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化工原理课后习题解析第 2 章流体输送2-1.某离心泵以150c水进行泵性能实验，体积流量为540m3?h-l,泵出口压力表读数为350kPa,泵入口真空表读数为30kPa。若压力表和真空表测压截面间的垂直距离为350mm,吸入管和压出管内径分别为350mm及 310mm,试求泵的扬程。（答：39.2m）解：qV=540m3?h-l=0.15m3?s-l,qV4?0.15-l,=1.99m?s2A2n?0.31q4?0.15ul=V=1.56m?s-l,2Aln?0.35 u2=u-ulPPu-ulH=h0+Hl+H2+2=h0+l+2+22gpgpg2g350?10330?1031.992-1.562+=39.2m。=0.35+1000?9.81000?9.82?9.82-2.在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一个高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出10m,管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为2222u2400m,管内径为75mm,换热器的压头损失为3 2,在上述条件下摩擦系数可取为0.03,2gr?min-l 时的H-q特性曲线数据如下表所示。离心泵在转速n=29003H=20m,qV=0.0045m?s-l)解：设管路特性曲线为 H=A+BqV,22400?l?u?uH=?Z+入 +32?=10+0.03+32?=10+9.8u2,0.075?d?2g?2?9.8q4?qVu=V=An?0.07522代入上式得：H=10+9,816?qV22=10+5.03?105qV,n2?0.0754由图可以看出，泵的工作点为两条特性曲线的交点。工作点：H=20m,qV=0.0045m3?s-lo3?h-l,扬程为18m。试问此泵是否能将密度为2-3.某离心泵的额定流量为16.8m3-1流量为15m?h的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa的设备中，1060kg?m-3、敞口贮槽与高位设备的液位的垂直距离为8.5m。已知管路的管径为675.5mm?3.75mm,管长为124m（包括直管长度与所有管件的当量长度）,摩擦系数为入=0.03。（答：此泵合用）解：u=qV4?15-l=1.15m?s 2A n?0.0755-0.00375?2?3600?Plu230?1031241.152H=?Z+入=8.5+0.03=15.1m<18m pgd2gl060?9.80.0682?9.8离心泵的送液能力和扬程都大于管路系统所要求的，故此泵合用。2-4.由山上的湖泊中引水至某贮水池，湖面比贮水池面高出45m,管道流量达到0.085m3?s-l,试选择管直径为多少？假定所选管道的磨榛系数入=0.02。经长期使用，输水管内壁锈蚀，其磨榛阻力系数增大至入=0.03。问此时水的流量减至若干？（答：d=0,235m,qv=0.069 m3?s-l）qV4qV4?0,0850.11=2=2,2A n d n dd-1-1 因为水在管内的流速一般取l3m?s,我们取u=2m?s,0.11=0.235m,选用6273?19 mm的热轧无缝钢管。此时：d=2解：u=在湖面和贮水池面之间列伯努利方程得：uPuZlg+l=Z2g+2+2+Zhf P 2P 2IU2=PU=UZ=0式中：Zl=45m,P,h=X 12122fd2gIu2q4q?45=入，又 u=V=V 2Andd2g2P122?XlqVl=X2qV2,?qV2=22入 10.02qVl=?0.085=0.069m3?s-l 入 20.033 2-4.由山上的湖泊中引水至某贮水池，湖面地面高出45m,管道总长4000m（包括直管长度和局部阻力当量长度）,要求流量达到0.085m?s-l。若使用新铸铁管，其摩擦阻力系数人=0.02,则铸铁内径需多大？经长期使用，铸铁管内壁腐蚀，其摩擦阻力系数增大至入=0.03,问此时水流量减至若干？解：在湖面和贮水池面之间列伯努利方程得：2plul2p2u2lu2Z1+=Z2+入 pg2gpg2gd2g因为 pl=p2=0（表压），ul=0,u2=04000u2所以 45=0.02（1）d2g因为V=n4d2?u=0.085 所以 u=0.1082d2代入式得 d5=0.0010 6 所以d=0.254m:4000u2当X=0.03时，代入式得45=0.03 02542gu=1.36m7?s-l?02524?1.367=0.069m23?s-l V=0.7852-5.某工艺装置的部分流程如下图所示。已知各段管路均为657mm?3.5mm的无缝钢管，AB段和BD段的总长度（包括直管与局部阻力当量长度）均为200m,BC段总长度为120mo 管中流体密度为800kg?m-3,管内流动状况均处于阻力平方区，且入=0.025,其它条件如图所示，试计算泵的流量和扬程。（答：H=34.0m,qv=16.8m3?h-l）图2-27习题2-5附图解：以地面为基准面。在 E 和 F 之间列伯努利方程得：PuPuZE+E+E=ZF+F+F+hfE-FP g2gpg2g其中：ZE-ZF=R,PE=PF,uE=uF,Ehf2E-F22u母2g2u2gR2?9.8?0.23?W F=R?uF=1.00m?s-l,2g4.5即在BD段中流体的流速u=1.00m?s-l,在 B 与右侧贮液器之间列伯努利方程得：PuPuZB+B+B=Zr+r+r+hf.B-rpg2gpg2g在 B 与 C 之间列伯努利方程得：22PuPuZB+B+B=ZC+C+C+hf.B-Cpg2gpg2g由得：22PCuCPuZr+r+r+hf=Z+hfB-C CB-rpg2gpg2g其中：Zr=4m,Pr=1.01?105Pa,ur=O,ZC=14.5m,94200uDPC=?1.01?105Pa,ShfB-r=0.025?,7600.052g222 hfB-r120uC?=0.025?0.052g222ul.01?1052001.00294?1.01?105120uC4+0+0.025?=14.5+C+0.025?800?9.80.052?9.8760?800?9.82?9.80.052?9.822.0-16.12=1.38m?s-l,?22.0=16.1+3.1uC?uC=3.1由分支管路特性知：d2uB=d2uC+d2uD?uB=1.38+1.00=2.38m?s-l,在 B 与左侧贮液器之间列伯努利方程得：PuPuZB+B+B+hfB-l=ZI+l+l+Hpg2gpg2g其中：Zl=4m,PI=1.01?10Pa,ul=O,EhfB-l2522200uB,=0,025?0.052g2PuZB+B+B=22.0mPg2g2002.3821.01?105-4-0=34.0m?H=22.0+0.025?0.052?9.8800?9.8nn2?泵的流量 qV=Au=d2uB=(0.05)?2.38?3600=16.8m3?h-l44第 3 章沉降过滤3-1、试求直径70 H m,密度为2650kg?m-3的球形石英粒子，在 200C水中及在200C空气中的沉降速度。(答：4.38?10-3m?s-l,3.9 7?10-lm?s-l)解：在20?C水中的沉降速度先假定此沉降属层流区，可按斯托克斯定律求ut,查表得 20?C 水的 P=998.2kg?m-3,口 =1.004?10-3Pa?s,d2(ps-p)g70?10-6?(2650-998.2)?9.8-3-l ut=4.38?10m?s-318|il8?1.004?10dut P 70?10-6?6.79?10-3?998.2 复核：Ret=0.47<l 与假定相符；-3 U 1.004?10在20?C空气中的沉降速度先假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求ut,2()查表得 20?C 空气的 P=1.205kg?m-3,U =1.81?10-5Pa?s,d2(ps-p)g70?10-6?(2650-1.205)?9.8-l ut=0.39m?s-518|il8?1.81?10dut P 70?10-6?0.39?1.205 复核：Ret=1.82>l 与假定不符，-5 口 1.81?10再设该沉降属于过渡区，按艾伦定律求ut,2()ut=O.dps-pgpRet0.6 70?10-62650-1.205?9.8(1.82)0.6=0,271.205-1-1-1=0.397m?s=3.97?10m?sdut P 70?10-6?0.397?1,205 复核：Ret=与假定相符。=1.864 属于过渡区，U 1.81?10-503-2有一玉米淀粉水悬浮液，温度2 0 C,淀粉颗粒平均直径为15 Rm,淀粉颗粒吸水后的密度为1020(答：ut=2.66?10-6m?s-l)kg?m-3,试求颗粒的沉降速度。解：先假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求ut,已知：d=15 U m=15?10-6m,P s=1020kg?m-3,查表得 20的水的 P=9 9 8.2kg?m,U=1.004?10Pa?s,-3-3d2(ps-p)g(15?10-6)2(1020-9 9 8.2)?9.8-6-lut=2.66?10m?s-318|il8?1.004?10检验Ret值：Ret=dutpH15?10-6?2.66?10-6?9 9 8.2=3.9 6?10-5<l-31.005?10计算结果表明，与假设相符，故算得的ut=2.66?10-6m?s-l正确。3-3、密度为2650kg?m-3的球形石英微粒在200C空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大微粒直径及服从牛顿公式的最小微粒直径。(答：57.3 um,1510 U m)解：层流区R e的上限值:Ret=dcut PU=1,2dc(ps-p)g|i ut=dcpl8|i查表得 20?C 空气的 P=1.205kg?m-3,U=1.81?10-5Pa?s,dp=18|i2 ps-ppg-518?1.81?10=5.73?10-5m=57.3|im=32650-1.205?1.205?9.8d'up 湍流区 Re 的下限值：Ret=ct=1000,U 2'ps-pgdcl000|i ut=1.74'pdcpdp=1.742?106|i2ps-ppg=(1.74)2?106?1.81?10-522650-1.2051.205?9.8=1.510?10-3m=1510|im3-4、气流中悬浮某种球形微粒，其中最小微粒为10 u m,沉降处于斯托克斯定律区。今用一多层隔板降尘室以分离此气体悬浮物。已知降尘室长度1 0m,宽度5 m,共 21层，每层高100mm,气体密度为l.lkg?m-3,粘度 U=0.0218 微粒密度为 4000kg?m-3o cp,试问：(1)为保证最小微粒的完全沉降，可允许的最大气流速度为多少？(2)此降沉室最-lm 3?h-l)多每小时能处理多少m 气体？(答：lm?s,378003d2(P s-P)gl0?10-6?(4000-l.l)?9.8-l 解：(Dut=0.01m?s-318 H18?0.0218?10H0=0.01?=lm?s-l；水平流速 u=ut?H0.1(2)V=Aut=10?5?21?0.01?3600=37800m3?h-l。2()3-5、一除尘室用以除去炉气中的硫铁矿尘粒。矿尘最小粒径8 n m,密度为4000kg?mo0 除尘室内长4.1m,宽 1.8m,高4.2m。室内温度为427C,在此温度下炉气的黏度为-33.4?10-5Pa?s,密度为0.5kg?m-3。若每小时需处理炉气2160标准m3,试计算除尘室隔板间的距离及除尘室的层数。(答：0.084m,50)2160273+427?=1.54m3?s-l,解：V=3600273V1.54=0.20m?s-l,bH1.8?4.2假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求ut,水平流速1 1=d2(ps-p)g8?10-6?(4000-0.5)?9.8-3-l ut=,=4.1?10m?s-518 U18?3.4?10ut4.1?10-3l=?4.1=0,084m,每层间距卜=皿.20H4.2=50,层数 n=h0.084dut P 8?10-6?4,1?10-3?0.5-4 复核：Ret=4.8?10<l 与假定相符。-5 口 3,4?102()3-6、用一个截面为矩形的沟槽，从炼油厂的废水中分离所含的油滴。拟回收直径为200 H m 以上的油滴。槽的宽度为4.5m,深度为0.8m。在出口端，除油后的水可不断从下0 部排出，而汇聚成层的油则从顶部移去。油的密度为870kg?m-3,水温为20C。若每分钟处理废水20 m3,求所需槽的长度L。(答：L226.6m)解：假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求ut,查表得 20 的水的 P=998.2kg?m-3,U =1.004?10-3Pa?s,d2(ps-p)g200?10-6?(870-998.2)?9.8-3-lut=-2.79?10m?s-318|il8?1.004?102()负号代表油滴向上运动，200?10-6?2,79?10-3?998.2复核：Ret=0.557<l 与假定相符，-3 U 1,004?10-0.8=287s,油滴从槽底升至表面所需的时间t=-2.79?10-3故废水在槽中通过的时间应大于287s,即：L2 87废水在槽内通过的时间 t'=20/604.5?0.8?L26.6m33-7、过滤含20%（质量）固相的水悬浮液，得到15m滤液。滤渣内含有30%水分。求所得干滤渣的量。（答：4200kg）解：设悬浮液量G 1,湿滤渣量G 2,干滤渣量G3=G2（l-0.30）Gl=G2+15?100 0Gl?0.20=G3=G2（l-0.30）kg,G2=6000kg,G3=4200 由上面两式可得：Gl=21000kgo3-8、用一台BMS50/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固相质量分率为3-30.139,固相密度为2200kg?m,液相为水。每一 m 滤饼中含500kg水，其余全为固相。-52-1 已知操作条件下的过滤常数 K=2.72?10m?s,qe=3.45?10-3m3?m-2o滤框尺寸为 810?25mm,共 38个框。试求：（1）过滤到滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得滤3 液体积；（2）过滤完毕用0.8m清水洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相3 同。（答：4.04min,3.88m,6.38min）dut P解：滤框尺寸：810?810?25mm,共 38个框，框内实际总容积为0.615m3,滤饼体积等于全部滤框内的实际总容积即0.615m3,滤饼中含水量0.615?500=307.5kg,体积为0.3075m3,m3,滤饼中固相体积 0.615-0.3075=0.3075滤饼中固相质量676.5+307.5=984kg,悬浮液的质量 676.5/0.139=4866.91kg,滤液的质量 4866.91-984=3882.91kg3过滤面积 A=0.81?0.81?38?2=49.9m2,单位面积的滤液量 q=3.8829/49.9=0.0778m3?m-2,由(q+qe)=K(0+9 e)2q 式中：K=2.72?10m?s,qe=3.45?10m?m,0 e=e K-52-12-33-28(q+qe)w80.0178+3.45?10-3?0,8=383s=6.28mino 清洗时间w=KA2.72?10-5?49.9()