化工原理作業(yè)題

本文格式為Word版，下載可任意編輯——化工原理作業(yè)題1000kg的電解液中含NaOH質(zhì)量分數(shù)10%、NaCl的質(zhì)量分數(shù)10%、H2O的質(zhì)量分數(shù)80%，用真空蒸發(fā)器濃縮，食鹽結(jié)晶分開后的濃縮液中含NaOH50%、NaCl2%、H2O48%，均為質(zhì)量分數(shù)。試求：(1)水分蒸發(fā)量；(2)分開的食鹽量；(3)食鹽分開后的濃縮液量。在全過程中，溶液中的NaOH量保持一定。

解電解液1000kg濃縮液中

NaOH1000×0.l=100kgNaOH?=0.5（質(zhì)量分數(shù)）

NaOH1000×0.l=100kgNaCl?=0.02（質(zhì)量分數(shù)）H2O1000×0.8=800kgH2O?=0.48（質(zhì)量分數(shù)）

在全過程中，溶液中NaOH量保持一定，為100kg

濃縮液量為100/0.5?200kg200kg濃縮液中，水的含量為200×0.48=96kg，故水的蒸發(fā)量為800-96=704kg濃縮液中NaCl的含量為200×0.02=4kg，故分開的NaCl量為100-4=96kg

某設(shè)備進、出口的表壓分別為-12kPa和157kPa，當?shù)卮髿鈮毫?01.3kPa。試求此設(shè)備的進、出口的絕對壓力及進、出的壓力差各為多少帕。

解進口絕對壓力p進?101.3?12?89.3kPa

出口絕對壓力p出?101.3?157?258.3kPa進、出口的壓力差

?p?157?（?12）?157?12?169kPa或?p?258.3?89.3?169kPa

如習題1-6附圖所示，有一端封閉的管子，裝入若干水后，倒插入常溫水槽中，管中水柱較水槽液面高出2m，當?shù)卮髿鈮毫?01.2kPa。試求：(1)管子上端空間的絕對壓力；(2)管子上端空間的表壓；(3)管子上端空間的真空度；(4)若將水換成四氯化碳，管中四氯化碳液柱較槽的液面高出多少米？

解管中水柱高出槽液面2m，h=2m水柱。(1)管子上端空間的絕對壓力p絕在水平面1?1'處的壓力平衡，有

p絕??gh?大氣壓力p絕?101200?1000?9.81?2?81580Pa（絕對壓力）

(2)管子上端空間的表壓p表

p表?p絕-大氣壓力=81580?101200??19620Pa

習題1-6附圖

(3)管子上端空間的真空度p真

p真=-p表=-??19620??19620Pa

(4)槽內(nèi)為四氯化碳，管中液柱高度h'

h'??水h?ccl4常溫下四氯化碳的密度，從附錄四查得為?ccl?1594kg/m3

4常溫的水在如習題1-10附圖所示的管路中滾動，為測量A、B兩截面間的壓力差，安裝了兩個串聯(lián)的U形管壓差計，指示液為汞。測壓用的連接納中充滿水。兩U形管的連接納中，充滿空氣。若測壓前兩U形壓差計的水銀液面為同一高度，試推導A、B兩點的壓力差?p與液柱壓力汁的讀數(shù)R1、R2之間的關(guān)系式。

解設(shè)測壓前兩U形壓差計的水銀液面，距輸水管中心線的距離為H。

在等壓面2?2'處

R???R?R2?p2?pA??H?1??水g?R1?汞g??1??氣g22????R??p'2?pB??H?2??水g?R2?汞g

2??習題1-10附圖

因p2?p'2，由上兩式求得

???氣??pA?pB?(R1?R2)??汞?水?g

2??因?氣???水

pA?pB??R1?R2???汞-故???水??g

2?如習題1-13附圖所示的套管式換熱器，其內(nèi)管為?33.5mm?3.25mm，外管為?60mm?3.5mm。內(nèi)管中有密度為1150kg/m3、流量為5000kg/h的冷凍鹽水滾動。內(nèi)、外管之間的環(huán)隙有絕對壓力為0．5MPa，進、出口平均溫度為0℃，流量為160kg/h的氣體滾動。在標準狀態(tài)下(0℃，101.325kPa)，氣體的密度為1.2kg/m3。試求氣體和鹽水的流速。

3kg/m解液體??1150

內(nèi)管內(nèi)徑d內(nèi)?33.5?3.25?2?27mm?0.027m液體質(zhì)量流量qm?5000kg/h，體積流量qV?50003m／h1150流速u液?qV?4?2內(nèi)5000/11503600?d?4?2.11m/s

2?0.027氣體質(zhì)量流量qm?160kg/h

0.5?106密度?氣?1.2??5.92kg/m3

101325體積流量qV?流速u氣?1603m／h5.92160/5.923600??4?0.0532?0.03352??5.67m/s

習題1-13附圖習題1-14附圖

常溫的水在如習題1-15附圖所示的管路中滾動。在截面1處的流速為0.5m/s，管內(nèi)徑為200mm，截面2處的管內(nèi)徑為100mm。由于水的壓力，截面1處

產(chǎn)生1m高的水柱。試計算在截面1與2之間所產(chǎn)生的水柱高度差h為多少（忽略從1到2處的壓頭損失）?

解u1?0.5m/s

d1?0.2m,d2?0.1m

?d?u2?u1?1??0.5?(2)2?2m/s

?d2?2p1p1?p222u1p2u2????2?2?22u2?u122?0.52???1.875

22?p?p1?p2?1.875??1.875?1000?1875Pa

h??p1875??0.191m?191mm?g1000?9.81

習題1-15附圖

習題1-16附圖

另一計算法

2p1u12p2u2????g2g?g2g2p1?p2u2?u1222?0.52h????0.191m

?g2g2?9.81計算液柱高度時，用后一方法簡便。

如習題1-17附圖所示的常溫下操作的水槽，下面的出水管直徑為

?57mm?3.5mm。當出水閥全關(guān)閉時，壓力表讀數(shù)為30.4kPa。而閥門開啟后，壓力表讀數(shù)降至20.3kPa。設(shè)壓力表之前管路中的壓頭損失為0.5m水柱，試求水的流量為多少m3/h?

解出水閥全關(guān)閉時，壓力表讀數(shù)30.4kPa（表壓）能反映出水槽的水面距出水管的高度h

30.4?103h???3.1m

?g103?9.81p表閥門開啟后，壓力表讀數(shù)p2?20.3kPa（表壓）從水槽表面至壓力表處的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速u2

2p2u2Z1?++?Hf

?g2g

Z1?h?3.1m,?Hf?0.5m水柱

2u220.3?1033.1?3??0.5

10?9.812?9.81習題1-17附圖

u2?3.23m/sd?0.05m

水的流量

qV??4d2u2??4?0.052?3.23?6.34?10?3m3/s?22.8m3/h

試求以下?lián)Q熱器的管間隙空間的當量直徑：(1)如習題1-29附圖(a)所示，套管式換熱器外管為?219mm?9mm，內(nèi)管為?114mm?4mm；(2)如習題1-29附圖(b)所示，列管式換熱器外殼內(nèi)徑為500mm，列管為?25mm?2mm的管子174根。

習題1-29附圖

解(1)套管式換熱器，內(nèi)管外徑d1?0.114m，外管內(nèi)徑d2?0.201m當量直徑de?d2?d1?0.201?0114.?0087.m

(2)列管式換熱器，外殼內(nèi)徑d2?0.5m，換熱管外徑d1?0.025m，根數(shù)n?174根

?de?4?4當量直徑(0.5)2?174?(0.025)2??0.0291m

?(d2?nd1)0.5?174?0.0252(d2?nd12)如習題1-33附圖所示，用離心泵從河邊的吸水站將20℃的河水送至水塔。水塔進水口到河水水面的垂直高度為34.5m。管路為?114mm?4mm的鋼管，管長1800m，包括全部管路長度及管件的當量長度。若泵的流量為30m3/h，試求水從泵獲得的外加機械能為多少？鋼管的相對粗糙度

?d?0.002。

解水在20℃時??998.2kg/m3，??1.004?10?3Pa?sd?0.106m,l?le?1800m

流量qV?30m3/h流速u?30/3600??0.9448m/s?2?2d?(0.106)44qVRe?du???0.106?0.9448?998.2?9.96?104湍流?31.004?10習題1-33附圖

查得??0.0252

l?leu218000.94482摩擦阻力損失?hf???0.0252???191J/kg

d20.1062以河水水面為基準面，從河水水面至水塔處的水管出口之間列伯努利方程。u20.94482外加機械能W?Z2g???hf?34.5?9.81??191?530J/kg

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原來用于輸送水的離心泵現(xiàn)改為輸送密度為1400kg/m3的水溶液，其他性質(zhì)可視為與水一致。若管路狀況不變，泵前后兩個開口容器的液面間的高度不變，試說明：(1)泵的壓頭（揚程）有無變化；(2)若在泵出口裝一壓力表，其讀數(shù)有無變化；(3)泵的軸功率有無變化。

解(1)液體密度增大，