化工原理习题ppt课件.ppt

1、6某流化床反应器上装有两个U形管压差计，如本题附图所示。测得R1400mm，R250mm指示液为汞。为防止汞蒸气向空间扩散，在右侧的U形管与大气连通的玻璃管内装入一段水，其高度R350mm。试求A、B两处的表压力。,解:,1,l0在如本题附图所示的贮油罐中装有密度为960kg/m3的油品，油面距罐底的高度为9.6m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760mm的人孔，其中心距罐底800mm，人孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23Mpa，问至少需要几个螺钉?,解：人孔中心处压力为：,则人孔平均受力为:,每个螺钉可以承受的力为：,需要的螺钉数目为：,2,12某厂用

2、 1144.5mm的钢管输送压力P2.0MPa(绝压)、温度为20的空气，流量为6300m3/h (标准状况)。试求空气在管道中的流速、质量流速和质量流量。,解：质量流量为：,操作状态下气体密度为：,操作状况下气体流速为：,气体质量流速为：,截面面积为：,3,13从容器A用泵B将密度为890kg/m3的油品输送到塔C顶部。容器内与塔顶的表压力如本题附图所示，管子的规格为1144mm。油品的输送量为5.4xl04kgh-1，输送管路的全部阻力损失为122Jkg-1，试求泵的有效功率。,4,解：管内流体的流速：,以容器A的液面为截面1，以塔C为截面2；以地面为基准水平面。在1-2截面间列柏努利方程

3、：,整理得：,5,16如本题附图所示，为丙烯精馏塔的回流系统，即回流罐内的丙烯通过回流管返回至精馏塔顶。精馏塔顶的操作压力为1.3MPa(表压)，回流罐内液面上方压力为2.0MPa(g)。塔内回流管口距回流罐内液面的垂直距离为30m，回流管内径为140mm，丙烯精馏塔的回流量为4104kg/h，丙烯的密度为600kg/m3回流管路的全部阻力损失为150J/kg，试问将丙烯从回流罐送到精馏塔顶是否需要泵。,6,16解：以回流罐液面为基准水平面,不需要加泵。,塔顶部：,回流罐：,7,18求出下列流体在573.5mm的管内流动时如果保持层流状态允许的最大平均流速。 (1)20的水； (2)粘度为35

4、mPas及相对密度为0.963的重油； (3)20和0.1MPa下的空气。,解： 查得：20时水的粘度1.00510-3Pas，998.2kg/m3,取Re=2000则：,8,查得：20时空气的粘度18.110-6Pas ，1.205kg/m3,或：,9,20用泵将冷却水从水池输送到冷却塔，已知从水池到泵的吸入口管路的管径为1144mm、长度为10m，在吸入段管路上有1个90标准弯头、1个吸滤底阀；从泵的出口到冷却塔顶喷嘴的管路的管径为88.54mm、长度为36m，在排出段管路上有2个标准90弯头 1个1/2开度的闸阀。已知水温为20，塔内压力为69kPa(表压)，喷嘴进口处的压力比塔内压力高

5、lOkPa，输送管道的绝对粗糙度均为0.2mm；其它数据如本题附图上所示。要求水的流量为56m3/h，求泵所需的有效功率Pe。,10,解：查得：20时水的粘度=1.00510-3Pas，密度998.2kg/m3,吸入管路流速：,排出管路流速：,取地面为参考水平面，如图在11和22之间列柏努利方程：,其中：z1=-2m，p1=0，u1=0 z2=21m，p2=69+10=79kPa，u2=3.06m/s,11,查得：,90弯头阻力系数=0.75 底阀阻力系数=1.5 半开闸阀阻力系数=4.5,查得：,代入柏努利方程得：,12,21一定流量的液体在圆形直管内作层流流动。若管长和液体物性不变，而管径

6、减至原来的l/2，问阻力损失为原来的多少倍。,解：层流时，由哈根泊谡叶公式知：,如,则：,13,22液体在光滑圆形直管内作湍流流动。若液体的物性、管长和管径均不变，而流量增至成的2倍，问阻力损失为原来的多少倍(设两种情况下，雷诺数均在31031105范围内),解：对光滑管：,若,则：,即：,由范宁公式：,14,23有一管壳式换热器，外壳内径为300mm，内装有60根管径为252mm的光滑管组成的管束。空气以3000m3h-1的流量在管外平行流过，空气的平均温度为30，换热器长度为4m。试估算空气通过换热器时的压力降。,解：30空气的物性：,15,以光滑管形式来确定：,则,16,25如图粘度为3

7、0mPas、密度为900kg/m3的液体自容器A流过内径为40mm的管路进入容器B。两容器均敞口，液面恒定。管路中有一阀门，阀前管长50m，阀后管长20m(均包括局部阻力的当量长度)。当阀门全关时阀前、阀后的压力表上读数分别为88kPa和44kPa。现将阀门开至1/4开度，此时阀门的当量长度为30m，试求；(1)管路的流量；(2)阀前、阀后压力表上的读数如何变化，为什么?,解：阀门全关时，可由静力学方程计算两槽液位高度：,A槽：,B槽：,取00为基准水平面，在两槽液面间列柏努利方程：,17,代入数据：,整理，得,假设,层流,设流动为层流，则有：,代入数据：,解得：u=0.735m/s,层流 ,

8、假设正确 u=0.735m/s,流量：,解得：u=1.14m/s 校核：,18,打开阀门后：由A向1列柏努利方程得：,其中：zA=h1，pA0，uA=0 z1=0 则：,阀前压力表读数变小。代入数据可得：,由2向B列柏努利方程得：,其中：z2=0 zB=h2，pB=0，uB=0,通常,很小，可忽略。则：p2变大。代入数据得：,19,26如本题附图所示，为一内径4m、高3.5m的敞口高位槽经管径为603.5mm的管路供水系统，总管长(包括局部阻力的当量长度)为80m，管壁绝对粗糙度=0.1mm。水的温度为20。试求(计算中忽略动能项)：,(1)当维持高位槽内水面恒定时，水的流量为多少； (2)使

9、流量提高1倍，问该增大管径还是增加槽高度呢？经过利弊分析，并选定方案进行具体计算(设/d不变)； (3)停止给高位槽补充水，高位槽内的水能维持多长供水时间(h)。,20,即：,设流动状态为湍流，并设,可得,代入柏努利方程可得：,解：20时水的粘度=1.00510-3Pas，密度998.2kg/m3 自高位槽液面至出口列柏努利方程，以地面为基准水平面。,其中：z1=10m，p1=0，u1=0 z2=2m，p2=0，u2=0,21,流量增加后：,若增加管径在水面与出口列柏努利方程：,其中：z1=10m，p1=0，u1=0 z2=2m，p2=0，u2=0,假定管路相对粗糙度不变，仍假定为完全湍流；则

10、：,计算得：,可以认为仍处于完全湍流区，假设成立。 所以取管径为60mm。763.5mm,22,查得：,在水面与出口列柏努利方程：,其中：z1=h，p1=0，u1=0 z2=2m，p2=0，u2=u,代入柏努利方程得：,23,流量增大一倍，对两种方法进行比较：高度：可能很高使设备的建设不易,操作费用提高很多；管径：建设改造相对容易一些因此选择增加管径比较合适。下表为二者的比较：,注：上表中数据计算依据：支架550mm；改后管径763.5mm。,24,自高位槽液面至流体出口列柏努利方程：,其中：z1=h，p1=0，u1=0 z2=2m，p2=0，u2=0,设不变，则：,代入柏努利方程可得：,25

11、,即：,整理得：,积分得：,设在dt时间内液面下降dh，则由物料衡算：,26,27用泵将20的液体苯从贮罐输送到反应器，经过排管，直管长度为42m，管路上有2个90标准弯头，1个半开的闸阀，管路出口在贮罐内液面以上12m。贮罐与大气相通，反应器在0.50MPa(表压)下操作。苯的流量为30L/min，试设计管径，并计算泵的有效功率Ne。,解：20时苯的密度为870kg/m3，粘度=0.66103 Pas 设流速为2.5m/s，则：,选用252.5mm的无缝钢管。实际流速为：,查得：90标准弯头的阻力系数0.75，半开闸阀阻力系数4.5,自储槽液面至管路出口列柏努利方程：,27,其中：z1=0，

12、p1=0，u1=0 z2=12m，p2=0.5Mpa，u2=0,取0.15mm，则：,查得：0.037,代入上式得：,28,29有一水平输送原油的管路，管径为29912mm，总长度为42m，原油的流量为62.5m3/h，密度和粘度分别为910kg/m3和300mPas，管路两端压差保持不变。试问： (1)在管路下游l/3处并联一条同样直径的管子时，原油输送流量会增加到多少？ (2)欲使原油流量增加50，需要并联多长的管子?,解：在管路下游1/3并联一条同样直径的管子时： 并联前的,29,由于流体的粘度较大，可假设并联管路后仍为层流，并联后的阻力：,由于,即,解得：,检验：,假设成立,30,若使

13、原油流量增大50%，则,设需并联的管子长度为,则在并联后的总阻力为：,由于,则有,即,代入数据可得,即需并联28km的同样直径的管路。,31,3420的水在88.54mm的管内流动，水的流量为10m3/h。在管路中装有一孔径d0为25mm的标准孔板，试计算U形管压差计的读数(mmHg)及孔板的永久压力降。,解：,查得：,由,32,33,35在1605mm的空气管路上安装有一孔径为75mm的标准孔板，孔板前空气压力为1.2xl05Pa，温度为25。问当U形管压差计的读数为145mmH20时，流经管道的空气质量流量为多少?,34,在定值区，假设正确，则认为此即为管内的实际流速, 则,35,36在l

14、084mm的输送轻油管路上，安装了一个标准孔板流量计以测量轻油的流量。已知孔板的孔径为60mm，在操作温度下轻油的密度和运动粘度分别为770kg/m3和110-6m2/s。当U形管压差计读数为1250mmH2O时，轻油的体积流量和质量流量各为多少?当流量系数C为常数时，U形管压差计的最小读数Rmin为多少?,解：,先假设,为定值，由,查图得,36,再由此查得,如上法计算后得,再由此查得,基本不变，则认为此即为管内的实际流速,当C0为常数时，查得：,由,37,37转子流量计出厂时以20和1.013105Pa条件下的空气进行标定的，现用来测定密度为0.96kg/m3的裂解气的流量，当读数为40m3/h时，裂解