化工原理流體習(xí)題及化工原理篩板塔精餾實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、化工原理流體習(xí)題及化工原理篩板塔精餾實(shí)驗(yàn)報(bào)告化工原理流體_題及化工原理篩板塔精餾實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1. 當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?50mmHg，測(cè)得一容器內(nèi)的絕對(duì)壓力為360mmHg，則真空度為_mH2O。測(cè)得另一容器內(nèi)的表壓強(qiáng)為980mmHg，則其絕對(duì)壓強(qiáng)為_KPa。 5.3mH2O；230.66KPa2液體在圓形管道中流動(dòng)，如果只將流量增加一倍后仍為層流流動(dòng)，則阻力損失為原來的_倍；如果保持流量不變只將管徑增加一倍，則阻力損失為原來的_倍。 2； 1/43已知某油品在圓管中穩(wěn)定流動(dòng)，其雷諾數(shù)為1600。測(cè)得此時(shí)管中心處的點(diǎn)速度為1m/s， 則此管截面上的平均速度為_m/s。 1/2（或0.5m/s）4. 水在

2、內(nèi)徑一定的圓形管中穩(wěn)定流動(dòng)，若質(zhì)量流量一定，當(dāng)溫度降低時(shí)，Re值將_。 減小5. 如圖所示，用離心泵將密封儲(chǔ)槽中的20C的水通過1002mm的管道送往敞口高位儲(chǔ)槽。兩儲(chǔ)槽液面高度差為16m，密封槽液面上真空表p1讀數(shù)為500mmHg（真空度），泵進(jìn)口處真空表p2讀數(shù)為290mmHg（真空度）。泵排出管路上裝有一個(gè)孔板流量計(jì)，其孔口直徑為70mm，流量系數(shù)為0.7，所接U型水銀壓差計(jì)讀數(shù)R為170mm。已知全部管路能量損失為36J/kg，試求：泵的輸水量(m3/h)。泵出口處壓力表p3的指示值(KPa)。(已知真空表與壓力表相距0.2m)包括全部局部阻力的當(dāng)量長度在內(nèi)的管路長度。（已知摩擦系數(shù)為

3、0.01）（1）（2）選低槽液面1-1和高液面4-4之間列伯努利方程：選泵進(jìn)出口為2-2和3-3截面列伯努利方程（3）1 當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為750mmHg，測(cè)得一容器內(nèi)的絕對(duì)壓強(qiáng)為350mmHg，則真空度為 mmHg。測(cè)得另一容器內(nèi)的表壓強(qiáng)為1340 mmHg，則其絕壓為mmHg。400； 20902 某水平直管輸水量為，今改為輸送的有機(jī)物，且。設(shè)兩種輸液下，流體均在層流下流動(dòng)，則管路兩端壓差為水的_倍。 43層流底層越薄，則以下結(jié)論正確的是 。CA、近壁處速度梯度越小 B、流動(dòng)阻力越小C、流動(dòng)阻力越大 D、流體湍動(dòng)程度越小4. 如圖所示，水流經(jīng)一擴(kuò)大管段d1=40mm， d2=80mm，已知d1

4、中水的流速為2.4m/s，倒U形壓差計(jì)中水位差R=150mm。試求：1）水流經(jīng)兩測(cè)壓點(diǎn)間的阻力損失hf （J/kg）； 2）如將粗管端抬高，使管段傾斜放置，而流量不變，問此時(shí)R的讀數(shù)如何變化？（定性說明，不必計(jì)算） 解：1）在兩測(cè)壓點(diǎn)間列伯努利方程，以管子軸線為基準(zhǔn)面，化簡(jiǎn)得， 由靜力學(xué)方程， 即， 2）粗管端抬高后，管段傾斜， 設(shè)抬高，由靜力學(xué)方程得，由伯努利方程有在水的流量不變情況下，該管段的流動(dòng)阻力損失不變， 因此R不變。1. 流體在變徑管中作穩(wěn)定流動(dòng)，在管徑縮小的地方其靜壓能 。減小2氣體的粘度隨溫度升高而 ，水的粘度隨溫度升高而 。增加；降低3測(cè)流體流量時(shí)，隨流量增加孔板流量計(jì)兩側(cè)壓

5、差值將 ，若改用轉(zhuǎn)子流量計(jì)，隨流量增加轉(zhuǎn)子（穩(wěn)定時(shí)）兩側(cè)壓差值將 。增加；不變4. 用泵將20水從敞口貯槽送至表壓為1.5105Pa的密閉容器，兩槽液面均恒定不變，各部分相對(duì)位置如圖所示。輸送管路為（2）若泵的效率為0.55，計(jì)算泵的軸功率。解：（1） uo =Co2gR(-)/0.5=0.6229.810.5(1000-850)/850 =0.816m/s Vh =0.8160.785(0.08)23600=14.76m3/h （2） 在貯油池和高位槽間列柏努利方程，化簡(jiǎn)得: We=hg+hfu=0.815(80/100)2=0.522m/sRe=0.10.522850/(19010-3)=

6、2342300=64/Re=64/234=0.274hf=0.274(1000/0.1)(0.5222/2)=373.3J/kgWe=209.81+373.3=569.5J/kgNe=WeWS/=569.5(14.76850/3600)/(10000.55)=3.61kw1. 測(cè)流體流量時(shí)，隨著流體流量增加，孔板流量計(jì)兩側(cè)壓差值將_，若改用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量，當(dāng)流量增大時(shí)，轉(zhuǎn)子兩端壓差值將_。、增大；不變2. 空氣的黏度隨溫度升高而 （增大，減小，不變）。增大3. 當(dāng)不可壓縮理想流體在水平放置的變徑管路中作穩(wěn)定的連續(xù)流動(dòng)時(shí)，在管子直徑縮小的地方，其靜壓力 。B（A）變大 （B）變小 （C）不變 （

7、D）不確定4. 在完全湍流區(qū)（阻力平方區(qū)），粗糙管的摩擦系數(shù)值 C（A）與光滑管一樣 （B）只取決與Re（C）只取決與相對(duì)粗糙度 （D）與粗糙度無關(guān)5. 常壓下，用水逆流吸收混合氣中氨的流程如圖所示，用泵將敞口水池中的水輸送至吸收塔塔頂，并經(jīng)噴嘴噴出，水流量35。泵的入口管為無縫鋼管，出口管為 無縫鋼管。池中水深為1.5m，池底至塔頂噴嘴入口處的垂直距離為20m。水流經(jīng)所有管路的能量損失為（不包括噴嘴），泵出口管與噴嘴連接處的表壓為。設(shè)初選泵的效率為60%，試求該初選泵的軸功率（水密度以計(jì)）。解：如圖，取水池液面為 1-1 截面，塔頂噴嘴入口處為2-2 截面，并以1-1截面為基準(zhǔn)水平面。在1-

8、1和2-2截面間列伯努利方程其中 （表壓），（表壓）噴頭入口處水流速將以上各值代入，可得輸送水所需的外加功 又因水的質(zhì)量流量為所以泵的有效功率為當(dāng)泵效率為60%時(shí)，其軸功率為1.某設(shè)備上方壓力表示數(shù)為53kPa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?02kPa，則該設(shè)備的絕壓為 kPa。1552.當(dāng)Re=1600時(shí)，流體在圓形管內(nèi)為層流時(shí)的摩擦系數(shù)=_；若流體在管內(nèi)為完全湍流流動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)與_無關(guān)，只是_的函數(shù)。0.04，Re，管子相對(duì)粗糙度3.某液體在內(nèi)徑為d0的水平管路中穩(wěn)定流動(dòng)，其平均流速為u0，當(dāng)它以相同的體積流量通過等長的內(nèi)徑為d2(d2=d0/2)的管子時(shí)，若流體為層流，則壓降m-3，粘度為6.510-

9、4 Pa =1000 kg/m3)在1 atm 下由泵以0.012 m3/s 從低位槽送往高位槽，如圖。泵前的吸入管長和管徑分別為6 m和80 mm，管內(nèi)的摩擦系數(shù)為0.02，泵前吸入管路（包括入口）的局部阻力系數(shù)之和為1.25。泵后的排出管長和管徑分別為13 m和60 mm，管內(nèi)的摩擦系數(shù)為0.03，泵后排出管路（包括出口）的局部阻力系數(shù)之和為8.15。兩液面的高度差H10 m，泵的吸入口比低位槽的液面高2 m。求: （1） 泵的有效功We，J/kg； （2） 泵的吸入口A和排出口B處的壓強(qiáng)（絕對(duì)壓強(qiáng)），Pa。 解：（1) 在斷面1-1和2-2之間列機(jī)械能衡算式，并移項(xiàng)整理得泵吸入管內(nèi)的流速

10、為u1泵壓出管內(nèi)的流速為u2 （2）以斷面1-1為基準(zhǔn)，在斷面1-1和A之間列機(jī)械能衡算式可得在斷面B和2-2之間列機(jī)械能衡算式可得篩板塔精餾實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解篩板精餾塔及其附屬設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，掌握精餾過程的基本操作方法。2學(xué)會(huì)判斷系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的方法，掌握測(cè)定塔頂、塔釜溶液濃度的實(shí)驗(yàn)方法。3學(xué)_測(cè)定精餾塔全塔效率和單板效率的實(shí)驗(yàn)方法，研究回流比對(duì)精餾塔分離效率的影響。二基本原理1全塔效率ET全塔效率又稱總板效率，是指達(dá)到指定分離效果所需理論板數(shù)與實(shí)際板數(shù)的比值：ENT完成一定分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù)，包括蒸餾釜；NP完成一定分離任務(wù)所需的實(shí)際塔板數(shù)，本裝置NP10。2圖解法求理論塔板數(shù)NT以

11、回流比R寫成的精餾段操作線方程如下：yyn+1精餾段第n+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分?jǐn)?shù)；xn精餾段第n塊塔板下流的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；xD塔頂溜出液的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；R泡點(diǎn)回流下的回流比。提餾段操作線方程如下：yym+1提餾段第m+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分?jǐn)?shù)；xm提餾段第m塊塔板下流的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；xW塔底釜液的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；L提餾段內(nèi)下流的液體量，kmol/s；W釜液流量，kmol/s。加料線（q線）方程可表示為：y其中，qq進(jìn)料熱狀況參數(shù)；rF進(jìn)料液組成下的汽化潛熱，kJ/kmol；tS進(jìn)料液的泡點(diǎn)溫度，；tF進(jìn)料液溫度，；cpF進(jìn)料液在平均溫度 (tS ? tF

12、 ) /2 下的比熱容，kJ/（kmol）；xF進(jìn)料液組成，摩爾分?jǐn)?shù)。（1）全回流操作在精餾全回流操作時(shí)，操作線在yx圖上為對(duì)角線，如圖1所示，根據(jù)塔頂、塔釜的組成在操作線和平衡線間作梯級(jí)，即可得到理論塔板數(shù)。圖1 全回流時(shí)理論塔板數(shù)確定（2）部分回流操作部分回流操作時(shí)，如圖2，圖解法的主要步驟為：A.根據(jù)物系和操作壓力畫出相平衡曲線，并畫出對(duì)角線作為輔助線；B.在對(duì)角線上定出a點(diǎn)(xD，xD)、f點(diǎn)(xF，xF)和b點(diǎn)(xW，xW)；C.在y軸上定出yCxD/(R+1)的點(diǎn)c，連接a、c作出精餾段操作線；D.由進(jìn)料熱狀況求出q，過點(diǎn)f作出斜率為q/（q-1）的q線交精餾段操作線于點(diǎn)d，連接點(diǎn)

13、d、b作出提餾段操作線；E.從點(diǎn)a開始在平衡線和精餾段操作線之間畫階梯，當(dāng)梯級(jí)跨過點(diǎn)d時(shí)，就改在平衡線和提餾段操作線之間畫階梯，直至梯級(jí)跨過點(diǎn)b為止；G.所畫的總階梯數(shù)就是全塔所需的理論踏板數(shù)（包含再沸器），跨過點(diǎn)d的那塊板就是加料板，其上的階梯數(shù)為精餾段的理論塔板數(shù)。圖2 部分回流時(shí)理論板數(shù)的確定本實(shí)驗(yàn)料液為乙醇水溶液，釜內(nèi)液體由電加熱器產(chǎn)生蒸汽逐板上升，經(jīng)與各板上的液體傳質(zhì)后，進(jìn)入盤管式換熱器殼程，冷凝成液體后再從集液器流出，一部分作為回流液從塔頂流入塔內(nèi)，另一部分作為產(chǎn)品餾出，進(jìn)入產(chǎn)品貯罐；殘液經(jīng)釜液轉(zhuǎn)子流量計(jì)流入釜液貯罐。三實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)主要操作步驟如下：1全回流（1）在貯罐中配制濃度2

14、1%(體積百分比)的料液，以泵混合均勻。打開進(jìn)料管路上的閥門，由進(jìn)料泵將料液打入塔釜，觀察塔釜液位計(jì)高度，進(jìn)料至釜容積的2/3處。（2）關(guān)閉塔身進(jìn)料管路上的閥門，啟動(dòng)電加熱管電源，逐步增加加熱電壓，使塔釜溫度緩慢上升。（3）打開塔頂冷凝器的冷卻水，調(diào)節(jié)合適冷凝量，并關(guān)閉塔頂出料管路，使整塔處于全回流狀態(tài)。（4）當(dāng)塔頂溫度、回流量和塔釜溫度穩(wěn)定后，分別取適量塔頂液（濃度XD）和塔釜液（濃度XW），待其冷卻至室溫后，以密度計(jì)測(cè)量其體積百分比。2部分回流（1）在儲(chǔ)料罐中配制一定濃度為21%的乙醇水溶液。（2）待塔全回流操作穩(wěn)定時(shí)，打開進(jìn)料閥，調(diào)節(jié)進(jìn)料量至適當(dāng)?shù)牧髁?。?）控制塔頂回流和出料兩轉(zhuǎn)子流量

15、計(jì)，調(diào)節(jié)回流比R為3。（4）打開塔釜?dú)堃毫髁坑?jì)，調(diào)節(jié)至適當(dāng)流量。（5）當(dāng)塔頂、塔內(nèi)溫度讀數(shù)以及流量都穩(wěn)定后，即如全回流第4步取樣測(cè)定體積百分比。四實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)如表1：表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)全回流部分回流塔頂溫度/77.677.7塔底溫度/91.791.9進(jìn)料液溫度/3434入口進(jìn)料流量/(m3/h)11.011.0入口進(jìn)料液濃度/%21xF=0.094221xF=0.0942塔頂出口流量/(m3/h)1塔頂回流流量/(m3/h)3塔頂產(chǎn)物 質(zhì)量濃度/%95xD=0.88493.5xD=0.849塔底產(chǎn)物質(zhì)量濃度/%13xW=0.055212xW=0.05082全回流操作全回流圖見圖3圖3 全回流示意圖圖中階梯數(shù)為12，即全回流理論塔板數(shù)NT=12-1=11。而實(shí)際塔板數(shù)NP=16。故全塔效率E3.部分回流回流比R=3時(shí)，部分回流圖見圖4圖4 部分回流圖圖中階梯數(shù)為13，即部分回流理論塔板數(shù)