化工原理作業(yè)答案解析

1、3已知甲地區(qū)的平均大氣壓力為kPa，乙地區(qū)的平均大氣壓力為kPa，在甲地區(qū)的某真空設(shè)備上裝有一個(gè)真空表，其讀數(shù)為20 kPa。若改在乙地區(qū)操作，真空表的讀數(shù)為多少才能維持該設(shè)備的的絕對(duì)壓力與甲地區(qū)操作時(shí)相同？解：（1）設(shè)備內(nèi)絕對(duì)壓力絕壓=大氣壓-真空度=85.3 1 0 B點(diǎn)的壓力 Pb Pa汞 gR1.165 104 13600 9.81 0.5 Pa 7.836 1 04Pa（表）20 1 03 Pa 65.3kPa（2）真空表讀數(shù)真空度=大氣壓-絕壓=101.33 10365.3 103 Pa 36.03kPaz5.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R=500

2、mm艮=80mm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 R=100 mm試求A、B兩點(diǎn)的表壓力。解：（1） A點(diǎn)的壓力P1hfPa水gR3汞gR2 1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 1013.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 Pa。流體密度為800 kg/m3。精餾塔進(jìn)口處的塔內(nèi)壓力為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 43mm進(jìn)料量為20 m/h。料液流經(jīng)全部管道的能量損失為70 J/k

3、g ,求泵的有效功率。Pa （表）P1U1U21.0133 105 Pa; p21.21 105Pa;70J kg20 36003140.068 2 0.00448.0m;0；nd2hf-ms21.966 m s2 2WP2P1U2Ueg Z2乙hfWe1.21 1.0133 10應(yīng)9.828.0 70J kg800246 1.93 78.4 70 J kg 175J kg768.9W19.用泵將2X 104 kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽310 Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管道為 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 內(nèi)液面與管路出口的距離為17 m若泵的效率為

4、，求泵的軸功率。kg/m3,黏度為Pa s。管壁絕對(duì)粗糙度可取為解：在反應(yīng)器液面為基準(zhǔn)水平面，得2 Ub1 P1gz1 （見(jiàn)本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持X76 mmX 4 mm的鋼管，總長(zhǎng)為 35 m,4）、五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器 （已知溶液的密度為 10730.3 mm。）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 1-1，We gZ22Ub2P2-hf 2（1）式中 z 1=0, Z2=17 m, Ub仟 02 104Ub22ms 1.43 m s.23600 0.785 0.0682 1073d4P1 = X 10 Pa （表）,P2=0 （表）將以上數(shù)據(jù)代入式（1）,

5、并整理得2Ub2 P2 Pl=2X 17+ 1.4323+ 25.9 10 +1073hf =+hfLLe2UKO其中hf = （+ +b2d2hfWeg（Z2Z1）2Re dUb =_ 0.068 1.43 1073 = X 何0.63 103e d 0.0044根據(jù)Re與e/d值，查得 入=，并由教材可查得各管件、閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度分別為閘閥（全開(kāi)）： X 2 m =0.86 m 標(biāo)準(zhǔn)彎頭：X 5 m =11 m2故hf =X 35 0.86 11 +4)上、J kg =kg0.068 2是We192.025.74 J kg217.7 J kg泵的軸功率為W =20.如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位

6、維持不變。槽的底部與內(nèi)徑為100 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15m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F=600 mm h=1500 mm；當(dāng)閘閥部分開(kāi)啟時(shí)，測(cè)得R=400 mmh=1400 mm摩擦系數(shù)可取為，管路入口處的局部阻力系數(shù)取為。問(wèn)每小時(shí)從管中流出多3少水（m）?（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Pa （表壓）。（閘閥全開(kāi)時(shí)Le/d -15,摩擦系數(shù)仍可取。）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)

7、壓點(diǎn)處截面2-2，間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)截面2-2，的中心作 基準(zhǔn)水平面，得2Ub2P2(a)hf, 22 Ub1 Pigz1gz22式中P1=0（表）p2HggRH2ogR 13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 Pa 39630Pa (表)Ub2=0, Z2=0(b)Z1可通過(guò)閘閥全關(guān)時(shí)的數(shù)據(jù)求取。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 程知H2og(Z1 h)HggR式中h=1.5 m,R=0.6 m將已知數(shù)據(jù)代入式(b)得13600 0.610001.5 m6.66m15u2(0.025 一 0.5)巴 2.13ub0.12L2hf,i-2( - c)巴

8、2.13U：d 2將以上各值代入式(a),即v u 2 丄 39630 丄2 X = Ub + + Ub21000解得ub3.13m s水的流量為 V 3600nd2Ub 3600 0.785 0.123.13 m3 s 1.43m3 s4（2）閘閥全開(kāi)時(shí)測(cè)壓點(diǎn)處的壓力在截面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,得2Ub1Pigz12gZ32Ub3P32hf,3(c )式中Z1=6.66 m ,Z3=0,Ub1=0,P1=P32 2hf,1 3 （ -ec）Ub= 0.025C35 15） 0.5 也 4.81u：d20.12將以上數(shù)據(jù)代入式（c），即

9、2 2X = ub + Ub2解得ub3.13m s再在截面1-1，與2-2，間列機(jī)械能衡算方程，基平面同前，得2 2Ub1P1gZ1 -gZ22Ub22P2hf,1 2(d)式中Z1=6.66 m , Z2=0,Ub10 ,Ub2=3.51 m/s,P1=0 （表壓力）1 53.512hf1 20.0250.5-J kg26.2J kg0.12將以上數(shù)值代入上式，則9.81 6.663512P226.22 1000第二章流體輸送機(jī)械1 用離心油泵將甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情況如本題附圖所示。啟動(dòng)泵之前A C兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動(dòng)離心泵并將出口閥調(diào)至某開(kāi)度時(shí)，輸油量為39 m/h，此

10、時(shí)泵的壓頭為38 m=已知輸油管內(nèi)徑為 100 mm摩擦系數(shù)為；油品密度為 810 kg/m3。試求（1 ）管路特性方程；（2）輸油管線的總長(zhǎng)度（包括所有局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）。解：（1）管路特性方程甲、乙兩地油罐液面分別取作 間列柏努利方程，得到1-1與2-2截面，以水平管軸線為基準(zhǔn)面，在兩截面之2He K Bqe由于啟動(dòng)離心泵之前Pa=Pc,于是HeHeHeBq；H 38 m2 2 5- 2 2 538/(39)2h /m =x 10 h /m2.5 10 2q2 (qe 的單位為 nVh )（2）輸油管線總長(zhǎng)度l Je_ d 2g393600n 0 01m/s=1.38 m/s42.2gdH

11、2u用離心泵（轉(zhuǎn)速為le和出口壓力表的讀數(shù)分別為2 9.81 0.1 382m=1960 m0.02 1.3822900 r/min ）進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)。在某流量下泵入口真空表泵的軸功60 kPa和220 kPa,兩測(cè)壓口之間垂直距離為率為kW。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為80 mm吸入管中流動(dòng)阻力可表達(dá)為hf,o 13.0U12 ( U1為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為 2.5 m實(shí)驗(yàn)是在20 進(jìn)行。試計(jì)算泵的流量、壓頭和效率。解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之間列柏努利方程式（池中水面為基準(zhǔn)面）C, kPa的條件下，得到2P1 U10gZ11hf,。1將有

12、關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得2 60 1033.5u；2.5 9.81 35.481000u13.184 m/s則q (n 0.082 3.184 3600)卅巾=57.61 m 3/h43(60 220) 100.5 m 29.04m 1000 9.81(2) 泵的揚(yáng)程H H1 H2 ho(3) 泵的效率29.4 57.61 100 9& 100%=68%1000P3600 1000 6.7在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：q=57.61 m /hH=29.04 mP= kWn =68%5.用離心泵將真空精餾塔的釜?dú)堃核椭脸嘿A罐。塔底液面上的絕對(duì)壓力為 kPa(即輸送溫度下溶液的飽和蒸汽壓 )。已

13、知：吸入管路壓頭損失為 1.46 m泵的必需氣蝕余量為 2.3 m,該泵安裝在塔內(nèi)液面下 3.0 m處。試核算該泵能否正常操作。解：泵的允許安裝高度為Hg Pa Pv NPSH Hf,0 1g式中匕_Pv 0g則Hg (2.30.5)1.46m-4.26m泵的允許安裝位置應(yīng)在塔內(nèi)液面下4.26m處，實(shí)際安裝高度為-3.0m，故泵在操作時(shí)可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為安全運(yùn)行，離心泵應(yīng)再下移1.5 m。&對(duì)于習(xí)題7的管路系統(tǒng)，若用兩臺(tái)規(guī)格相同的離心泵(單臺(tái)泵的特性方程與習(xí)題8相同)組合操作，試求可能的最大輸水量。解：本題旨在比較離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)的效果。(1) 兩臺(tái)泵的并聯(lián)8.8 5.2 105q228

14、4.2 105 (|)2-333解得：q=x 10m/s=19.95 m /h(2) 兩臺(tái)泵的串聯(lián)52528.85.2 10 q 2 (284.210 q )_ 333解得：q=x 10m/s=21.2 m /h在本題條件下，兩臺(tái)泵串聯(lián)可獲得較大的輸水量21.2 m 3/h。第三章非均相混合物分離及固體流態(tài)化2用降塵室除去氣體中的固體雜質(zhì)，降塵室長(zhǎng)5 m,寬5 m,高m,固體雜質(zhì)為球形顆粒，密度為3000 kg/m3。氣體的處理量為 3000 (標(biāo)準(zhǔn))vn/h。試求理論上能完全除去的最小 顆粒直徑。(1) 若操作在20 C下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為kg/m 3,黏度為x 10-5Pa?s。

15、(2) 若操作在420 C下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為kg/m3,黏度為x 10-5 Pa?s。 解：(1)在降塵室內(nèi)能夠完全沉降下來(lái)的最小顆粒的沉降速度為：Utqv,s3000273 202733600 5 50.03577 m s設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則:Ut0.03577d2( s )g1818 ut(s )g18 1.8 105 0.03577(3000 1.06) 9.811.985 105m19.85 pm核算流型:Retdut1.985 10 5 0.03577 1.061.8 100.0418 1原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為x10 -5m。(2)計(jì)算過(guò)程與(1)

16、相同。完全能夠沉降下來(lái)的最小顆粒的沉降速度為:Utqv,sbl3000273 4202733600 5 50.0846 m sd18 3.3 105 0.0846(3000 0.5) 9.81Redut4.132 10 5 0.0846 0.53.3 100.0529 1設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則: 4.132 10 5m 41.32 pm核算流型:原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為x10 -5m3.對(duì)2題中的降塵室與含塵氣體， 在427 C下操作，若需除去的最小顆粒粒徑為10卩m試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。解：取隔板間距為h,令LhUUtL則h-Ut(1)u3000273 427U

17、qv,s3600273m s 0.1017m sbH54.210 pm塵粒的沉降速度6 210 103000 0.59.8118 3.314.954 10 3 m s由（1）式計(jì)算h4.9540.101710 3m 0.244m層數(shù)n4.20.24417.2取18層4 218m 0.233m18核算顆粒沉降雷諾數(shù)：dut10 10 6 4.954 10 40.53.3 10 57.5104 1核算流體流型:RedeU（型）ub h2 5 0.2335.2330.1017 0.53.3 10686 210010.板框壓濾機(jī)過(guò)濾某種水懸浮液，已知框的長(zhǎng)x寬x高為810 mm 810 mnh 42

18、mm,總框數(shù)為10,濾餅體積與濾液體積比為 ？=過(guò)濾10 min，得濾液量為 m，再過(guò)濾10 min , 共得濾液量為 m3，試求（1）濾框充滿濾餅時(shí)所需過(guò)濾時(shí)間；（2）若洗滌與輔助時(shí)間共 45 min , 求該裝置的生產(chǎn)能力（以得到的濾餅體積計(jì)）。解：（1）過(guò)濾面積 A 0.8122 1013.122m2由恒壓過(guò)濾方程式求過(guò)濾常數(shù)1.3122 1.31Ve 13.1222 10 60K1.90522 1.905Ve 13.122220 60K聯(lián)立解出 Ve 0.1376m3, K 2.010 10 5m2/s恒壓過(guò)濾方程式為 V20.2752V3461 10 3Vc 0.81 0.81 0.

19、042 10m30.2756m3Vc3V 2.756m3v代入恒壓過(guò)濾方程式求過(guò)濾時(shí)間2.75620.2752 2.756 / 3.461 10 3 s 2414s40.23min（2 ）生產(chǎn)能力VcwD0.2 7 563533m /s 4.823 10 m /s 0.206m /h 2414 45 60K=5X 10-5 m2/s , qe= m3/m2,濾餅體積與濾液體積之比u =?，F(xiàn)擬用有38個(gè)框的BMY50/810-25型板框壓濾機(jī)在134 103 Pa壓力下過(guò)濾上述懸浮液。試求： （1）過(guò)濾至濾框內(nèi)部全部充滿 濾渣所需的時(shí)間；（2）過(guò)濾完畢以相當(dāng)于濾液量1/10的清水洗滌濾餅，求洗滌

20、時(shí)間；（3）若每次卸渣、重裝等全部輔助操作共需15 min，求過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力（m?濾液/h ）。解：（1）硅藻土， s 0.01，可按不可壓縮濾餅處理K 2k p，qe與p無(wú)關(guān)p 134 103Pa時(shí)，K 1 10 4m2/s，q0.01m3/m20.812 0.025 38m30.6233m3，A 38 20.812m2249.86mVc0.6233 33cm37.791m3，v 0.08代入恒壓過(guò)濾方程式求過(guò)濾時(shí)間0.156322275.6s0.01 0.1563 10竺m3/m249.860.1563m3/m2（2）洗滌dV0.1V0.7791m3dVKA2KA10 4Vw/dV8 VVe8 qqe4986m3/s 3.748 10 3m3/s80.1563 0.010.7791s0.003748207.9s7.7913（3）生產(chǎn)能力m3/h 20.27m3/h275.6 207.9 15 60 /36007.在一傳熱面積為25 m的單程管殼式換熱器中，用水冷卻某種有機(jī)溶液。冷卻水的流 量為28 000kg/h，其溫度由25 C升至38 C,平均比熱容為kJ/（kg C ）。有機(jī)溶液的溫度由110 C降至65 C,平均比熱容為kJ/（kg C ）。兩流體在換熱器中呈逆流流動(dòng)。設(shè)換熱器的熱損失可忽略，試核算該換熱器的總傳熱系數(shù)并計(jì)算該有機(jī)溶