化工原理計算題

1/28p=p=p+pghz+p=常數(shù)qqp ：q=uAv圓管：u=qvd24q=qp=uApGm=v=upAAuAp=q=常數(shù)對任一截面：m對不可壓縮流體：uA=常數(shù)u2pu2pgz+1+1=u2pu2p12p22p不可壓縮、有外功加入的實(shí)際流體柏努利方程：gz+1+1+wgz+1+1+w=gz+2+2+h12pe22pfe2pf或h=入fd6、摩擦因數(shù)(系數(shù))入2/28PPevmeaηηη R2000RR2000Rdu層流(e)：e層流時直管摩擦阻力：h32lufgd2R3103~R3103~105e柏拉修斯(Blasius)式 (1)當(dāng)量長度法 (2)阻力系數(shù)法fflu2ed22 2PρgqHqWPρgqHevVVVV3hhhhf1f2f3fAB0VVV120VAV1V2V3B11223/28=gz+=gz+222=iρ gz+0+0=gzgz+0+ρ12ρ12ρf01Pρf02=常數(shù)11、畢托管(皮托管)q=Cv00ρ13、離心泵的安裝高度(防止汽蝕) (1)允許吸上真空(高)度HS：是指泵入口處P1可允許達(dá)到的最高真空度，其表達(dá)式為：H=aH=a1Sρgp則：001104/282222228m33壓力表2m1P-Pu2H=a1-1P-Pu2gρg2gρg2gf：H=H-1-xHgS2gf此式用于計算泵的安裝高度d個)uJ)uJ12Hg↑d個lJ管件J)xHJf (2)汽蝕余量編h：ρg2gρg靜壓頭動壓頭將此式代入上面的(a)式中，有：gρgpgf習(xí)題：解：(1)如圖取1-1、2-2截面，以1-1截面為基準(zhǔn)列柏努利方程：1p2e2p2f1p2e2p2f125/28PuPu23=gz+W3p3f322 l+lu2l+lu2fd20.052e2f有效功率emeve3600P=eP=e==855[J/s]an80%軸功率 (2)以3-3截面為基準(zhǔn)，在3-3、2-2截面間列柏努利方程：pu2pu2gz+3+3=gz+2pu2pu23p22p2f3232223W=入l+leu2=0.025801.4152=40.04[J/kg]f32d20.0521228m33壓力表32m1p3f3222222218m泵的吸入口在水池上方2m處，泵的吸入管路全部阻2m求：(1)泵的軸功率；6/28. 動壓頭可略)解：(1)如圖，取1-1、2-2截面，以1-1截面為基準(zhǔn)列柏努利方程：z+1+1+H=z+21pg2ge2pg2gf1一2泵的軸功率：n2 (2)gs2gfn2 (2)gs2gfg安裝高度合適。22112211問：(1)流量為10m3/h時輸送每立方米的水需外 (2)當(dāng)調(diào)節(jié)閥門使流量減到8m3/h時，泵的軸功將如何變化？(不考慮泵效率改變)解：(1)如圖，取1-1、2-2截面，以1-1截面為基準(zhǔn)列柏努利方程式：1p2e2p2f1一21212127/28.幾0.785人0.0524f1一2d20.052fW125.7此時需要壓頭為：H=e==12.8[J/N]=12.8[m]需g9.81H>H需故泵可以勝任。 (2)anvva原vv即變化后軸功率是原來的0.86倍?；騛改a原=vv==一14%PHq13.4人10a原v即變化后軸功率降低了14％。v.解：管流速：d2()2d2()21000z+1+1+z+1+1+H=z+2+2+h1pg2ge2pg2gf1一2z=0；z=20m；p=p；u=u=021212H=z+h=20+25u2=20+252.272=26.6[m]e2f1一22g29.81H=30.8m>H：可用e8/281=1= 傳熱傳熱溫度差△tm：熱流體△t1=50，tt2t=352傳熱溫度差△tm可用算數(shù)平均值：t+t50+35t=12==42.5m22℃m℃試求：(1)管程為單程時的列管長度(有效長度，下同)9/28. (2)管程為4程時的列管長度(總管數(shù)不變，仍為126根)(總傳熱系數(shù)：11db1dKaidi入a0d0)ptt總傳熱系數(shù)：(以管平均面積為基準(zhǔn))11db1d11230.002123Kad入adK52021171.16人10425ii00△t190△t230nmmmmKtmmmmmL=Am=44.28必4.87mmm (2)管程為4程時，只是αi變大：強(qiáng)制湍流時：αi＝0.023(λ/d)Re0.8Pr0.4，u變大，Re＝duρ/μ變大有a(4程)＝40.8αi(單程)＝40.8×520＝1576.34W/m2·℃1231234程時：K,aidi入a0d010/2811/28. m阻均忽略不計，而且不計熱損失，已知空氣在平均溫度下的物性常數(shù)：試求：(1)空氣在管的對流傳熱系數(shù)； (2)求換熱器的總傳熱系數(shù)(以管子外表面為基準(zhǔn))； (3)通過計算說明該換熱器能否滿足要求； (4)計算說明管壁溫度接近于哪一側(cè)的流體溫度。8000解：(1)空氣在管流速：444 (2)總傳熱系數(shù)(以管外徑為基準(zhǔn))：12/28. 11d11d A=mp21m△t1＝88△t2＝23ln1lnln1ln ooWoo所以：壁溫接近于蒸汽流體一側(cè)(或者說接近α大的一側(cè)流體溫度)13/28. 變，其出口溫度為多少？又若必須保證溶液原解：(1)110110tWmp21vp213600A=Q=612.5103=8.1m2傳熱面積：Ktm280027.5A＝nπd(2L)L＝A/(2nπd)=8.1/(2×30π×0.025)＝1.7m (2)所以：11d=0RKKdid=+0RKK 36002得：t2≈88℃措施：(1)提高加熱蒸汽溫度(調(diào)節(jié)蒸汽的壓力)； (2)清除污垢。14/28.水側(cè)污垢熱阻si，熱空水側(cè)污垢熱阻si，熱空氣側(cè)污垢熱阻(1)傳熱系數(shù)；解：已知o，i解：已知o，i11bddd=+R+o+Ro+oKaso入dsidad(1)omiii12.5103252525=+0.5103++0.58103+(2)若管對流給熱系數(shù)增大一倍，其他條件不變，即11bddd=+R+o+Ro+oKpaso入dsid2adomiii12.510325252558103+解得：44.4(3)若管外對流給熱系數(shù)增大一倍，其他條件不變，即Kp2ao+R+o+Ro+omiii12.5103252525=+0.5103++0.58103+解得：15/28. 管外冷凝。在很寬的水的流速圍，對清潔管和污垢管傳熱系數(shù)K可用如下方程表K清潔管K污垢管試求污垢熱阻和蒸汽冷凝傳熱系數(shù)。已知：銅的導(dǎo)熱系數(shù)解：因銅管管壁很薄，外管徑比值近似為1，則傳熱系數(shù)K的表達(dá)式為：aaaa1212b1b1蒸汽冷凝傳熱熱阻，即：2，壁熱阻：入330，可以忽略不計1a2故蒸汽冷凝傳熱系數(shù)20.0002016/28. 管呈湍流，試問換熱器的管數(shù)為若干？水溶液密度導(dǎo)說明)。解：(1)mp360011d11251Coiioo△t1＝100△t2＝45tt1t21004568.88[C]mlnt1ln100t452AQ115110310.02[m2]QKAtoKt1666.6768.88oomomAdAdlnno42.5543[根]uAn(2)u0.8，且uAn(連續(xù)性方程)故ini401K1d1K1d1diio. m精餾習(xí)題主要計算公式： (1)拉烏爾定律pp0xAAApp0xp0(1x)BBBBA (2)揮發(fā)度和相對揮發(fā)度：ppApp組分A的揮發(fā)度：AxAB組分B的揮發(fā)度：BxBAAAABBp0pA對于理想溶液：p對于理想溶液：pB (3)相平衡方程――以相對揮發(fā)度表示的相平衡關(guān)系總壓不高時，相平衡關(guān)系可用下式表達(dá)：相平衡方程僅對為常數(shù)的理想溶液適用17/2818/28 (1)全塔總物料及易揮發(fā)組分的衡算Fx=Dx+WxFDW (2)精餾段操作線方程假設(shè)精餾段的操作滿足恒摩爾流假設(shè)，則：LDRxx (3)提餾段操作線方程假設(shè)提餾段的操作滿足恒摩爾流假設(shè)，則：LWL+qFWq==F=FI一q==F=FI一i原料的千摩爾汽化潛熱4、進(jìn)料方程(q線方程)FR=Dqqq (1)單板效率EnnE=n一1n19/28. NE (2)總板效率TN填空：2.習(xí)慣上，將液體混合物中的易揮發(fā)組分A稱為_______，難揮發(fā)組分B則稱為_______。輕組分、重組分3.表示純組分的蒸汽壓與溫度之間的關(guān)系。安托因方程 (或精餾)5.在精餾塔中，原料由中部加料板上加入。加料板以上的一段稱為_______，加料板以下的一段包(括加料板)稱為_______。精餾段、提餾段離的目的。差異(或不同)7.在蒸餾中表示分離難易程度要用兩組分揮發(fā)度之比，稱之為8.9._______是一個理想化的塔板，即不論進(jìn)入塔板的汽液組成如何，在塔板上充都達(dá)到平衡狀態(tài)，兩相的溫度相等，組成互成平衡。理論板1.精餾過程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理完成的。()√2回.流比越大塔頂餾出液的純度越高，所以回流比越大越好。()×20/28. 4.拉烏爾定律表示純組分的蒸汽壓與溫度之間的關(guān)系。()×餾計算時，因?yàn)橛辛撕隳柫骷僭O(shè)，所以精餾段與提餾段的汽、液兩相流)×段操作關(guān)系。()√料組成x=0.2?，F(xiàn)測得餾出液組成x=0.8，釜液組成x=0.05，精餾段某一塊板FDW上的汽相組成為0.6，由其上一板流下的液相組成為0.5(以上均為摩爾分率)。試求：(1)塔頂餾出液量及釜液排出量； (2)回流比。(F=D+WFx=Dx+Fx=Dx+WxFDW(100=D+W解之得D=20kmol/h;W=80kmol/h (2)由精餾段操作線方程y=x+Rx1，有： (1)最小回流比； (2)若加料板上液體組成與進(jìn)料組成相同，回流比為1.5時，求進(jìn)料板上一板21/28.流下的液體組成。解：(1)飽和液體進(jìn)料時：q=1qxR=Dq==1qqRx (2)R=1.5；由精餾段操作線方程：y=R+1x有：.950.75=x+ (1)餾出液和殘液各為多少kmol/h？ RF=D+W100=D+W解：(1)Fx=Dx+Wx1000.4=D90%+W1%FDW L88.2R===2.02D43.822/28. 解：由相平衡方程：y=ax有：x=yq=0.5=0.25qqq 由已知飽和蒸汽進(jìn)料：V=V+F (1)回流比R和餾出液組成x；D (2)進(jìn)料的q值，并判斷進(jìn)料狀態(tài)； (3)當(dāng)進(jìn)料組成為0.44時，精餾段與提餾段操作線交點(diǎn)處x值為多少？q解： 故有：=0.75解得：R=3xx=0.83=0.2075D 23/28Fx=Fx=Dx+Wx q1q1F故有：q=0.5(或xFq1q1F因0<q=0.333<1，故：進(jìn)料為汽液混合進(jìn)料 (3)由y=0.75x+0.2075Fx=0.44F解得：x=0.362q第二部分料組成x=0.2。現(xiàn)測得餾出液組成x=0.8，釜液組成x=0.05，精餾段某一塊板FDW上的汽相組成為0.6，由其上一板流下的液相組成為0.5(以上均為摩爾分率)。2回.流比。解：(1)設(shè)料液的平均分子量為M，則M=460.2+180.8=23.6FF(F=D+WFDW即解之得 (2)M23.6F(100=D+W24/28.甲苯溶液，塔頂采用全凝器，塔釜用間接蒸 (1)塔頂餾出液及釜液的組成； (2)精餾段與提餾段操作線方程； (3)回流比與最小回流比的比值； (4)全回流操作時，塔頂?shù)谝粔K板的汽相莫弗里板效率為0.6，全凝器液相組 FDWDW 提餾段操作線方程：y,=x,=x,462.7+015087.30.0208 qFx=yq=0.4=0.213qa(a1)y2.47(2.471)0.4q25/28. qqR nn+1121D21 (全回流操作線方程為y=x)y*=ax1=2.47y22 2.47y2 2 (1)最小回流比； (2)若加料板上液體組成與進(jìn)料組成相同，回流比為1.5時，求進(jìn)料板上一板流下的液體組成。解：(1)飽和液體進(jìn)料時：q=1在最小回流比下，操作線與q線交點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)位于平衡線上，故qqqq q26/28. (1)回流比R和餾出液組成x；D (2)進(jìn)料的q值，并判斷進(jìn)料狀態(tài)； (3)當(dāng)進(jìn)料組成為0.44時，精餾段與提餾段操作線交點(diǎn)處x值為多少？qRx解：(1)精餾段操作線方程為：y=xRxR=0.75xx解得：故有：解得：x