化工单元操作与控制(杨成德)习题答案解答项目一

1、化工单元操作与控制课后习题答案高职高专规划教材苏州健雄职业技术学院医药科技学院杨成德顾准顾晓吴主编2018.02.28项目一输送系统的操作与设计1根据附图所示的双液体U管压差计的读数，计算设备中气体-3-解：已矢口d=6mm,D=60mm,R=300mm=0.3m,p=998kg/m3,p水液=920kg/m3。由U型管压力计可知，右边的液面较左面的液面高度差为了R兀D21300兀621H=0.003m=3mm4兀D2/44k602/4习题2附图p=(p-p+pgh=(998-920)x9.81x0.3+920x9.81x0.003=256.6Pa(表压)水油油2为了排出煤气管中的少量积水，用

2、附图所示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排出。已知煤气压力为10kPa（表压），试求水封管插入液面下的深度Ho解：已知P=10Kpa,p=998kg/m3,由公式p=pgh可知:h=P/pg=10x103/(9989.8)=1.02m3.硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为076x4mm和057x3.5mm。已知硫酸的密度为1831kg/m3，体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。解：知V=9m3/h,p=1831kg/m3,d=76mm-4mmx2=68mm=0.068m,s1d2=57mm-3.5mmx2=50mm=

3、0.05m,故可得(1) m=m=Vp=9-1831=16479kg/h=4.58kg/ss1s2sV9(2) u二s二二2479.4m/h二0.689m/ss1兀d2/43.14-0.0682/41s2兀d2/43.14-0.052/4=4583.7m/h=1.27m/s4.58兀d2/43.14-0.0682/4=1261.8kg/(m2-s)4.58兀d2/43.14-0.052/4=2333.8kg/(m2-s)4.在兰州操作的苯乙烯真空精馏塔顶的真空表读数为80x103Pa,在北京操作时，若要求塔内维持相同的绝对压强，真空表的读数应为多少？兰州地区的平均大气压强为85.3x103Pa

4、，天津地区的平均大气压强为101.33x103Pa。解：已知PQ1=85.3x103Pa，PQ2=101.33x103Pa，P真=80x103Pa；所以P=PPnP=PP=85.3x103-80x103=5.3x103Pa真101绝绝01真1P=PP=101.33x103-5.3x103=96.03x103Pa真202绝5. 某设备的进、出口压强分别为1200mmH2O（真空度）和1.6at（表压）。若当地大气压为760mmHg，求此设备进、出口的压强差。（用SI制表示）解：已知P=101.33kPa=101.33xl03Pa,h=1200mm=1.2m,0真P=1.6at=1.6xl01.3

5、3xl03=162.13xl03Pa;p=103kg/m3。表P=P-pgh=101.33x103-10009.8-1200=89.57x103Pa=89.57kPa10真P=P+P二101.33x103+162.13x103二263.46x103Pa二263.46kPa20表AP=263.46x103-89.57x103=173.88x103Pa=173.88kPa6. 敞口容器内装有3.5m深的油，该油的密度为920kg/m3,求容器底部的压力?解：已知P0=101.33kPa=101.33x103Pa,h=3.5m,p=920kg/m3，故P=P+pgh=101.33x103+9209.

6、83.5=132.88x103Pa=132.88kPa0U形管压差计与管道的连接导管中充满水。压差计内指示液为汞，压为101.3kPa。7. 用附图所示的U形管压差计测量管道A点的压强,试求A点的绝对压强。h=3.5m，p=1000kg/m3，h1=1.2-R=1.2-0.12=1.08m。解：已知P=101.33kPa=101.33x103Pa,p=13600kg/m3，R=120mm=0.12m，汞由图可知，P=P+pghP=P=P=P+pgRA1水11230汞gRP=P+pgh+p9.8x0.12阿A0水1汞=101.33x103+1000x9.8x1.08+13600xAB习题8附图=

7、1279x103Pa=1279kPa8. 如附图所示，用一倒U形管压差计测定输水管AB两点间的压差，指示剂为空气，读数为300mm,试计算A、B两点的压差为多少？解：已知=1000kg/m3，R=300mm=0.3m，AP=（p-p）gRupgR=1000-9.8-0.3二2.94x103Pa水空水9. 如附图所示，用U形管压差计测量密封容器中液体上方的压力。已知液体的密度为1000kg/m3，压差计内指示液为汞，h=3m，h=1.3m,h2=1m，当地大气压为101.3kPao求液面上方的表压和绝压各为多少？解：已知p=1000kg/m3，p=13600kg/m3，h=1.3m，h=1m，h

8、=3m，水汞12io.如图所示的混合式蒸汽冷凝器中，器内真空度为轟kp审口水P0=101.3kPa=101.3x103Pa；求大气腿内的水柱高度H为多少米？解：已知p=1000kg/m3，P=82kPa=82x103Pa；真由图可得，AP=P-(P-P)=P00真真.h=AP/pg=82x103/(1000x9.8)=8.37m11.某流化床反应器上装有两个U管压差计，如图所示。测得R=400mm，R2=50mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，在右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=50mm。求A、B两处的表压强。解：已知P0=101.33kPa=101.33x103

9、Pa,R1=400mm=0.4m，R2=50mm=0.05m，p=13600kg/m汞R=50mm=0.05m，p=1000kg/m3,由图可知：P-P-pgR+pgRA1水3汞2二1000X9.8X0.05+13600x9.8x0.05二67.13x103Pa（表压）P=P=P+pgR12B汞1P=P-pgR=67.13x103-13600x9.8x0.5B1汞1=-53.31x103PaP的真空度为53.31kpaB12.密度为1820kg/m3的硫酸，定态流过内径为50mm和68mm组成的串联管路，体积流量为150l/min。试求硫酸在大管和小管中的质量流量kg/s和流速m/s?解：已知

10、p=1820kg/m3，d=50mm=0.05m，硫酸1d=68mm=0.068m，V=150L/min=2.5x10-3m3/s2sVU=s1nd2/42.5x10-33.14-0.052/4=1.23m/s1m=m=p-V=1820x2.5x10-3=4.55kg/ss1s2硫酸s13如图所示，甲烷以1700m3/h的流量流过管路，管路是内径从200mm逐渐缩小到100mm,在粗细两管上连有一U形管压差计，指示液为水。甲烷通过管路时，U形管压差计的读数为多少毫米？（设甲烷与水的密度分别为1.43kg/m3和1000kg/m3,甲烷的流动阻力损失可忽略不计）。解：已知V=1700m3/h=0

11、.472m3/s，sd2=100mm=0.1m,=1000kg/m3，p甲焊=1.84kg/m3，所以可知V0.472/Vu=s=15.0m/s,u=s1d2/43.14-0.22/42Kd2/42由图可知,A,B点的压强相同,故可得P=P,P=P+pgRA1B2水/P=P，/.P=P+pgRAB12水DP-P.R=T2pg水d1=200mm=0.2m,0.472=60.2m/s；3.14-0.12/4习题13附图以1,2面列伯努利方程得：P1p1简化后得：伫+丄=怛+<22p2p甲烷u2u2p_2-_2-:P-PR=12=pg水甲烷(60.22-15.02)2-甲烷=122丿g1.84

12、1000-9.8=0.319m=319mmZ1g+才+2叫=Z2g+盲+2役+工W14.如图所示，将25°C水由水池打入高位槽，槽的水平面高于池面50m,管路阻力损失为2.14m,流量为34m3/h，需外加多少有效功率才能达到目的?解：已知V=34m3/h=0.0094m3/s,h=2.14m,Az=50m,p=998m3/h。sf由H+作+p+z二也+P+z+h简化可得，e2g112g22fH=z一z+h=Az+he21ffW二gH二g(z+h)=9.8(50+2.14)二510.97J/kge'ef15.将293K、98%硫酸用泵从常压贮槽送入表压为200kPa的设备中，

13、所用管子内径为50mm，硫酸流入设备处与贮槽液面垂直距离为15m，损失压头为22.6m，硫酸流量为3kg/s。求泵的有效功率？解：已知，p=1820kg/m3，P1=0(表压)，P2=200kPa=200x103Pa(表压),h=22.6m，d=50mm=0.05m，Az=15m，m=3kg/s，故可得fsmu=s=0.839m/sp兀d2/4由伯努利方程得：We+住+二+z=借+P+z+工hg2gpg12gpg2f（、pp200x103.W=（z_z）g+T1+g乙h=159.81+9.8122.6=478.4J/kge21pf1820所以p=Wm=478.43=1.435kWees16.用

14、泵将储槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内。储槽内液面维持恒定，其上方与大气相通。蒸发器内的操作压强为200mmHg（真空度），蒸发器进料口高于储槽内的液面15m，输送管道的直径为068x4mm,送料量为20m3/h，溶液流经全部管道的能量损失为-9-120J/kg，求泵的有效功率？解：已知，p=1200kg/m3,P1=0（真空度），P2=gh-p汞=9.8O213600=26656Pa（真空度），W=120J/kg,d=68-4x2=60mm=0.06m,Az=15m，V=20m3/h=5.6xl0-3m3/s，s由伯努利方程得：We+U2+P+zg二U2+P+zg+W2p12p

15、2fWe=（z-z）g+p2-P-+XW=15-9.8+26656+120=289.21J/kg2ipf1200所以P二Wm二W-pV二289.21x1200x5.6x10-3二1.944kWeeses17. 20°C的水以流速1m/s流经内径为20mm的圆管，试判断水的流形。解：已知d=20mm=0.02m,u=1m/s,p=998.2kg/m3,戶0.8937mPa-S=0.8937x10-3Pa-SRe=dup=0.02-1-998.2=2.23x105>4000故水的流型为湍流卩0.8937x10-318. 某溶液的密度为980kg/m3,性质与水相似，当料液的流量为5

16、0t/h时，试选择流速分别为1.5m/s与2.5m/s所需的管子规格？解：已知ms=50t/h=13.9kg/s,u1=1.5m/s,u2=2.5m/s,s12p=980kg/m3,u二巴nd二m«二139二0.110m二110mm，所以选p兀d2/4p-+兀u980-1-3.14-1.5#41*4用内径为125mm的管，为133x4的无缝不锈钢管；I113.9980+3.142.5'4二0.085m二85mm；所以选用mu二snd二，p兀d2/4p-+兀u'42内径为100mm的管，为108x4的无缝不锈钢管;19某油品以层流状态在直管内流动，流量不变时，下列情况阻

17、力损失为原来的多少？管长增加一倍；管径增大一倍；提高油温使粘度为原来的1/2(密度变化不大)。解:由Re=如，九二里得：w二九i聖二64u2二32恥2二沁卩Refd2Red2dupdp所以，由上式可知，(1)当长度加倍时，阻力损失变为原来的2倍(2)当管径加倍时，阻力损失变为原来的1/2；(3)当粘度降低为原来一半时，阻力损失变为原来的1/2；20.用0108x4mm的钢管从水塔将水引至车间，管路长度150m(包括管件的当量长度)。若此管路的全部能量损失为118J/kg，此管路输水量为若干m3/h？(管路摩擦系数可取为0.02，水的密度取为1000kg/m3)?解：已矢口d=108-4x2=1

18、00mm=0.1m,1总二150m,Wf=118J/kg,九=0.02,p=1000kg/m3，故可得12Wd二2.80m/s0.02-150Vs=U耳=280呼=0022m3/S=79加3/h21.如附图所示，密度为800kg/m3、黏度为1.5mPas的液体，由敞口高位槽经0114x4mm的钢管流入一密闭容器中，其压力为0.16MPa（表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度zd=0.002，试计算两槽液面的垂直距离Az?解：已知p=800kg/m3,u=1.5m/s,戶1.5mPaS=1.5x10-3PaS,87=0.002,d=114-

19、4x2=106mm=0.106m,p=0（表压）,p=0.16MPa=160x103Pa（表压），故可知在高位槽1截面到容器2截面间列伯努利方程:Zg+1+u2Zg+2+u2+工VW1p212p22f简化:AZg厶+工WpdupRe8.48x1040.106x800x1.51.5x10-3由£,d0.002，查得九0.026管路中:进口g0.590°C弯头g0.752个半开闸阀g4.5出口g1lu230+1601.52/.工VW(九+工g)(0.026x+0.5+2x0.75+4.5+1)xfd20.106260.87J/kg.AZ(厶+工W)/g(0.16x106+60.87)/9.8126.6mpf80022.用离心泵向设备送水。已知泵特性方程为H-40-0.01Q2,管路特性方程为H二25+0.03Q2，两式中Q的单位均为m3/h,H