化工原理計(jì)算題例題

1、計(jì)算題1（15分）在如圖所示的輸水系統(tǒng)中，已知管路總長度（包括所有當(dāng)量長度，下同）為 100m,其中壓力表之后的管路長度為 80m, 管路摩擦系數(shù)為0.03,管路內(nèi)徑為0.05m, 水的密度為1000Kg/m3,泵的效率為0.85, 輸水量為15m3/h。求：（1）整個(gè)管路的阻力損失，J/Kg ；（2）泵軸功率，Kw ；（3）壓力表的讀數(shù)，Pa。解：（1）整個(gè)管路的阻力損失，J/kg ；精選文檔則 hfd 20.052 -)2.12m/s0.03 衛(wèi)00.052.1222135.1J /kg（2）泵軸功率，kw ；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

2、面為基準(zhǔn) 水平面，有:其中,2gHo號(hào)吧叫g(shù)H2Ul2Pihf,o ihf 135.1J/ kg ,u= Ui=0, pi= pd=0 （表壓），Ho=O, H=20m代入方程得：We gHhf9.81 20 135.1 331.3J/kgWsVs1510003600Ne Ws We 1381.5w,n=80%,4.17kg /s1727w 1.727kw2 (15分)如圖所示，用泵將水從貯槽送至敞口高位槽，兩槽液面均恒定不變，輸送管路尺寸為 83x 3.5mm,泵的進(jìn)出口管道上分別安裝有真空表 和壓力表，真空表安裝位置離貯槽的水面高度H1為4.8m,壓力表安裝位置離貯槽的水面高度H2為5m。

3、當(dāng)輸水量為36m3/h時(shí)，進(jìn)水管道全部阻力損 失為1.96J/kg,出水管道全部阻力損失為4.9J/kg，壓力表讀數(shù)為 2.452X105Pa泵的效率為70%,水的密度為1000kg/m3,試求：(1)兩槽液面的高度差H為多少?(2) 泵所需的實(shí)際功率為多少kW?(3) 真空表的讀數(shù)為多少kgf/cm2 ?解：(1)兩槽液面的高度差H在壓力表所在截面2-2'與高位槽液面3-3'間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，得:gH22U22P2gH2U32P3hf,2 3其中，hf,2 3 4.9J/kg,ufO, P3=0,ps=2.452X IcfPa, H2=5m,us=Vs/

4、A=2.205m/s代入上式得：H 5 220522.452 105%29.74m2 9.81 1000 9.81 9.81(2)泵所需的實(shí)際功率在貯槽液面0-0'與高位槽液面3-3'間列柏努利方程，以貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，有:2 2gHohf,0 3Uo P0U3 P3We gH2 2其中,hf,0 36.864.9J / kg ,U2= U3=0, P2= P3=0,Ho=0，H=29.4m代入方程求得:We=298.64J/kg Ws Vs故 NeWsWe 2986.4w，n=70%，363600N Ne1000 10kg/s4.27kw(3)真空表的讀數(shù)在貯槽液面0-0

5、'與真空表截面1-1 '間列柏努利方程,有:gH o2U1P12h f ,01其中，hf ,o 11.96J / kgHo=O ,u)=o,po=0,H1=4.8m,Ui=2.205m/s代入上式得,Pi1000(9.81 4.820.525kgf / cm22.2051.96)5.15 104 Pa3用離心泵把20°C的水從儲(chǔ)槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。各部分相對(duì)位置如本題附圖所示。管路的直徑均為76mmx 2.5mm，在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.66X 103Pa水流經(jīng)吸入管與排出管（不2 2包括噴頭）的能量損失可分別按hz 2u與hf,2

6、10u計(jì)算，由于管徑不變，故式中u為吸入或排出管的流速 m/s。排水管與噴頭連接處的壓強(qiáng)為98.07X 103Pa（表壓）。試求：（1）水在管內(nèi)的流速u; （2）泵的有 效功率；（3）已知泵的效率為60%,求操作條件下泵的軸功率。液流經(jīng)全部管道的能量損失為120J/kg，試求：（1）泵的出口管路中流體的流速；（2）泵的有效功率；（3）若泵的效率為65%，求泵的軸功率。STw-5 （15分）一臥式列管冷凝器，鋼質(zhì)換熱管長為 6m,直徑為©25X 2mm。冷 卻水在管內(nèi)流過，并從170C被加熱到37oC。流量為1.25kg/s,溫度為72oC 的烴飽和蒸汽在管外冷凝成同溫度的液體，烴蒸汽

7、的冷凝潛熱為315KJ/Kg。 已測得：蒸汽冷凝傳熱系數(shù)a o=8OOw/ （m2 oC），管內(nèi)側(cè)熱阻為外側(cè)熱阻的 40%，污垢熱阻為管內(nèi)側(cè)熱阻的70%。計(jì)算時(shí)可忽略管壁熱阻及熱損失。水的比熱為4.18KJ/ （ Kg oC）。試計(jì)算：（1）冷卻水用量；（2）換熱管的總 根數(shù)。（傳熱面積以外表面為基準(zhǔn)）。解:（1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準(zhǔn)），S ；由題意知，水以0.7m/s的流速在管內(nèi)流過，欲求 S，需先知道每程的管子數(shù)，每 程的管子數(shù)等于所需冷卻水的總流量與單管內(nèi)水的流量之比。兩流體交換的熱量為：Q Whrh 1.25 315394kw又Q WcCpc（t2 切，Cpc 4.1

8、8kJ / kg C，Qc pc(t2 tD3944.18 (3717 )4.713 kg / s2 2單管內(nèi)水的流量為：Wc1-d u 0.785 0.0210.7 1000 0.2423kg /s4W 4 713 每程所需管子數(shù)為：n1c19.5Wc10.2423取每程管子數(shù)為20,則每程所能提供的傳熱外表面積為：S,d°l n10.025 20 34.71m6（ 15分）有一換熱器，管內(nèi)通90C的熱流體，膜系數(shù)換熱管的總根數(shù)；由所需的總傳熱面積可求取換熱管的總根數(shù)。由題給數(shù)據(jù),QKoS。tm0.7 0.4 丄)o0.7 0.4 丄)800tmt1t2(72 17)(7237)小

9、44.25 Ct1,7217In -In -t27237則任務(wù)所需的傳熱外表面積為：Q394,- 2So18.7mKotm0.4762 44.25SodoIn21 為 1100w/m換熱管總根數(shù)為：Son18779.4dol0.025 3取n 802管外有某種液體沸騰，沸點(diǎn)為 50C，膜系數(shù)2為5800w/mC。試求以下兩種情況下的壁溫：（1）管壁清潔無垢；（2）外側(cè)有污垢產(chǎn)生，污垢熱2阻為 0.005m C /w解：忽略管壁熱阻，并假設(shè)壁溫為 Tw（1）當(dāng)壁很薄時(shí)，根據(jù)壁兩側(cè)的對(duì)流傳熱方程式可得：TTwTwt90 TwTw 5011111211005800則Tw 56.4 C同理T TwTw

10、 t90 TwTw 501丄R0110.0051211005800則T w 84 C由此可知，壁溫總是比較接近熱阻小的那一側(cè)流體的溫度。7（ 15分）在一單程逆流列管換熱器中用水冷卻空氣，兩流體的進(jìn)口溫度分 別為20C和110C。在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為 45C和40C，使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量和進(jìn) 口溫度不變的情況下，冷卻水出口溫度降至38C，試求：（1）空氣出口溫度為多少？ （ 2）總傳熱系數(shù)為原來的多少倍？（ 3）若使冷卻水加大一倍， 空氣流量及兩流體進(jìn)口溫度不變，冷熱流體的出口溫度各為多少？（水>> 空氣）（4）冷卻水流量加大

11、后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌伲拷猓菏褂贸跗谑褂靡荒旰?10C40 C110C t245C 20 C38 C 20C(1)空氣出口溫度t2題意可得：使用初期Q WcCpC(t2t1)WhCph(T,T2)KS tm(1)使用一年后Q 2WcC pc(t2ti)WhCph(TiT2)KS tm(2)兩式相比(2) / (1)則：-(2)總傳熱系數(shù)Ktmtm，得(110=59.6 C/K(T1 t2)T2)(110(3840)20)(45 20)t2InT21(110 38) (59.2儲(chǔ) 34.2 C2020)72 39.64 3859.62039.654.2 C(38 20)(45 2

12、0)54.238.2K K 0.50%方程(2)式 /(1)式，得：(3)冷熱流體的出口溫度t2及T2一年后QWcC pc (t2t1 ) WhC ph (T1T2)K S tm( 3)Q2WcCpc(t2 tj WhCph(T1T2)K S tm(4)方程(4)式/(3)，得：110 T22(t2 20) K 1(110 t2) (T2 20)整理前半式的方程又因由等比定理整理得,聯(lián)立(5)和110空氣，59.638 20 K 54.2ln3T220t239.6K空氣，0.179T21(5)20)110 59.6 9(110 T2) (t2154.2(110t2)(T2 20)In心T220

13、ln3化54.2T220t2153 T2(6)，可得:t229.4 C，(6)T2 57.5 C(4)冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌?tm(110 29.4)(57.5 20)110 29.4 In57.5 2080.6 37.5C56.3 C80.6In37.5QQm 56354.21.048在一單程列管式換熱器中，欲用水將15000kg/h的煤油從140C冷卻到40C,水的進(jìn)、出口溫度分別為 30C和40C,兩流體逆流流動(dòng)。煤油的平均比熱容為2.3kJ/(kg?C),水的平均比熱容為4.187 kJ/(kg?C)。若換熱器的總傳熱系數(shù)為300W/(m2?C),試求：(

14、1)冷卻水的流量；(2)換熱器的對(duì)數(shù)平均溫度差A(yù)m； (3)換熱器的傳熱面積S。9在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含氨 5% （體積）的空氣一氨混合氣中 的氨，已知混合氣量為2826mf/h （標(biāo)準(zhǔn)狀況），氣體空塔速度為1m/s，平 衡關(guān)系為丫=1.2X，以摩爾比為推動(dòng)力的氣相體積總傳質(zhì)系數(shù) KYa=180kmol/m3 h,吸收劑用量為最小用量的1.4倍，要求吸收率為98%, 試求：（1）溶液的出口濃度Xi （摩爾比）；（2）氣相總傳質(zhì)單元高度 Hog ；（3）氣相總傳質(zhì)單元數(shù)Nog ；10 （15分）一填料塔用清水逆流吸收混合氣中的有害組分A.已知操作條件下氣相總傳質(zhì)單元高度為1.5m,進(jìn)塔

15、混合氣組成為0.04（A的摩爾分率， 下同），出塔尾氣組成為0.0066出塔水溶液濃度為0.0134,操作條件下平 衡關(guān)系為Y=2.5X。試求：（1）液氣比為最小液氣比的多少倍？ （ 2）所需填料層高度？ （ 3）若氣液流量和初始組成不變，要求尾氣濃度降至0.0033求出此時(shí)填料層高度?解：（1）液氣比為最小液氣比的多少倍丫1X10.0410.040.0417丫20.00531 0.00530.00533L/V0.001281 0.001280.01297丫1 丫2X1 X20.04170.005330.0129702.804(L/V)min丫1 丫2丫1 丫20.0417 0.00533X1

16、X2y1/m0.0417/2.5(2)所需填料層咼度?(L/V)"n2.8042.i81.286Z H og N ogmV/L 2.5/2.804 0.892Nog匚 ln(11 SS)YX2丫2 mX2S1 0.892” 門心5.11o.892)04 °892故 Z HogNog1.5 5.117.67m(3)此條件下的填料層高度。0.0033丫20.003311 0.0033Nog1E11 0.8921n(17.52第 mX2S)-12Y2 mX20.0417 00.892)0.8920.00331 0SZ H og N og1.5 7.5211.28m11 (15分)

17、某填料吸收塔用含溶質(zhì)x2 0.0002的溶劑逆流吸收混合氣中的 可溶組分，采用液氣比 L/V=3，氣體入口質(zhì)量分?jǐn)?shù) y1 0.01回收率可達(dá)°.9°。已知物系的平衡關(guān)系為 y=2x。今因解吸不良使吸收劑入口摩爾 分?jǐn)?shù)升至X2 0.00035，試求：可溶組分的回收率 下降至多少？液相出塔 摩爾分?jǐn)?shù)X1升高至多少？解： (1)y y1 (1) 0.01 (1 0.9) 0.001mL/V2 0.6673Nog1 1下ln(1 N)yy2mx1 mx20.667 "(10.667) °.01°.000220.001 0.0002 20.6675.38當(dāng)X2上升時(shí)，由于 H不變，Hog不變N og H / H og也不變，即5.38ln(10.667) °.01°.00035 210.667y20.00035 20.667y20.0013y1 y2y0.010.00130.010.87（1）物料衡算V(y1 y2) L(X1 X2)X1 VL(y1y2) X2=1 (0.010.0013)30.000350.0032512 （20分）某填料吸收塔進(jìn)塔混合氣體中含苯 5% （體積百分?jǐn)?shù)），其余為 惰性氣體。吸收塔操作壓強(qiáng)為780mmHg,溫度為25C