化工原理作業(yè)答案

1、化工原理作業(yè)答案 - 時 需 - - - - - 3.已知甲地區(qū)的平均大氣壓力為 85.3 kpa,乙地區(qū)的平均大氣壓力為 101.33 kpa,在甲 地區(qū)的某真空設(shè)備上裝有一個真空表， 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)備的的絕對壓力與甲地區(qū)操作時相同？ 解：（1）設(shè)備內(nèi)絕對壓力 絕壓=大氣壓-真空度= 85.3 1 0 3 20 1 0 3 pa 65.3kpa （2）真空表讀數(shù) 真空度=大氣壓-絕壓= 101.33 1 0 3 65.3 1 0 3 pa 36.03kpa z 5如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個 u 管壓差計。讀數(shù)分別為 r

2、 1 =500 mm， r 2 =80 mm，指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴散，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 3 =100 mm。試求 a、b 兩點的表壓力。 解：（1）a 點的壓力 p a 水 gr 3 汞 gr 2 1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 pa 1.165 10 4 pa （表） （2）b 點的壓力 p b p a 汞 gr 1.165 10 4 13600 9.81 0.5 pa 7.836 1 0 4 pa（ 表） 13.如本題附圖所示，用泵 2 將儲罐 1 中的有機混合液送至 精餾塔 3 的中部進行分離。已知儲

3、罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓 力為 1.0133 10 5 pa。流體密度為 800 kg/m 3 。精餾塔進口處的塔 內(nèi)壓力為1.21 10 5 pa，進料口高于儲罐內(nèi)的液面 8 m，輸送管道 直徑為 0 68 mm 4 mm，進料量為20 m 3 /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：在截面 a-a 和截面 b-b 之間列柏努利方程式，得 p 1 2 2 gz 1 w e 型也 gz 2 h f 2 2 p 1 1.0133 10 5 pa; p 2 1.21 10 5 pa; z 2 乙 8.0m; u 1 0； h f 70 j kg u 2 v v

4、 20 3600 m s 1.966 m s a n 2 3.14 2 d 2 0.068 2 0.004 4 4 2 2 w p 2 p 1 u 2 u 1 g z 2 h f w e 1.21 1.0133 10 800 1.966 2 2_ 9.8 8.0 70 j kg 246 1.93 78.4 70 j kg 175j kg 768.9w 19.用泵將 2 x 10 4 kg/h 的溶液自反應(yīng)器送至高位槽 （見本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持 25.9 x 10 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，總長為 35 m， 管線上有兩個全開的

5、閘閥、一個孔板流量計（局部阻力系數(shù)為 4）、五個標(biāo)準彎頭。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/m 3 ，黏度為 6.3 10 -4 pa s。管壁絕對粗糙度可取為 0.3 mm。） 1-1 ， 與管路出口內(nèi)側(cè)截面 2-2 , 間列機械能衡算方程，以截面 1-1 ， 為 解：在反應(yīng)器液面 基準水平面，得 2 _p1 2 gz i w e gz 2 2 u b2 p 2 - h f 2 （1）式中 , z 2 =17 m , u b 仟 0 w 2 10 4 2 ms 1.43ms .2 3600 0.785 0.06

6、8 2 1073 d 4 p 1 =-25.9 x 10 3 pa （表）,p 2 =0 （表 ） 將以上數(shù)據(jù)代入式（1）,并整理得 2 u b2 卩 2 pl u b2 w e g（z 2 乙） 2 2 3 1.43 25 9 10 =9.81 x17+ + + 2 1073 h f h f =192.0+ h f 其中 2 u b2 2 re 0.068 1.43 1073 0.63 10 3 =1.656 x e d 0.0044 根據(jù) re 與 e/d 值，查得 ； =0.03，并由教材可查得各管件、閥門的當(dāng)量長度分別為 閘閥(全開)： 0.43 x 2 m =0.86 m 標(biāo)準彎頭：

7、 2.2 x 5 m =11 m 2 h f =(0.03 x 35 0 - 86 11 +0.5+4) 11-j kg =25.74j/kg 0.068 是 w e 192.0 25.74 j kg 217.7 j kg 泵的軸功率為 n s = w e w/ 217.7 2 w =1.73kw 0.7 20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 mm 的鋼質(zhì)放水管相連， 管路上裝有一個閘閥，距管路入口端 15m 處安有以水銀為指示液的 u 管壓差計，其一臂與 管道相連，另一臂通大氣。壓差計連接管內(nèi)充滿了水， 測壓點與管路出口端之間的直管長度 為 20 m 。 （1）

8、當(dāng)閘閥關(guān)閉時，測得 r=600 mm、h=1500 mm ;當(dāng)閘閥部分開啟時， 測得 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。問每小時從管 中流出多少水（m 3 ）? （2）當(dāng)閘閥全開時，u 管壓差計測壓處的壓力為多少 15,摩擦系數(shù)仍可取 0.025。） 解：（1）閘閥部分開啟時水的流量 在貯槽水面 1-1 與測壓點處截面 基準水平面，得 2 u b1 pi g 乙 2 gz 2 2 u b2 2 pa （表壓）。（閘閥全開時 l e /d 2-2 ， 間列機械能衡算方程，并通過截面 2-2 , 的中心作 h f , 2 (

9、a) 式中 p 1 =0（表） p 2 hg gr h 2 o gr 13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 pa 39630pa (表) u b2 =0， z 2 =0 z 1 可通過閘閥全關(guān)時的數(shù)據(jù)求取。當(dāng)閘閥全關(guān)時，水靜止不動，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方 程知 h 2 o g(z 1 h) hg gr (b) 式中 h=1.5 m, r=0.6 m 將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得 13600 0.6 1.5 m 6.66m 1000 - 時磊忖亦- . . . . . hf,1-2 ( l j% 2.13u 2 (0.025 15 0.5) u b 2.13u b d 2 0.1

10、2 將以上各值代入式（ a),即 u 2 39630 2 9.81 x 6.66= u+ +2.13 u b 2 t 1000 解得 u b 3.13m s 水的流量為 v 3600 n d 2 u b 3600 0.785 0.1 2 3.13 m 3 s 1.43m 3 s 4 （2 ）閘閥全開時測壓點處的壓力 在截面 1-1 ， 與管路出口內(nèi)側(cè)截面 3-3 , 間列機械能衡算方程，并通過管中心線作基準平面, 得 2 2 9.81 x 6.66= u+4.81 u b 2 2 解得 u b 3.13m s 再在截面 1-1 ， 與 2-2 ， 間列機械能衡算方程，基平面同前，得 將以上數(shù)值

11、代入上式，則 解得 p 2 =3.30 x 10 4 pa (表壓) t .15m 2um j h l - 第二章流體輸送機械 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。啟動泵之 前 a、c兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動離心泵并將出口閥調(diào)至某開度時，輸油量為 39 m 3 /h , 此時泵的壓頭為 38 m。已知輸油管內(nèi)徑為100 mm ,摩擦系數(shù)為0.02;油品密度為810 kg/m 3 。 試求（1）管路特性方程；（2）輸油管線的總長度（包括所有局部阻力當(dāng)量長度） 。 解：（1）管路特性方程 甲、乙兩地油罐液面分別取作 列柏努利方程，得到 2 h e k bq e 由于

12、啟動離心泵之前 p a =p c ,于是 z 二=0 g 38/(39) 2 h 2 /m 5 =2.5 x 10- 2 h 2 /m 5 2.5 10 2 q 2 (q e 的單位為 m 3 /h) （2）輸油管線總長度 l je_u d 2g n 0.01 m/s=1.38 m/s 4 h e bq； h e h 38 m 2. 2gdh 2 u 用離心泵（轉(zhuǎn)速為 l e 和出口壓力表的讀數(shù)分別為 2 9.81 0.1 38 2 m=1960 m 0.02 1.38 2 2900 r/min ）進行性能參數(shù)測定實驗。在某流量下泵入口真空表 60 kpa 和 220 kpa,兩測壓口之間垂直

13、距離為 0.5 m，泵的軸功 率為 6.7 kw。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為 80 mm，吸入管中流動阻力可表達為 2 hf,0 1 3 . 0u1 （ 山為吸入管內(nèi)水的流速， m/s）。離心泵的安裝高度為 2.5 m，實驗是在 20 的條件下進行。試計算泵的流量、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（池中水面為基準面） c, 98.1 kpa ，得到 2 p 1 u 1 - 時 需 sr 彳 - - - - 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得 2 60 10 3 3.5u ； 2.5 9.81 35.48 1000 u 1 3.184 m/s 則 q

14、( 上 0.08 2 3.184 3600) m 3 /h=57.61 m 3 /h 4 (2) 泵的揚程 h h 1 h 2 h o (3) 泵的效率 hq s g 29.04 57.61 1000 9.81 o0/ s 100% =68% 1000p 3600 1000 6.7 在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為： q=57.61 m 3 /h h=29.04 m p=6.7 kw n =68% 5.用離心泵將真空精餾塔的釜殘液送至常壓貯罐。 塔底液面上的絕對壓力為 32.5 kpa(即 輸送溫度下溶液的飽和蒸汽壓 ) 。已知：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

15、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 h g p v npsh h f, 0 1 g 式中 匕_敗 0 g 則 h g (2.3 0.5) 1.46m -4.26m 泵的允許安裝位置應(yīng)在塔內(nèi)液面下 4.26m 處，實際安裝高度為-3.0m，故泵在操作時 可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為安全運行，離心泵應(yīng)再下移 1.5 m。 對于習(xí)題 7 的管路系統(tǒng)，若用兩臺規(guī)格相同的離心泵(單臺泵的特性方程與習(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) 兩臺泵的并聯(lián) 8.8 5.2 10 5 q 2 28 4.2 10

16、 5 (|) 2 解得： q=5.54 x 10 3 m 3 /s=19.95 m 3 /h (2) 兩臺泵的串聯(lián) 5 2 5 2 8.8 5.2 10 q 2 (28 4.2 10 q ) 解得： q=5.89 x 10- 3 m 3 /s=21.2 m 3 /h 在本題條件下，兩臺泵串聯(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 形顆粒，密度為 3000 kg/m 3 。氣體的處理量為 3000 (標(biāo)準) 最小顆粒直徑。 (1) 若操作在 20 c 下進行，操作條件下的氣體密度為 (2) 若操作在 420 c

17、下進行，操作條件下的氣體密度為 解: (1) 5 m，寬 5 m,高 4.2 m，固體雜質(zhì)為球 m 3 /h。試求理論上能完全除去的 1.06 kg/m 3 ，黏度為 1.8 10 -5 pa?s 0.5 kg/m 3 ，黏度為 3.3 0 -5 pa?s 在降塵室內(nèi)能夠完全沉降下來的最小顆粒的沉降速度為： u t bl 273 20 3000 - 273 m s 0.03577 m s 3600 55 設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則： 人 o.。 3577 叫嚴 d i 18 ut j 18 1.8 105 0.03577 1.985 10 5 m 19.85pm "( s )g , (3

18、000 1.06) 9.81 核算流型: 1.985 15 op 577 1.06 0.04!8 1 1.8 10 原設(shè)滯流區(qū)正確, (2)計算過程與 能夠完全除去的最小顆粒直徑為 1.985 0 -5 m。 (1)相同。完全能夠沉降下來的最小顆粒的沉降速度為: u t bl 設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則: 3000 3600 了 5 口 s 0.0846ms d 18 u t 18 3 . 3 105 . 0846 4.132 105 m 41.32 叩 "( s )g (3000 0.5) 9.81 核算流型: 4. 132 10 5 0 .0846 0.5 0.0529 1 3.3

19、10 5 解：取隔板間距為 h,令 l h u u t l 則 h -u t (1) u 3000 273 427 u qv,s 3600 273 m s 0.1017m s bh 5 4.2 原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為 4.132 0 -5 m。 3.對 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 pm 試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。 聯(lián)立解出 v e 0.1376m 3 , k 2.010 10 5 m 2 /s 恒壓過濾方程式為 v 0.2752v 3461 10 3 v c 0.81 0.81 0.042 10m 3 0.2

20、756m 3 v c 3 v 2.756m 3 v 代入恒壓過濾方程式求過濾時間 2.756 2 0.2752 2.756 / 3.461 10 3 s 2414s 40.23min （2 ）生產(chǎn)能力 0.2756 m 3 /s 4.823 10 5 m 3 /s 0.206m 3 /h 2414 45 60 3 u t g 18 6 2 10 10 18 3.31 3000 5 9. 81 記 4.954 10 3 m s 由(1)式計算 h 5 4.954 0.1017 h 3 10 m 0.244m 層數(shù) n 4.2 0.244 17.2 取 18 層 4 2 m 0.233m 18 核

21、算顆粒沉降雷諾數(shù)： du t 10 10 6 4.954 10 4 3.3 10 5 10 4 1 核算流體流型: re d eu 2bh 2 5 0.233 ( )u 0.1017 0.5 5 - 686 2100 3.3 10 5 10.板框壓濾機過濾某種水懸浮液， 已知框的長 k 寬 x 高為 810 mmx810 mm x 42 mm，總 框數(shù)為 10,濾餅體積與濾液體積比為 =0.1，過濾 10 min，得濾液量為 1.31 m 3 ，再過濾 10 min , 共得濾液量為 1.905 m 3 ,試求（1）濾框充滿濾餅時所需過濾時間； （2）若洗滌與輔助時間 共 45 min，求該裝

22、置的生產(chǎn)能力 （ 以得到的濾餅體積計 ） 。 解：（1）過濾面積 a 0.81 2 2 10 由恒壓過濾方程式求過濾常數(shù) 13.122m 2 1.31 2 2 1.31v e 13.122 2 10 60k 1.905 2 2 1.905v e 13.122 2 20 60 k - 時 需 sr 彳 - - - - k=5 x10 -5 m 2 /s, q e =0.01 m 3 /m 2 ，濾餅體積與濾液體積之比 u 0.08?，F(xiàn)擬用有 38 個框的 3 bmy50/810-25 型板框壓濾機在 134 10 pa 壓力下過濾上述懸浮液。試求： （1）過濾至濾框 內(nèi)部全部充滿濾渣所需的時間； （2）過濾完畢以相當(dāng)于濾液量 1/10 的清水洗滌濾餅，求洗 滌時間；（3）若每次卸渣、重裝等全部輔助操作共需 15 min，求過濾機的生產(chǎn)能力（m 3 濾 液/h）。 解：（1）硅藻土， s 0.01 ，可按不可壓縮濾餅處理 k 2k p ， q e 與 p 無關(guān) 275.6s (2)洗滌 （3）生產(chǎn)能力 m 3 /h 20.27m 3 /h 275.6 207.9 15 60 /3600 7.在一傳熱面積為 25 m 2 的單程