化工原理作業(yè)答案

1、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(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 PbPa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

2、管壓差計(jì)。讀數(shù)分別為 R1=500 mm，R2=80 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 R3=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1.0133 105 Pa。流體密度為800 kg/m3。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

3、（J68 mm4 mm，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。Pa （表）P11.0133 105 Pa; p2 1.21 105Pa;8.0m;U10；hfU270J kg20 3600nd2314 0.0684m s22 0.0041.966 m s2 2WP2P1U2UehfWe1.21 1.0133 108001.96622_9.88.0 70 J kg246 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（見(jiàn)本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持25.9X 103 Pa的

4、真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管道為 76 mmX4 mm的鋼管，總長(zhǎng)為35 m,管線(xiàn)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 10-4 Pa s。管壁絕對(duì)粗糙度可取為 0.3 mm。）解：在反應(yīng)器液面基準(zhǔn)水平面，得2_P121-1,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,為gZi2Ub2 P2.W gz2hf2(1)Z2=17 m , Ub仟 0w2 1042ms 1.43ms.23600 0.785 0.0682

5、 1073d4P1=-25.9 X 103 Pa 表）,p2=0 （表）將以上數(shù)據(jù)代入式（1）,并整理得2Ub2 卩2 Pl式中Z1=0，Ub2We g(Z2 乙)223=9.81 X 17+ 25.9 10 +21073hfhf =192.0+hf其中hf =(LLe+ +2Ub2Re0.068 1.43 1073=1.656 X 1050.63 10e d 0.0044根據(jù)Re與e/d值，查得 后0.03，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)）：0.43X 2 m =0.86 m標(biāo)準(zhǔn)彎頭：2.2X 5 m =11 mhf =(0.03x235 0.86 11 +0.5+4)

6、號(hào) J kg=25.74J/kg0.068是We192.025.74 J kg217.7J kg泵的軸功率為W =1.73kW20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(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(mǎn)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

7、（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Pa （表壓）。（閘閥全開(kāi)時(shí)Le/d -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 基準(zhǔn)水平面，得2Ub1 Pigz1-式中P1=0（表）2-2間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)截面2-2,的中心作gZ22Ub2 2hf, 2(a)P2Hg gRH2ogR 13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 Pa 39630Pa(表)比2 = 0 , Z2=0Z1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(Z1h)HggR(b)式中h

8、=1.5 m,R=0.6 m將已知數(shù)據(jù)代入式（b ）得13600 0.610001.5 m6.66m2)Ubc )22.13u：(0.025 150.12U20.5)巴 2.13Ub2將以上各值代入式（a）,即9.81X 6.66= Ul + 39630 +2.13 Ub 1000T 1000解得 ub 3.13m s水的流量為3600 0.785 0.12 3.13 m3 s 1.43m3 s（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(xiàn)作基準(zhǔn)平面,ub1Pigza2ub3TP3hf,3(c)式中 乙=6.66 m , Z3=0 ,

9、 ub1=0 , P1=P3hf,13Le2 2中 0.% 15) 0.5 u4.81ub將以上數(shù)據(jù)代入式（c）,即29.81 X 6.66= u+4.81 ub22解得 ub 3.13m 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gz1 業(yè) R gz2 皿P2hf ,1 222式中Z1=6.66 m,Z2=0 , ub10,ub2=3.51 m/s , P1=0 (表壓力)hf,121 50.0250.53 512J kg 26.2J kg0.12將以上數(shù)值代入上式，則3.512P29.81 6.6626.22 2(d)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

10、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 m3/h ,此時(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(xiàn)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1-1與2-2截面，以水平管軸線(xiàn)為基準(zhǔn)面，在兩截面之間列柏努利方程，得到2HeK Bqe由于啟動(dòng)離心泵之前Pa= Pc，于是KZ =0g則He Bqe又HeH38 m38/(39)2h2/m 5=2.5X 10-2 h2/m 5He2.

11、5 10 2q2 (qe 的單位為 m3 */h )(2)輸油管線(xiàn)總長(zhǎng)度l Je_U d 2g393600n 0 01m/s=1.38 m/s42gdH2u用離心泵（轉(zhuǎn)速為le2.和出口壓力表的讀數(shù)分別為2 9.81 0.1 38 -m=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0.5 m,泵的軸功率60 kPa和220 kPa,兩測(cè)壓口之間垂直距離為2hf,0 13.0U1 ( U1_P12U12hf,o 1將有關(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 (上 0.

12、082 3.184 3600) m3/h=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Hqs g 29.04 57.61 1000 9.81s100%=68%1000P3600 1000 6.7在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：q=57.61 m3/hH=29.04 m P=6.7 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,該泵安裝在塔內(nèi)液面下

13、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 ,g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。8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 4.2 105 (|)2解得：q=5.54X 10-3 m3/s=19.95 m 3/h(

14、2) 兩臺(tái)泵的串聯(lián)52528.85.2 10 q 2 (284.2 10 q )解得：q=5.89X 10-3 m3/s=21.2 m 3/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 m3/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4.2 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))m3/h。試求理論上能完全除去的 最小顆粒直徑。(1)(2)解:若操作在20 C下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為 1.06 kg/m3,黏度為1.8 X 10Pa?s。 若操作在420 C下進(jìn)行，操作條件下的氣

15、體密度為 0.5 kg/m3,黏度為3.3 X 10Pa?s。(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：273 20q3000 -Ut竺273m s 0.03577 m sbl3600 5 5Ut0.03577d2( s )g1818 1.8 100.03577 1.985 105m 19.85 pm(3000 1.06) 9.81核算流型:1.985 10 5 0.03577060.0418 11.8 10 5原設(shè)滯流區(qū)正確,(2)計(jì)算過(guò)程與1.985 X 伽。能夠完全除去的最小顆粒直徑為(1)相同。完全能夠沉降下來(lái)的最小顆粒的沉降速度為:Utbl3000匹竺3600 了5%

16、S 0.0846m S設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則:設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則:5(3000 0.5) 9.8118 3.3 10.0846 4.132 105m 41.32.m核算流型:3.3 1054.132 105 O.。846 0.50.0529 1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 X 10n。3.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 p 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 427Uqv,s3600273 m s 0.1017m. sbH54.210 pm塵粒的沉降速

17、度Ut g186 210 1018 3.313000 0.59.81m s 4.95410 3 m s由(1)式計(jì)算h54.9540.1017H310 m 0.244m層數(shù)n4.20.24417.2取18層4 2m 0.233m18核算顆粒沉降雷諾數(shù)：dut10 10 6 4.954 10 40.5核算流體流型:RedeU3.3 10 57.5104 12bh 2 5 0.233( )u0.1017 0.55 686 21003.3 10510.板框壓濾機(jī)過(guò)濾某種水懸浮液， 總框數(shù)為10,濾餅體積與濾液體積比為 10 min,共得濾液量為1.905 m3,試求 助時(shí)間共45 min,求該裝置的

18、生產(chǎn)能力已知框的長(zhǎng)x寬x高為810 mm=0.1，過(guò)濾10 min，得濾液量為(1)濾框充滿(mǎn)濾餅時(shí)所需過(guò)濾時(shí)間； (以得到的濾餅體積計(jì))。810 mn 42 mm,1.31 m3,再過(guò)濾(2)若洗滌與輔解：(1)過(guò)濾面積A 0.81221013.122m2由恒壓過(guò)濾方程式求過(guò)濾常數(shù)1.3122 1.31Ve 13.12221060K1.90522 1.905Ve 13.122220 60 K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 0.042 10m3 0.2756m3Vc3V 2.756

19、m3v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 2414s40.23minVc(2 )生產(chǎn)能力0.2756 m3/s 4.823 10 5m3/s 0.206m3/h2414 45 60311 在67 10 Pa壓力下對(duì)硅藻土在水中的懸浮液進(jìn)行過(guò)濾試驗(yàn)，測(cè)得過(guò)濾常數(shù)2 2 20.81 m 49.86mK=5 x 105 m2/s , qe=0.01 m3/m 2，濾餅體積與濾液體積之比u0.08。現(xiàn)擬用有38個(gè)框的BMY50/810-25型板框壓濾機(jī)在134 103Pa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(mǎn)濾渣所需的時(shí)間

20、；(2)過(guò)濾完畢以相當(dāng)于濾液量1/10的清水洗滌濾餅，求洗滌時(shí)間； 液/h )。解:(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(m3濾(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)134 103Pa時(shí)，K 1 104m2/s, q 0.01m3/m22330.810.025 38m0.6233m , A 38 2Vc0.6233 33m 7.791m , v 0.08代入恒壓過(guò)濾方程式求過(guò)濾時(shí)間0.156322dm3/m249.860.1563m3/m20.01 0.1563 10275.6s(2)洗滌Vw0.1V0.7791m3

21、dVdVKA2KA10 4Vw/dV8V Ve8 q qe49.86m3/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 m2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4.17 kJ/(kg C )。有機(jī)溶液的溫度由110 C降至65 C,平均比熱容為 1.72 kJ/(kg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)溶液的處理量。解：Cp,c 4.17 kJ/(kg C )QWcCp,c(t2 tj28000 3 54.17 10338 25 W 4.22 105W3600求tm有機(jī)物11065水38