化工原理习题含答案.docx
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化工原理习题含答案.docx
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化工原理习题含答案
·流体流动部分
1.某储油罐中盛有密度为960kg/m3的重油(如附图所示),油面最高时离罐底9.5m,油面上方与大气相通。
在罐侧壁的下部有一直径为760mm的孔,其中心距罐底1000mm,孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作压力为39.5×106Pa,问至少需要几个螺钉(大气压力为101.3×103Pa)?
解:
由流体静力学方程,距罐底1000mm处的流体压力为
作用在孔盖上的总力为
每个螺钉所受力为
因此
习题2附图
习题1附图
2.如本题附图所示,流化床反应器上装有两个U管压差计。
读数分别为R1=500mm,R2=80mm,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=100mm。
试求A、B两点的表压力。
解:
(1)A点的压力
(2)B点的压力
3、如本题附图所示,水在管道内流动。
为测量流体压力,在管道某截面处连接U管压差计,指示液为水银,读数R=100毫米,h=800mm。
为防止水银扩散至空气中,在水银液面上方充入少量水,其高度可忽略不计。
已知当地大气压为101.3KPa试求管路中心处流体的压力。
解:
设管路中心处流体的压力为p
PA=PA
P+ρ水gh+ρ汞gR=P0
P=p0-ρ水gh-ρ汞gR
=(101.3×10³-1000×9.8x0.8
-13600×9.8×0.1)
P=80.132kpa
4、如本题附图所示,高位槽内的水位高于地面7m,水从φ108mm×4mm的管道中流出,管路出口高于地面1.5m。
已知水流经系统的能量损失可按∑hf=5.5u2计算,其中u为水在管内的平均流速(m/s)。
设流动为稳态,试计算
(1)A-A'截面处水的平均流速;
(2)水的流量(m3/h)。
解:
(1)A-A'截面处水的平均流速
在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得
(1)
式中z1=7m,ub1~0,p1=0(表压)
z2=1.5m,p2=0(表压),ub2=5.5u2
代入式
(1)得
(2)水的流量(以m3/h计)
5、如本题附图所示,用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。
已知储罐内液面维持恒定,其上方压力为1.0133105Pa。
流体密度为800kg/m3。
精馏塔进口处的塔内压力为1.21105Pa,进料口高于储罐内的液面8m,输送管道直径为φ68mm4mm,进料量为20m3/h。
料液流经全部管道的能量损失为70J/kg,求泵的有效功率。
解:
在截面和截面之间列柏努利方程式,得
6、某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。
若管长及液体物性不变,将管径减至原来的1/2,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍?
解:
流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时
=
或=/=
=(
式中=2,=()2=4
因此==32
又由于
=(=(=(2×=(0.5)0.25=0.841
故=32×0.84=26.9
习题7附图
7、用泵将2×104kg/h的溶液自反应器送至高位槽(见本题附图)。
反应器液面上方保持25.9×103Pa的真空度,高位槽液面上方为大气压。
管道为76mm×4mm的钢管,总长为35m,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计(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17m。
若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。
(已知溶液的密度为1073kg/m3,黏度为6.310-4Pas。
管壁绝对粗糙度可取为0.3mm。
)
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
(1)
式中z1=0,z2=17m,ub1≈0
p1=-25.9×103Pa(表),p2=0(表)
将以上数据代入式
(1),并整理得
=9.81×17+++=192.0+
其中=(++)
==1.656×105
根据Re与e/d值,查得λ=0.03,并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为
闸阀(全开):
0.43×2m=0.86m
标准弯头:
2.2×5m=11m
故=(0.03×+0.5+4)=25.74J/kg
于是
泵的轴功率为
===1.73kW
习题8附图
8、如本题附图所示,贮槽内水位维持不变。
槽的底部与内径为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管压差计,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直管长度为20m。
(1)当闸阀关闭时,测得R=600mm、h=1500mm;当闸阀部分开启时,测得R=400mm、h=1400mm。
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(m3)?
(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/d≈15,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
(a)
式中p1=0(表)
ub2=0,z2=0
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,根据流体静力学基本方程知
(b)
式中h=1.5m,R=0.6m
将已知数据代入式(b)得
将以上各值代入式(a),即
9.81×6.66=++2.13ub2
解得
水的流量为
(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
(c)
式中z1=6.66m,z3=0,ub1=0,p1=p3
=
将以上数据代入式(c),即
9.81×6.66=+4.81ub2
解得
再在截面1-1,与2-2,间列机械能衡算方程,基平面同前,得
(d)
式中z1=6.66m,z2=0,ub10,ub2=3.51m/s,p1=0(表压力)
将以上数值代入上式,则
解得p2=3.30×104Pa(表压)
·蒸馏部分
1、在一连续精馏塔中分离苯的含量为0。
5(苯的摩尔分数,下同)的苯-甲苯混合液,其流量为100kmol/h。
已知馏出液组成为0。
95,釜液组成为0.05,试求
(1)馏出液流量及苯的回收率
(2)保持馏出液组成0.95不变,馏出液最大可能流量。
2、在连续精馏塔中分离A、B两组分溶液。
原料液的处理量为100kmol/h,其组成为0.45(易挥发组分A的摩尔分数,下同),饱和液体进料,要求馏出液中易挥发组分的回收率为96%,釜液的组成为0.033。
试求
(1)馏出液的流量和组成;
(2)若操作回流比为2.65,写出精馏段的操作线方程;(3)提馏段的液相负荷。
解:
(1)馏出液的流量和组成
由全塔物料衡算,可得
kmol/h=54.55kmol/h
kmol/h=45.45kmol/h
(2)精馏段操作线方程
(3)提馏段的液相负荷
3、在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。
原料液流量为50kmol/h,要求馏出液中易挥发组分的收率为94%。
已知精馏段操作线方程为y=0.75x+0.238;q线方程为y=2-3x。
试求
(1)操作回流比及馏出液组成;
(2)进料热状况参数及原料的总组成;(3)两操作线交点的坐标值xq及yq;(4)提馏段操作线方程。
解:
(1)操作回流比及馏出液组成由题给条件,得
及
解得R=3,xD=0.952
(2)进料热状况参数及原料液组成由于
及
解得q=0.75(气液混合进料),xF=0.5
(3)两操作线交点的坐标值xq及yq联立操作线及q线两方程,即
解得xq=0.4699及yq=0.5903
(4)提馏段操作线方程其一般表达式为
式中有关参数计算如下:
kmol/h=25.32kmol/h
kmol/h=111.54kmol/h
kmol/h=86.22kmol/h
则
4、
5、
6、
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