2022年化工原理作业答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 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；如改在乙地区操作,真空表的读数为多少才能维护该设备的的肯定压力与甲地区操作时相同？解：（1）设备内肯定压力绝压 =大气压 -真空度 =85 . 310320103Pa65.3 kPa（2）真空表读数真空度 =大气压 -绝压 =101. 3310365 .3103Pa36 . 03kPaR1=500 mm,5如此题附图所示,流化床反应器上装有两个U 管压差计；读数分别为R

2、2=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pA水gR3汞gR 210009.810.1136009. 810. 08Pa1.165104Pa（表）（2）B 点的压力pBpA汞gR 1136009. 81.0 5Pa7.836104Pa（表）.116510413如此题附图所示, 用泵 2 将储罐 1 中的有机混合液送至名师归纳总结 精馏塔 3 的中部进行分别； 已知储罐内液面维护恒定,其上方压s第 1 页,共 10 页力为 1.0133105 Pa；流体密度

3、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缺失为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p 12 u 1gZ 1W ep 2u2 2gZ2h f22p11 . 0133105Pa；p 21 . 21105Pa；Z2Z1.80 m；u10；h f70Jkgu2VV23 . 142036000. 0042ms1 . 966mA 4d0 . 06824- - - - - - -精选学习资料 - - - - - -

4、 - - - W ep 2p 12 u 222 u 1优秀学习资料h f欢迎下载g Z2Z 15 21 . 21 .1 0133 10 1 . 966We 9 . 8 8 . 0 70 J kg800 22 . 46 1 . 93 78 . 4 70 J kg 175 J kgN e w s W e 20 3600 800 173 W 768.9W19用泵将 2 10 4 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见此题附图） ；反应器液面上方保持 25.9 10 3 Pa 的真空度,高位槽液面上方为大气压；管道为 76 mm 4 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

5、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；如泵的效率为 0.7,求泵的轴功率； （已知溶液的密度为1073 kg/m 3,黏度为 6.3 10-4 Pa s；管壁肯定粗糙度可取为 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gz 1u2 b1p 1W egz 22 u b2p 2h f1. 43ms（1）22式中z1=0,z2=17 m,ub10 ub24w23600.0210421073msd7850.068p1=-25.9 103 Pa 表,p2=0 表 fh将以上数据代入式

6、（1）,并整理得W eg z 2z 1u2 b2p2p 1h f2=9.81 17+1 . 432+25.9103+fh =192.0+21073其中fh =（+LdLe+）u b222Redub=0.0681.4310735 =1.656 100.63103ed0.0044依据 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名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 闸阀（全开） ：优秀学习资料欢迎下载0.43 2 m =0.86 m 故标准弯头：2.2 5 m =11 m 1. 432

7、Jkg=25.74J/kg fh =0.03 350.8611+0.5+40.0682于是kgW e192 . 025. 74Jkg217.7J泵的轴功率为N =W ew/=217. 720104W=1.73kW 100 mm 的钢质放水管相连,3600. 720如此题附图所示, 贮槽内水位维护不变；槽的底部与内径为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； 压差计连接管内布满了水,为 20 m；测压点与管路出口端之间的直管长度（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=4

8、00 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（m 3）？（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,得式中gz 1u2 b1p 1gz 2u2 b2p 2h ,2. 810. 410009. 811.4Pa39630（a）22p1=0表 gRH2gR136009Pa（表）p2Hgub2=0, z2=0

9、 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,依据流体静力学基本方程知名师归纳总结 H O 2g z 1h HggR.5m.666m（b）第 3 页,共 10 页式中h=1.5 m, R=0.6 m 将已知数据代入式（b）得1z13600.0611000- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - h f,1-2Lcu2 b优秀学习资料15欢迎下载2.13 u22.13 u20.0250.5u2 bbbd20.12将以上各值代入式（a）,即0.7850. 123. 13m3s1. 43m3s9.81 6.66=u b2+39630 +2.13 ub

10、210002解得ub3. 13ms水的流量为Vs3600d2 ub36004（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gz 1u2 b1p 1gz 3u2 b3p 3h ,3（c）（ d）22式中z1=6.66 m ,z3=0,ub1=0,p1=p3h f,13LdLecu2 b=0.02535150.5u2 b2 4.81 u b20.12将以上数据代入式（c）,即9.81 6.66=u b22 +4.81 ub2解得ub3. 13ms再在截面 1-1,与 2-2,间列机械能衡算方程,基平面同前,得gz 1u2 b

11、1p 1gz 22 u b2p 2h ,222式中z1=6.66 m ,z2=0,ub10,ub2=3.51 m/s,p1=0（表压力）h f,12.00251. 50. 53.512Jkg26.2Jkg.0 12将以上数值代入上式,就解得9. 816. 663. 512p226 .2流体输送机械21000p2=3.30 104 Pa（表压）其次章名师归纳总结 1用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐；管路情形如此题附图所示；启动泵之第 4 页,共 10 页前 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 m 3/h,此时泵的压头为38 m；已知输油管内径为10

12、0 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（包括全部局部阻力当量长度）；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载习题 1 附图解：（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,得到就又就HeKBq2 e由于启动离心泵之前pA=pC,于是KZp=0 gHeBq2eHeH38m B38/392h2/m5=2.5 10 2 h2/m5He2.5102q （qe的单位为 m3/h）（2）输油管线总长度于是Hle

13、lleu20.01m/s=1.38 m/s d2gu3936004l2gdH29.810.1 38m=1960 m u20.021.3822用离心泵（转速为2900 r/min ）进行性能参数测定试验；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,吸入管中流淌阻力可表达为 h f,0 1 3.0 u 1 2（u1 为吸入管内水的流速,m/s）；离心泵的安装高度为 2.5 m,试验是在 20 , 98.1 kPa的条件下进行；试运算泵的流量、压头和效率；解：

14、（1）泵的流量名师归纳总结 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）,得到第 5 页,共 10 页0gZ1p 1u2 1hf,012- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载将有关数据代入上式并整理,得就3. 52 u 1601039. 8135. 483/h .251000u 13. 184m/s 3.1843600m3/h=57.61 m2 0.08q42 泵的扬程HH1H2h 060220 1030 .5m29.04m1000.9813 泵的效率Hq s g 29.04 57.61 1000 9.81

15、100% =68% 1000 P 3600 1000 6.7在指定转速下,泵的性能参数为：q=57.61 m 3/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；塔底液面上的肯定压力为 32.5 kPa即输送温度下溶液的饱和蒸汽压 ；已知：吸入管路压头缺失为 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 解：泵的答应安装高度为3.0 m 处；试核算该泵能否正常操作；HgpapvNPSHHf,0 18g式中pagpv0就Hg2. 30. 51. 46m-4.26m泵的答应安装位置应在塔内液面下4.26m 处,实际安装高度为3.0

16、m,故泵在操作时可能发愤怒蚀现象；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,如用两台规格相同的离心泵（单台泵的特性方程与习题相同）组合操作,试求可能的最大输水量；解：此题旨在比较离心泵的并联和串联的成效；（1）两台泵的并联解得：8. 8.52105q228.42105q22q=5.54 10 3 m3/s=19.95 m3/h 2 两台泵的串联名师归纳总结 8. 85. 2105q22284. 2105q2第 6 页,共 10 页解得：q=5.89 10 3 m3/s=21.2 m3/h 在此题条件下,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别

17、及固体流态化- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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/m 3；气体的处理量为 3000（标准） m 3/h；试求理论上能完全除去的最小颗粒直径；（ 1）如操作在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）如操作在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

18、：utqv,s300027320ms.003577ms273bl360055设沉降在斯托克斯区,就：ut0.03577gd2sg1.985 10 m19.85m18d18ut18 1.8 1050.035773000 1.06 9.81s核算流型：5Re du t 1.985 10 0.03577 1.065 0.0418 11.8 10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）运算过程与（1）相同；完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：u t q v, s 3000 273273 420m s 0 . 0846 m sbl 3600 5 5设沉降在斯托克

19、斯区,就：d18utg18 3.3 1050.08464.132 10 m41.32ms30000.59.81核算流型：Redut4.132 1050.08460.50.0529110 m,3.3 105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,如需除去的最小颗粒粒径为试确定降尘室内隔板的间距及层数；解：取隔板间距为h,令ms0. 1017ms（ 1）Lhuut就hLu tuuqv,s300052734273600273bH.4 210 m尘粒的沉降速度名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 10

20、 页精选学习资料 - - - - - - - - - utd2sg10优秀学习资料欢迎下载. 81ms4. 954103ms106230000. 5918183. 31105由（ 1）式运算 h h05.4 954103m0. 2 4 4 m. 1017层数nH0.4217 .2取 18 层h. 244hH.42m0.233m1818核算颗粒沉降雷诺数：Retdut10 1064.95451040.57.5 10413.3 10核算流体流型：Re d u b 2 bh uh 2 5 0.2335.233 0.1017 0.55 686 21003.3 1010板框压滤机过滤某种水悬浮液,已知框

21、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 m 3,再过滤 10 min,共得滤液量为 1.905 m3,试求（ 1）滤框布满滤饼时所需过滤时间；（ 2）如洗涤与帮助时间共 45 min,求该装置的生产才能 以得到的滤饼体积计 ；解：（1）过滤面积 A 0 . 81 22 10 13 . 122 m 2由恒压过滤方程式求过滤常数12 . 3121.31 Ve13. 12221060K31. 905221. 905 V e13 .12222060K联立解出Ve0. 1376m3,K2. 0101

22、05m2/s恒压过滤方程式为V20. 2752 V3461103Vc0. 810.810. 04210m30. 2756 mVVc.2756 m3v代入恒压过滤方程式求过滤时间2. 7562.027522.756/3. 461103s2414 s40. 23min（2）生产才能名师归纳总结 Q67VcD0. 275660m3/s4. 823105m3/s0. 206m3/h第 8 页,共 10 页w24144511在103Pa 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 - - - - - - - - - K=510-5 m2/s,qe=0.0

23、1 m3/m优秀学习资料欢迎下载=0.08；现拟用有38 个框的2,滤饼体积与滤液体积之比3BMY50/810-25 型板框压滤机在 134 10 Pa 压力下过滤上述悬浮液；试求：（1）过滤至滤框内部全部布满滤渣所需的时间；（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）如每次卸渣、重装等全部帮助操作共需 15 min,求过滤机的生产才能（m 3 滤液/h）；解：（1）硅藻土,s0.01,可按不行压缩滤饼处理349 .86m2K2kp,q 与p无关p134103Pa时,K1104m2/s,q e0. 01 m3/m2Vc0. 8120. 02538m3.06233

24、m3,A382.0812m2VVc.06233m37. 791 m3,q.7791m3/m20. 1563m/m2v0. 0849 . 86代入恒压过滤方程式求过滤时间0. 15632.620.01.01563104275s（2）洗涤Vw.0 V0. 7791 m3sKA810449. 86m3s3. 748103m3sdV1dVKA2dW4dE8VVe8qqe0.15630. 01WVW/dV.07791207 .9 sdW0. 003748（3）生产才能Q V 7 . 7913 m 3/h 20 . 27 m 3/hW D 275 . 6 207 . 9 15 60 / 36007在一传热

25、面积为 25 m 2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淌；设换热器的热缺失可忽视,试核算该换热器的总传热系数并运算该有机溶液的处理量；解：Cp,c4.17kJ/kg 3825W4 . 22105WQW Cp,ct2t 1280004. 171033600求mt有机物110 65水38 25名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - -

26、- - - - - t优秀学习资料欢迎下载72 40 tm7240C54 .4C310 .3Wm265Cs5 .452kgs1 .963104kghln7240KWm2C.4 221052554 . 4Whcp hQT2K1. 724 .22105kgT 110311012在一单程管壳式换热器中,积为 5 m 2,总传热系数为 1 400 W/m管外热水被管内冷水所冷却；已知换热器的传热面2；热水的初温为 100 ,流量为 5 000 kg/h ；冷名师归纳总结 水的初温为 20 ,流量为 10 000 kg/h ；试运算热水和冷水的出口温度及传热量；设水的第 10 页,共 10 页平均比热容为 4.18 kJ/kg,热缺失可忽视不计；解：Whcph50004. 18103WC5806WC3600Wccp c100004 . 18103WC11611WC3600CRCmin5805. 60 5.Cmax11611NTUminKA140051.21Cmin5805.6查图得0. 5 7 5传热量QCm i n T1t10. 5755805 . 610020W2 . 67105WT 1T 2100T 20.575T 1t 110020解出T 254CRt2t 1t2200.5T 1T210054解出t243- - - - - - -