化工原理上习题.doc

1、第一章一测量管道阻力的装置如图所示。已知 D1=2D2， Hg=13.6103kg/m3， u2=1m/s， R=10mm，试计算“1-2”截面间阻力 hf,1-2值，以 J/kg为单位。已知 u2=1m/s， u1=u2/4=1/4=0.25m/s gz1+p1/+u12/2= gz2+p2/+u22/2+hf,1-2又 ( gz1+p1/)( gz2+p2/)=(Hg )gR/ hf,1-2=(Hg )gR/ u12/2 u22/2=12.69.810.010(0.25) 2/21/2=0.767J/kg用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为 38.4T/h。池及槽皆敞口。高位槽中液面比池

2、中液面高 20m,管路总长(包括局部阻力)430m，进出口阻力不计。管径为 1084mm，油的粘度为 3430cP，密度为 960kg/m3, 泵的效率为 50%，求泵的实际功率。Re=438.4103/(36000.103.43)=39.6 层流=64/Re=64/39.6=1.62He=(z2 z1)8 LV2/(2gd5)=H8 Lw2/(2gd52)=20+81.62430(38.4103/3600)2/(29.810.1059602)=731m Na=HeWg/=731(38.4103/3600)9.81/0.50=153103 W=153kW用离心泵将水由水槽送至水洗塔中，水洗塔内

3、的表压为 9.807104Pa，水槽液面恒定，其上方通大气,水槽液面与输送管出口端的垂直距离为 20m，在某送液量下,泵对水作的功为317.7J/kg，管内摩擦系数为 0.018，吸入和压出管路总长为 110m (包括管件及入口的当量长度，但不包括出口的当量长度)。输送管尺寸为 1084mm，水的密度为 1000kg/m3。求输水量为多少 m3/h。 Ws=g(z2 z1) p2(表)/ u22/2 hf， hf=(L/d)u22/2即 317.7=9.8120+9.80710 4/1000+(1+0.018110/0.10)u22/2 u2=1.50 m/s V=1.50(/4) (0.10

4、)2=1.1810-2 m3/s=42.5 m3/h如图所示的管路系统中，有一直径为 382.5mm、长为 30m 的水平直管段 AB，在其中间装有孔径为 16.4mm 的标准孔板流量计来测量流量，流量系数 Co 为 0.63，流体流经孔板的永久压降为 6104 Pa，AB 段摩擦系数 取为 0.022，试计算：液体流经 AB 段的压强差； 若泵的轴功率为 800W，效率为 62%，求 AB 管段所消耗的功率为泵的有效功率的百分率。已知：操作条件下液体的密度为 870kg/m3 ，U 形管中的指示液为汞，其密度为13.6103 kg/m3。uo =Co 2gR( i- )/ 0.5 = 0.6

5、320.69.81(13.6103-870)/870 0.5 =8.27m/s ；u=(do /d) 2 uo =(16.4/33) 2 8.27=2.043m/s；W=2.043(/4)0.033 2 870=1.52kg/s；流体流经 AB 段的压强差在 A 与 B 两截面间列伯努利方程(管中心线为基准面) ：ZA g+(pA / )+(uA 2 /2)=ZB g+(pB / )+(uB 2 /2)+h f ；Z A =ZB；u A =uB；h f = (L/d)(u2 /2)+(6104 / )=0.022(30/0.033)(2.0432 /2)+(6104 /870)=111J/kg

6、；p A -pB = h f =870111=9.66104Pa；Ne=8000.62=496W；AB 段所消耗的功率 Nf=Wh f =1.52111=168.7W N f/Ne=168.7/496=0.34=34如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔,泵吸入管路为 1084mm，长 2m的钢管。泵压出管路为 763mm,长 30m的钢管, 压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只，90弯头 4 只。在压出管路上还装有孔板流量计，孔板孔径为 40mm，孔流系数 Co=0.62，水银压差计读数 R=456mm。吸收塔喷咀处压力为 0.5kgf/cm2 (表压)，碱液密度 =1100kg/m3，泵的效

7、率 =0.6，直管阻力系数 =0.02(吸入、压出管道近似取相同值)，弯头 =0.75，标准阀 =6，闸阀 =0.17，孔板 =8，试求泵所需功率。 =(/4)0.04 20.622g0.456(13.6103-1100)/1100 0.5=0.00786m3/su1=0.00786/(/4)0.1 2=1.0m/s u2=1.0(0.1/0.07) 2=2.04m/s hf =(0.022/0.1+0.5)1.02/2g+(0.0230/0.07+40.75+6+0.17+8)2.042/2g=5.51m He=5.51+(20-1.5)+0.5104/1100+2.042/2g=28.77

8、mNa=28.770.0078611009.81/(1030.6)=4.07kw用泵将密度为 850kg/m3，黏度为 190cP的重油从贮油池送至敞口高位槽中，升扬高度为 20m。输送管路为 1084mm 的钢管，总长为 1000m(包括直管长度及所有局部阻力的当量长度)。管路上装有孔径为 80mm的孔板以测定流量，其 U形油水压差计的读数R=500mm。孔流系数 Co=0.62，水的密度为 1000kg/m3。试求:输油量是多少 m3/h?若泵的效率为 0.55，计算泵的轴功率。 u0=Co2gR( i- )/ 0.5 =0.6229.810.5(1000-850)/850=0.816m/

9、s Vh =0.8160.785(0.08)23600=14.76m3/h u=0.816(80/100) 2=0.522m/s Re=0.10.522850/(19010-3)=2343000，假设正确 V=Au=(/4) d2u=(/4)(0.3) 23.5133600=893.9(m3/h)流量减半，即流速减半 u=3.513/2=1.757m/s Re=5775符合柏拉修斯式条件在 1-1面至 2-2面之间： gz=(0.3164/Re0.25)(L/d)+ (u2/2)即 9.813.2（0.3164/5775 0.25） （50/0.30）+ （1.757 2 /2） 14.3黏度

10、为 30cP、密度为 900kg/m3的液体，自经内径为 40mm的管路进入，两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门。当阀全关时，阀前后压力表读数分别为 0.9at和0.45at。现将阀门打至 1/4开度，阀门阻力的当量长度为 30m，阀前管长 50m，阀后管长20m(均包括局部阻力的当量长度)。试求：()管路的流量 m 3/h？ ()定性说明阀前后压力表读数有何变化？ (1)阀全关时：9009.81z1 = 0.99.81104 z1= 10 m9009.81z2 = 0.459.81104 z2= 5 m阀部分打开时：设管内流体层流105=32300.001(50+30+20)u/(

11、9009.810.042)u = 0.736 m/s校核 Re:Re=0.0400.736900/0.030 = 883 , 层流，所设正确，计算有效。则 V = (/4) (0.040)20.7363600 = 3.33 m3/h(2)阀部分打开时， p1下降， p2上升。在管路系统中装有离心泵，如图。管路的管径均为 60mm,吸入管长度为 6m,压出管长度为13米,两段管路的摩擦系数均为 =0.03,压出管装有阀门,其阻力系数为 =6.4，管路两端水面高度差为 10m，泵进口高于水面 2m，管内流量为 0.012m3/s试求：泵的扬程；泵进口处断面上的压强为多少；如果是高位槽中的水沿同样管

12、路流回，不计泵内阻力，是否可流过同样流量。(用数字比较)注：标准弯头的局部阻力系数 =0.75，当地大气压强为 760mmHg，高位槽水面维持不变。 u=V/(/4) d2=0.012/(/4)0.06 2=4.24m/s 吸入管阻力损失：hf.s=0.5u2/2g+0.75u2/2g+0.03(6/0.06)(4.242/2g)=(0.5+0.75+3)4.242/(29.81)=3.90m 压出管阻力损失 hf.D =(20.75+6.4+1+0.0313/0.06)4.242/2g=14.1m 故泵的扬程为 H= Z+ p/(g )+ hf =28m在泵进口断面上，从液面至此截面列伯努利

13、方程：0=pb/(g )+2+4.242/(29.81)+ hf.s = pb/(g )+2+0.92+3.9 pb=0.682at(真)当高位槽沿原路返回时，在槽面与水面间列伯努利式：10= hf， s+ hf，D 10=（0.5+0.75+0.03(6/0.06)+20.75+6.4+1+0.03 (13/0.06)u2/2g u=3.16m/s V=8.9310 -3m3/s流量小于原值第 2 章 流体输送用离心泵输液进塔，塔内表压 0.45at,原料槽内表压 0.15at，塔内出液口比原料槽液面高 8m，管长共 25m(包括局部阻力),管内径 50mm,摩擦系数 0.02液体密度 80

14、0kg/m3泵的特性: He=26-1.15105V 2 (He-m,V-m3/s),求流量及有效功率管路特性:He= ( z2-z1) + (p2-p1)/(g ) + Hf=8+(0.45-0.15)10/0.8+8LV 2/( 2gd5)=11.75+1.32105V2泵的特性: He = 26-1.15105V2He = He,解得 V = 7.6010-3 m3/s则 He = 26-1.15105(7.6010-3)2 = 19.4 mNe = HeVg = 19.47.6010-38009.81 = 1.16103 W用泵输液经换热器进塔。塔内表压 0.8kgf/cm2。排出管内

15、径 106mm,管长 150m(包括局部阻力), 摩擦系数 0.03。液体密度 960kg/m3。液体流经换热器的压力损失为 0.8at。吸入管阻力 1m 液柱。排出及吸入管内流速 1.5m/s。当地气压 1atm。液体在工作温度时的饱和蒸汽压可按 20水计。敞口液槽液面至塔内出液口的升扬高度为 12m。试求:(1)下列泵中最合适的泵型(2)采用最合适的泵,其最大的吸液高度型号 V He Hs ( m3/h) ( m ) (%) (m) 2B19 22 16 66 6.0 3B57A 50 37.5 64 6.4 4B91 90 91 68 6.2(1)He= (z 2-z1)+(p2-p1)

16、/( g)+H f,吸 +H f,排 +H f,热= 12+0.89.81104/(9609.81)+1+0.03150/(0.106)1.5 2/(29.81) +0.89.81104/(9609.81)=34.5 mV = u(/4)d 23600 = 1.50.785 (0.106)23600 = 47.65 m3/h由于(V, He) 点在 3B57A 及 4B91 型泵的 HeV 曲线下方 ,故这两种泵均可用,但(V, He)点更靠近 3B57A 型泵的 HeV 曲线,可减少关小阀的能耗,且二泵效率相近,故选用 3B57A型泵最合适(2)Hg,max= Hs 1000/960-u2/

17、(2g)-H f,吸= 6.4/0.96-1.52/(2 9.81)-1= 5.55 m生产要求以 18m3/h流量将饱和温度的液体从低位容器输至高位容器内。液体密度960kg/m3，粘度与水相近。两液位高度差 21m，压力表读数： pA= 0.2at , pB= 1.2at。排出管长 50m、吸入管长 20m(均包括局部阻力)，管内径 50mm，摩擦系数 0.023。现库存一台泵，铭牌标明：扬程 44m，流量 20m3/h，此泵是否能用？若此泵能用，该泵在 18m3/h时的允许气蚀余量为 2.3m，现拟将泵安装在容器 A内液位以下 9m处，问：能否正常操作？mgdLVpzHe1.42 05.

18、8194.3)36()2(081.960).( 24521212 可见，管路要求 V=18m3/h,He=42.1m,而该泵最高效率时：V=20m 3/h , He=44m,管路要求的（V ，H e）点接近最高效率的状态，故此泵适用。 mgdLhpfvg 34.583.2,20max, 允吸故可正常工作。如图的输水系统。已知管内径 d=50mm,在阀门全开时输送系统的 ( L+Le)=50m, 摩擦系数可取 =0.03, 泵的性能曲线, 在流量为 6m3/h至 15m3/h范围内可用下式描述: He=18.92-0.82V 0.8，此处 He为泵的扬程 m,V为泵的流量 m3/h, 问: 如要

19、求流量为 10m3/h，单位质量的水所需外加功为多少?单位重量的水所需外加功为多少?此泵能否完成任务? 如要求输送量减至 8m3/h(通过关小阀门来达到)，泵的轴功率减少百分之多少?(设泵的效率变化忽略不计)(1)当 V1=10m3/h，所需外加功 Ws=gz hf=9.8110+80.0350(10/3600)2/(20.0505)=128.1 J/kgHe=Ws/g=128.1/9.81=13.06 J/N泵的扬程 He=18.920.82(10) 0.8=13.75 J/N HeHe，故此泵能完成任务。(2)V1=10m3/h时， He,1=13.75m,V2=8m3/h时， He,2=

20、18.920.82(8) 0.8=14.59m,轴功率 Na=HeVg/，其中 、 g、 均为常量， (Na,1 Na,2)/Na,1=(He,1V1 He,2V2)/(He,1V1)=(13.751014.598)/(13.7510) = 0.151第三章板框压滤机框空的长、宽、厚为 250mm250mm30mm,共 8只框,以此压滤机过滤某悬浮液,已知过滤常数 K=510-5m2/s,滤饼与滤液体积比 =0.075,过滤至滤框充满滤饼时共需 15min。 求表示单位面积滤布阻力的 qe 。滤饼充满滤框时的滤液量 V = (80.250.250.030)/0.075= 0.2 m3相应的 q

21、 = V/A = 0.2/(80.250.252) = 0.2 m3/m2 q2+2qqe = K 即 0.2 2+20.2qe = 510-51560 qe = 0.0125 m3/m2某板框过滤机框空的长、宽、厚为 250mm250mm20mm,框数为 8, 以此过滤机恒压过滤某悬浮液,测得过滤时间为 8.75min与 15min时的滤液量分别为 0.15m3及 0.20m3，试计算过滤常数 K。过滤面积 A = 820.250.25 = 1.0 m2已知: 1 = 8.75 min V1 = 0.15 m3 2 = 15 min V2 = 0.20 m3 V2+2VVe = KA2可得

22、0.15 2+20.15Ve = K128.75 (1)0.202+20.20Ve = K1215 (2)(1)、(2)式联立,解得 K = 0.0030 m2/min = 5.010-5 m2/s已知直径为 40m 的小颗粒在 20常压空气中的沉降速度 ut = 0.08m/s。相同密度的颗粒如果直径减半,则沉降速度 ut为多大？(空气密度 1.2kg/m3,黏度 1.8110-5Pas ，颗粒皆为球形)dp = 40m 的颗粒Rep = dput / = 4010-60.081.2/(1.8110-5) = 0.21 2沉降属斯托克斯区，则直径减半的颗粒粒径 dp = dp/2的沉降必亦属

23、于斯托克斯区 ut = gdp2( s- )/(18 )即 ut/ut = (dp)2 /(dp)2 ut= (dp)2 /(dp)2ut = (1/2)20.08 = 0.02 m/s以某叶滤机恒压过滤某悬浮液,过滤 1.5小时得滤液 30.3m3。过滤介质阻力可略。试问:(1)若再过滤 0.5h,操作条件不变,又可得多少滤液?(2)在上述条件下共过滤 2h后以 4m3水洗涤滤饼,水与滤液黏度相同,洗涤与过滤压力相同,求洗涤时间是多少？(1) V2 = KA2t 则( V2/V1)2 = t2/t1即 ( V2/30.3)2 = 2/1.5 V2 = 35.0 m3可多得滤液 V2-V1 =

24、 35.0-30.3 = 4.7 m3(2) ( dV/dt)E = KA2/(2VE) = VE/(2tE) = V2/(2t2)= 35.0/(22) = 8.75 m3/h tw = Vw/( dV/dt)w = Vw/( dV/dt)E= 4/8.75 = 0.457h = 27.4 min用某叶滤机恒压过滤钛白水悬浮液。滤叶每侧过滤面积为(0.81) 2m2,共 10只滤叶。测得:过滤 10min得滤液 1.31m3；再过滤 10min共得滤液 1.905m3。已知滤饼与滤液体积比n=0.1。试问:(1)过滤至滤饼厚为 21mm即停止,过滤时间是多少?(2)若滤饼洗涤与辅助时间共 4

25、5min,其生产能力是多少?（以每小时得的滤饼体积计）(1) V2 + 2VVe = KA2t由题意得 1.31 2 + 21.31Ve = KA210 (a)1.9052 + 21.905Ve = KA220 (b)(a)、(b)联立,解得 KA2= 0.2076 m6/min,Ve = 0.1374 m3又 A = 1020.812 = 13.12m2过滤终了时,共得滤液量 VE = 13.120.021/0.1= 2.755 m3由 2.755 2 + 22.7550.1374 = 0.2076tE, tE = 40.2 min(2) 生产能力 = nVE /(tE+tw+t 辅 )= 0.12.755/(40.2+45) =3.2310-3 m3/min = 0.194 m3/h(滤饼)