化工原理习题14760

【带泵管路】【1】采用离心泵将 45m3/h水从水池送至一水洗塔，已知水洗塔塔顶表压为49.05kPa，管路系统吸入段管长为50m(包括局部阻力当量长度，下)，泵出阀全开时排出管线长度为所用管线规格均为管流体流动阻力系数为0.024，其它数据如图所示，试求：完成以上输送任务，管路所需泵的压头；现有一台离心泵，其特性曲线方程为H=50-0.008q2（单位：H，m；qV Vm3/h）该泵能否满足需要？若在上述管路中使用该离心泵，求在泵出口阀门全开的条件下泵的工作点，此时泵的有效功率为多少？45m3/h，则损失在阀门上的压头为多少？若水温度升高，使水的密度下降（假设粘度不变样变化，并图示泵工作点的变化情况。14m14m1mu 451. 36000.785

1.59m/sH 49050 150.024502731.592 30me 10009.81 0.1 29.81管路特性曲线方程为：He200.00495q2(m3/h)v泵的特性曲线方程为：H=50-0.008q2，联立求解得：VH31.47mqv48.13m3/h有效功率P

g 31.4748.1310009.814.13kwe 36001000 36001000阀门损失压头：H500.008q2500.00845233.8mvHe200.0049545230mH33.8303.8m密度下降，管路特性曲线截距增大，流量变小，压头增加。【2】如图所示的一输水管路。用泵将水池中的水输送到敞口高位槽，管道直径均为1084mm，泵的进、出口管路上分别安装有真空表和压力表。已知在阀门全开时，水池液面至入口真空表所在截面的管路长50m，真空表所在截面至高位槽液面的管路长150m（均包括局部阻力的当量长度。设流动已进入阻力平方区，摩擦系数0.03。管路的输水量为。水的密度1000kg/m3kPa；m；若泵的效率为0.6，kW；写出该系统管路特性曲线方程；H650.031qV

的单泵，式中，H的单位为m，q m3/h，通过计算说明该泵能否满足以上输送要求；Vm3/h（注）30m30m压力表真空表3m（1）管道直径：d10824100mm0.1mu

36/3600qV q 0.7850.12

1.27m/s4d20-02-2p22 2 hp200z u2p z u 000 2g 21.272

2g p

f02

50 1.2720003 2 0.03 29.81 10009.81 0.1 29.81p 42333.2Pa42.33kPa2真空表的读数为：42.33kPa0-03-30z u2p00H

3 p3z u2 hp30 2g

e 3 2g

f03000He

30000.03501501.2720.1 29.81H 34.93me泵的效率为0.6，则：PPaP

e

HqgeV

34.9336/360010009.810.6

5711.1W5.71kW管路特性曲线为：p002z u2p Hep002

u 3 h0 2g g

3 2g g

f033q350150000He30000.03

( v 0.7853600He300.0038q2V

0.1 29.814）H6501qV

的泵时，输送36m3/h的水，能够提供的扬程是：H651qV

650.03136224.82m34.93m故该泵不能满足输送要求。（5）并联操作时，其特性曲线可表示为：BHk q4 V

650.00775q2V管路特性曲线为：He300.0038q2VHHe令 650.00775q2V

300.0038q2Vq 55.05m3/hV并联后系统的输水量为55.05m3/h。【3】采用离心泵将水从水池送至一加压塔中，输水管路如图所示。加压塔塔顶49.05kPaH=50-0.008q2，式中，HV为m，qv

的单位为m3/h。管道直径均为1084mm。泵出口阀全开时，管路系14m14m压力表真空表1m50m(包括全部局部阻力的273m=0.6。其它数据如图所示。系统为稳态流动，水池液面高度保持不变。设水在输水管路的流动已进入阻力平方区，管流体流动摩擦系数0.024。=1000kg/m3，试求：写出该输水管路的管路特性曲线方程；离心泵的流量与压头；3离心泵入口真空表的读数；40m3/h门上的局部阻力是多少；定生产。（1）管道直径：d10824100mm0.1m管路特性曲线0-03-300z u2p 00

zu2 hp33p30 2g g

e 3 2g g

f03000

150

49050

0.02450273 u2e 10009.81 0.1 29.81q q /3600 quV V v4d2

0.78536000.7850.01H 200.004952q2e v（2）H500.008He

2V200.004952q2vHHeq=48.13m3/hrvH=31.46me(3)泵的效率为0.6，则：PHqe eV

g31.4648.13/360010009.814.12kWPa

P6.87kWeeV（4）管路中水的流速为：u qV

/q Vq

1.7m/s4d2

0.7850.120-02-2u2uz 0

p0

2pu 2 2 hpu0 2g 2 2g p

f0250 1.72000102

0.024 p 27.14kPa2真空表的读数为：27.14kPa

g 0.1 29.8140m3/hH500.008qV

500.00840237.2m管路特性曲线He

200.004952qv

2200.004952160027.92mH37.227.929.28m压力波动必将导致流量的波动。塔压增高A塔压增高AHqV【4】如图所示，用离心泵将水送至敞口容器AB用管线规格均为Φ159×4.5，泵吸入段管路总长（包括所有局部阻力当量长度，下同）为60m。排出管线的长度为：从泵出口到分支点C点处为300m，在阀门全到A为200m,C到B为400m,已知水的密度ρ=1000kg/m3，流动摩0.02，其它数据见图示，试求：121280m3/h，70%，求此时泵的压头和轴功率；1、225kPa，ABm3/h；1212A B点变化情况。1C50m 21m求管路特性曲线方程HeZA

f0

510.0260300200 u20.15 29.8160300200 1 q2vvZ A

hf0

51

0.15 29.81(0.7850.1523600)2519.41310-4qv

2(m3/h)2.He519.41310-4qv(m3/h)519.41310-480257.02mPHqe

g

57.028010009.81u23600

12.43kw

P12.4317.76kwa 0.73.总流量p

25

u2 u20 1 1

h 10.02

1 12

01

29.81 0.1529.81 29.81u 1.837m/s q 117m3/h1 v总并联管路c有：c

C得： uA 2uB管径相同，所以有：u u u 2u u 1.837总 A B B Bq 68.53m3/A

q 48.47m3/hB4.一阀全开一阀全开两阀全开【传热】【5】Pg999【6】用单壳程单管程列管换热器将流量为32500kg/h某溶液由55℃预热到85℃，加热饱和蒸气温度为 130℃，已知操作条件下该溶液的物性为：=898kg/3,=0.360mPas,c =4.358kJ/(kg℃),λ=0.322W/(m℃),加热蒸p气的汽化热潜为r=2192kJ/kg。其蒸气走壳程，溶液走管程。管程污垢热阻R di

=1.2×14W/(m2℃)070λ=45W/(m℃)，W试求：消耗蒸气量为多少？管表面传热系数是多少？以管子外表面为基准的换热器的总传热系数？换热器单程管的长度？55℃为保证完成任务，加热蒸气温度至少应提高到多少度？解：1.Qq c (t1.m2 p2

t)q r1 m1q q m2m1

(tp2 r

t1

325004.358(8555)1938.4kg/h0.538kg/s2192Qq c m2 p2

t)325004.358(8555)1 3600qm2 ddu Gd 36000.785d2n iRe

ii

i i

i 2.4104104cp p

4.872r 0.023i d

Re0.8pr0.4/(m2C)（3）

i1 1d0R d0b d0R 1K d did dO i i i w

d0 0Ko=838.3W/(m2K)mtm

13055ln13085QKAtmQ 1180.3103A 23.97m2Kt 838.358.7mA ndl0l A 5.74mnd0Q'q c (tm2 p2

't1

)KAt 'm32500 '20)'95)4.358103(9555)838.323.973600 lnT'55T'95T'【7】某生产过程，要求从储罐中将常温液体苯输送至原料预热器进行预热至不出现气化，设计入口温度30℃120℃饱和水蒸气，蒸汽走壳60φ25×2.5mm6m。壳程表面10000W/(m20.0002m2℃/W，壳程污垢热阻为0.0001m2℃/W，忽略管壁热阻和热损失。已知水蒸气气化热（相变热）r220kJ/kg，苯的物性取密度 ρ=800kg/m3，热导率λ=0.151W/（m·℃，2粘度 =0.40×10-3Pa·S，定压比热容 Cp=1.6kJ/（kg·℃。试求：2加热蒸汽消耗量；换热器总传热系数；通过计算判断换热器是否够用；10℃，加热蒸汽量充足，物性参数不变，试判断该换热器能否满足要求；若加热蒸汽量充足，在设计工况下，试估算换热器出口苯的温度。解：（1）Qtcq q r384kWP m2 m1q Q627kg/hr管侧表面传热系数：i

0.023di

Re0.8Pr0.4q qm2 0.005m3/sV2 3600qu q

0.265m/sd2n4 iRe

dui

10600Pr

4.240.023i di

Re0.8Pr0.4=514W/(m2℃)11do

1

RdoK d i i O

o idiK=347W/(m2℃)An

l28.3m2ot m

t t1t 2ln(t1)2t=120-30=90℃，1

=120-90=30℃，tm

54.6℃QKtm

A'，A'

QKtm

20.3m2AA'，换热器可用4（4分）Q't'c qP2 m2

512kWt' m

t'1

t'2t'2t'

ln(t'1)2=120-10=110℃，

=120-90=30℃，t'

61.6℃1Q'Kt'm

A''，A''

2Q'Kt'm

m23.9m2A''A，可以满足要求5（3）设出口温度t'2Q''(t'2

t)c q1 P2 m2Q''Kt'' Am

Tt'

t't(t'

t)cm2 1 P

KA 1Tt

2 KA 2 1'Tt ''lnTt1'2

lnTt12Ttln

KA

1.534t'

℃ 1Tt'2

c q 2P2 m2【88000kg/h的常压空气于管程由85；该换热器装有3001m。110（相变热）2232kJ/kg。若饱和蒸汽的表面传热系数0

1104W/(m2K)，管材的热导率为45W/(mK)，管程污垢热阻Rdi

0.0004m2K/W，壳程污垢热阻Rd0

0.0002m2K/W。已知空气在平均温度下的物性常数为 1.2kg/m3 ，CP

/(kgK) ，2.85102W/(mK) ，1.98105Pa

s ，不计热损失，试求：加热蒸汽的消耗量为多少？空气在管的表面传热系数？通过计算说明该换热器能否满足需要？110的实际出口温度为多少？四、解：（1）q=？m1Qq c (tm2 p2

t)q r1 q q m2m1

(tp2 r

t1

8000120)233kg/h0.0647kg/s22328000Qq c (tm2 p2

t) 120)144.4kW1.444105W1 3600（2）α=?i

2qm2 d2Re

duGG

i

36000.785din

i3.177104104dcdp p

0.6947r 0.023i

Re0.8pr0.4150.9W/(m2C)di能否够用？1 1d d b d 1K O

0Rd i

0 0 di w

R d0 0W/(m2K)t m

20)11020ln

50.74C11085QKAtmQ 1.444105A 26.35m2需 m

10850.74A dl1m2A实际 0 需要 所以换热器不能满足要求。变双管程' u'i (iui

)0.8

20.8 '262.73W/(m2C)i11d0

d0

b d0 R 1K' 'di i

did di w m

d0 0K'/(m2C)Q'q cm2 p

(t't2

)K'A t '实际 m80003600

1103(t2

'20)17617.9

(11020)(110t')11020 2lnt'2

110t'2【吸收】Pg134第712Pg145第11题：0.0001（摩尔分数，下同）2400m/（标准状态90%0.6m，的1.3倍，洗油摩尔质量为170kg/kmol。试求：吸收剂用量（kg/h）与出塔洗油中苯的含量；所需填料层高度，m；液组成的变化情况，并图示操作线的变化。G2400107.14kmolh22.4107.14G

0.62

379.13kmolhy 12L

y 0.0060.060.060.0060.06240.0001y y 1G x

2 22.5 minL

x2L 1.322.529.25G GminL29.25107.143133.8kmolh170533000kghx Ly

1 0.0060.00010.0019461 G 1 2

2 29.25 ka 278.77kmolm3 hy H 1.36OGy1y2

0.06240.0019460.0132960.06240.00010.0036lny y1lny y1122m

0.007420.060.006N OG 0.00742

7.28h1.367.289.90mH；其它条件不变

不变。NOG

y2

、x 1LGA LG

29.251y2x2y1y2x2y1原新x1（20）0.00015（摩尔分数，下同）的洗油逆流吸收混合气体中的苯。已知混合气体的流量为1467.8m3/h（标准状态0.0590%0.6my=26Ka=0.045kmol/(m3·s)y小液气比的1.3倍，洗油摩尔质量为170kg/kmol。试求：吸收剂用量（kg/h；出塔洗油中苯的含量；所需填料层高度，m；底吸收液组成的变化情况，并图示操作线的变化。(1) G1467.865.53kmolh22.465.53G4

231.87kmolm3hLG

1yx y

0.050.05

25.38 min

x2 26

0.00015y 1y2

0.005 L1.3L G G

1.325.3832.99 minL32.9965.532161.83kmolh170367500kgh(2)

xLyy

x 1 0.050.0050.000150.001511 G 1 2

2 32.99(3)

H G 1.43m231.873600OG ka 0.045231.873600yy0.05260.001510.010741y 0.05260.000150.00112lny lny y1122m

yy

0.004230.050.005N OG 0.00423

10.64H1.4310.6415.2m(4) H；其它条件不变

不变。NOG

y2

、x