化工原理例题

Revisedasof23November2020化工原理例题第一章流体流动例1.高位槽内的水面高于地面8m，水从φ108×4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按∑ｈf=u2计算，其中u为水在管道的流速。试计算：⑴A—A'截面处水的流速；⑵水的流量，以m3/h计。解：设水在水管中的流速为u，在如图所示的1—1,，2—2,处列柏努力方程Z1ｇ+0+Ｐ1/ρ=Z2ｇ+ｕ2／2+Ｐ2/ρ+∑ｈf（Z1-Z2）g=u2/2+代入数据(8-2)×=7u2,u=2.9m/s换算成体积流量qV=uA=×π/4××3600=82m3/h例2.本题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为1100kg／m3，循环量为36m3。管路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为／kg，由B流至A的能量损失为49J／kg，试求：（1）若泵的效率为70%时，泵的抽功率为若干kw（2）若A处的压强 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 读数为×103Pa时，B处的压强表读数为若干Pa解：（1）由A到B截面处作柏努利方程0K*I9d$`8V1L    0+uA2/2+PA/ρ=ZBg+uB2/2+PB/ρ+~!p;CX9X7}+    管径相同得uA=uB    ∴（PA-PB）/ρ=ZBg+*e1W:a7e%u,k9Y1o-H"x由B到A段，在截面处作柏努力方程B    ZBg+uB2/2+PB/ρ+W=0+uA2+PA/ρ+49(b;[4l5}8o        ∴W=（PA-PB）/ρ-ZBg+49=+49=kg3L&P-@"D8i4N0F    ∴qm=qvρ=36/3600×1100=11kg/s-q-i3M#a$R/y)p5|    Pe=qm×W=×11=%E5|0W*y'Z%](*I(V8b    泵的抽功率N=Ne/76%==s$m&Z6P!K)R:g;Q（2）由第一个方程得（PA-PB）/ρ=ZBg+得  7a6W,@"R#w+E&v9vPB=PA-ρ（ZBg+）*|%A"K+{*{$m)c=×103-1100×(7×+$M)z:B8f.q3u4L=×104Pa:y7W-m#z'm"X;p例3.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为Ф76×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为×10³Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按∑ｈf,1=2u²，∑hf,2=10u2计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速ｍ/s。排水管与喷头连接处的压强为×10³Pa（表压）。试求泵的有效功率。解：总能量损失∑hf=∑hf,1+∑hf，2在截面与真空表处取截面作方程：z0g+u02/2+P0/ρ=z1g+u2/2+P1/ρ+∑hf，1（P0-P1）/ρ=z1g+u2/2+∑hf，1∴u=2m/s∴qm=qvρ=7.9kg/s在真空表与排水管-喷头连接处取截面z1g+u2/2+P1/ρ+W=z2g+u2/2+P2/ρ+∑hf，2∴We=z2g+u2/2+P2/ρ+∑hf，2-（z1g+u2/2+P1/ρ）=×+（+）/×10³+10×2²=kgPe=qm×W=×=例4.用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为ф60×3.5mm，其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为∑ｈf，AB=∑ｈf，CD=u2，∑ｈf，BC=。两压差计中的指示液均为水银。试求当R1=45mm，h=200mm时：（1）压缩空气的压强P1为若干（2）U管差压计读数R2为多少解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+P1/ρ=Zg+0+P2/ρ+∑ｈf∴P1=Zgρ+0+P2+ρ∑ｈf=10××1100+1100（2u2+）=×10³+3498u²在压强管的B，C处去取截面，由流体静力学方程得PB+ρg（x+R1）=Pc+ρg（hBC+x）+ρ水银R1gPB+1100××（+x）=Pc+1100××（5+x）+×10³××PB-PC=×104Pa在B，C处取截面列柏努力方程0+uB²/2+PB/ρ=Zg+uc2/2+PC/ρ+∑ｈf，BC∵管径不变，∴ub=ucPB-PC=ρ（Zg+∑ｈf，BC）=1100×（+5×）=×104Pau=4.27m/s压缩槽内表压P1=×105Pa（2）在B，D处取截面作柏努力方程0+u2/2+PB/ρ=Zg+0+0+∑ｈf，BC+∑ｈf，CDPB=（7×++）×1100=×104PaPB-ρgh=ρ水银R2g×104-1100××=×10³××R2R2=609.7mm例5.从设备送出的废气中有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m³/h，其物理性质与50℃的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计，起读数为30mm。输气管与放空管的内径均为250mm，管长与管件，阀门的当量长度之和为50m，放空机与鼓风机进口的垂直距离为20m，已估计气体通过塔内填料层的压强降为×10³Pa。管壁的绝对粗糙度可取0.15mm，大气压强为×10³。求鼓风机的有效功率。解：查表得该气体的有关物性常数ρ=,μ=×10-5Pa·s气体流速u=3600/(3600×4/π×=20.38m/s质量流量qm=×4/π××=1.093Kg/s流体流动的雷偌准数Re=duρ/μ=×105为湍流型所有当量长度之和ι总=ι+Σιe=50mε取时ε/d=250=查表得λ=所有能量损失包括出口,入口和管道能量损失即:∑ｈ=×u2/2+1×u2/2+×50/·u2/2=kg在1-1﹑2-2两截面处列伯努利方程u2/2+P1/ρ+W=Zg+u2/2+P2/ρ+∑ｈW=Zg+(P2-P1)/ρ+∑ｈ而1-1﹑2-2两截面处的压强差P2-P1=P2-ρ水gh=×103-103××31×103=Pa∴W=W/Kg泵的有效功率pe=We×qm==KW例6.如本题附图所示，，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为100mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管差压计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的长度为20m。（1）.当闸阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm；当闸阀部分开启时，测的R=400mm，h=1400mm。摩擦系数可取，管路入口处的局部阻力系数为。问每小时从管中水流出若干立方米。（2）.当闸阀全开时，U管压差计测压处的静压强为若干（Pa，表压）。闸阀全开时le/d≈15，摩擦系数仍取。解:⑴根据流体静力学基本方程,设槽面到管道的高度为xρ水g(h+x)=ρ水银gR103×+x)=×103×x=6.6m部分开启时截面处的压强P1=ρ水银gR-ρ水gh=×103Pa在槽面处和1-1截面处列伯努利方程Zg+0+0=0+u2/2+P1/ρ+∑ｈ而∑ｈ=［λ(ι+Σιe)/d+ζ］·u2/2=u2∴×=u2/2++u2u=s体积流量qm=uAρ=×π/4×2×3600=87.41m3/h⑵闸阀全开时取2-2,3-3截面列伯努利方程Zg=u2/2+2+×(15+l/d)u2/2u=3.47m/s取1-1﹑3-3截面列伯努利方程P1'/ρ=u2/2+×(15+ι'/d)u2/2∴P1'=×104Pa例7.用效率为80%的齿轮泵将粘稠的液体从敞口槽送至密闭容器中，两者液面均维持恒定，容器顶部压强表读数为30×103Pa。用旁路调节流量，起 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 如本题附图所示，主管流量为14m3/h，管径为φ66×3mm，管长为80m（包括所有局部阻力的当量长度）。旁路的流量为5m3/h，管径为Φ32×2.5mm，管长为20m（包括除阀门外的管件局部阻力的当量长度）两管路的流型相同，忽略贮槽液面至分支点o之间的能量损失。被输送液体的粘度为50mPas，密度为1100kg/m3，试计算：（1）泵的轴功率（2）旁路阀门的阻力系数。$n6f,P$]+e&R1f4}7Y7Y-v4h;l解：⑴泵的轴功率"W8u!v.~:V$u+O4w*b分别把主管和旁管的体积流量换算成流速%+u5p*C&`-^.h&z主路流速  u=qV/A=14/[3600×(π/4)×(60)2×10-6]#J8J"O,x'V9^        =1.38m/s4L(]*f.L1M#V2p%a$V8R:s$_旁路流速  u1=qV1/A=5/[3600×(π/4)×(27)2×10-6]!U)|8f#N/G5N&D%P4V/P7e,n          =2.43m/s+E/N5[(C.G-Y%a先计算主管流体的雷偌准数7D1j-`0A3\&K4m    Re=duρ/μ=<2000属于滞流%t(w2W;D8E!U#z  a摩擦阻力系数可以按下式计算  8L"N%P-a3O!w#m!P,r        λ=64/Re="@1J#L"x5B7Z2z"M  B$h在槽面和容器液面处列伯努利方程:F1o-A0x4s0A        W=Z2g+P2/ρ+∑ｈf  (^,L,Y/g:G/f'_,w          =5×+30×103/1100+××80/(60×10-3)4k+i%{6`8C1F4t          =J/Kg.a2{0f(w)L1u主管质量流量    qm=uAρ=×(π/4)×(60)2×11000a-v+p+w!A+a'e              =5.81Kg/s"K4r;&D$Y.K泵的轴功率      pe/η=W×qm/η=W2C4D3V5l*p,I.\-x0Q                =$|;{7V(r#{⑵旁路阀门的阻力系数(b5a"N6K+`-p+j旁管也为滞流其摩擦阻力系数λ1=64/Re1=:l4I  `6H!N5O)H6u3]  有效功W=0+u12/2+0+∑ｈf  s9M:b0S5V5n*r#G&^2c)c       ∴旁路阀门的阻力系数ε=(W-u12/2-λu12/220/d1)-2/u12=例8.第四章传热例9.在200kPa、20℃下，流量为60m3/h的空气进入套管换热器的内管，并被加热到80℃，内管的直径为Ф57×3.5mm，长度为3m。试求管壁对空气的对流传热系数。解：定性温度=（20+80）/2=50℃。50℃下空气性质λ=×10-2W/（m.℃）；μ=×；Pr=空气在进口处的速度：空气在进口处的密度空气的质量流速例10.在一室温为20℃的大房间中，安有直径为0.1m、水平部分长度为10m、垂直部分高度为1.0m之蒸汽管道，若管道外壁平均温度为120℃，试求该管道因自然对流的散热量。解：大空间自然对流的α可由式计算，即：，该温度下空气的有关物性由附录查得：，，（1）水平管道的散热量Q1其中所以由表查得：，所以（2）垂直管道的散热量由表查得：，所以蒸汽管道总散热量为：例11.换热器由长度为1.5m，外径为89mm，正三角形错列圆钢管组成。常压下空气在管外垂直流过，最大流速8m/s，进口温度10C，出口温度50C,管束有20排，每排20根管子，管中心距为110mm，管内有饱和蒸汽冷凝。求管壁对空气的平均对流传热系数。例12.在逆流换热器中，用初温为20oC的水将1.25kg/s的液体［比热容为（kg·oC）、密度为850kg/m3］，由80oC冷却到30oC。换热器的列管直径为Ø25×2.5mm，水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为kW/（m2·oC）和kW/（m2·oC），污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50oC，试求换热器的传热面积。解：由传热速率方程知其中kwoCW/（m2·oC）所以m2例13.重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243oC和128oC；终温分别为167oC和157oC。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽略。解：以上标“'”表示并流的情况。由传热速率和热量衡算式知：两式相除，得（a）将和比定律应用于上式，得而oC所以或（b）由式a得即（c）联立式b和式c解得t2=oCT2=oC所以oC例14.在一单程列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油。温度为160oC的饱和蒸汽在壳程冷凝（排出时为饱和液体），原料油在管程流动，并由20oC加热到106oC。列管换热器尺寸为：列管直径为Ø19×2mm，管长为4m，共有25根管子。若换热器的传热量为125kW，蒸气冷凝传热系数为7000W/（m2·oC），油侧污垢热阻可取为0.0005m2·oC/W，管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略，试求管内油侧对流传热系数。又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来总传热系数的倍，试求油的出口温度。假设油的物性不变。解：（1）管内油侧α1：oCW/（m2·oC）即解得αi=360W/（m2·oC）（2）油的出口温度：由热量衡算得而W/（m2·oC）所以（a）由总传热速率方程得（b）联合式a和式b，得oC例15.流量为720kg/h的常压饱和水蒸气在直立的列管外冷凝，列管换热器直径为Φ25×2.5mm，管长为2m，列管外壁温度为94°C，试按冷凝要求估算列管根数。解：查常压下水蒸气的有关物性数据：T=100℃第五章吸收例16.根据附图所列双塔吸收的五种流程布置 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，示意绘出与各流程相对应的平衡线和操作线，并用图中边式浓度的符号标明各操作线端点坐标。HYPERLINK\o"点击查看大图"\t"_blank"例17.在填料塔中用清水吸收氨与空气的混合气中的氨。混合气流量为1500标，氨所占体积分率为5%，要求氨的回收率达95%。已知塔内径为0.8m，填料单位体积有效传质面积，吸收系数。取吸收剂用量为最少用量的倍。该塔在30℃和压力下操作，在操作条件下的平衡关系为，试求：出塔溶液浓度x1；用平均推动力法求填料层高度Z；用吸收因数法求Z。解：例18.某填料吸收塔，用清水吸收某气体混合物中的有害物质A，若进塔气中含A　5%（体积%），要求吸收率为90%，气体流率为，液体流率为，此时的液气比是最小液气比的倍。如果物质服从亨利定律（即平衡关系为直线），并已知液相传质单元高度为0.44m，气相体积传质分系数，试求：塔底排出液组成x1；用吸收因数法求所需填料层高度Z；（3）用平均推动力法求Z。解：例19.有一吸收塔，填料层高度为3m，在常压、20℃用清水来吸收氨和空气混合气体中的氨。吸收率为99%，进口气体中含氨6%（体积%），进口气体速率为580，进口清水速率为770，假设在等温条件下逆流吸收操作，平衡关系，且与气体质量流速的次方成正比，分别计算改变下列操作条件后，达到相同分离程度所需填料层高度。将操作压强增加一倍（P=），其他条件不变。将进口清水量增加一倍，其他条件不变。将进口气体流量增加一倍，其他条件不变。解：求现有条件下的二．分别计算：第六章精馏例20.在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h，含苯，要求塔顶馏出液中含苯（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流。已知=，取回流比为最小回流比的倍。试求：（1）塔顶产品量D、塔底残液量W及组成xw；（2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）提馏段操作线方程；（5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成为多少（6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数为多少解：（1）塔顶产品量D、塔底残液量W及组成xw；由，得：W=F-D=1000-400=600kmol/h又由物料衡算得（2）最小回流比；泡点进料，q=1,(3)精馏段操作线方程；(4)提馏段操作线方程；则（5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成由操作线方程得（6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数又为多少。饱和蒸气进料，q=0，由得因，故例21.用一连续精馏塔分离由组分A¸B组成的理想混合液。原料液中含A，馏出液中含A（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为，最回流比为，试说明原料液的热状况，并求出q值。解：采用最小回流比时，精馏段操作线方程为      即      由相平衡方程  ，  得      联立两方程  ，  解得  x=，y=    此点坐标（，）即为（xq，yq）。    因 xF =，即xq＜xF＜yq，说明进料的热状况为气液混合进料。    由q线方程  ，    此线与平衡线的交点即是操作线与平衡线的交点    有         解出 q=例22.在连续精馏塔中分离某种组成为（易挥发组分的摩尔分率，下同）的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为，全凝器提供组成为的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率96%。若测得塔顶第一层板的液相组成为，试求：（1）操作回流比和最小回流比；（2）若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少解：（1）在塔顶满足气液平衡关系式y=αx/[1+(α-1)x]代入已知数据=α/[1+(α-1)]∴α=第一块板的气相组成y1=（1+）=×（1+×）=在塔顶做物料衡算V=L+DVy1=LxL+DxD（L+D）=0.88L+∴L/D=即回流比为R=由Rmin=[(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/（α-1）泡点进料xq=xF∴Rmin=（2）回收率DxD/FxF=96％得到F=100×（×）=kmol/h例23.某两组分溶液在连续精馏塔内进行精馏，泡点进料，xF=，xW=，α=4，理论板为4块（包括再沸器），料液从第二块板进入，提馏段上升蒸汽摩尔流量为塔底产品的2倍，求第三块理论板上升的蒸汽组成。