2 h2/m5则 He 2.5 10 2q2 (qe 的单位为 m3/h)（2）输油管线总长度l le u2d 2g2.le3936002gdH2u用离心泵（转速为和出口压力表的读数分别为0.01 m/s=1.38 m/s42 9.81 0.1 3820.02 1.382m=1960 m2900 r/min）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表

11、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hf,0 1 3.0u2（ui为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为 2.5 m,实验是在20 C, 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2h f ,0 1Pi Ui将有关数据代入上式并整理，得260 1033.5u122.5 9.81 35.481000u1 3.184 m/s则 q (1 0.082 3.184 360

12、0) m3/h=57.61 m3/h(2)泵的扬程3(60 220) 10H H1 H2 h。 0.5 m 29.04m1000 9.81(3)泵的效率Hqs g 29.04 57.61 1000 9.81 , 100%=68%1000P3600 1000 6.7在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW 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32.5 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

13、正常操作。解：泵的允许安装高度为& Pa Pv npsh Hf0 1g,式中Pa pv0g则 Ha (2.3 0.5) 1.46m -4.26m g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8.8 5.2 105q2 28 4.2 105(q)2解得：q=5.54X 10 3 m3/s=19.95 m3/h(2)两台泵的

14、串联52528.8 5.2 10 q 2 (28 4.2 10 q )解得：q=5.89X 10 3 m3/s=21.2 m3/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4.2 m,固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/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20 C下进行，操作条件下的气体密度为1.06 kg/m3,黏度为1.8 X0-5Pa?s.(2)若操作在420 C下进行，操作条件下的气体密度为0.5 kg

15、/m3,黏度为3.3 X0-5 Pa?$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：3000273 20Ut2733600 5 50.03577 m s设沉降在斯托克斯区，则:Ut0.03577d2( s )g18d18 1.8 105 0.03577. (3000 1.06) 9.811.985 105m 19.85 m核算流型:Redut1.985 10 5 0.03577 1.061.8 10 50.0418 1原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985 M0-5 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:Ut*bl3000273

16、 4202733600 5 5m. s0.0846 m s设沉降在斯托克斯区，则:18 3.3 105 0.0846, (3000 0.5) 9.81dutRe 一4.132 10 5m 41.32 m核算流型:4.132 10 5 0.0846 0.5 5 0.0529 13.3 105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 C下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10科卬试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：取隔板间距为h,令L h_ u ut 皿 L 则 h(1)3000 273 427u 吆痂 273 m $ 0.1017

17、m sbH 5 4.210 尘粒的沉降速度Utd2 s g186 210 103000 0.518 3.31吧m.s4.954 10 3 ms由(1)式计算h53h 4.954 10 3m 0.244m0.1017层数n H /2- 17.2取18层h 0.244H 4.2 h m 0.233m 1818核算颗粒沉降雷诺数：核算流体流型:10 10 6 4.954 10 40.52bh3.3 10 57.510 4deURe -)u2 5 0.2335.2330.1017 0.53.3 105686 210010 .板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长 侬X高为810 mmX810 mmX4

18、2 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 m3,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 A 0.812 2 10 13.122m2由恒压过滤方程式求过滤常数1.312 2 1.31Ve 13.1222 10 60K221.9052 2 1.905Ve 13.1222 20 60K联立解出 Ve 0.1376m3, K 2.010 10 5m2/s e恒压过滤方程式为 V2 0.2752V 3

19、461 10 3Vc 0.81 0.81 0.042 10m30.2756m3Vc3V 2.756m3 v代入恒压过滤方程式求过滤时间2.7562 0.2752 2.756 / 3.461 10 3 s 2414s 40.23min(2)生产能力Vc0.275635 33Q c m /s 4.823 10 m /s 0.206m /h叩 d 2414 45 60._ 311 .在67 10 Pa压力下对硅藻十在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数K=5X10-5 m2/s, qe=0.01 m3/m2 ,滤饼体积与滤液体积之比（=0.08。现拟用有38个框的3BMY50/810-25型板框压

20、滤机在134 10 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滤液/h）。解：（1）硅藻土， s 0.01 ,可按不可压缩滤饼处理K 2k p , qe与p无关p 134 103Pa时，K 1 104m2/s, qe 0.01m3/m2233222Vc 0.812 0.025 38m30.6233m3 , A 38 2 0.812m249.86m2Vc0.6233 3V - m3v 0.08 代入恒压过滤方程式求过滤

21、时间37.791m3, q7.79149.863/2 m /m320.1563m3/m220.15632 2 0.01 0.1563 1 0275.6s(2)洗涤3Vw0.1V 0.7791m3dV 1 dV KA2d w 4 d e 8 V VeKA8 q qe10 4 49.868 0.1563 0.01m3. s3.748 10 3m3 sdV0.7791 s0.003748207.9s（3）生产能力275.67.7913207.9 15 60 /3600m3/h20.27m3/h7.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

22、,其温度由25 c升至38 C,平均比热容为4.17 kJ/（kg C）。有机溶液的 温度由110 C降至65 C,平均比热容为1.72 kJ/（kg C）。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,c4.17 kJ/(kg C )QWcCp,c(t2t1)2800036004.17 10338 25 W 4.22 105W有机物110 65水38-257240Wh72 40 rC,72In 4054.22 1025 54.4W.c phTiT254.4 C31Q3W. m2 C4.22 105 3kg . s 1.72 103110 655.452 kg. s 1.963 104 kg h12.在一单程管壳式换热器中，管外热水被管内冷水所冷却。已知换热器的传热面积为5 m2,总传热系数为1 400 W/(m2 ：C)；