第7章多级分离操作

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ζ1=1.1，截止阀为ζ2=6.4，闸门阀ζ3=0.17,（1）确定输送设备的有效功率

例：用泵将贮液池中常温下的清水（黏度为1×10-3Pa.s，密度为1000kg/m3）送至吸收塔顶部，贮液池水面维持恒定，各部分的相对位置如图所示。输水管为直径Ф76×3mm的无缝钢管，排出管出口喷头连接处的压强为6.15×104Pa（表压），送水量为34.5m3/h，管路的总能量损失为119.3J/kg求泵的有效功率。

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游截面2-2，在两截面间列柏努利方程，即式中:

将以上数值代入柏努利方程,得：解得：∴泵的有效功率为(2)确定设备间的相对位置例:有一输水系统，如图所示。水箱内水面维持恒定，输水管直径为Ф60×3mm，输水量为18.3m3/h，水流经全部管道（不包括排出口）的能量损失可按公式计算，式中u为管道内水的平均流速（m/s）。求：（1）水箱内水面必须高于排出口的高度H；（2）若输水量增加5%，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，则水箱内水面将升高多少米？解：（1）水箱内水面高于排出口的高度H。取水箱水面为上游截面1-1，排出口内侧为下游截面2-2，在两截面间列柏努利方程，即式中:

取水的密度ρ=1000kg/m3，将以上数值代入柏努利方程：解得：（2）输水量增加5%后水箱内水面上升的高度。输水量增加5%后，而管径不变，则管内水的流速也将增加5%，即将以上数值代入柏努利方程：解得：故输水量增加5%后水箱内水面上升的高度为

（3）确定管路中流体的压强例:水以7m3/h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1-1处内径为50mm，压强为0.02MPa（表压），喉颈处内径为15mm。设流动阻力可以忽略，当地大气压强为101.33kPa，求：（1）喉颈处的绝对压强；（2）为了从水槽中吸上水，水槽水面离喉颈中心的高度最大不能超过多少？解：（1）喉颈处的绝对压强先设支管中水为静止状态，在截面1-1和2-2之间列柏努利方程，即式中：

取水的密度ρ=1000kg/m3，将以上数值代入柏努利方程：解得：取水槽水面3-3为位能基准面，在假设支管内流体处于静止条件下，喉颈处和水槽水面处流体的位能与静压能之和分别为：因为，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。（2）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最大不能超过4.08m。（4）确定管道中流体的流量例1-4有一垂直管道，内径d1=300mm，d2=150mm。水从下而上自粗管流入细管。测得水在粗管和细管内的静压强分别为0.2MPa和0.16MPa（表压）。测压点间的垂直距离为1.5m。若两测压点之间的摩擦阻力不计，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取截面1-1和2-2。在此两截面之间列柏努利方程（见右图），即式中：

由连续性方程式，得：

取水的密度ρ=1000kg/m3，将以上数值代入柏努利方程：解得：（1）确定输送设备的有效功率

例：用泵将贮液池中常温下的清水（黏度为1×10-3Pa.s，密度为1000kg/m3）送至吸收塔顶部，贮液池水面维持恒定，各部分的相对位置如图所示。输水管为直径Ф76×3mm的无缝钢管，排出管出口喷头连接处的压强为6.15×104Pa（表压），送水量为34.5m3/h，管路的总能量损失为119.3J/kg求泵的有效功率。

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游截面2-2，在两截面间列柏努利方程，即式中:

将以上数值代入柏努利方程,得：解得：∴泵的有效功率为(2)确定设备间的相对位置例:有一输水系统，如图所示。水箱内水面维持恒定，输水管直径为Ф60×3mm，输水量为18.3m3/h，水流经全部管道（不包括排出口）的能量损失可按公式计算，式中u为管道内水的平均流速（m/s）。求：（1）水箱内水面必须高于排出口的高度H；（2）若输水量增加5%，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，则水箱内水面将升高多少米？解：（1）水箱内水面高于排出口的高度H。取水箱水面为上游截面1-1，排出口内侧为下游截面2-2，在两截面间列柏努利方程，即式中:

取水的密度ρ=1000kg/m3，将以上数值代入柏努利方程：解得：（2）输水量增加5%后水箱内水面上升的高度。输水量增加5%后，而管径不变，则管内水的流速也将增加5%，即将以上数值代入柏努利方程：解得：故输水量增加5%后水箱内水面上升的高度为

（3）确定管路中流体的压强例:水以7m3/h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1-1处内径为50mm，压强为0.02MPa（表压），喉颈处内径为15mm。设流动阻力可以忽略，当地大气压强为101.33kPa，求：（1）喉颈处的绝对压强；（2）为了从水槽中吸上水，水槽水面离喉颈中心的高度最大不能超过多少？解：（1）喉颈处的绝对压强先设支管中水为静止状态，在截面1-1和2-2之间列柏努利方程，即式中：

取水的密度ρ=1000kg/m3，将以上数值代入柏努利方程：解得：取水槽水面3-3为位能基准面，在假设支管内流体处于静止条件下，喉颈处和水槽水面处流体的位能与静压能之和分别为：因为，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。（2）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最大不能超过4.08m。（4）确定管道中流体的流量例1-4有一垂直管道，内径d1=300mm，d2=150mm。水从下而上自粗管流入细管。测得水在粗管和细管内的静压强分别为0.2MPa和0.16MPa（表压）。测压点间的垂直距离为1.5m。若两测压点之间的摩擦阻力不计，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取截面1-1和2-2。在此两截面之间列柏努利方程（见右图），即式中：

由连续性方程式，得：