化工原理习题(含答案)

1、流体流动部分1 .某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ,油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的孔，其中心距罐底 1000 mm ,孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5X106 Pa,问至少需要几个螺钉（大气压力为 101.3X103 Pa） ?解：由流体静力学方程，距罐底 1000 mm处的流体压力为p p gh 101.3 103 960 9.81 （9.5 1.0） Pa 1.813 103Pa （绝压）作用在孔盖上的总力为F (p Pa)A= (1.813 103-101.3 103) -

2、 0.762N=3.627 104N4 每个螺钉所受力为_ _兀_2 _3F1 39.5 10 0.014 N 6.093 10 N4因此n F E 3.627 104 6.093 103 N 5.95 6(个)二习题1附图2.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

3、 (表)(2) B点的压力Pb Pa汞 gR1.165 104 13600 9.81 0.5Pa 7.836 104 Pa (表)3、如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接 U管压差计, 指示液为水银，读数 R=100毫米，h=800mm 。为防止水银扩散至空气中，在水银液面上方 充入少量水，其高度可忽略不计。 已知当地大气压为101.3KPa试求管路中心处流体的压力。解：设管路中心处流体的压力为 pPa=PaP + p水 gh + p 汞gR = P 0P=p o- p 水gh - p 汞gR=（101.3 M031000 X9.8x0.8-13600 >9

4、.8 X0.1）P=80.132kpa4、如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m ,水从（）108 mm X4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按汇hf=5.5u2计算，其中u为水在（2）水的管内的平均流速（m/s）。设流动为稳态，试计算（1） A-A'截面处水的平均流速; 流量（m3/h）。解：（1） A- A'截面处水的平均流速在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程0.02355m3 s 84.78m3, h1 2Pi12P2.gZ1 Ub1gz2- Ub2hf2 2式中zi=7 m , Ub1 0, p1=0 （表压）

5、,一 一、2Z2=1.5 m , p2=0 （表压）,Ub2 =5.5 u代入式（1）得1229.81 7 9.81 1.5 -Ub2 5.5Ub2 2ub 3.0 ms（2）水的流量（以 m3/h计）3.142Vs ub2 A 3.0 0.018 2 0.00445、如本题附图所示，用泵 2将储罐1中的有机混合液送至精微塔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 105 Pa。流体密度为800 kg/m 3。精储塔进口处的塔内压力为1.21 105 Pa,进料口高于储罐内的液面 8 m ,输送管道直径为 桢8 mm 4 mm ,进料量为20 m 3/h。料液流经全部

6、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 22Pi u1WP2 U2gZ1 We gZ2hf22p1 1.0133 105Pa; p2 1.21 105 Pa; Z2 Z1 8.0m;Ui 0;hf 70J kgV V20 3600u2 m s 1.966 msA 兀 23.142 1f-d0.068 2 0.00444We22P2P1U2 U1 g Z2Z12hfWe1.21 1.0133 1058001.96622-9.8 8.0 70 J kg2.46 1.93 78.4 70 J kg 175J kgNe wsWe 20 36

7、00 800 173W 768.9W6、某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。若管长及液体物性不变， 将管径减至原来的1/2 ,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时hfPf 一hf =Pf/式中因此又由于hf2hf15 =2 d2hf22 d1()(1)(d2Ub2)2Ub1Ub1*)2 =4=(，)(2)(4)2=32 /hf110.3160?25- ReRe20.25/ d1Ub10.25)=(L)d2Ub2hf2一=32 X0.84=26.9hf1(2X1)0.25= ( 0.5) 0.25=0.84141.43m shf7、用泵将

8、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76 mm X4 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6.3 10-4 Pa s。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22Ub1RUb2P2hg乙-W5

9、 gz2-hf22式中Z1=0 , Z2=17 m , ub1 = 0_4 w2 104Ub2 2m s23600 0.785 0.0682 1073d43p1=-25.9 X10 Pa （表），p2=0 （表）将以上数据代入式（1）,并整理得2Ub2 P2 P1.We g（Z2 乙）hf2231 4325 9 103.=9.81 X17+ + 25.9 10 +hf =192.0+21073其中Le + d2 Ub22Redub _ 0.068 1.43 107330.63 10 35=1.656 X10e d 0.0044根据Re与e/d值，查得 F0.03 ,并由教材可查得各管件、阀门的

10、当量长度分别为 闸阀（全开）：0.43X2 m =0.86 m标准弯头：2.2 X5 m =11 m2故hf =（0.03 X35 0.861/叩）L43_j. kg =25.74J/kg0.0682于是We192.0 25.74 J kg 217.7J kg泵的轴功率为Ns=We w/_ 217.71043600 0.7W =1.73kW8、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

11、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30.5。问每小时从管中流出多少水（m ） ?（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22Ub1PlUb2P2.gz1 gz2 hf,1222式中 P1=0(表)(a)P2 H

12、ggRH2ogR 13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 Pa 39630Pa (表)Ub2 = 0 , Z2 = 0zi可通过闸阀全关时的数据求取。 程知当闸阀全关时,水静止不动，根据流体静力学基本方式中H20 g(Zih) HggR(b)h=1.5 m,R=0.6 m将已知数据代入式（b）得6.66m13600 0.6 1.5 m1000Ub)UT 2.13u215 (0.0250.120.5) - 2.13ub2将以上各值代入式（a）,即2Ub21000ub 3.13m s解得9.81 X6.66=近 + 39630+2.13水的流量为Vs 3600-d2Ub3600

13、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22Ub1 PlUb3 P3g乙 gZ3 hf,1 3（c）22式中z1=6.66 m , z3=0 , ub1=0 , p1=p3h / L Le hf,1 3(-d将以上数据代入式(c),即29.81 X6.66=+4.81u22)=0.025(-5 15) 0.5 ub 4.81U220.122Ub解得 u b再在截面3.13m s1-1 '与2-2 '间列机械能衡算方程，基平面同前，得gz22U

14、b1P1Ub2gZ222P2h,1- 2(d)式中Z1=6.66 m , Z2=0 , Ub10,Ub2=3.5l m/s , pi=0 (表压力)hf,i 21.5 0.025 - 0.10.53.512-J kg 26.2J kg将以上数值代入上式,9.81 6.66则3.512P221000-，i4, 一解得p2=3.30 X10 Pa (表压)26.2蒸储部分1、在一连续精微塔中分离苯的含量为 流量为100kmol/h 。已知储出液组成为 苯的回U率（2）保持储出液组成 0.950。5 （苯的摩尔分数，下同）的苯 -甲苯混合液，其 0。95,釜液组成为 0.05,试求（1）储出液流量及

15、 不变，储出液最大可能流量。解：（I ）焰出液的流量和茶的收率以* = lOOxKniWh = 50kmo1/h 人， 0.95-0.05 f'生"I,50 x 0.95100式0_5x 100% =k 100% = 95%£2）储出液的最大可能流量当枢=100%时,茨得最大可能流量，即而 100x05.=kniol/h = 52.63 knwl/hU952、在连续精微塔中分离 A、B两组分溶液。原料液的处理量为100 kmol/h ,其组成为0.45（易挥发组分 A的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求储出液中易挥发组分的回收率为96%,釜液的组成为 0.033。

16、试求（1）储出液的流量和组成；（2）若操作回流比为 2.65, 写出精储段的操作线方程；（3）提储段的液相负荷。解：（1）储出液的流量和组成由全塔物料衡算，可得qn,DXD 0.96qn,FXF 0.96 100 0.45kmol/h 43.2kmol/hqn,wXw 1 0.96100 0.45kmol/h 1.8 kmol/hqn,W18 kmol/h=54.55 kmol/h0.033qn,D qn,F qn,W100 54.55 kmol/h=45.45 kmol/h43.2 xD 0.9505 45.45(2)精微段操作线方程0.95050.726x 0.26043.65RxD2.6

17、5y x xR 1 R 1 3.65(3)提储段的液相负荷qn,Lqn,Lqqn,F Rq.D qn,F 2.65 45.45 100 kmol/h 220.4kmol/h3、在连续操作的精微塔中分离两组分理想溶液。原料液流量为 50 kmol/h ,要求福出 液中易挥发组分的收率为 94%。已知精储段操作线方程为 y = 0.75x+0.238 ; q线方程为y = 2-3 x。试求(1)操作回流比及储出液组成；(2)进料热状况参数及原料的总组成；(3)两操作线交点的坐标值 xq及yq； (4)提储段操作线方程。解：(1)操作回流比及储出液组成由题给条件，得-R- 0.75及0.238R 1

18、R 1解得 R= 3, xd= 0.952(2)进料热状况参数及原料液组成由于-3故之一2q 11 q解得 q = 0.75 (气液混合进料)，xf= 0.5(3)两操作线交点的坐标值xq及yq联立操作线及q线两方程，即y 0.75x 0.238 y 2 3x解得xq = 0.4699 及 yq= 0.5903(4)提储段操作线方程其一般表达式为qn,Lqn,Wy x xwqn,Vqn,V式中有关参数计算如下：Aqn,FxF0.94 50 0.5.qnD kmol/h 24.68kmol/hxd0.952qn,Wqn,F qn,D50 24.68 kmol/h = 25.32 kmol/hXw

19、1 a qn,F xf1 0.9450 0.5qn,W25.320.0592qn,LRqn,Dqqn,F3 24.68 0.75 50 kmol/h =111.54 kmol/hqn,vqn,L qn,w 111.54 25.32 kmol/h = 86.22 kmol/h111.5425.32 ,贝 U yx 0.0592 1.294x 0.0173986.2286.224、11. 一一压左提惚券中,分街两姐分超嘘渡，M物系！功相计挥发度为2小原帮液流量为lOOkmoUh. 还朽奴状态冬皱产1. 出比史萤为仅)加。出含成灌机最为0.01(易彩发细分的季 1；介较),试点3)或作 线才松由珞械

20、下一层藏版T轴波相殂船J解：本题为提馀塔，即於料由塔顶加入、因此该塔仅有提馆段1)操作线方程此为提翻段操作战方程，即I 9川|( 9nWy =-x - -*丁 乳/式申 n.r - 100kmol/li%,v二%口二仅1箱】21加(2)最下层塔板下降的液相组成由于再潜器相当于一层理论城,故,金、2xOrOlV；=O.U1981 4 (tr 1)3以1 + 0.01八】与y W符合操作关系，则,v； +0.m67 0 019K 401X)67.%1r = = U.01591 .的I.6a7提悔塔的塔阪一般没有液相”4；二i(X)40v* =v*<0.01 = 1.667/0.1X)6760605、14,也常任连骄摘到分两配分软渤I潼物耦平询相辅股为25.原捅为035辉 发组今的阜东分垢下同).他和茬安琳.已知林憎段操作纥方线为尸D.5M汕试求(I)分作时流比与 黄小国或出的比值;炯的渔楠戊为07该版的毛相的弗里效卑&吁解：（1 ） K与弁曲的比值山题给条件，可知解将Alr =0.2(X/f 1-I) = 0.2>*4 = O.S也”-UJ772对饱和篦气进料. q = Q九=0,35j4 + a(l )