化工计算题Word格式.docx
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,?
Hf?
水柱 ?
3?
10?
u2?
/sd?
水的流量 习题 qV?
4d2u2?
4?
10?
3m3/s?
m3/h 【1-18】若用压力表测得输送水、油、98%硫酸(密度为1830kg/m3)的某段水平等直径管路的压力降均为49kPa。
试问三者的压头损失的数值是否相等?
各为多少米液柱?
解从伯努利方程得知,等直径水平管的压头损失Hf与压力降?
p的关系为Hf?
p。
g?
p49?
103Hf水=?
水柱 ?
水g1000?
103Hf油=?
油柱 ?
油g880?
103Hf硫酸=?
硫酸柱 ?
硫酸g1830?
p【1-19】如习题1-19附图所示,有一高位槽输水系统,管径为?
已知水在管 u23路中流动的机械能损失为?
hf?
45?
(u为管内流速)。
试求水的流量为多少m/h。
欲使水的 2流量增加20%,应将高位槽水面升高多少米?
解管径d?
, u2机械能损失?
2
(1)以流出口截面处水平线为基准面, Z1?
5m,Z2?
0,u1?
0,u2?
?
22u2u2Z1g?
22习题1-19附图 u2?
水的流量qV?
2Z1g5?
m/s4623?
433?
3m/s?
103.m/h2u2?
175.m/s
(2)q’V?
qV?
’23?
()2Z’1g?
23(u’2) Z’1?
m 高位槽应升高?
5?
m 【1-20】如习题1-20附图所示,用离心泵输送水槽中的常温水。
泵的吸入管为 u2?
32mm?
,管的下端位于水面以下2m,并装有底阀与拦污网,该处的局部压头损失为8?
2g1u2若截面2?
2’处的真空度为,1?
1’截面至2?
2’截面的压头损失为?
试求:
(1)吸 22g3入管中水的流量,m/h;
(2)吸入口1?
1’截面的表压。
.0025?
.0027mm,水密度?
1000kg/m3解管内径d?
0截面2?
2’处的表压p2?
,水槽表面p1?
0 0?
0’为基准面,
(1)从0?
0’至2?
2’,Z1?
0,Z2?
3m,u0?
222u21u21?
+?
=?
8?
压头损失 ?
2g22g?
2g22p0u0p2u2Z1?
Z2?
g2g22u2?
1031?
0?
1000?
习题1-20附图 u2?
/s 水的流量qV?
3600?
43?
(0.027)2?
.295m/h
(2)从1?
1’至2?
2’,Z1?
5 2p1p21u2?
g22gp1?
103Pa?
(表压)流体的黏度 【1-21】当温度为20℃及60℃时,从附录查得水与空气的黏度各为多少?
说明黏度与温度的关系。
解 20℃ 60℃ ?
3水 ?
10Pa?
s ?
s ?
6?
6Pa?
s空气?
10水温度升高,黏度减小;
空气温度升高,黏度增大。
雷诺数与流体流动类型 【1-22】25℃的水在内径为50mm的直管中流动,流速为2m/s。
试求雷诺数,并判断其流动类型。
s,密度?
997kg/m3,管内径d?
,流速解25℃,水的黏度?
2m/s Re?
du?
997?
105?
4000为湍流?
10【1-23】
(1)温度为20℃、流量为4L/s的水,在?
的直管中流动,试判断流 2动类型;
(2)在相同的条件下,水改为运动黏度为/s的油,试判断流动类型。
3解
(1)d?
qV?
3m3/s,?
3Pa?
s,?
/m流速u?
24?
3d?
m/s 2?
()雷诺数Re?
4000为湍流?
102?
42
(2)v?
/s?
10m/s 雷诺数Re?
232?
2000为层流?
4【1-24】20℃的水在?
219mm?
6mm的直管内流动。
(1)管中水的流量小变大,当达 32到多少m/s时,能保证开始转为稳定湍流;
(2)若管内改为运动黏度为/s的某种液体, 为保持层流流动,管中最大平均流速应为多少?
解
(1)水,20℃,?
/m3,?
s,d?
Re?
4000?
u?
u?
/s ?
3d2u?
体量流量 qV?
44?
10m3/s?
42
(2)?
10m/s Re?
2000?
/s?
10管内流体流动的摩擦阻力损失 【1-25】如习题1-25附图所示,用U形管液柱压差计测量等直径管路从截面A到截面B的摩擦损失损失 ?
hff。
若流体密度为 ?
,指示液密度为?
0,压差计读数为R。
试推导出用读数R计算摩擦 ?
hpA的计算式。
解从截面A到截面B列伯努利方程,截面A为基准面,则得 ?
Hg?
pB?
pA?
Hpg?
hf ?
液柱压差计1-1为等压面 pA?
R?
H?
0g ?
习题1-25附图 ?
g 式
(1)与式?
得?
此式即为用U形管压差计测量流体在两截面之间流动的摩擦损失的计算式。
【1-31】把内径为20mm、长度为2m的塑料管,弯成倒U形,作为虹吸管使用。
如习题1-31附图所示,当管内充满液体,一端插入液槽中,另一端就会使槽中的液体自动流出。
液体密度为1000kg/m3,黏度为1mPa?
s。
为保持稳态流动,使槽内液面恒定。
要想使输液量为 /h,虹吸管出口端距槽内液面的距离h需要多少米?
02m,l?
2m,?
103kg/m3,?
=1mPa?
s,体积流量qV?
/h解已知d?
0.流速 u?
/3600d2?
从液槽的液面至虹吸管出口截面之间列伯努利方程式,以虹吸管出口截面为基准面 2u2?
l?
uh?
2g?
2gRe?
104?
31?
10湍流 光滑管,查得?
,管入口突然缩小?
U形管?
习题1-31附图 【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验,水的体积流量为540m/h,泵出口压力表读数为350kPa,泵入口真空表读数为30kPa。
若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm,吸入管与压出管内径分别为350mm及310mm,试求泵的扬程。
33解水在15℃时?
/m,流量qV?
540m/h 3 压力表pM?
350kPa,真空表pV?
30kPa压力表与真空表测压点垂直距离h0?
管径d1?
,d2?
流速 u1?
qVd21?
540/3600?
4?
/s 4?
()2?
u1?
2pM?
pVu2?
u12?
扬程 Η?
h0?
ρg2g22
?
104A?
m2 K?
62已有换热器的传热面积为 A’?
dln?
271?
够用 【6-13】在一常压下连续操作的精馏塔中分离某双组分溶液。
该物系的平均相对挥发度?
(1)离开塔顶第二理论板的液相组成x2?
,试求离开该板的汽相组成y2;
(2)从塔顶第一理论板进入第二理论板的液相组成x1?
,若精馏段的液-汽比L/V为2/3,试用进、出第二理论板的汽液两相的物料衡算,计算从下面第三理论板进入第二理论板的汽相组成,如习题6-13附图所示;
(3)若为泡点回流,试求塔顶回流比R;
(4)试用精馏段操作线方程,计算馏出液组成xD。
解
(1)因为是理论板,y2与x2为平衡关系。
用相平衡方程从 习题6-13附图 x2?
计算y2。
y2?
1?
(?
1)x21?
/V?
2/3,求y3。
(2)已知x1?
,x2?
,y2?
,L第二板易挥发组分的物料衡算为 V?
y2?
y3?
L?
x1?
x2?
y3?
V288?
0.811?
0.3?
0.898?
(3)计算回流比R RL2?
,R?
2R?
1V3(4)精馏段操作线方程 yn?
xRxn?
DR?
1R?
1将x1?
、y2?
及R?
2代入,求得 xD?
【6-14】在一连续操作的精馏塔中分离某双组分溶液。
其进料组成为,馏出液组成为,釜液组成为,均为易挥发组成的摩尔分数。
进料热状态参数q=,塔顶液相回流比R?
2。
试写出本题条件下的精馏段及提馏段操作线方程。
解
(1)精馏段操作线方程已知R?
2、xD?
y?
D?
x?
R?
12?
1
(2)提馏段操作线方程已知xF?
、xD?
、xW?
、R?
2、q?
,计算塔釜汽相回流比R’。
R’?
(2?
1)xF?
xWx?
q一1?
DW xD?
xFxD?
1)?
xR’?
W?
R’R’【6-15】某连续操作的精馏塔,泡点进料。
已知操作线方程如下,精馏段y?
提馏段试求塔顶液体回流比R、馏出液组成、塔釜汽相回流比R’、釜液组成及进料组成。
解
(1)回流比R精馏段操作线方程的
(2)馏出液组成xD精馏段操作线方程的 R?
,求得R?
4。
1xD86。
=,求得xD?
0.R?
1(3)塔釜汽相回流比R’提馏段操作线方程的(4)釜液组成xW提馏段操作线方程的(5)进料组成xF 泡点进料时q?
1,将R?
4、xD?
、q?
1代入式 R’?
,求得R’?
R’xW06。
,求得xW?
0.R’R’?
(R?
(q?
1)DW xD?
xF求得 xF?
另一解法:
因泡点进料,则q线为垂直线,两操作线交点的横坐标为xF。
精馏段操作线 yF?
yF?
与提馏段操作线 联立求解,可得 xF?
【6-20】想用一连续操作的精馏塔分离含甲醇摩尔分数的水溶液,要求得到含甲醇摩尔分数的馏出液。
操作压力为。
在饱和液体进料及冷液进料?
q?
的两种条件下,试求最小回流比Rmin。
下的甲醇一水溶液相平衡数据见附录。
解已知xF?
,xD?
(1)饱和液体进料 此时,操作线与平衡线交点P的坐标为 xp?
xF?
,yp?
最小回流比Rmin?
xD?
ypyp?
xp?
或精馏段操作线的截距计算Rmin,截距为 xD?
Rmin?
1最小回流比 Rmin?
0.782
(2)冷液进料,q?
习题6-20附图 q线的斜率 ?
6q?
1操作线与平衡线交点P的坐标为 xp?
yp?
最小回流比 Rmin==?
1或精馏段操作线截距计算Rmin,其截距为 最小回流比 Rmin?
【6-21]含丙酮摩尔分数的水溶液在常压下连续操作的精馏塔中分离。
要求塔顶产品含丙酮摩尔分数,原料液温度为25℃。
试求其最小回流比Rmin。
下的丙酮一水溶液的相平衡数据见附录。
习题6-21附图 )作平衡线下凹部分的切线,与y轴相交于。
因此,切线的截距计算解通过点D(,Rmin。
xD?
1Rmin?
【6-22】用常压下操作的连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。
进料中含苯摩尔分数,要求馏出液含苯摩尔分数。
苯-甲苯溶液的平均相对挥发度为。
试计算下列两种进料热状态下的最小回流比:
(1)冷液进料,其进料热状态参数q?
;
(2)进料为汽液混合物,汽液比为3:
解汽液相平衡方程为 yp?
1)xp1?
已知xF?
(1)冷液进料,q?
q线方程为 yp?
yp?
F?
q?
1q?
q线方程与相平衡方程解得 xp?
yP?
最小回流比 Rmin?
/7
(2)汽液混合物进料,V/L?
4/3,q?
线方程为 yp?
7xp?
3q?
13?
177yp?
q线方裎与相平衡方程解得 xp?
最小回流比【7-6】在去湿设备中,将空气中的部分水汽除去,操作压力为,空气进口温度为20℃,空气中水汽分压为,出口处水汽分压为。
试计算100m湿空气所除去的水分量。
解总压p?
,pv1?
,pv2?
空气进口湿度 3 H1?
0.0441kg水/kg干气 p?
0.622?
3kg水/kg干气 p?
空气出口湿度 H2?
进口湿空气的比体积 ?
3 T293?
0.0441?
=湿气/kg干气273273100m湿空气中含有的干空气量为 100,除去的水分量为kg ?
0.00828?
水?
H1?
H2?
0.Rmin?
干燥过程的物料衡算与热量衡算 【7-9】某干燥器的湿物料处理量为100kg湿料/h,其湿基含水量为10%,干燥产品湿基含水量为2%。
进干燥器的干燥介质为流量500kg湿空气/h、温度85℃、相对湿度10%的空气,操作压力为。
试求物料的水分蒸发量和空气出干燥器时的湿度H2。
解操作压力p?
湿物料处理量L1?
100kg湿料/h,湿基含水量?
干基含水量为 X1?
1?
11?
21?
产品湿基含水量?
,干基含水量为 X2?
(1)物料的水分蒸发量W湿物料中绝干物料的质量流量为 Lc?
L1?
100?
90kg干料/h
水分蒸发量为 W?
Lc?
X1?
X2?
90(?
)?
水分/h
(2)空气出干燥器时的湿度H2计算 空气的流量为500kg湿空气/h,温度t=85℃时,水的饱和蒸气压ps?
,相对湿度 ?
空气进干燥器的湿度 H1?
0.0383kg水/kg干气 p?
干空气的质量流量为 G?
500500?
482kg干气/hH1?
1H2的计算如下 W?
G?
H2?
水/kg干气G482【7-10】某干燥器的生产能力为700kg湿料/h,将湿物料湿基含水量干燥到湿基含水量。
空气的干球温度为20℃,相对湿度为40%,经预热器加热到100℃,进入干燥器,从干燥器排出时的相对湿度为?
60%。
若空气在干燥器中为等焓过程,试求空气消耗量及预热器的加热量。
解湿物料流量L=700kg湿料/h,湿基含水量?
,则干基含水量为 X1?
湿物料中绝干物料的质量流量为 Lc?
700?
420kg干料/h 物料中的水分蒸发量为 ?
420?
302kg水分/h ?
空气温度t0?
20℃,相对湿度?
,从I?
H图上查得湿度H1?
水/kg干气。
经预热器加热,温度升到t1?
100℃,湿度未变,为H1?
H0?
水/kg干气,焓 I1?
116kJ/kg干气。
空气从干燥器出来时的相对湿度?
,从空气进干燥器的状态点1沿I?
116?
kJ/kg干气?
的等I线,直到?
时,空气出干燥器的湿度H2?
空气消耗量 G?
预热器的加热量为 W302/3600?
干气/s H2?
GcH(t1?
t0)?
t1?
t0?
?
20?
294kW
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