南京工业大学2015年化工原理答疑--计算题

1、1.弄清基本概念弄清基本概念2.熟悉基本公式推导过程熟悉基本公式推导过程3.掌握解题思路和方法掌握解题思路和方法要求：要求：化原答疑安排：化原答疑安排：答疑邮箱：答疑邮箱：或或wwL, 武老师武老师1. U形压差计形压差计 12()mmippgR3.机械能守恒方程机械能守恒方程 2211221222fpupugzgzh1.2 基本公式基本公式2. 连续性方程连续性方程 222111AuAu2211AuAu222211dudu第一章第一章 流体流动流体流动2f(/)2l uhJ kgd6.Re计算计算 )d/(W)d/(V/dG/duRe445.阻力计算阻力计算(Fanning公式公式) 4.层

2、流阻力计算层流阻力计算(海根海根泊稷叶方程泊稷叶方程) ,1,2,1 222832( /)mmfppulu lhJ kgRd 1.用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为 38.4t/h。池及槽皆敞口。高位槽中液面比池中液面高池及槽皆敞口。高位槽中液面比池中液面高20m,管路管路总长总长(包括局部阻力包括局部阻力)430m，进出口阻力不计。管径为，进出口阻力不计。管径为108 4mm，油的粘度为，油的粘度为3430cP，密度为，密度为960kg/m3, 泵泵的效率为的效率为50%，求泵的实际功率，求泵的实际功率Na。 11220m21.3 计算举例计算举例解

3、解: (1)摩擦系数摩擦系数220.011111.415/(/ 4)0.785 0.1uVm sd0.1 1.415 96039.63430/Re1000du层流层流64641.616Re39.6 (2)有效扬程有效扬程He 在在12截面间列机械能守恒方程截面间列机械能守恒方程3/38.4 1000/3600/9600.01111/WmVs11220m2222112212222pupulle uzHezggggdg2212()()24301.41520 1.616729.130.12 9.81elluHezzdgm (3)求泵的实际功率求泵的实际功率Na960 9.81 729.13 0.01

4、11176288.5NegHeVW76288.5152577152.650%NeNaWkW 看清题目，已知看清题目，已知ABC，求，求D；已知；已知ABD，求，求C；等等；等等1.管路特性曲线管路特性曲线20HeHKV2HeABV泵特性曲线泵特性曲线2. 泵的最安装高度泵的最安装高度2f,1v11maxg,HhgpgpzzHK允环环境境大大气气压压工工质质温温度度由由流流量量查查附附录录吸吸入入管管路路阻阻力力2.2 基本公式基本公式第第二二章章 流流体体输输送送机机械械22max1 2,2SfuHgHHg允以允许吸上真空高度以允许吸上真空高度HS计算计算Hg,max3.3.比例定律比例定律3

5、2nnNNnnHHnnVVaaee2.3 计算举例计算举例 1. 某离心泵的特性可表达为：某离心泵的特性可表达为：He=42-30V 2 (He-m，V -m3/min)，已知生产装置中管路特性为，已知生产装置中管路特性为He=30+2.88105 V 2 (He -m，V-m3/s)。试求生产中使用该泵的流量及有效功率。试求生产中使用该泵的流量及有效功率。所输流体的密度为所输流体的密度为998.2kg/m3。 泵：泵： He=4230V 2=4230(60V)2 =42-1.08105 V 2 -(1)管路管路: He=30+2.88105 V 2 -(2) (1)=(2): He=He ,

6、 得得V=5.5010-3 m3/s, 代入代入(1)得：得： He=421.08105 (5.5010-3)2=38.7 m Ne=gVHe=2.09103 w 解解 2.以以2B19型水泵输送型水泵输送35的水，已由工作点确定流量为的水，已由工作点确定流量为5.5 L/s, 由水泵样本查得由水泵样本查得HS=6.8m,已知吸水管内径为已知吸水管内径为50mm, 当地大气压为当地大气压为9.8mH2O，吸水管阻力，吸水管阻力Hf1-2=1.8mH2O. 求最大几何安装高度求最大几何安装高度.解解35水的饱和蒸汽压：水的饱和蒸汽压：PV=5623.44 N/m235水的密度：水的密度：=993

7、.75kg/m3吸水管的流速：吸水管的流速：smdVu/803. 2)050. 0(785. 0105 . 5)4(2322工作态的允许吸上真空高度工作态的允许吸上真空高度:gpgpHHVSS工工工工标工124. 033.10m933. 581. 995.99344.56238 . 924. 033.108 . 6离心泵最大几何安装高度：离心泵最大几何安装高度：2f,122maxg,2HguHHs工m733.380.181.92803.2933.52离心泵离开水面的最大安装高度为：离心泵离开水面的最大安装高度为：3.73m2dv2()eKAdVVdq2()eKdqq102()SmPKr 22e

8、qqqK222eVVVKA1. 过滤速率计算式过滤速率计算式2. 恒压过滤方程恒压过滤方程3.2 基本公式基本公式第三章第三章 过滤过滤 沉降沉降 流态化流态化3)(4stgdpu3.球形颗粒自由沉降速度球形颗粒自由沉降速度 smgdpust/,18)(2当当Rep500.023PCdud或流速或流量加倍流速或流量加倍0.822. 串联传热串联传热1221()()( )mhphcpcQKA tW CTTW Cttw4.2 基本公式基本公式第四章第四章 传热与换热器传热与换热器11oooioomiibddRRKdd3. 传热系数传热系数211221211122()()()lnl

9、nlnmttTtTtttttTtTttTtTt热流体恒温4.3 计算举例计算举例1.在逆流操作的套管换热器中在逆流操作的套管换热器中, 把氢氧化钠溶液从把氢氧化钠溶液从70冷却到冷却到35, 氢氧化钠走管内氢氧化钠走管内, 流量为流量为1.11kg/s , 比热为比热为3770J/(kgK) , 氢氧化钠对管壁的对流给热系数为氢氧化钠对管壁的对流给热系数为930W/(m2K) 现用现用15的水的水作为冷却剂作为冷却剂, 水走管外水走管外, 流量为流量为1.67kg/s, 比热为比热为4180J/(kgK),管管壁对水的对流给热系数为壁对水的对流给热系数为1000W/(m2K), (管壁热阻及垢

10、阻略管壁热阻及垢阻略计计), 忽略热损失忽略热损失(可近似按平壁处理可近似按平壁处理) 试求试求: (A)冷却剂出口温度及所需传热面积冷却剂出口温度及所需传热面积; (B)操作中若氢氧化钠及水的操作中若氢氧化钠及水的初始温度不变初始温度不变, 而两流体的而两流体的流量都增大一倍流量都增大一倍, 则流量增大后的冷、热流体的出口温度变为则流量增大后的冷、热流体的出口温度变为多大多大?(假设两流体均为湍流假设两流体均为湍流, 其物理性质不变其物理性质不变, 传热温度差可取传热温度差可取用算术平均值用算术平均值)。Q= W2 cp1(T1 -T2 )=1.113770(70-35)=1.465105W

11、 忽略热损失忽略热损失,则则 Q= W2cp2(t2 t1 ) 即即1.465105=1.674180(t2 -15) 解得解得 t2 =364 .2615353670ln)1535()3670(lnt2121mtttt 为薄壁园筒为薄壁园筒,按平壁近似计算按平壁近似计算 K=1 2 /(1 +2 )=9301000/(930+1000)=481.9 W/(m2K) A=Q/Ktm =1.465105/(481.926.4)=11.5 m2解解：(A)(B)1 1 lnln)()()(2111121121121122112211221211ppppmpcWcWcWKATTttcWKAtTtTt

12、TtTtTtTKAtKATTcWQk)W/(m8391000219302112228 . 08 . 02211KKWWWW) 1 (587. 11570462. 0)418067. 1377011. 11 (377011. 125 .118391570ln2222TtTt)2(1570668. 1377011. 1418067. 12211/212212tTcWcWttTTpp联立求解联立求解(1) (2) 解得解得 T2=37.3 t2=34.62.欲设计一列管式换热器欲设计一列管式换热器,用用110的饱和水蒸气将的饱和水蒸气将1400kg/h的常压空气由的常压空气由20预热到预热到95。(

13、1)若初步选定采用单管程换热器若初步选定采用单管程换热器, 空气走管程空气走管程, 管束由管束由120根根252.5mm的铜管组成。试确定所需的管束的铜管组成。试确定所需的管束长度。长度。(2)若选用双管程浮头式列管换热器。管子总数、管长若选用双管程浮头式列管换热器。管子总数、管长及直径同上。空气流量及进口温度不变。则空气的及直径同上。空气流量及进口温度不变。则空气的出口温度有无变化出口温度有无变化?试计算之。试计算之。 在计算中在计算中, 冷凝液膜的热阻、管壁及其两侧污垢热阻冷凝液膜的热阻、管壁及其两侧污垢热阻可忽略不计可忽略不计,其空气平均温度下的物性可取其空气平均温度下的物性可取: 粘度

14、粘度=0.02cP, 比热比热:Cp=1.0kJ/(kg), 导热率导热率 =0.029W/(m), 密度密度=1.076kg/m3。4.3 计算举例计算举例解解：(1) L =? Gi =(1400/3600)/(120/4)0.022 =10.32 kg/(m2s)Re =di Gi / =0.0210.32/(0.0210- 3 )=1.032104 104Pr =Cp/=10000.0210- 3 /0.029=0.69i =0.023Re0. 8 Pr0. 4/d i =0.0230.029(1.032104) 0. 8 0.690. 4/0.02 =46.7W/(m2K)Ki=i(

15、冷凝液膜的热阻冷凝液膜的热阻,管壁及其两侧污垢热阻可忽略不计管壁及其两侧污垢热阻可忽略不计)Q=WC CPCt =Aiitm Ai =WCCPC (t2 t1 )/(itm )1109520tm =(90-15)/Ln(90/15)=41.86Ai =1400103(95-20)/3600/(46.741.86)=14.92m2 Ai =ndiLL=Ai/(ndi)=14.92/(1200.02)=1.98 m 2 m (2)改为双管程改为双管程, 管子总数不变管子总数不变, t2 =? Ln(T-t1)/(T-t2)=KiAi/(WC CpC) (1) Ln(T-t1)/(T-t2)=KiA

16、i/(WC CpC) (2) K/K=/=(u/u)0. 8 =20. 8 (双管程双管程, 管束分二管束分二, 流速加倍流速加倍) 由由(1)/(2)Ln(T-t1 )/(T-t2)= 20. 8 Ln(T-t1 )/(T-t2)Ln(110-20)/(110-t2) = 20. 8 Ln(110-20)/(110-95) t2=1061222111ln1,11OGymxLNAAymxAmGA5.2 基本公式基本公式OGOGOLOLHNHNH1. 操作线方程操作线方程2211()()()()G yyL xxG yyL xx2. 填料层高度填料层高度3. 传质单元数传质单元数第五章第五章 气体

17、吸收气体吸收12OGmyyNy1212lnmyyyyy12min12yyLGxx4. 最小液气比最小液气比5.3 计算举例计算举例1. 某填料逆流吸收塔，用清水吸收尾气中的丙酮。若进塔气体某填料逆流吸收塔，用清水吸收尾气中的丙酮。若进塔气体中丙酮含量为中丙酮含量为5，气体流率为，气体流率为30kmol/m2h, ，液相流率为，液相流率为40kmol/m2h，此液体流率为最小流率的，此液体流率为最小流率的1.5倍，回收率倍，回收率95，体系服从亨利定律，液相传质单元高度体系服从亨利定律，液相传质单元高度HL=0.52m, ，气相体积，气相体积分传质系数分传质系数kya=0.05kmol/m3sy

18、。求。求(1)液相出口浓度；液相出口浓度；(2)填填料层高度。料层高度。0025. 0)95. 01 (05. 0)1 (12yyyhmkmolG2/30hmkmolL2/4002x)()(2121yyGxxL0356. 00)0025. 005. 0(4030)(2211xyyLGx2121min5 . 1)(5 . 1343040 xmyyyGLGL05. 0)0025. 005. 0(2334m9357. 0m解解（1）：）： LGOGHLmGHHmysmkmolsmkmolkGHyaG1667. 0/05. 03600/30325316. 052. 040309357. 01667.

19、0OGH01669. 00356. 09357. 005. 0111yyy0025. 009357. 00025. 0222yyy （2）00747. 08985. 101419. 00025. 001669. 0ln0025. 001669. 0ln2121yyyyym3588. 600747. 00025. 005. 021mOGyyyNmHNHOGOG38. 35316. 03588. 62.拟在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气拟在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气体中的可溶组分体中的可溶组分A。入塔气体中。入塔气体中A的摩尔分率的摩尔分率y1 =0.03，要求其回收率

20、要求其回收率= 95%。已知操作条件下解吸因数。已知操作条件下解吸因数1A0.8，平衡关系为，平衡关系为y = x，试计算：，试计算：(1)操作液气比为最小液气比的倍数；操作液气比为最小液气比的倍数；(2)吸收液的浓度吸收液的浓度x1;完成上述分离任务所需的气相总传完成上述分离任务所需的气相总传质单元数质单元数NOG。5.3 计算举例计算举例解：求液气比、最小液气比解：求液气比、最小液气比G, y1x1y2L, x2低浓度气体吸收，低浓度气体吸收，G、L不变不变21(1)0.03 (1 0.95)0.0015yy121min20.030.00150.950.0301yyLyGxm11110.8

21、,1.250.8mGGLLALLGmG min1.25/1.320.95LLGG求液相出塔浓度求液相出塔浓度x112121210.030.0015()(),0.02281.25yyG yyL xxxLG求汽相总传质单元数求汽相总传质单元数NOG12121212OGmyyyyyyNyyy1222111ln11110.030ln1 41 0.80.00150OGymxNAymxAA当操作线与平衡线平行当操作线与平衡线平行FDWFxDWFDxWxDFDxFx回收率11xyxy11DxRxRRywWxLxVVLLqF (1)VVq F6.2 计算公式计算公式11fqZxqqy第六章第

22、六章 流体蒸馏流体蒸馏6.3 计算举例计算举例1.常压下，用一块理论板、全凝器与塔釜组成的连续精馏塔分常压下，用一块理论板、全凝器与塔釜组成的连续精馏塔分离某二元混合液。已知：进料离某二元混合液。已知：进料xf=0.20，q=1，进料从塔上方加，进料从塔上方加入。塔顶产品浓度入。塔顶产品浓度xD=0.30，塔顶用全凝器，泡点回流，回流比，塔顶用全凝器，泡点回流，回流比为为3.0。易挥发组分回收率。易挥发组分回收率=0.85，若平衡关系可用，若平衡关系可用y*=Ax，表，表示，试计算示，试计算A值值. 解：解：塔底组成塔底组成0.300.850.20/0.567,/0.4330.300.20,0

23、.433,0.06910.30DFDFWDWWDxDFxFD FWFxxWxFxxx提馏段提馏段L=RD + qF=3.00.567F+F=2.701FV=V-(1-q)F=V=(R+1)D=(3+1)0.567F =2.268F提馏段操作线提馏段操作线2.7010.4330.06912.2682.2681.1910.0132WWxLFFyxxVVFFyxF, xFW, xWD, xDLVy1x1y2点点(x1, y2)在提馏线上：在提馏线上：y2=Axw, x1=xD/Ay2=A0.0691=1.191(0.30/A)-0.0132解得：解得：A=2.18F, xFW, xWD, xDLVy

24、1x1y2xw2.如图，在由一块理论板和塔釜组成的精馏塔中如图，在由一块理论板和塔釜组成的精馏塔中, 每小时每小时向塔釜加入苯一甲苯混合液向塔釜加入苯一甲苯混合液100kmol, 苯含量为苯含量为30%(摩摩尔尔%, 下同下同)泡点进料泡点进料, 要求塔顶产品馏出液采出率要求塔顶产品馏出液采出率D/F=0.171, 塔顶采用全凝器塔顶采用全凝器, 回流液为饱和液体回流液为饱和液体, 回流比回流比为为3, 塔釜间接蒸汽加热塔釜间接蒸汽加热, 相平衡方程相平衡方程y=2.5x, 求每小时获求每小时获得的顶馏出液量得的顶馏出液量D、釜排出液量、釜排出液量W及浓度及浓度xW。F, xFW, xWD,

25、xDLVy1x1y2xw解：解：物料衡算：物料衡算：D/F=0.171, D=0.171100=17.1 kmol/hW=F-D=82.9 kmol/h逐板计算：逐板计算：y1=xD=2.5x1, x1= y1/2.5= 0.4xD21113113 13 10.750.250.75 5DDDDDDxxRyxxRRxxxxx220.552.5,DWWDxyyxxx对轻组分衡算：对轻组分衡算：0.22(0.22)FDWDDDFxDxWxDxWxDW x100 0.300.84890.2217.1 0.22 2 0.84890.1868FDWDFxxDWxx21swL