第7章多级分离操作

1、第七章 多级分离操作蒸馏 蒸馏分离是根据液体混合物中各组分的挥发度差异，通过加热的方法使混合物形成气液两相，各组分在两相中浓度不同，从而实现混合物的分离。蒸馏分类 按操作原理： 水蒸气蒸馏 简单蒸馏 平衡蒸馏 精馏 分子蒸馏水蒸气蒸馏简单蒸馏平衡蒸馏 闪蒸精馏分子蒸馏期中考试流体公式ghpp0uAqqvmduRe 21221)/(/dduu层流2/1/maxuuefWhpzgu22/vemeeqWqWPPfffhhh22udLhf22udlhef22uhf或管路阻力 将葡萄酒从贮槽通过内径50mm的光滑铜管泵送到白兰地蒸馏锅，管路全长为60m，其间有3只90弯头，1只截止阀调节流量。若葡萄酒流

2、量为114L/min，葡萄酒的密度为0.985，粘度为1.5paS（局部阻力系数分别为：截止阀为9.5，90弯头为0.15其中有6个标准弯头，1个截止阀，2个闸门阀，均为全开，如果要求流量为6m3 /h，局部阻力系数弯头设为1=1.1，截止阀为2=6.4，闸门阀3=0.17,（1）确定输送设备的有效功率）确定输送设备的有效功率 例：用泵将贮液池例：用泵将贮液池中常温下的清水中常温下的清水（黏度为（黏度为110-3Pa.s，密度为密度为1000kg/m3）送至）送至吸收塔顶部，贮液池水吸收塔顶部，贮液池水面维持恒定，各部分的面维持恒定，各部分的相对位置如图所示。输相对位置如图所示。输水管为直径水

3、管为直径763mm的的无缝钢管，排出管出无缝钢管，排出管出口喷头连接处的压强为口喷头连接处的压强为6.15104Pa（表压），（表压），送水量为送水量为34.5m3/h，管路，管路的总能量损失为的总能量损失为119.3J/kg求泵的有效功率。求泵的有效功率。 解：以贮液池的水面为上游截面解：以贮液池的水面为上游截面1-1，排水管与喷头连接处为下，排水管与喷头连接处为下游截面游截面2-2，在两截面间列柏努利方程，即，在两截面间列柏努利方程，即式中式中: 将以上数值代入柏努利方程将以上数值代入柏努利方程,得：得：解得：解得： 泵的有效功率为泵的有效功率为efWhpzgu22WqWPvee42073

4、600/5 .341000439(2)确定设备间的相对位置确定设备间的相对位置例例: 有一输水系统，有一输水系统，如图所示。水箱内水如图所示。水箱内水面维持恒定，输水管面维持恒定，输水管直径为直径为603mm，输水量为输水量为18.3m3/h，水流经全部管道（不包水流经全部管道（不包括排出口）的能量损失括排出口）的能量损失可按公式计算，式中可按公式计算，式中u为管道内水的平均流速（为管道内水的平均流速（m/s）。求：）。求：（1）水箱内水面必须高于排出口的高度）水箱内水面必须高于排出口的高度H； （2）若输水量增加）若输水量增加5%，管路的直径及其布置不变，管路的直径及其布置不变，且管路的能量

5、损失仍按上述公式计算，则水箱内且管路的能量损失仍按上述公式计算，则水箱内水面将升高多少米？水面将升高多少米？解：（解：（1）水箱内水面高于排出口的高度）水箱内水面高于排出口的高度H。取水箱水面为上游截面取水箱水面为上游截面1-1，排出口内侧为下游截面，排出口内侧为下游截面2-2，在两截面间列柏努利方程，即，在两截面间列柏努利方程，即 式中式中 : 取水的密度取水的密度=1000kg/m3，将以上数值代入，将以上数值代入柏努利方程：柏努利方程：解得：解得：（2）输水量增加）输水量增加5%后水箱内水面上升的高度。后水箱内水面上升的高度。输水量增加输水量增加5%后，而管径不变，则管内水的流速也后，而

6、管径不变，则管内水的流速也将增加将增加5%，即，即 将以上数值代入柏努利方程：将以上数值代入柏努利方程： 解得：解得： 故输水量增加故输水量增加5%后水箱内水面上升的高度为后水箱内水面上升的高度为 （3）确定管路中流体的压强）确定管路中流体的压强例例: 水以水以7m3/h的流量流过如图所示的文丘里管，在的流量流过如图所示的文丘里管，在喉颈处接一支管与下部水槽相通。已知截面喉颈处接一支管与下部水槽相通。已知截面1-1处处内径为内径为50mm，压强为，压强为0.02MPa（表压），喉颈处（表压），喉颈处内径为内径为15mm。设流动阻力可以忽略，。设流动阻力可以忽略，当地大气压强为当地大气压强为10

7、1.33kPa，求：求：（1）喉颈处的绝对压强；）喉颈处的绝对压强；（2）为了从水槽中吸上水，）为了从水槽中吸上水，水槽水面离水槽水面离 喉颈中心的高度最大不能超喉颈中心的高度最大不能超过多少？过多少？解：（解：（1）喉颈处的绝对压强）喉颈处的绝对压强先设支管中水为静止状态，在截面先设支管中水为静止状态，在截面1-1和和2-2之间列之间列柏努利方程，即柏努利方程，即式中：式中： efWhpzgu220fh取水的密度取水的密度=1000kg/m3，将以上数值代入柏努利，将以上数值代入柏努利方程：方程： 解得：解得： 取水槽水面取水槽水面3-3为位能基准面，在假设支管内流体为位能基准面，在假设支管

8、内流体处于静止条件下，喉颈处和水槽水面处流体的位处于静止条件下，喉颈处和水槽水面处流体的位能与静压能之和分别为：能与静压能之和分别为：因为因为 ，故支管中水不会向上流动，即假设支管，故支管中水不会向上流动，即假设支管内流体处于静止是正确的。内流体处于静止是正确的。（2）水槽水面至喉颈中心的最大高度）水槽水面至喉颈中心的最大高度因支管内流体处于静止状态，故可应用流体静力学因支管内流体处于静止状态，故可应用流体静力学基本方程式，即基本方程式，即 即要从水槽中吸上水，水槽水面离喉颈中心的高度即要从水槽中吸上水，水槽水面离喉颈中心的高度最大不能超过最大不能超过4.08m。（4）确定管道中流体的流量）确

9、定管道中流体的流量例例1-4 有一垂直管道，有一垂直管道，内径内径d1=300mm，d2=150mm。水从下而上自粗管流入细管。水从下而上自粗管流入细管。测得水在粗管和细管内的测得水在粗管和细管内的静压强分别为静压强分别为0.2MPa和和0.16MPa（表压）。测压点间（表压）。测压点间的垂直距离为的垂直距离为1.5m。若两。若两测压点之间的摩擦阻力不计，测压点之间的摩擦阻力不计，求水的流量为多少求水的流量为多少m3/h？解：沿水的流动方向在其上、下游两测压点处分别解：沿水的流动方向在其上、下游两测压点处分别取截面取截面1-1和和2-2。在此两截面之间列柏努利方程。在此两截面之间列柏努利方程（

10、见右图），即（见右图），即式中：式中： 由连续性方程式，得：由连续性方程式，得： 取水的密度取水的密度=1000kg/m3，将以上数值代入柏努利，将以上数值代入柏努利方程：方程：解得：解得： （1）确定输送设备的有效功率）确定输送设备的有效功率 例：用泵将贮液池例：用泵将贮液池中常温下的清水中常温下的清水（黏度为（黏度为110-3Pa.s，密度为密度为1000kg/m3）送至）送至吸收塔顶部，贮液池水吸收塔顶部，贮液池水面维持恒定，各部分的面维持恒定，各部分的相对位置如图所示。输相对位置如图所示。输水管为直径水管为直径763mm的的无缝钢管，排出管出无缝钢管，排出管出口喷头连接处的压强为口喷头

11、连接处的压强为6.15104Pa（表压），（表压），送水量为送水量为34.5m3/h，管路，管路的总能量损失为的总能量损失为119.3J/kg求泵的有效功率。求泵的有效功率。 解：以贮液池的水面为上游截面解：以贮液池的水面为上游截面1-1，排水管与喷头连接处，排水管与喷头连接处为下游截面为下游截面2-2，在两截面间列柏努利方程，即，在两截面间列柏努利方程，即式中式中: 将以上数值代入柏努利方程将以上数值代入柏努利方程,得：得：解得：解得： 泵的有效功率为泵的有效功率为efWhpzgu22WqWPvee42073600/5 .341000439(2)确定设备间的相对位置确定设备间的相对位置例例:

12、 有一输水系统，有一输水系统，如图所示。水箱内水如图所示。水箱内水面维持恒定，输水管面维持恒定，输水管直径为直径为603mm，输水量为输水量为18.3m3/h，水流经全部管道（不包水流经全部管道（不包括排出口）的能量损失括排出口）的能量损失可按公式计算，式中可按公式计算，式中u为管道内水的平均流速（为管道内水的平均流速（m/s）。求：）。求：（1）水箱内水面必须高于排出口的高度）水箱内水面必须高于排出口的高度H； （2）若输水量增加）若输水量增加5%，管路的直径及其布置不变，管路的直径及其布置不变，且管路的能量损失仍按上述公式计算，则水箱内且管路的能量损失仍按上述公式计算，则水箱内水面将升高多

13、少米？水面将升高多少米？解：（解：（1）水箱内水面高于排出口的高度）水箱内水面高于排出口的高度H。取水箱水面为上游截面取水箱水面为上游截面1-1，排出口内侧为下，排出口内侧为下游截面游截面2-2，在两截面间列柏努利方程，即，在两截面间列柏努利方程，即 式中式中 : 取水的密度取水的密度=1000kg/m3，将以上数值代入，将以上数值代入柏努利方程：柏努利方程：解得：解得：（2）输水量增加）输水量增加5%后水箱内水面上升的高后水箱内水面上升的高度。度。输水量增加输水量增加5%后，而管径不变，则管内水的后，而管径不变，则管内水的流速也将增加流速也将增加5%，即，即 将以上数值代入柏努利方程：将以上

14、数值代入柏努利方程： 解得：解得： 故输水量增加故输水量增加5%后水箱内水面上升的高度为后水箱内水面上升的高度为 （3）确定管路中流体的压强）确定管路中流体的压强例例: 水以水以7m3/h的流量流过如图所示的文丘里管，在的流量流过如图所示的文丘里管，在喉颈处接一支管与下部水槽相通。已知截面喉颈处接一支管与下部水槽相通。已知截面1-1处处内径为内径为50mm，压强为，压强为0.02MPa（表压），喉颈处（表压），喉颈处内径为内径为15mm。设流动阻力可以忽略，。设流动阻力可以忽略，当地大气压强为当地大气压强为101.33kPa，求：求：（1）喉颈处的绝对压强；）喉颈处的绝对压强；（2）为了从水槽

15、中吸上水，）为了从水槽中吸上水，水槽水面离水槽水面离 喉颈中心的高度最大不能超喉颈中心的高度最大不能超过多少？过多少？解：（解：（1）喉颈处的绝对压强）喉颈处的绝对压强先设支管中水为静止状态，在截面先设支管中水为静止状态，在截面1-1和和2-2之之间列柏努利方程，即间列柏努利方程，即式中：式中： efWhpzgu220fh取水的密度取水的密度=1000kg/m3，将以上数值代入柏，将以上数值代入柏努利方程：努利方程： 解得：解得： 取水槽水面取水槽水面3-3为位能基准面，在假设支管内为位能基准面，在假设支管内流体处于静止条件下，喉颈处和水槽水面流体处于静止条件下，喉颈处和水槽水面处流体的位能与

16、静压能之和分别为：处流体的位能与静压能之和分别为：因为因为 ，故支管中水不会向上流动，即假，故支管中水不会向上流动，即假设支管内流体处于静止是正确的。设支管内流体处于静止是正确的。（2）水槽水面至喉颈中心的最大高度）水槽水面至喉颈中心的最大高度因支管内流体处于静止状态，故可应用流体因支管内流体处于静止状态，故可应用流体静力学基本方程式，即静力学基本方程式，即 即要从水槽中吸上水，水槽水面离喉颈中心即要从水槽中吸上水，水槽水面离喉颈中心的高度最大不能超过的高度最大不能超过4.08m。（4）确定管道中流体的流量）确定管道中流体的流量例例1-4 有一垂直管道，有一垂直管道，内径内径d1=300mm，

17、d2=150mm。水从下而上自粗管流入细管。水从下而上自粗管流入细管。测得水在粗管和细管内的测得水在粗管和细管内的静压强分别为静压强分别为0.2MPa和和0.16MPa（表压）。测压点间（表压）。测压点间的垂直距离为的垂直距离为1.5m。若两。若两测压点之间的摩擦阻力不计，测压点之间的摩擦阻力不计，求水的流量为多少求水的流量为多少m3/h？解：沿水的流动方向在其上、下游两测压点解：沿水的流动方向在其上、下游两测压点处分别取截面处分别取截面1-1和和2-2。在此两截面之间列。在此两截面之间列柏努利方程（见右图），即柏努利方程（见右图），即式中：式中： 由连续性方程式，得：由连续性方程式，得： 取水的密度取水的密度=1000kg/m3，将以上数值代入柏，将以上数值代入柏努利方程：努利方程：解得：解得： 机械分离公式KqKqqte2稳态传热公式RTQSQq 热阻：热阻： K/W 平板SbR对流1/SaR 圆管L2rrlnR12Lr21R111=保温层管壁管壁热流体热流体r1r1r2r2r3r3 1 1 2 2 1 1 2