1、化工单元操作与控制课后习题答案高职高专规划教材苏州健雄职业技术学院医药科技学院杨成德 顾准 顾晓吴主编2018.02.28- 1 -习题 1 附图1 2h1项目一 输送系统的操作与设计1 根据附图所示的双液体 U 管压差计的读数，计算设备中气体的压力，并注明是表压还是绝压。已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为 920 kg/m3 和 998 kg/m3，压差计的读数R 300mm。两扩大室的内径 D 为 60mm， U管的内径 d 为 6mm。解：已知 d=6mm, D=60mm, R=300mm=0.3m, 水 =998kg/m3, 液=920kg/m3。由 U 型管压力计可知，右
2、边的液面较左面的液面高度差为 mDdRh 30.4/61430/14222 ).6Pa(2530.8192.98gh 表 压油油水 P2 为了排出煤气管中的少量积水，用附图所示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排出。已知煤气压力为 10kPa（表压） ，试求水封管插入液面下的深度 h。解：已知 P=10Kpa， =998kg/m3，由公式 可知：ghP02m.198)/(10g/Ph3习题 2 附图- 2 -3 硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为 764mm和 573.5mm。已知硫酸的密度为 1831 kg/m3，体积流量为 9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流
3、量；（2）平均流速；（3）质量流速。解：知 Vs=9m3/h, =1831 kg/m3, d1=76mm-4mm2=68mm=0.068m, d2=57mm-3.5mm2=50mm=0.05m, 故可得(1) 4.58kg/s1679/h839ms2s1 (2) 69m/.0/.24/0.4/dVu21ss27/s.1h/.583/.39/22ss (3) )/(.64/0.14/mG2221ss1 mkgdA)/(8.3/5.38/ 222ss2 s4 在兰州操作的苯乙烯真空精馏塔顶的真空表读数为 80103 Pa，在北京操作时，若要求塔内维持相同的绝对压强，真空表的读数应为多少？兰州地区的
4、平均大气压强为 85.3103 Pa，天津地区的平均大气压强为 101.33103 Pa。解：已知 P01=85.3103Pa，P 02=101.33103Pa，P 真 1=80103Pa；所以a05.80-1.51001 真绝绝真96.3-3.2绝真- 3 -5 某设备的进、出口压强分别为 1200mmH2O（真空度）和1.6at（表压）。若当地大气压为 760mmHg，求此设备进、出口的压强差。（用 SI 制表示）解：已知 P0=101.33kPa=101.33103Pa, h 真 =1200mm=1.2m，P 表 =1.6at=1.6101.33103=162.13103Pa; =103
5、kg/m3。kPa89.57a1089.57120.13.gh01 真P46236346032 表 kaP 8.1708.715.8946.3336 敞口容器内装有 3.5m 深的油，该油的密度为 920kg/m3，求容器底部的压力?解：已知 P0=101.33kPa=101.33103Pa, h =3.5m， =920kg/m3，故12.8kPaa012.85.92013.gh 30 7 用附图所示的 U 形管压差计测量管道 A 点的压强，U 形管压差计与管道的连接导管中充满水。压差计内指示液为汞，读数 R=120mm，当地大气压为 101.3kPa。试求 A 点的绝对压强。解：已知 P0=
6、101.33kPa=101.33103Pa, h =3.5m， 水=1000kg/m3，汞 =13600kg/m3， R=120mm=0.12m， h1=1.2-R=1.2-0.12=1.08m。P1 P2 P3题 7 附图- 4 -由图可知，11Agh水PgRP汞032阿kaR127901279 12.8960.83.汞水8 如附图所示，用一倒 U 形管压差计测定输水管 AB 两点间的压差，指示剂为空气，读数为 300mm，试计算 A、B 两点的压差为多少？解：已知 水 =1000kg/m3，R=300mm=0.3m ， PagRP 31094.28.10水空水9 如附图所示，用 U 形管压
7、差计测量密封容器中液体上方的压力。已知液体的密度为 1000kg/m3，压差计内指示液为汞，h=3m，h 1=1.3m，h 2=1m，当地大气压为 101.3kPa。求液面上方的表压和绝压各为多少？解：已知 水 =1000 kg/m3， 汞 =13600 kg/m3，h 1=1.3m，h 2=1m，h=3m，P 0=101.3kPa=101.3103Pa；由图可知 P21-g水2102h-g液Pa107.2 )3(9.8)3.1(9836-hh1 水汞10 如图所示的混合式蒸汽冷凝器中，器内真空度为 82kPa，求大气腿内的水柱高度 H 为多少米？习题 9 附图P1 P2习题 8 附图习题 1
8、0 附图- 5 -解：已知 =1000kg/m3，P 真 =82kPa=82103Pa；由图可得， 真真 )(037m.89/182g/3Ph11 某流化床反应器上装有两个 U 管压差计，如图所示。测得 R1 =400mm，R 2 =50mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，在右侧的 U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度 R3 =50mm。求 A、B 两处的表压强。解：已知 P0=101.33kPa=101.33103Pa, R1 =400mm=0.4m，R 2 =50mm=0. 05m，R3 =50mm=0.05m， 水 =1000kg/m3， 汞 =13600kg/m3，由
9、图可知： )Pa(1067.305.89365.89gR2表 压 汞水A53.1kpa. .8936.7gB11B2的 真 空 度 为汞 汞P12 密度为 1820kg/m3 的硫酸，定态流过内径为 50mm 和 68mm 组成的串联管路，体积流量为 150 l/min。试求硫酸在大管和小管中的质量流量 kg/s 和流速 m/s？解：已知 硫酸 =1820kg/m3， d1=50mm=0.05m，习题 11 附图P2P1- 6 -d2=68mm=0.068m， Vs=150L/min=2.510-3m3/smVus /23.14/05.1324/321 skgmss /5.40.8-2硫 酸1
10、3 如图所示，甲烷以 1700m3/h 的流量流过管路，管路是内径从200mm 逐渐缩小到 100mm，在粗细两管上连有一 U 形管压差计，指示液为水。甲烷通过管路时，U 形管压差计的读数为多少毫米？（设甲烷与水的密度分别为 1.43kg/m3 和 1000kg/m3，甲烷的流动阻力损失可忽略不计） 。解：已知 Vs=1700m3/h=0.472m3/s， d1=200mm=0.2m， d2=100mm=0.1m，水 =1000kg/m3， 甲烷 =1.84kg/m3，所以可知, ;smdVus /0.154/2.704/21 smdVus /2.604/1.374/22由图可知，A，B 点的
11、压强相同，故可得 gR,21水水， PPgR水以 1，2 面列伯努利方程得： 319m.08914.20.5.2R21211221 gugPPWupgZugZf水甲 烷水 甲 烷甲 烷简 化 后 得 ： 习题 13 附图A B 1 2- 7 -14 如图所示，将 25水由水池打入高位槽，槽的水平面高于池面 50m，管路阻力损失为 2.14m，流量为 34m3/h，需外加多少有效功率才能达到目的?解：已知 Vs=34m3/h=0.0094m3/s，h f=2.14m， z=50m， =998m3/h。由 简化可得，fe hzPguzguH22121ffehz12kgJzWfe /97.510)4
12、.20(8.915 将 293K、98%硫酸用泵从常压贮槽送入表压为 200kPa 的设备中,所用管子内径为 50mm，硫酸流入设备处与贮槽液面垂直距离为 15m，损失压头为 22.6m，硫酸流量为 3kg/s。求泵的有效功率?解：已知， =1820kg/m3，P 1=0(表压)， P2=200kPa=200103Pa(表压)， hf=22.6m，d=50mm=0.05m， z=15m， ms=3kg/s，故可得smus/839.04/2由伯努利方程得： fe hzgPuzguW22121 kgJhgPzfe /4.786.21.98021.9531212 所以 kWmWse43.78- 8
13、-16 用泵将储槽中密度为 1200 kg/m3 的溶液送到蒸发器内。储槽内液面维持恒定，其上方与大气相通。蒸发器内的操作压强为200mmHg（真空度），蒸发器进料口高于储槽内的液面 15m，输送管道的直径为 684 mm，送料量为 20m3/h，溶液流经全部管道的能量损失为 120J/kg，求泵的有效功率？解：已知， =1200kg/m3，P 1=0(真空度)， P2=gh汞=9.80.213600=26656Pa(真空度)， Wf=120J/kg， d=68-42=60mm=0.06m， z=15m， Vs=20m3/h=5.610-3m3/s， 由伯努利方程得： fgzPugzuWe22
14、121 kgJPgzef /1.890658.91212所以 WVmsese 4.12.3 17 20的水以流速 1m/s 流经内径为 20mm 的圆管，试判断水的流形。解：已知 d=20mm=0.02m,u=1m/s, =998.2 kg/m3,=0.8937mPaS=0.893710-3PaS故水的流型为湍流40123.08937.12Re5u18 某溶液的密度为 980kg/m3，性质与水相似，当料液的流量为50t/h 时，试选择流速分别为 1.5m/s 与 2.5m/s 所需的管子规格?解：已知 ms=50t/h=13.9kg/s, u1=1.5m/s, u2=2.5m/s, - 9
15、-=980kg/m3,，所以选10m.514.3980umd4/u14s2s 用内径为 125mm 的管，为 1334 的无缝不锈钢管； ；所以选580.521.3980ud4/u 4241s2s 用内径为 100mm 的管，为 1084 的无缝不锈钢管；19 某油品以层流状态在直管内流动，流量不变时，下列情况阻力损失为原来的多少？管长增加一倍；管径增大一倍；提高油温使粘度为原来的 1/2（密度变化不大） 。解：由 ， 得： duRee64 dulldullWf 322Re642所以， 由上式可知，(1)当长度加倍时，阻力损失变为原来的 2 倍；(2)当管径加倍时，阻力损失变为原来的 1/2；(3)当粘度降低为原来一半时，阻力损失变为原来的 1/2；20 用 1084mm 的钢管从水塔将水引至车间，管路长度150m（包括管件的当量长度）。若此管路的全部能量损失为118J/kg，此管路输水量为若干 m3/h？（管路摩擦系数可取为 0.02，水的密度取为 1000kg/m3）?解：已知 d=108-42=100mm=0.1m, ,Wf=118J/kg, =0.02, l150总=1000kg/m3,故可得 smldWudlWff /80.2150.22总总
