化工原理的計算題(最終版)

1、 【1】用離心泵把20C的水從開口貯槽送至常壓容器， 貯槽和容器內水位恒定, 相對位置如圖。吸入管直徑 78 X 4mm長20m,排出管直徑 66 X 3mm長 100m （各段均包括所有局部阻力的當量長度） ，摩擦系數均為0.02，離心泵特 性曲線為：He=30-6X 105qv2 （其中He為m, qv為m3/s）。求：1）管路流量 （m3/h） ; 2 ）若泵的效率為 65%求其軸功率。 解：（1）在貯槽液面 0-0與貯槽液面1-1間 列機械能衡算方程，并以0-0為基準水平面。 2 2 p0U2p1uf- _ 亠 z H -亠 Z1H f 0 j :-g2g；g2g, 其中，z0=0,

2、z1= 16m, p0= p1= 0 (表壓)，u0=0, u1=0 ：2g d入 d l 牛)q2 排 2 2 P UJU入s丨u排 8九/ l入 H f ,0 j( d 2g d 2g 80.02z 20100、22 (5 5)qf =232418.1qJ 3.142 9.810.075 0.065 因 He = H，有 He=30-6 X 105qv2=16+232418.1qv2 解得：qv= 0.0041 m3/s = 14.76 m3/h gHeqv/ =1000 X 9.81 X 19.914 H =16 - 232418.1q2( 2)He = 30-6 X 105X 0.00

3、412 = 19.914m ,Pa=Pe/ X 0.0041/0.65= 1232 W 【2】將2X 104 kg/h、45C氯苯用泵從反應器 A輸送到高位槽B （如圖所示），管出口處距反應器液面的垂 直高度為15 m,反應器液面上方維持 26.7 kPa的絕壓，高位槽液面上方為大氣壓，管子為？76mm X 4mm、 長26.6m的不銹鋼管，摩擦系數為0.0293。管線上有兩個全開的閘閥 Z 1 = 0.17、5個90標準彎頭Z 2 = 0.75。 45C氯苯的密度為 1075 kg/m3，粘度為6.5 X 10-4 Pa - s。若泵軸功率為 1.86kW，求泵效率。 U2 H P d ID

4、 T1 2 2 】I 去 A* qv 解：如圖，取1-1、2-2界面，以1-1截面為基準面, 2 2 也”嚴用汀凹工嚴、Hf 2gpg2g 2 1043 3 1 5.168 10，m3 s 1075 3600 :-g P1 = 26.7kPa, z1 = 0, u1=0 ; p2 = 101.3kPa, z2 = 15m 5.168 10/ =1 42 m s J 0.068 1.42 10755 Re41 .6 10 6.5X10 0.0682 4 z2 芋、Hf2 :g 2g ， 、Hf：二Hf,直 Hf,局，Hf,局 二Hf,進2Hf,閘 5Hf,彎 Hf 直 -U 0.02931421

5、.178m , d 2g0.068 2 9.81 日彳局=(0.5 2 0.175 0.75)1420.4717m 2X9.81 H =(101.3/6.7W03 比5 4178.4717 e 1075 9.812 9.81=23 83m =.9.81 = 1.30 *10A3W Pe = Heqv p = 23.83 *5.168*10-3*1075* 【3】 re1.30 103 e69.9% Pa1.86 103 如口圖所示輸水系統(tǒng)，已知管路總長度（包括所有當量長度，下同）為 100 m,壓力表之后管路長度為 80m， (1) 管路摩擦系數為0.03，管路內徑為0.05m，水的密度為10

6、00kg/m3，泵的效率為0.8，輸水量為15m3/h 整個管路的阻力損失，J/kg； （2）泵的軸功率， kW。 H1 解：(1 )整個管路的阻力損失，J/kg;由題意知， u =q15. =2.12m/s,22 A / (3600X0 052 V)V hf =九丄，二=0.03=135.1J / kg /4 d 20.052 （2）在貯槽液面0-0與高位槽液面1-1 間列柏努利方程，以貯槽液面為基準水平面 2 2 gH 0； +he =gH+瓦 h f ,0 4 貫 hf =135.1J/kg qm u0= u1=0 , p1= p0=0,H0=0 , H=20m，代入方程得: n 15

7、=qv1000 =4.17kg/s 3600Pe =qm Me =1381.5W -gH .：了 hf -9.81 20川135.1 -331.3J/kg Pa =Pe =1727W =1.727kW n =80% 【4】某生產過程每年欲得濾液 3800 m3 , 年工作時間5000hr，采用間歇式過濾機， 在恒壓下每一操作周期為2.5hr,其中過 濾時間為1.5hr，將懸浮液在同樣操作條 件下測的過濾常數為k10 6m2 s， qe /.5 x10 2m，濾餅不洗滌，求（1）所 需過濾面積（2）需要8 m2的過濾機幾 臺？ 【5】在恒壓下對某種懸浮液進行 已知：V -3800m3 / yea

8、r,工作 5000hr/ year,恒壓.w 汨 1.5hr, K =4 106m3 / s,qe 2.5 12m3/m2 V 3800 二.9m3 解：每一周期濾液量 5000/ 25恒壓過程 q2 - 2qqe =K q = ” K . q2二qe 4 106 1.5 3600 (2.5 10 匸)2 -2.5 10匸=0.124m3/m2 A=V 1.9 0.124 =15.3m2 n 一上竺 _1.91 人單_ 8 取n=2 2.5hr, 過濾，過濾10分鐘得濾液4升。 再過濾10分鐘得2升，如果繼續(xù) 10分鐘得到幾升？ 解：恒壓時V2 IVVeKA2. 422 4Ve 二KA2 10

9、 已知(4卡)2 42沁4+2) Ve=KA2(10 申0) .Ve =1L,KA2 =2.4L2/min .V2 2V2Ve=KA2.2 .2 = . .：4(-2 =10 亠 10 TOmin 解得：V1 =7.5L .：V2 =V2-V - . VT.5 _4 _2 =1.5L 【6】有一葉濾機，自始自終在恒壓過濾下過濾水懸浮液時，得到如下過濾方程q2 .20q =250.，在實際操 作中，先5min時間內做恒速過濾，此事過濾壓強自零上升至上述實驗壓強，此后做恒壓過濾，全部過濾時 間為20min。試求：（1）每一循環(huán)過程中每 m2過濾面積得到的濾液量（2）之后用相當于濾液總量1/5的 水

10、洗滌濾餅，洗滌時間為多少？. qm8.4L/m2 解:( 1)恒壓過濾 q2 2qqe=K.=10L/m2,K =250L2/m4 min 1 恒速過濾時 q2 q1qe =1/2K.即：q2 10q1 =2250 5. q20.5L/m2 恒壓過濾(q2-q2)2qe(qt) =K(. -.1)即:(q2-20.52)2 10 (q-2.5)= 25(2-5) 洗滌qw =1q =11.7L/m2 5葉濾機 K 2(q -qe) 250 2(58.4 10) =1.83L 【7】現(xiàn)有一底面積為5.0m2的降塵室，用以處理 20C的常壓含塵空氣。塵粒密度為 1800kg/m3，現(xiàn)需要 將直徑為

11、25卩m以上的顆粒全部除去。試計算： （1）該降塵室含塵氣體的處理能力，m3/s； （2）若在該降 塵室中均勻設置6塊水平隔板，則含塵氣體的處理能力為多少m3/s?已知20=1.2 kg/m3， 粘度卩=1.81 x 10-5Pa- s。 dmin（訂一：）9252 10（1800 42） 9.81 比 =呂 =0.034m/s 解: （1）假設顆粒沉降處于斯托克斯區(qū)，則沉降速度為1818 181 10 dminUt P 25漢10 *0.034 .2 Rep 空 1.50.056 ：:2 -1.81 10假設成立，氣體的處理量為 qV = Aut = 5 0034 = 0.17m3/s （2

12、）當均勻設置n塊水平隔板時，實際降塵室面積為（n+1 ）個A，所以氣體的處理量為 qV = （n+1）Aut =（6+1） x 5 x 0.034 = 1.19m3/s 【8】用一長2.0m、寬1.0m的降塵室，在20C常壓下處理1800m3/h的含塵空氣。=1.2kg/m3， =1.81 x 10-5Pa s，所含球形塵粒密度 2400kg/m3，試計算可被100%除下的最小顆粒的直徑。 解：設100%除去的顆粒沉降處于斯托克斯區(qū)qv=Aut ut 1800 A BL 2.0 1.0 3600 =0.25m/s dpmin _ J 18 用t _ 118X1.81X10 5X0.25 -(：

13、p Qg 一 (2400 -1.2) 9.81 =5.88 10 =58.8 m Rep _dmin5 58.8 10 鳥 0.25 1.2 1.81翅0豆 =0.974 ：2 因此假設成立，故可被 100%除下的最小顆粒的直徑 58.8 m 【9】常溫下，用長4m、寬2m、高2m, 含19層隔板的降塵室除去某含塵氣中的 塵粒。已知塵粒密度為 3000kg/m3，含塵 氣密度為1.30kg/m3 ,粘度為3.5 X 10-5Pa.s,塵粒直徑在10卩m以上，求該 降塵室的處理能力(m3/h)。解：設為層 流沉降： u,也也竺 Z)2 (3000 一!3)竺十7 10%s 18 18 3.5 1

14、0- Re mint ? 10 10-6 4.67 10 1.30 3.5T0-5 = 1.72 10：2 故假設正確。單層流量：qV單=Lbut= 4 X 2X 4.67 X 10-3 = 0.037m3/s；降塵室處理能力：qV= (19+1) qV 單=20 X 0.037= 0.74m3/s =2664m3/h 【10】一單殼程單管程列管換熱器，由 ？25mm X 2.5mm、長3m的鋼管束組成。流量為1.5kg/s的苯在管內 流動，由80 C冷卻到30C。冷卻水在管外和苯呈逆流流動，進口溫度為20C，出口溫度為50C。已知水 側和苯側的給熱系數分別為 1700W/(m2C )和900

15、W/(m2C )，苯的平均比熱容為 1.9X 103J/(kgC )， 鋼的導熱系數為45W/(m C )，污垢熱阻和換熱器的熱損失忽略不計。試求該列管換熱器的管子數 Q=KA tm=Kn n dL tm 其中 Q=qm1cp1 (T1-T2)=1.5 X 1.9X 103X (80-30)=142.5 X 103W=142.5kW d2/d1=25/20=1.25q 需，故能夠完成生產任務。 【12】列管式換熱器中，用飽和溫度126C的蒸汽將470m3/h的某一溶液從40C加熱到45C,采用38X 3mm的鋼管入=46.5W/(m K)，管長2m，試計算所需傳熱面積和管子根數n。已知水蒸汽a 仁 11600W/(m2 K);某溶液在管內流過 a 2=3700W/(m2 K)， p =1320kg/m3， 解：溶液吸收的熱量為 QL=qv p cpA t=470 X 1320X 3.4X (45-40) 3X 106W/h cp=3.4kJ/(kg (126126 K)