化工基础学习知识原理课后复习规范标准答案

3.已知甲地区的平均大气压力为85.3kPa,乙地区的平均大气压力为101.33kPa,在甲

地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数

为多少才能维持该设备的的绝对压力与用地区操作时相问？

解：(1)设备内绝对压力

绝压=大气压-真空度=(85.3xIO,_20x103)Pa=65.3kPa

(2)真空表读数

真空度二大气压-绝压=(10133xIO'-65.3x10?)Pa=36.03kPa

ry

5.如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为4=500mm,

&=80mm,指示液为水银。为防上水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃

管内灌入一段水，其高度/?3=100mm。试求A、5两点的表压力。

解：(1)A点的压力

4

PA=p水gRs+0东gR?=(1000x9.81x0.1+13600x9.81x0.08)Pa=1.165x10Pa(表)

(2)8点的压力

PB=PA+P成*

=(I.165x104+13600x9.81x0.5)Pa=7.836x104Pa(表)

13.如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至

精储塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压

力为LO133xl()5pa。流体密度为SOOkg/n?。精储塔进口处的塔

内压力为1.21x105pa,进料口高于储罐内的液面8m,输送管道

直径为。68mmx4mm,进料量为20mVh。料液流经全部管道

的能量损失为70J/kg,求泵的有效功率。

解：在截面4A'和截面8-?之间列柏努利方程式，得

a+f+g4+M=R+4+gZ2+z%

P2p2J

0=1.0133x10$Pa；=1.21x105Pa；Z2-Z,=8.0m；

2、=70J/kg

%'=工［"20/3600-------m/s=L966m/s

A7—x(0.068-2x0.004)2

44

52

u/r（1.21-l.O133）xlO1.966noon舄⑺

W.=----------------+------+9.8x8.0+70J/kg

'8002J16

=（2.46+1.93+78.4+70）J/kg=175J/kg

M=卬，叱=20/3600x800x173W=768.9W

19.用泵将2XIO,kg/h的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持25.9

XlO?Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为。76mmX4mm的钢管，总长为35m,

管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器

内液面与管路出口的距离为I7m＜若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。（已知溶液的密度为

1073kg/m\黏度为6.3x10,Pa-s。管壁绝对粗糙度可取为0.3mm。）

解：在反应器液面1-1与管路出口内侧截面2-7间列机械能衡算方程，以截面1-11为

基准水平面，得

g4+号+叱=gz2+争/+Z4⑴

式中zi=0,22=17m,Wbi^O

ub2=———=---------2x1°-------m/s=1.43m/s

b2期,23600x0.785x0.0682x1073'’

4dP

0=25.9X103Pa（表）,c=0（表）

将以上数据代入式（1）,并整理得

叱=双4-4）+与++Z九

2P

259x103

=9.81X17+-^^++Yh,=192.0+y/2t.

2[073人午乙午

其中亨

e/d=0.0044

根据Re与e/d值，查得40.03,并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为

闸阀（全开）：0.43X2m=0.86m

标准弯头：2.2X5m=llm

故V/?f=（0.03X35+0.86+11+（）5+4）受1J/kg=25.74J/kg

0.0682

于是叱=（192.0+25.74）J/kg=217.7J/kg

泵的轴功率为

M=嗡潜W=L73kW

20.如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100mm的钢质放水管相连,

管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管压差计，其一臂与

管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度

为20m。

（1）当闸阀关闭时,测得/?=600mm、〃=1500mm；当闸阀部分开后时，测得R=400mm、

力=1400mm。摩擦系数4可取为0025,管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管

中流出多少水（n?）?

（2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。（闸阀全开时4

15,摩擦系数仍可取0.025。）

解：（1）闸阀部分开启时水的流量

在贮槽水面1-r与测压点处截面2・2,间列机械能衡算方程，并通过截面2-21的中心作

基准水平面，得

g%噢吟=gz,+当吟隹%1

式中0=0俵）

p2=pH&gR-夕电。gR=03600x9.81x0.4-1000x9.81xl.4IPa=39630Pa（表）

〃b2=0，Z2=0

4可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方

程知

P»2og^+h）=p„tgR（b）

式中h-1.5m,7?=0.6m

将已知数据代入式（b）得

=<13600x06

Z|1000-1.5m=6.66m

E%”(4+4吟=2.13d=(0.025X.+0.5)孝=2.13大

将以上各值代入式(a),即

2

9.81X6.66=£++2.13wb

21000

解得ub=3.13m/s

水的流量为匕=3600%2曲=（3600x0.785x0.12x3.13）m3/s=1.43m7s

（2）闸阀全开时测压点处的压力

在截面i-r与管路出口内侧截面33间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面,

得

g4+号+a=gz#号+殳+2*⑹

2P2p

式中zi=6.66m,Z3=0,«bi=0»p\=P3

EySJJ或容0.025（含15）+0.5乎=4.8麻

将以上数据代入式（c）,即

9.81X6.66=<+4.81加2

2

解得ub=3.13m/s

再在截面1-1,与2-2•间列机械能衡算方程，基平面同前，得

g4+华+2=g4+£+匹+E*(d)

2P2p

式中zi=6.66m,Z2=0>Wbi^0,例2=3.51m/s,pi=0(表压力)

Z*=(0025言+0.5)与J/kg=26.2J/kg

将以上数值代入上式，则

9.81x6.66=++26.2

210C0

解得“2=3.30XIO,Pa（表压）

第二章流体输送机械

1.用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之

前A、C两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39m3/h,

此时泵的压头为38m。已知输油管内径为100mm,摩擦系数为0.02；油品密度为810kg/m\

试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。

习题1附图

解：（1）管路特性方程

甲、乙两地油罐液面分别取作1-1'与2-2'截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间

列柏努利方程，得到

&=K+Bq：

由于启动离心泵之前〃A=PC,于是

K=AZ+包=0

P8

则He=Bq；

又&=H=38m

8=[38/（39）2]h2/m5=2.5X102h2/m5

则乩=2.5x10”屋（班的单位为nP/h）

（2）输油管线总长度

m/s=1.38m/s

工曰，，2gdH2x9.81x0.1x38

于是/+1=°■=------------—m=1960m

cAu20.02xl.382

2.用离心泵（转速为2900r/min）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表

和出口压力表的读数分别为60kPa和220kPa,两测压口之间垂直距离为0.5m,泵的轴功

率为6.7kW。泵吸入管和排出管内径均为80mm,吸入管中流动阻力可表达为=3.0靖

（“I为吸入管内水的流速，m/s）o离心泵的安装高度为2.5m,实验是在20°C,98.1kPa

的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。

解：（1）泵的流量

由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到

°=g4+—+-y+

p乙

将有关数据代入上式并整理，得

60xIO?

3.5M,2=----------------2.5x9.81=35.48

1000

%=3.184m/s

则<7=(-x0.082x3.184x3600)m3/h=57.61m3/h

4

(2)泵的扬程

„„„,「(60+220)x1()3]

H=H.+H^+h=--------------1-0.5m=29.04m

n[1()00x9.81

(3)泵的效率

强丝=29.04x57.61xl000x9.81xi()0%.％

1000P3600x1000x6.7

在指定转速下，泵的性能参数为：(7=57.61m3/h”=29.04mP=6.7kW片68%

5.用离心泵将真空精储塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为32.5kPa(即

输送温度下溶液的饱和蒸汽压)。已知：吸入管路压头损失为1.46m,泵的必需气蚀余量为

2.3m,该泵安装在塔内液面下3.0m处。试核算该泵能否正常操作。

解：泵的允许安装高度为

”=P「Pv-NPSH-Hfg

Pg

式中Pa-/A=Q

Pg

贝jiHK=[-(2.3+0.5)-1.461m=-4.26m

泵的允许安装位置应在塔内液面下4.26m处，实际安装高度为-3.0m,故泵在操作时

可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移1.5m。

8.对于习题7的管路系统，若用两台规格相同的离心泵(单台泵的特性方程与习题8

相同)组合操作，试求可能的最大输水量。

解：本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。

(1)两台泵的并联

8.8+5.2xl0，g2=28—4.2X10%)2

解得：g=5.54X103m3/s=19.95m3/h

(2)两台泵的串联

8.8+5.2x105=2x(28-4.2x105)

解得：q=5.89X103m3/s=21.2m3/h

3

在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2m/h0

第三章非均相混合物分离及固体流态化

2.用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5m,宽5m,高4.2m,固体杂质为球

形颗粒，密度为3000kg/n?。气体的处理量为3000（标准）m'h。试求理论上能完全除去的

最小颗粒直径。

（1）若操作在20°C下进行，操作条件下的气体密度为1.06kg/n?,黏度为1.8x10-5pa”。

（2）若操作在420c下进行，操作条件下的气体密度为OSkg/n?,黏度为3.3x1（）5pa・s。

解：（1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：

273+20

3000x-----------

%=工------Am/s=0.03577m/s

bl3600x5x5

设沉降在斯托克斯区，则：

.=0.03577=《"「°"

18〃

18M4I18XI.8X1Q-5XO.O3577

=1.985xl0-5m=19.85pm

(P「P)gV(3000-1.06)x9.81

核算流型:

dutp=1.985xlO-^0.03577x1.06

Rq//=1.8xl()T0.0418<1

原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985xl（）5m。

（2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为:

273+420

3000x

273m/s=0.0846m/s

3600x5x5

设沉降在斯托克斯区，则:

18〃〃，_118x3.3x10sx0.0846

d==4.132xl0-5m=41.32n]n

(A-V(300C1-0.5)x9.81

核算流型:

d%P4.132xlQ-5x0,0846x0.5

3=0.0529<1

3.3x10-

原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132xl0-5m.

3.对2题中的降尘室与含尘气体，在427C下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10pm,

试确定降尘室内隔板的间距及层数。

解：取隔板间距为人令

Lh

厂7

则h=—u（1）

ut

3000273+427

q”二3600X273

m/s=0.1017m/s

hH5x4.2

10gm尘粒的沉降速度

如*=(10x^)2x(3000-05)x9.81=今954x叱m/s

18〃18x3.31x10-5

由(1)式计算〃

5

；・h=—=—x4.954xl(Tm=0.244

0.1017

层数〃=且=色-=17.2取18层

h0.244

,H4.2….

h=—=——m=0.233m

1818

核算颗粒沉降雷诺数：

dup10xl0^x4.954xlQ-4x0.5

{4

Re、4—3.3x1O-5=7,5x10<1

核算流体流型：

,2仍、2x5x0.233..,

---------x0.I017x0.5

―基9--------------=686<21'30

3.3x10-

10.板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长x宽x高为810mmx810mmx42mm，总

框数为10,滤饼体积与滤液体积比为v=0.1,过滤10min,得滤液量为1.31n?,再过滤10min,

共得滤液量为1.905n?,试求（1）滤框充满滤饼时所需过滤时间；（2）若洗涤与辅助时间

共45min,求该装置的生产能力（以得到的滤饼体积计）。

解：（1）过滤面积A=O.812x2xlO=13.122m2

由恒压过滤方程式求过滤常数

I.3124-2xl.3I\Z=13.1222X10X60A：

2

1.905+2x1.905匕=13.1222x20x60/C

联立解出匕=0.13760f,/C=2.010x105m2/s

恒压过滤方程式为『2+0.2752V-3461x10-^

匕=O.81xO.81xO.O42xlOm3=0.2756m3

V=^=2.756m3

v

代入恒压过滤方程式求过滤时间

0=(2.7562+0.2752x2.756)/(3.461x10-38=2414s=40.23min

(2)生产能力

0.2756

Q=-----£——m3/s=4.823xlO5m3/s=0.206m3/h

2414+45x60

11.在67xl（）3pa压力下对硅茨土在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数

K=5xl05m2/s,^=0.01m3/m2,滤饼体积与滤液体积之比“二0.08。现拟用有38个框的

8\4丫50/810-25型板框压滤机在134、10呼@压力下过滤上述悬浮液。试求：（1）过滤至滤框

内部全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕以相当于滤液量1/10的清水洗涤滤饼，求洗

涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min,求过滤机的生产能力（n?滤

液/h）。

解：（1）硅藻土，5=0.01,可按不可压缩滤饼处理

K=2khp,q,与2无关

232

△p=134xl()3pa时，/T=lxl0^m/s,qe=0.01m/m

匕=0.812x0.025x38m'=0.6233m3,A=38x2x0.812m2=49.86m2

V0.623337.7913,々，

V=-=---------m=7.791m3,q=--------m/nr=0.1563m/m

v0.0849.86

代入恒压过滤方程式求过滤时间

0.15632+2x0.01x0.1563=10一3

0-275.6s

(2)洗涤

匕=0.IV=0.7791m3

KA2_KA_10^x49.86

m3/s=3.748x10-3m3/s

8(丫+匕)-8(q+4)-8x(0.1563+0.01)

0.7791

s=207.9s

w0.003748

（3）生产能力

y7.7913

Q=m3/h=20.27m3/h

0++%(275.6+207.9+15x60)/3600

7.在一传热面积为25m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流

量为