化工原理习题4595.pdf

【带泵管路】【1】采用离心泵将 45m3/h 水从水池送至一水洗塔，已知水洗塔塔顶表压为，管路系统吸入段管长为 50m(包括局部阻力当量长度，下同)，泵出口阀全开时排出管线长度为 273m，所用管线规格均为 1084，管内流体流动阻力系数为，其它数据如图所示，试求：1.完成以上输送任务，管路所需泵的压头；2.现有一台离心泵，其特性曲线方程为 H=，（单位：H，m；qV，m3/h）该泵能否满足需要若在上述管路中使用该离心泵，求在泵出口阀门全开的条件下泵的工作点，此时泵的有效功率为多少 3.若通过调节阀门使流量达到 45m3/h，则损失在阀门上的压头为多少 4.若水温度升高，使水的密度下降（假设粘度不变），请说明泵的工作点怎样变化，并图示泵工作点的变化情况。1.s/m.u5911078503600452 249050502731.59150.024301000 9.810.12 9.81eHm 2.管路特性曲线方程为：1 m 14 m 23200.00495(/)vHeqmh 泵的特性曲线方程为：H=，联立求解得：h/m.qm.Hv313484731 有效功率 31.4748.13 10009.814.133600 10003600 1000veHqgPkw 3.阀门损失压头：222500.008500.0084533.8200.00495453033.8303.8vHqmHemHm 4.密度下降，管路特性曲线截距增大，流量变小，压头增加。【2】如图所示的一输水管路。用泵将水池中的水输送到敞口高位槽，管道直径均为mm4108，泵的进、出口管路上分别安装有真空表和压力表。已知在阀门全开时，水池液面至入口真空表所在截面的管路长 50m，真空表所在截面至高位槽液面的管路长 150m（均包括局部阻力的当量长度）。设流动已进入阻力平方区，摩擦系数03.0。管路的输水量为 36m3/h。水的密度3/1000mkg，系统为稳态流动，两水池液面高度保持不变。试求：（1）泵入口真空表的读数是多少 kPa；（2）离心泵的有效压头是多少 m；若泵的效率为，泵的轴功率为多少kW；（3）写出该系统管路特性曲线方程；（4）若选用特性曲线可表示为2031.065VqH的单泵，式中，H 的单位为m，Vq 的单位为 m3/h，通过计算说明该泵能否满足以上输送要求；（5）若采用两台这样的泵并联操作，并联后系统的输水量为多少 m3/h。（注：并联后的管路特性曲线可近似认为与单泵操作时的管路特性曲线相同）3m30 m压力表真空表 （1）管道直径：mmmd1.010042108 管路中水的流速为：smdquV/27.11.0785.03600/36422 取水池液面为0-0 截面，真空表所在液面为 2-2 截面，列柏努利方程可得：kPaPapphgpguzgpguzf33.422.4233381.9227.11.05003.081.9100081.9227.130002222222022220200 真空表的读数为：（2）取水池液面为 0-0 截面，高位槽液面为 3-3 截面，列柏努利方程可得：mHHhgpguzHgpguzeefe93.3481.9227.11.01505003.000300002223032330200 泵的效率为，则：34.93 36/3600 1000 9.815711.15.710.6eeVPH qgPaWkW（3）管路特性曲线为：220033030 322222()50 1500.785 0.1360000030000.030.12 9.81300.0038fvVupupzHezhggggqHeHeq（4）采用特性曲线为qVH2031.065 的泵时，输送 36m3/h 的水，能够提供的扬程是：mmHqV93.3482.2436031.065031.06522 故该泵不能满足输送要求。（5）并联操作时，其特性曲线可表示为：2200775.0654VVqqBkH 管路特性曲线为：2300.0038VHeq 令 223650.00775300.003855.05/VVVHHeqqqmh 并联后系统的输水量为 55.05m3/h。【3】采用离心泵将水从水池送至一加压塔1 m 14 m 压力表 真空表 中，输水管路如图所示。加压塔塔顶表压为。离心泵的特性曲线可表示为 H=，式中，H 的单位为 m，qv 的单位为 m3/h。管道直径均为mm4108。泵出口阀全开时，管路系统吸入段管长为 50m(包括全部局部阻力的当量长度，下同)，排出管线长度为 273m。离心泵的效率为=。其它数据如图所示。系统为稳态流动，水池液面高度保持不变。设水在输水管路的流动已进入阻力平方区，管内流体流动摩擦系数为。水的密度=1000kg/m3，试求：1.写出该输水管路的管路特性曲线方程；2.离心泵的流量及压头；3.泵的有效功率和轴功率；4.离心泵入口真空表的读数；5.该输水管路要求通过调节泵出口阀使流量达到 40m3/h。因调节流量多消耗在阀门上的局部阻力是多少；6.塔操作压力增大，对泵操作有什么影响试用图解说明，应采取什么措施稳定生产。（1）管道直径：mmmd1.010042108 管路特性曲线 取水池液面为 0-0 截面，塔喷头所在液面为 3-3 截面，列机械能衡算方程可得：220033030 322222249050502730001500.0241000 9.810.12 9.81/36000.785 0.13600 0.785 0.014200.004952efeVVvevupupzHzhgggguHqqqudHq（2）qVH2008.050 管路特性曲线为：2200.004952evHq HHe qv=48.13m3/hr He=31.46m(3)泵的效率为，则：31.4648.13/3600 10009.814.12eeVPH qgkW 6.87ePPakW（4）管路中水的流速为：smqdquVV/7.11.0785.03600/422 取水池液面为0-0 截面，真空表所在液面为 2-2 截面，列机械能衡算方程可得：kPapgphgpguzgpguzf14.2781.927.11.050024.001000222222022220200 真空表的读数为：（5）输送 40m3/h 的水，泵能够提供的扬程是：mHqV2.3740008.050008.05022 管路特性曲线 2200.004952200.004952160027.92evHqm mH28.992.272.37（6）压力波动必将导致流量的波动。塔压增高，流量下降，此时应开大阀门，系统阻力下降。AB 【4】如图所示，用离心泵将水送至敞口容器 A、B，两水槽在相同的水平面上，所用管线规格均为159，泵吸入段管路总长（包括所有局部阻力当量长度，下同）为 60m。排出管线的长度为：从泵出口到分支点 C 点处为 300m，在阀门全开的条件下，C 到 A 为 200m,C 到 B 为 400m,已知水的密度=1000kg/m3，流动摩擦系数为，其它数据见图示，试求：1.写出阀门 1 全开、阀门 2 完全关闭时的管路特性曲线方程；2.当阀门 1 全开、阀门 2 完全关闭时，测得系统的水流量为 80 m3/h，且泵的效率为 70%，求此时泵的压头和轴功率；3.现使阀门 1、2 均处于全开状态，并读得泵入口真空表读数为 25kPa，则系统的总流量和送至水槽 A 和 B 的水量各多少 m3/h；4.图示从阀门 1 全开、阀门 2 全关状态到阀门 1 和阀 2 均处于全开状态泵的工作点变化情况。H qV A 塔压增高 C 1 m 50 m 2 1 B A 1.求管路特性曲线方程 202022-42360300200510.020.152 9.81603002001 510.020.152 9.81(0.785 0.153600)51 9.413 10(/)AfAvAfAvuHeZhqZhqmh 2.-43-42 519.413 10(/)519.413 10 8057.02vHeq mhm 257.02 80 1000 9.8112.4312.4317.7636000.7evauPHqgkwPkw 3.总流量 /h117m/837.181.9281.9215.06002.0181.9225181.920312121101总vqsmuuuhp 并联管路 有：BCAchh 得：BAu2u 管径相同，所以有：h/m47.48qh/m53.68q378.1uu2uuu3B3ABBBA总 4.【传热】【5】Pg99 第 9 题【6】用单壳程单管程列管换热器将流量为32500kg/h某溶液由55预热到85，加热饱和蒸气温度为 130，已知操作条件下该溶液的物性为：=898kg/m3,=mPas,pc=kJ/(kg),=W/(m),加热蒸气的汽化热潜为r=2192kJ/kg。其蒸气走壳程，溶液走管程。管程污垢热阻diR=510-4m2/W,壳程蒸气表面传热系数0=104W/(m2)，壳程污垢热阻忽略不计。换热管规格为 192，管子根数为 70 根，管壁热导率 W=45 W/(m)，试求：1.消耗蒸气量为多少 2.管内表面传热系数是多少 3.以管子外表面为基准的换热器的总传热系数 4.换热器单程管的长度 5.因技术改造提压操作，欲将该溶液由 55升至 95，若仍采用以上换热器，为保证完成任务，加热蒸气温度至少应提高到多少度 解：1.22211()mpmQqcttq r 22211()mpmq cttqrskghkg/538.0/4.19382192)5585(358.432500 一阀全开 两阀全开 222132500()4.358(8555)1180.33600mpQq cttkW 2.22443600 0.785Re2.4 1010miiiiiiqdd uG dd n 4.872prcp 0.80.40.023Re2970/(2)iiprWmCd （3）00000111didOiiiwmdddbRRKddd Ko=)/(2KmW （4）Ctm7.588513055130ln)85130()55130(mQKA t 321180.3 1023.97838.3 58.7mQAmK t ldnA0 mdnAl74.50 （5）2221()mpmQqcttKAt 332500(20)(95)4.358 10(9555)838.3 23.97 553600ln 95TTTT 155TC 【7】某生产过程，要求从储罐中将常温液体苯输送至原料预热器进行预热至90（不出现气化）后，进入反应器中。苯流量 14400kg/h，设计入口温度 30。初选预热器为单管程列管式换热器，加热热源采用 120饱和水蒸气，蒸汽走壳程，液态苯走管程。管束由 60 根 252.5mm 钢管组成，长度为 6m。壳程表面传热系数为 10000W/(m2)，管程污垢热阻为 0.0002 m2/W，壳程污垢热阻为0.0001 m2/W，忽略管壁热阻和热损失。已知水蒸气气化热（相变热）kJ/kg2205r，苯的物性取密度 =800 kg/m3，热导率 =（m），粘度 =10-3 PaS，定压比热容 Cp2=（kg）。试求：1.加热蒸汽消耗量；2.换热器总传热系数；3.通过计算判断换热器是否够用；4.冬天，苯的入口温度降为 10，加热蒸汽量充足，物性参数不变，试判断该换热器能否满足要求；5.若加热蒸汽量充足，在设计工况下，试估算换热器出口苯的温度。解：（1）kW38412rqqtcQmmP kg/h6271rQqm（2）管内侧表面传热系数：4.08.0PrRe023.0iid/sm005.03600322mVqq m/s265.0422ndqui Re10600id u 24.4PrPc 4.08.0PrRe023.0iid=514 W/(m2)ioioOioiddRRddK111 K=347 W/(m2)（3）2m3.28ldnAo)ln(2121tttttm 1t=120-30=90，2t=120-90=30，6.54mt AtKQm，2m3.20mtKQA AA，换热器可用 （4）（4 分）kW51222mPqctQ)ln(2121tttttm 1 t=120-10=110，2 t=120-90=30，6.61 mt AtKQm，2m9.23 mtKQA AA ，可以满足要求 （5）（3 分）设出口温度2 t 2212)(mPqcttQ AtKQm 得：2112212112lnln)(tTtTttKAtTtTtTtTKAmcttcP 534.1ln2221mPqcKAtTtT 6.1002t 【8】用一单管程单壳程列管式换热器，将质量流量为 8000hkg/的常压空气于管程由C20加热到 85C；该换热器装有192 钢管 300 根，管长为 1m。要求选用 110C饱和蒸汽于壳程冷凝加热之，该温度下蒸汽的汽化潜热（相变热）为 2232kgkJ/。若饱和蒸汽的表面传热系数)/(101240KmW，管材的热导率为 45)/(KmW，管程污垢热阻WKmRid/0004.02，壳程污垢热阻WKmRd/0002.020。已知空气在平均温度下的物性常数为3/2.1mkg，)/(1KkgkJCP，)/(1085.22KmW，sPa51098.1，不计热损失，试求：（1）加热蒸汽的消耗量为多少 （2）空气在管内的表面传热系数 （3）通过计算说明该换热器能否满足需要 （4）若将该换热器变为双管程，且仍采用110C蒸汽加热，则空气的实际出口温度为多少 四、解：（1）qm1=rqttcqQmpm11222)(rttcqqpmm)(12221skghkg/0647.0/2332232)2085(18000 WkWttcqQpm5122210444.14.144)2085(136008000)(（2）i=44221010177.3785.03600ReiimiiiidndqdGud 6947.0prcp 0.80.420.023Re150.9/()iiprWmCd（3）能否够用 00000111dmwidiiiORddbddRddK KO=108)/(2KmW Ctm74.508511020110ln)85110()20110(mtKAQ 2535.2674.5010810444.1mtKQAm需 需要实际AmldnA209.17 所以换热器不能满足要求。（4）变双管程 0.80.8()2iiiiuu)/(73.2622CmWi 00000111dmwidiiiRddbddRddK)2/(176CmWK )(1222mpmtAKttcqQ实际 11020110ln)110()20110(9.17176)20(101360080002223ttt Ct882 【吸收】Pg134 第 7 题 Pg145 第 12 题 Pg145 第 11 题：在一填料塔中，用含苯（摩尔分数，下同）的洗油逆流吸收混合气体中的苯。已知混合气体的流量为 2400m3/h（标准状态），进塔气中含苯，要求苯的吸收率为 90%。该塔塔径为 0.6m，操作条件下的平衡关系为ye=24x，气相总传质单元高度为 1.36m，实际操作液气比为最小液气比的倍，洗油摩尔质量为 170kg/kmol。试求：(1)吸收剂用量（kg/h）及出塔洗油中苯的含量；(2)气相总体积传质系数Kya；(3)所需填料层高度，m；(4)增大填料层高度，若其它操作条件不变，定性分析出塔气组成和塔底吸收液组成的变化情况，并图示操作线的变化。12425.29mA)4(90.928.736.128.774200.0600.060.074200.0ln3600.00001.04260.0329601.0946001.04260.0)3(hmkmol77.27836.113.379HGak946001.00001.0600.060.025.291)2(0053301708.313314.10725.2925.295.223.13.15.220001.04260.0600.060.0600.0113.3796.0414.10714.1074.222400)1(122121213OGy2211min221min1221GLxyNHHmhNyyyyyyyxyyGLxhkghkmolLGLGLxxyyGLyyhkmolGhkmolGOGOGOGme、不变。；其它条件不变 y2 y1 x2 x1 原 新 三、（20 分）在一填料塔中，用含苯（摩尔分数，下同）的洗油逆流吸收混合气体中的苯。已知混合气体的流量为 h（标准状态），进塔气中含苯，要求苯的吸收率为 90%。该塔塔径为，操作条件下的平衡关系为 ye=26x，气相总体积传质系数 Kya=kmol/(m3s)，实际操作液气比为最小液气比的倍，洗油摩尔质量为170kg/kmol。试求：（1）吸收剂用量（kg/h）；（2）出塔洗油中苯的含量；（3）所需填料层高度，m；（4）降低填料层高度，若其它操作条件不变，定性分析出塔气组成和塔底吸收液组成的变化情况，并图示操作线的变化。13212min221min1467.8(1)65.5322.465.53231.870.640.050.00525.380.050.000152610.0051.31.3 25.3832.9932.99 65.532161.83170367500(2)eGkmol hGkmol mhyyLGxxyyLLGGLkmol hkg h 112212121210.050.0050.000150.0015132.99231.87 3600(3)1.430.0450.0526 0.001510.010740.0526 0.000150.00110.00423ln0.050.00510.640.004231.43 10.64OGymOGLxyyxGGHmk ayyyyyyyNH2115.2(4)32.99A1m26OGOGmHHNyxL G；其它条件不变不变。、【精馏】Pg161 第 5 题 Pg180 第 10 题 Pg180 第 11 题 y2 y1 x2 x1 新 原 二（25 分）用一精馏塔分离某二元理想混合物，进料量为 200kmol/h，其中易挥发组分的摩尔分率为，进料为饱和液体，塔顶采用全凝器且为泡点回流，塔釜用间接蒸汽加热。已知两组分间的平均相对挥发度为，精馏段操作线方程为285.070.01nnxy，塔底产品中易挥发组分的摩尔分率为，试求：（1）操作回流比、塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率（2 分）；（2）塔顶产品的流量和塔顶产品中易挥发组分的回收率(5 分)；（3）精馏段的气相负荷、提馏段的液相负荷（kmol/h）（2 分）；（4）实际回流比是最小回流比的多少倍（4 分）；（5）提馏段操作线方程和 q 线方程（4 分）；（6）塔顶第 2 块理论板上升蒸汽的组成（4 分）；（7）若塔顶第 1 块实际板的液相默弗里板效率为，求塔顶第 2 块实际板上升蒸汽的组成（4 分）。二、解：1、,70.01RR R=333.27.017.0,285.01RXD 95.0DX 2、WDWDWDWD05.095.010095.095.019005.095.05.0*200200,/100hkmolW ,/100hkmolD%955.0*200100*95.01 3、hkmolqFLLhkmolDRV/3.433200100*333.2/3.333100*)1333.2()1(4、,5.0qx 6666.05.0*)12(15.0*2qy 6298.05.095.06666.095.01minminqDqDxxyxRR,7012.16298.016298.0minR 3714.17012.1333.2minRR 5、015.03.13.33305.0*1003.3333.4331nnwnnxxVWxxVLy 5.0qx 6、,95.01Dxy 9048.095.0*)12(295.0*1x 9183.0285.09048.0*7.02y 7、,6.09048.095.095.01*11xxxxxEDDL 9229.01x 9310.0285.09229.0*7.02y