2022年化工原理作业答案 .pdf
优秀学习资料欢迎下载3已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为 20 kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？解： （1）设备内绝对压力绝压 =大气压 -真空度 =kPa3.65Pa1020103.8533（2）真空表读数真空度 =大气压 -绝压 =kPa03.36Pa103.651033.101335如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R1=500 mm，R2=80 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=100 mm。试求 A、B 两点的表压力。解： （1）A 点的压力（表）Pa101.165Pa08.081.9136001.081.9100042汞3水AgRgRp（2）B 点的压力（表）Pa107.836Pa5. 081.91360010165. 1441汞ABgRpp13如本题附图所示，用泵 2 将储罐 1 中的有机混合液送至精馏塔 3 的中部进行分离。 已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为 1.0133105 Pa。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21105 Pa，进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道直径为 68 mm 4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg，求泵的有效功率。解：在截面-A A和截面-B B之间列柏努利方程式，得2211221e2f22pupugZWgZhsm966.1sm004.02068.0414.33600204kgJ700m0. 8Pa1021.1Pa100133.1222f1125251dVAVuhuZZpp；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载222121e21f2ppuuWg ZZh768.9WW173800360020kgJ175kgJ704.7893.146.2kgJ700.88.92966.1800100133. 121.1ese25WwNWe19 用泵将 2 104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图） 。 反应器液面上方保持25.9103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为76 mm4 mm 的钢管，总长为 35 m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4） 、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。 （已知溶液的密度为1073 kg/m3，黏度为6.310-4 Pa s。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm。 ）解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列机械能衡算方程，以截面1-1，为基准水平面，得22b1b2121e2f22uuppgzWgzh（1）式中z1=0，z2=17 m，ub10 sm43.1sm1073068.0785. 036001024242b2dwup1=-25.9103 Pa (表)，p2=0 (表) 将以上数据代入式（1） ，并整理得2b221e21f()2uppWg zzh=9.8117+24312.+1073109.253+fh=192.0+fh其中fh=（+eLLd+）2b22uRebdu=30.0681.4310730.6310=1.6561050044.0de根据 Re与 e/d 值，查得 =0.03，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载闸阀（全开） ：0.432 m =0.86 m 标准弯头：2.25 m =11 m 故fh=(0.03350.86110.068+0.5+4)kgJ243.12=25.74J/kg 于是kgJ217.7kgJ74.250.192eW泵的轴功率为sN=eW/w=W7.036001027.2174=1.73kW 20如本题附图所示， 贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100 mm 的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15 m 处安有以水银为指示液的U 管压差计，其一臂与管道相连， 另一臂通大气。 压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为 20 m。（1）当闸阀关闭时， 测得 R=600 mm、h=1500 mm；当闸阀部分开启时，测得 R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系数可取为 0.025，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管中流出多少水（m3）？（2）当闸阀全开时，U 管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。 （闸阀全开时Le/d15，摩擦系数仍可取0.025。 ）解： （1）闸阀部分开启时水的流量在贮槽水面1-1，与测压点处截面2-2，间列机械能衡算方程，并通过截面2-2，的中心作基准水平面，得22b1b21212f 1222uuppgzgzh，（a）式中p1=0(表 ) （表）Pa39630Pa4.181.910004.081.913600OHHg22gRgRpub2=0， z2=0 z1可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知2H O1Hg()g zhgR（b）式中h=1.5 m, R=0.6 m 将已知数据代入式（b）得m66. 6m5.110006. 0136001z精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载2222bbf,1-2cbb15()2.13(0.0250.5)2.1320.12uuLhuud将以上各值代入式（a） ，即9.816.66=2b2u+100039630+2.13 ub2解得sm13.3bu水的流量为sm43.1sm13.31.0785.0360043600332b2sudV（2）闸阀全开时测压点处的压力在截面 1-1，与管路出口内侧截面3-3，间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面，得22b1b33113f 1322uuppgzgzh，（c）式中z1=6.66 m，z3=0，ub1=0，p1=p32ebf,13c()2LLuhd=22bb350.025(15)0.54.810.12uu将以上数据代入式（c） ，即9.816.66=2b2u+4.81 ub2解得sm13.3bu再在截面 1-1，与 2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得22b1b21212f 1222uuppgzgzh，（ d）式中z1=6.66 m，z2=0，ub10，ub2=3.51 m/s，p1=0（表压力）kgJ26.2kgJ251.35.01. 05.1025. 022f,1h将以上数值代入上式，则2.261000251.366.681.922p解得p2=3.30 104 Pa（表压）第二章流体输送机械1用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前 A、C 两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39 m3/h，此时泵的压头为38 m。 已知输油管内径为100 mm， 摩擦系数为0.02； 油品密度为810 kg/m3。试求（ 1）管路特性方程； （2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载解： （1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作1-1与 2-2截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到2eeHKBq由于启动离心泵之前pA=pC,于是gpZK=0 则2eeHBq又e38HHm )39/(382Bh2/m5=2.5102 h2/m5则22ee2.510Hq （qe的单位为m3/h）（2）输油管线总长度2e2lluHdg390.0136004um/s=1.38 m/s 于是e22229.810.1 380.021.38gdHllum=1960 m 2用离心泵（转速为2900 r/min ）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60 kPa 和 220 kPa，两测压口之间垂直距离为0.5 m，泵的轴功率为 6.7 kW。 泵吸入管和排出管内径均为80 mm， 吸入管中流动阻力可表达为2f,0 113.0hu（u1为吸入管内水的流速，m/s） 。离心泵的安装高度为2.5 m，实验是在20 ， 98.1 kPa的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。解： （1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到10,211120fhupgZ习题 1 附图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载将有关数据代入上式并整理，得48.3581.95. 2100010605.3321u184.31um/s 则2(0.083.1843600)4qm3/h=57.61 m3/h (2) 泵的扬程29.04mm5.081. 9100010)22060(3021hHHH(3) 泵的效率s29.04 57.61 1000 9.81100%10003600 1000 6.7HqgP=68% 在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW =68% 5 用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为32.5 kPa(即输送温度下溶液的饱和蒸汽压)。已知：吸入管路压头损失为1.46 m，泵的必需气蚀余量为2.3 m，该泵安装在塔内液面下3.0 m 处。试核算该泵能否正常操作。解：泵的允许安装高度为avgf,0 1ppHNPSHHg式中0gppva则-4.26mm46.1)5.03.2(gH泵的允许安装位置应在塔内液面下4.26m 处，实际安装高度为3.0m，故泵在操作时可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移1.5 m。8对于习题7 的管路系统，若用两台规格相同的离心泵（单台泵的特性方程与习题8相同）组合操作，试求可能的最大输水量。解：本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。（1）两台泵的并联2525)2(102. 428102. 58.8qq解得：q=5.54 103 m3/s=19.95 m3/h (2) 两台泵的串联)102.428(2102.58.82525qq解得：q=5.89 103 m3/s=21.2 m3/h 在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2 m3/h。第三章非均相混合物分离及固体流态化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载2用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m，宽 5 m，高 4.2 m，固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m3。气体的处理量为3000（标准） m3/h。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。（ 1）若操作在20 下进行，操作条件下的气体密度为1.06 kg/m3，黏度为1.8 10-5 Pa?s 。（ 2）若操作在420 下进行，操作条件下的气体密度为0.5 kg/m3，黏度为3.3 10-5 Pa?s 。解： （1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：sm03577. 0sm553600273202733000sv,tblqu设沉降在斯托克斯区，则：2t()0.0357718sdgu55ts1818 1.8 100.035771.985 10 m19.85 m()(3000 1.06) 9.81udg核算流型：5tt51.985 100.03577 1.060.041811.8 10duRe原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985 10-5 m。（2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：sm0846.0sm5536002734202733000sv,tblqu设沉降在斯托克斯区，则：55ts1818 3.3 100.08464.132 10 m41.32 m()(30000.5)9.81udg核算流型：5tt54.132 100.08460.50.052913.3 10duRe原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132 10-5 m。3 对 2 题中的降尘室与含尘气体，在 427 下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10 m，试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：取隔板间距为h，令tLhuu则tLhuu（ 1）sm1017.0sm2. 4527342727336003000sv,bHqu10 m 尘粒的沉降速度精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载sm10954.4sm1031.31881.95.030001010183526s2tgdu由（ 1）式计算h 0. 2 4 4 mm10954. 41017.053h层数2.17244.02. 4hHn取 18 层0.233mm182. 418Hh核算颗粒沉降雷诺数：644tt510 104.954100.5e7.5 1013.3 10duR核算流体流型：e5225 0.233()0.1017 0.55.23368621003.3 10bhudubhRe10板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长 宽 高为 810 mm 810 mm 42 mm，总框数为 10， 滤饼体积与滤液体积比为=0.1， 过滤 10 min， 得滤液量为1.31 m3， 再过滤 10 min，共得滤液量为1.905 m3，试求（ 1）滤框充满滤饼时所需过滤时间；（2）若洗涤与辅助时间共 45 min，求该装置的生产能力(以得到的滤饼体积计)。解： （1）过滤面积22m122.1310281.0A由恒压过滤方程式求过滤常数KV6010122.1331.1231.12e2KV6020122.13905.12905.12e2联立解出3em1376.0V，/sm10010.225K恒压过滤方程式为321034612752.0VV33cm2756.0m10042.081.081.0V3m756. 2vVVc代入恒压过滤方程式求过滤时间min23.40s2414s10461.3/756.22752. 0756.232（2）生产能力/hm206.0/sm10823.4/sm604524142756.03353DwcVQ11在31067Pa 压力下对硅藻土在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载K=5 10-5 m2/s，qe=0.01 m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比 =0.08。现拟用有38 个框的BMY50/810-25 型板框压滤机在310134Pa 压力下过滤上述悬浮液。试求：（1）过滤至滤框内部全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕以相当于滤液量1/10 的清水洗涤滤饼，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15 min，求过滤机的生产能力（m3滤液/h） 。解： （1）硅藻土，01.0s，可按不可压缩滤饼处理pkK2，eq与p无关Pa101343p时，/sm10124K，23e/mm01.0q332cm6233. 0m38025.081.0V，222m86.49m81. 0238A33cm791.7m08.06233. 0vVV，2323/mm1563.0/mm86.49791. 7q代入恒压过滤方程式求过滤时间42101563. 001.021563.0s6.275（2）洗涤3wm7791.01. 0 VVsm10748.3sm01.01563.0886.491088413334ee2EWqqKAVVKAddVddVs9.207s003748.07791. 0/WWWddVV（3）生产能力/hm27.20/hm3600/60159.2076.2757913.733DWVQ7在一传热面积为25 m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为 28 000kg/h，其温度由 25 升至 38 ，平均比热容为4.17 kJ/(kg)。有机溶液的温度由 110 降至 65 ，平均比热容为1.72 kJ/(kg)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。解：p,c4.17CkJ/(kg ) cp,c21()QW CttW1022.4W25381017.436002800053求mt有机物110 65水38 25精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载t72 40 C4.54C4072ln4072mtCmW3.310CmW4.54251022. 4225Khkg10963.1skg452.5skg651101072.11022.443521hhKTTcQWp12在一单程管壳式换热器中，管外热水被管内冷水所冷却。已知换热器的传热面积为 5 m2，总传热系数为1 400 W/(m2 )；热水的初温为100 ，流量为 5 000 kg/h；冷水的初温为 20 ，流量为 10 000 kg/h。试计算热水和冷水的出口温度及传热量。设水的平均比热容为4.18 kJ/(kg)，热损失可忽略不计。解：CW5806CW1018.4360050003hhpcWCW11611CW1018.43600100003ccpcW5 .0116116.5805maxminRCCCminmin14005()1.215805.6KANTUC查图得0. 5 7 5传热量m i n11()QCTtW1067.2W201006.5805575.05122111000.57510020TTTTt解出254T212R12200.510054tttCTT解出243t精选学习资料 - 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