化工原理習(xí)題(含答案)

1、-流體流動(dòng)部分1.某儲(chǔ)油罐中盛有密度為 960 kg/m3的重油(如附圖所示)，油面最高時(shí)離罐底 9.5 m，油 面上方與大氣相通。 在罐側(cè)壁的下部有一直徑為 760 mm的孔，其中心距罐底1000 mm ,孔 蓋用14 mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作壓力為 39.5 X 106 Pa,問(wèn)至少需要幾個(gè)螺釘(大氣壓力為101.3 X 103 P a)?解：由流體靜力學(xué)方程，距罐底 1000 mm處的流體壓力為33、,P P gh 101.3 10960 9.81 （9.5 1.0） Pa 1.813 10 Pa （絕壓）作用在孔蓋上的總力為F （P Pa）A=（1.813 103101.3

2、 103） - O.762N =3.627 104N4每個(gè)螺釘所受力為Fi39.5n10 -4230.014 N 6.093 10 N因此F/Fi3.6271076.093 103 N 5.95 6（個(gè)）習(xí)題1附圖習(xí)題2附圖2.如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè) U管壓差計(jì)。讀數(shù)分別為 R1=500 mm, R2=8O mm，指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴(kuò)散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度解：(1 ) A點(diǎn)的壓力R3=1OO mm。試求A、B兩點(diǎn)的表壓力。Pa水 gRs汞gR21000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 104Pa

3、（表）(2)B點(diǎn)的壓力PbPa汞 gR1.165 10413600 9.81 0.5 Pa 7.836 104Pa（表）精選文庫(kù)3、如本題附圖所示， 指示液為水銀，讀數(shù) 充入少量水，其高度可忽略不計(jì)。解：設(shè)管路中心處流體的壓力為PPa=Pa4、如本題附圖所示，高位槽內(nèi)的水位高于地面管路出口高于地面1.5 m。已知水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按刀管內(nèi)的平均流速（m/s ）。設(shè)流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)，試計(jì)算（1） 流量（m3/h）。解：（1） A- A截面處水的平均流速 在高位槽水面與管路出口截面之間列機(jī)械能衡算方程1 2 P1122 Ub1 一 gz2- Ub2gzP1（1） 式中代入式zi=7 m , ubi

4、0, pi=0Z2=1.5 m , p2=0 (表壓)(1)得(表壓)2,Ub2 =5.5 U9.81 79.811.5屛5.5ub27 m，水從0 108 mm X 4 mm的管道中流出，hf=5.5u2計(jì)算，其中U為水在A-A截面處水的平均流速；（2）水的，得r-水在管道內(nèi)流動(dòng)。為測(cè)量流體壓力，在管道某截面處連接 U管壓差計(jì), R=100毫米，h=800mm。為防止水銀擴(kuò)散至空氣中，在水銀液面上方 已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3K Pa試求管路中心處流體的壓力。P + 水 gh + p 汞 gR = PP=p0- p水 gh - p汞 gR=(101.3 X 103000 X 9.8x0.8-

5、13600 X 9.X 0.1)P=80.132k pa3ub 3.0m/s（2 ）水的流量（以m3/h 計(jì)）._3.14Vs Ub2 A 3.0 420.018 2 0.0040.02355m7s 84.78m3/h5、如本題附圖所示，用泵2將儲(chǔ)罐1中的有機(jī)混合液送至精餾塔3的中部進(jìn)行分離。已知儲(chǔ)罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓力為1.0133 105 Pa。流體密度為800 kg/m 3。精餾塔進(jìn)口處的塔內(nèi)壓力為1.21 105 Pa,進(jìn)料口高于儲(chǔ)罐內(nèi)的液面8 m，輸送管道直徑為 0 68 mm 4mm,進(jìn)料量為20 m3/h。料液流經(jīng)全部管道的能量損失為70 J/kg，求泵的有效功率。解：在截

6、面A-A和截面B-B之間列柏努利方程式，得2 2址牛 gZ1 We 色 gZ2hf2 2Ne2.46WsWe1.93 78.4 70 J kg 175J/kg20/3600 800 173W768.9W某液體以一定的質(zhì)量流量在水平直圓管內(nèi)作湍流流動(dòng)。 減至原來(lái)的1/2，問(wèn)因流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來(lái)的多少倍?解：流體在水平光滑直圓管中作湍流流動(dòng)時(shí)若管長(zhǎng)及液體物性不變，將管徑式中因此Pf =hfhf = Pf /L Ub2d 2-d1Ub2）2Ubihf2/ 2 / i I / -b2 =（）（?。ㄒ唬?hf11 d2蟲(chóng)=2 ,d2dr）2=4匹=（丄）（2）（4）2=32二hf1115又

7、由于0.316r 0.25Re=（西）0.25=（ _1）0.25=（ 2 X 1）0.25= （0.5） 0.25=0.8411Re?d?%4hf=32X 0.84=26.9hf1精選文庫(kù)167、用泵將2X 104 kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽（見(jiàn)本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持25.9 X 103 Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管道為76 mm X 4 mm的鋼管，總長(zhǎng)為35 m，管線上有兩個(gè)全開(kāi)的閘閥、一個(gè)孔板 流量計(jì)（局部阻力系數(shù)為4）、五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面與管路出口的距離為17 m。若泵的效率為0.7，求泵的軸功率。（已知溶液的密度為1073 kg/m3，黏度為6.3

8、 10-4 Pa s。管壁絕對(duì)粗糙度可取為0.3 mm o)r習(xí)題7附圖解：在反應(yīng)器液面 1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面 2-2，間 列機(jī)械能衡算方程，以截面2 匹P W2 egzi1-1,為基準(zhǔn)水平面，得22Ub2gZ2兀hf(1)式中Z1=0,z2=17 m, ub仔 01042m/s_d23600 0.785 0.0682 1073才p1=-25.9X 103 Pa 俵),p2=0 (表)將以上數(shù)據(jù)代入式(1),并整理得2/、 Ub2 P2 P1We g(z2 乙)2Ub2hf.-.23=9.81 X 17+143-+ 25.9 103 +1073hf =192.0+其中hf =(Le+2U

9、b221.43 m/shf0.068 1.430.63 10 31073=1.656X 105e/d 0.0044根據(jù)Re與e/d值，查得 Q0.03，并由教材可查得各管件、閥門(mén)的當(dāng)量長(zhǎng)度分別為閘閥（全開(kāi)）：0.43 X 2 m =0.86 m標(biāo)準(zhǔn)彎頭：hf =(0.03X2.2 X 5 m =11 m235 0.86 11 cu 八 1.43,z,+0.5+4) J kg =25.74J/kg0.068于是192.025.74 J/kg217.7 J/kg泵的軸功率為Ns=We w/217.7 23600 0.7W=1.73kW&如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的底部與 內(nèi)徑為100

10、mm的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個(gè)閘 閥，距管路入口端15 m處安有以水銀為指示液的U管壓差計(jì)，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計(jì)連接 管內(nèi)充滿了水，測(cè)壓點(diǎn)與管路出口端之間的直管長(zhǎng)度為20 m。（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，測(cè)得 R=600 mm、h=1500 mm ; 當(dāng)閘閥部分開(kāi)啟時(shí)，測(cè)得R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系數(shù) 可取為0.025，管路入口處的局部阻力系數(shù)取為 0.5。問(wèn)每小時(shí)從管中流出多少水（m3）?（2）當(dāng)閘閥全開(kāi)時(shí)，U管壓差計(jì)測(cè)壓處的壓力為多少15,摩擦系數(shù)仍可取 0.025。） 解：（1 ）閘閥部分開(kāi)啟時(shí)水的流量 在貯槽水面1-1,與測(cè)壓點(diǎn)處截面2-2，間列機(jī)械能

11、衡算方程，并通過(guò)截面2-2，的中心作基準(zhǔn)水平面，得2 “ Ub1 Pl gz1 2I5ni習(xí)題8附圖Pa （表壓）。（閘閥全開(kāi)時(shí) Le/dgz22Ub22P2hf,1_2(a)式中 p 1=0(表)P2HggRH2OgR13600 9.81 0.41000 9.81 1.4 Pa 39630Pa (表)Ub2=0, Z2=0Z1可通過(guò)閘閥全關(guān)時(shí)的數(shù)據(jù)求取。 程知當(dāng)閘閥全關(guān)時(shí),水靜止不動(dòng)，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方H2Og(z1h) HggR(b)式中 h=1.5 m, R=0.6 m將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得Z113600 0.61.5 m10006.66mI2hf!2 ( c)U 2.13Ubd 2

12、將以上各值代入式(a),即15U(0.025 0.5)2.13Ub0.12u 2396309.81 X 6.66=氏 +2解得 Ub 3.13m/s1000 +2.13 ub2水的流量為Vs 3600nd2Ub3600 0.785 0.12 3.13 m3/s 1.43m7s4（2）閘閥全開(kāi)時(shí)測(cè)壓點(diǎn)處的壓力1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面3-3，間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)管中心線作基準(zhǔn)平面,在截面得2Ub1Pi2gz32Phf,1_ 32(c)式中Z1=6.66 m，z3=0，Ub1=0,p1 = p32 2c) = 0.025G3- 15) 0.5 4.81u22 0.1 2Ub2將以上數(shù)值代入上

13、式,則3 5129.81 6.662 1000解得P2=3.30 X 104 Pa (表壓)P226.2h ( LLehf,1 3(-一d將以上數(shù)據(jù)代入式(C),即29.81 X 6.66=也+4.812再在截面1-1與2-2間列機(jī)械能衡算方程，基平面冋前，得22Ub1gz T2P gz,守P2f 2(d)式中Z1=6.66 m,Z2=0, Ub10,Ub2=3.51 m/s , p 1=0 (表壓力)1.53.512hf,1 20.0250.5J kg 26.2jkg解得 ub3.13m/s-蒸餾部分0。5 （苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同）的苯 -甲苯混合液，其0。95,釜液組成為0.05，試求（1

14、）餾出液流量及苯1、在一連續(xù)精餾塔中分離苯的含量為 流量為100kmol/h。已知餾出液組成為 的回收率（2）保持餾出液組成 0.95不變，餾出液最大可能流量。解：（I）出液的址爺柏筑的收率2 計(jì)辟 wgiirl（2）館出液的最大可能流量當(dāng)和=100%吋，獲得最丸可能液量，即II Tbnflc気兀二 咖心 kniol/h-52.63 kniul/h2、在連續(xù)精餾塔中分離 A、B兩組分溶液。原料液的處理量為100 kmol/h，其組成為0.45（易揮發(fā)組分 A的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和液體進(jìn)料，要求餾出液中易揮發(fā)組分的回收率為96%,釜液的組成為 0.033。試求（1 ）餾出液的流量和組成；（2）

15、若操作回流比為 2.65 , 寫(xiě)出精餾段的操作線方程；（3）提餾段的液相負(fù)荷。解：（1）餾出液的流量和組成由全塔物料衡算，可得qn,D Xd 0.96qn,FXF 0.96 100 0.45kmol/h 43.2 kmol/hqn,W Xw10.961000.45kmol/h 1.8kmol/hqn,W1 8kmol/h=54.55 kmol/h0.033qn,Dqn,Fqn,W10054.55 kmol/h=45.45 kmol/hXd43.20.950545.45(2) 精餾段操作線方程RxD2.65y x xR 1 R 13.65(3) 提餾段的液相負(fù)荷Xd啤 0.726X 0.2604

16、3.65qn,L qn,L qqn,F Rqn,D qn,F 2.65 45.45 100 kmol/h 220.4kmol/h3、在連續(xù)操作的精餾塔中分離兩組分理想溶液。原料液流量為50 kmol/h，要求餾出液中易揮發(fā)組分的收率為 94%。已知精餾段操作線方程為 y = 0.75X+0.238 ; q線方程為y = 2- 3x。 試求(1)操作回流比及餾出液組成； (2)進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料的總組成；(3)兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值Xq及yq； ( 4)提餾段操作線方程。解：(1)操作回流比及餾出液組成由題給條件，得解得0 75 及-0.238R 1R 1R = 3, xd = 0.952(2)

17、進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料液組成由于解得解得q = 0.75 (氣液混合進(jìn)料)，Xf = 0.5(3) 兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值Xq及yq聯(lián)立操作線及q線兩方程，即y 0.75X 0.238y 2 3xXq = 0.4699 及 yq = 0.5903(4) 提餾段操作線方程其一般表達(dá)式為qn,Lqn,Wy x Xwqn,Vqn,V式中有關(guān)參數(shù)計(jì)算如下:Aqn ,fXfqn,DXd0.94 50 0.5 kmol/h 24.68kmol/h0.952qn,Wqn,Fqn,D50 24.68 kmol/h = 25.32 kmol/hXw1 A qn,F Xfqn,w10.9450 5 0.059225.

18、3211.qn,Lqn,VRqn,D qqn,F3 24.68 0.75 50 kmol/h =111.54 kmol/hqn,L qn,W111.54 25.32 kmol/h = 86.22 kmol/hmmix 空2 0.0592 1.294X 0.0173986.22 86.22分A陽(yáng)如分JSS泳況該做平場(chǎng)栢時(shí)崔發(fā)度為？0,康爭(zhēng)酒址量為lOOktifilJh.it樸観狀態(tài)多戦滬I営出菠Xf為WLimIAl套炎浪組成為0山【易擺發(fā)組分的岸出分?jǐn)?shù)5 .試求(H操作 終強(qiáng)：由圾胰下一騒論放TF制沁血丸心解:本麺為從4S塔，即斥料由塔頂加人，0此該塔僅有提闔殳(1J按作線方程此為提席段操作找方fit即(2) &下層培坂下降濮相紐成由于再器相當(dāng)于一展理論扳、故,(XI2x1101V； = U.OI9I41 卡/ II T U-(J I心與yw符合攤柞關(guān)系則f .吐+(加歯7 (山畑7-JU的 r1 加-.1.667提8塔的塔頂一離沒(méi)有液相固;仁I(1( |JnV* =-a 0.01 = II .6671* = Ol11 -心 （丄*（XX門(mén)=O,75