《化工原理》上册复习要点+习题

《化工原理》上册

重修辅导流体流动要点连续性方程U形压差计水平管路：双液柱压差计三种形式的柏努利方程：单位质量流体J/kg

单位重量流体

J/N,m液柱、单位体积流体J/m3或Pa＝N·m2

注意：流体的衡算基准不同，柏努利方程形式不同，单位不同，衡算中基准要一致。直管阻力的通式

机械能损失：压头损失：

压力降：单位质量流体单位重量流体单位体积流体如图所示，水通过水平变径管段（A－B），dA＝100mm，dB＝240mm，水流量为2m3/min，在截面A与B处接一U形水银压差计，其读数R＝20mm，试求：1）A、B两点的压差？2）A、B管段阻力损失3）如图2，若改为倾斜管，A、B两点间的垂直距离为h＝0.3m，R＝30mm，求A、B两点的压差。如下图，水槽水面与管出口均为大气压力，大管直径与小管直径之比4：3，水在小管中的流速为2m/s，水面与管中心垂直距离保持5m不变。试求：（1）大管中水的流速（2）系统的流动阻力（3）若大管中的损失压头为1m，小管直管长度与所有局部障碍的当量长度之和为49m，摩擦系数为0.02，水的流量为多少。如图所示，管内流体ρ=1000kg/m3,指示液ρ0=1.26×104kg/m3，已知R=18mm，判断管内流体的流向，计算管路阻力。如图所示，水从槽底部沿内径为100mm的管子流出，槽中水位稳定；阀门关闭时得R=50cm，h=1.8m。求：(1)阀门全开时的流量；(阀全开时阻力系数=15，管路入、出口的阻力系数分别为0.5及1.0，摩擦系数λ=0.018)(2)阀门全开时B处的表压。

用图示流程将粘度为50mPaS，密度为900kg/m3的油品自容器A输送至容器B，管径规格Φ108×4mm，总管长（包括局部阻力当量长度）99m，管内平均流速1m/s，λ=0.0356。试求：（1）若通过阀门C的阻力占总阻力的1/5，则阀门的阻力系数应为多少？（2）泵的有效功率（3）管中心处的流动速度CA10mB流体输送机械要点特定管路的特性方程：

流量调节？流体输送机械要点离心泵的安装①安装高度应小于允许安装高度②尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少；调节阀应装于出口管路。操作①启动前应灌泵。②应在出口阀关闭的情况下启动泵③停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮被输送物料的温度升高，或吸入管线部分堵塞，可能引发气蚀现象

离心泵启动和关闭时应如何操作，说明相应的理由。用泵将水由低位液槽送到相对高度为10m的敞口槽，最大流量为80m3/h,管路的压头损失为3m,需要的外加压头为

。某离心泵的安装高度为2m，供液面压头和饱和蒸汽压头的差值为7m，汽蚀余量为4m，该泵的安装高度恰好合适，则吸入管路阻力应为多少。

Σhf=7-4-2=1m用水泵抽送水池中的20℃水，水池最低水位到泵入口中心的垂直距离为6m，已知，水的密度1000kg/m3，饱和蒸汽压2.33kPa，大气压力100kPa，所用泵的允许汽蚀余量为3m，吸入管路的压头损失估计为1.5m，问这个泵能否正常操作？故：不能正常操作对图示管路系统，使线3变为线2，试分析离心泵出口阀门开度如何变化。某离心泵特性曲线用H=30-0.01Q2(m)表示,当泵的出口阀全开时，管路系统的阻力可用性能曲线He=10+0.04Q2(m)表示，上述式中Q的单位均为m3/h，求该泵在系统中所提供的最大流量和压头。20m3/h26m阀门关小用图示流程将密度为900kg/m3的油品自容器A输送至容器B，管径规格Φ108×4mm，总管长（包括局部阻力当量长度）50m，管内流速2m/s，λ=0.02。试求：（1）泵的有效功率（2）若通过阀门C的阻力占总阻力的1/3，则阀门的阻力系数应为多少？

CA10mB

(2)

(1)

用图示系统往高位槽输水，输水管径φ108×4㎜,管路总长度为100m（包括局部阻力当量长度）摩擦系数λ=0.03。泵特性方程：H=30－0.0042Q²（H、m；Q、m³／s）试求⑴管路中的流量；⑵泵的有效功率；CA10mB解：①

Q=0.0286m³／s,u=3.64m/s②某离心泵输水管路中，终止截面和起始截面的位差是8m，压差是100kPa，管内径50mm。在长度为2m的水平管段（无局部阻力）的两端接有U型管压差计，读数R=0.1m，指示剂密度5000kg/m³。管路总长度（包括局部阻当量长度）为50m。管内流速2m/s，动压能可略，泵在两截面之间。试求：（1）摩擦系数；（2）泵的有效功率；（3）泵提供的扬程。（1）（2）（3）H=We/g=28m如下图所示的输水系统，用泵将水池中的水输送到敞口高位槽,管道直径均为Φ87×3.5mm,泵的进、出管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置距贮水池的水面高度为4.8m，压力表安装位置距贮水池的水面高度为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道的全部阻力损失为1.9J/Kg，出水管道的全部阻力损失为4.9J/Kg,出口阀的阻力损失为2.4J/Kg，压力表的读数为0.25Mpa，泵的效率为80％，试求:(1)两液面的高度差H为多少?(2)泵所需的实际功率为多少?(3)真空表的读数多少?解:(1)取截面0-0,2-2,3-3如图，在截面2-2和3-3间列柏努利方程，以2-2为基准面(目的求H3)H2g+P2/ρ+u22/2=H3g+P3/ρ+u23/2+hf2-3

∵u=Q/A=（36/3600)/[(π/4)0.082]=1.99m/s则(0.25×106/1000)+(1.992/2)

=9.81×H3+(4.9+2.4)

H3=24.54[m]∴H=H3+5=24.54+5=29.54[m]

(2)在截面0-0和3-3间列柏努利方程以0-0为基准面(求We)H0g+P0/ρ+u20/2+We=H3g+P3/ρ+u23/2+hf0-3

We=H3g+hf0-3=29.54×9.81+(1.9+4.9)=296.6[J/Kg]Ms=Vsρ=(36/3600)×1000=10[Kg/s]

Ne=Ms.We=10×296.6[W]N=Ne/η=2966/0.8=3707[W]=3.7[KW](3)在截面0-0和1-1间列柏努利方程(以0-0为基准面)H0g+P0/ρ+u20/2=H1g+P1/ρ+u21/2+hf0-1P1=-ρ（4.8×9.81+(1.992/2)+1.9）=0.051Mpa机械分离要点重力沉降速度降尘室降尘室的生产能力理论上正比于颗粒的沉降速度和沉降方向上的截面积、即降尘室底面积，而与沉降室的高度无关。机械分离要点恒压过滤最佳操作周期转筒真空过滤机间歇过滤机m3/h机械分离要点真空转筒过滤机的转速减小，滤渣层厚度增加，生产能力______。恒压过滤某悬浮液1h，得到滤液Vm3，若过滤的表压加倍，其他保持不变，过滤0.5h可得到滤液

m3，（滤渣不可压缩，介质阻力不计）。

AVB0.5VC2VD4V用板框压滤机过滤某悬浮液，过滤0.8h滤渣充满滤框，获得滤液20m3,已知介质阻力Ve=1m3，共用20个滤框，滤框的长和宽均为810mm。试求：(1)过滤常数K(2)最终过滤速率(3)过滤完成后保持压力不变，用2m3清水进行横穿洗涤，设清水粘度与滤液粘度相同，辅助时间为1.4h，求生产能力。用板框压滤机在恒压过滤某悬浮液，滤渣充满滤框用时0.8h，已知滤框尺寸800×800×50mm，共有20个框，滤渣体积与滤液体积之比为0.06，过滤终了用3m3清水（与滤液粘度相同）对滤饼在同样压力下进行横穿洗涤，辅助时间1.2h，过滤介质阻力忽略不计。试求：1、过滤常数K；2、生产能力；3、若过滤压力增加1倍，其他条件不变，滤渣压缩性指数s=0.3，使滤框充满滤渣需多长时间？用过滤面积25m2板框压滤机过滤某悬浮液，过滤1.5h滤渣充满滤框，获得滤液30m3(滤饼不可压缩，介质阻力忽略不计)。过滤完成后保持压力不变，用2m3清水进行横穿洗涤，设清水粘度与滤液粘度相同。辅助时间为2.1h。试求：(1)过滤常数(2)生产能力(3)若过滤压强差加倍，其他条件不变，该机的生产能力提高了多少?用板框压滤机在恒压下过滤某悬浮液，过滤完成，用1.5小时，获得滤液6m3

，已知过滤常数K＝3×10-5m2/s，滤布阻力Ve=0.04×103m3

。试求：（1）压滤机的过滤面积（2）若用0.5m3清水（与滤液粘度相同），在同样压力下进行横穿洗涤，求洗涤时间。（3）若辅助时间为1小时，求压滤机的生产能力在稳定传热时，通过上述串联平壁的导热速率都是相等的。

b1b2b3Qtt1t2t3t4x传热要点当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时，有一个稳定导热的两层平壁，A层厚10cm，导热系数30W/m℃，B层厚10mm，导热系数0.3W/m℃，A层导热推动力

B层导热推动力。小于

在列管换热器内，用饱和水蒸汽加热一定量管程中的空气，要提高传热速率，下列措施合适的是

。BCA在壳程加折流板

B在列管内加翅片C多管程

D降低加热蒸汽压力

空气在直径为d的圆形直管内的对流传热系数为10W/m2℃，保持流量及物性参数不变，使管径变为,对流传热系数变为多少某换热过程热流体进出口温度为100℃和50℃，冷流体进出口温度为20℃和60℃，热流体热容流量小于冷流体的热容流量。试计算该换热过程的传热效率。100---50ΔT=5020---60Δt=40Q＝ms1Cp1(T1-T2)=ms2Cp2(t2-t1)

=50ms1Cp1=40ms2Cp2。热流体：热容流量小，为基准流体1、蒸汽冷凝传热时，滴状冷凝比膜状冷凝的传热系数大，为什么？可采取什么措施使膜状冷凝变为滴状冷凝？2.水在圆形直管内强制湍流换热，对流传热系数为а，今水流速增加50％，对流传热系数增加多少？

由于膜状冷凝壁面始终覆盖一层液膜，形成壁面和冷凝蒸汽之间的主要传热阻力，故滴状冷凝时的对流传热系数比膜状冷凝时要大几倍到几十倍。

使膜状冷凝变为滴状冷凝，在冷凝壁面上或蒸汽中混入油类物质或脂类物质，冷凝液不能全部润湿壁面，结成小液珠形成滴状冷凝。

а∝u0.8，а/а＇=(u/u＇)0.8а＇=а(u＇/u)0.8=а(1.5u/u)0.8=1.50.8а膜系数增加（а＇－а）/а＝1.50.8－1＝38.3％今拟将流量为0.2kg/s，温度78.3℃的乙醇饱和蒸汽冷凝成饱和液体，冷凝潜热为860kJ/kg，冷水进口温度20℃，出口温度30℃，已知传热系数为800W/m2·℃，试求所需传热面积。热流体

78.3℃

78.3℃冷流体20℃

30℃

用150℃的油逆流加热20℃的水至60℃。水的流量0.07kg/s，比热4.2kJ/kg·k,油的流量0.08kg/s，比热2.1kJ/kg·k。油侧和水侧的对流传热系数分别为0.85kw/m2·k和1.7kw/m2·k。试求：1、所需换热面积；2、油和水流量、进口温度均不变，若将水加热到80℃，换热面积应增加多少？ms1cp1(T1-T2)=ms2cp2(t2-t1)0.08×2.1×（150－T2）＝0.07×4.2×（60－20）T2＝80℃Q＝ms2cp2(t2-t1)＝0.07×4.2×（60－20）＝11.761/K=1/α1+1/α2=1/0.85+1/1.7