化工原理作业答案.docx
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化工原理作业答案
。
3．已知甲地区的平均大气压力为85.3kPa，乙地区的平均大气压力为101.33kPa，在
甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20kPa。
若改在乙地区操作，真空表的
读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？
解：
（1）设备内绝对压力
绝压=大气压-真空度=85.310320103Pa65.3kPa
（2）真空表读数
真空度=大气压-绝压=101.3310365.3103Pa36.03kPa
5．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=80
mm，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
pA水gR3汞gR210009.810.1136009.810.08Pa1.165104Pa（表）
（2）B点的压力
pB
pA
汞gR1
1.165104
136009.810.5Pa7.836104Pa（表）
13．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1.0133
105Pa。
流体密度为800kg/m3。
精馏塔进口处的塔
内压力为1.21
105Pa，进料口高于储罐内的液面
8m，输送管
3
道直径为φ68mm4mm，进料量为20m/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A-A和截面B-B之间列柏努利方程式，得
p1
u12
gZ1
p2
u22
hf
2
We
gZ2
2
p1
1.013310
5
；
1.2110
5
；
Z1
8.0m
；
Pap2
PaZ2
u1
；
hf
70Jkg
0
u2
V
V
203600
ms
1.966ms
A
π
2
3.14
2
0.0682
0.004
d
4
4
。
1
。
p2p1
u22
u12
gZ2
Z1
hf
We
2
1.21
1.0133
105
1.9662
9.88.0
70Jkg
We
800
2
2.46
1.93
78.470Jkg
175Jkg
NewsWe
203600
800
173W
768.9W
19．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
3
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
25.9×10Pa
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6.3
10-4
Pas。
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
gz1
ub12
p1
We
gz2
ub22
p2
hf
（1）
2
2
式中
z1=0，z2=17m，ub1≈0
ub2
w
2
104
ms
1.43ms
3600
0.785
0.0682
d
2
1073
4
p1=-25.9×103Pa（表），p2=0（表）
将以上数据代入式（
1），并整理得
2
p2
p1
We
g（z2
z1）
ub2
hf
2
=9.81
×17+1.432
+25.9
103
+
hf=192.0+
hf
2
1073
其中
hf=（
+
L
Le
+
ub2
2
d
）
2
Re
dub
=
0.068
1.431073
=1.656
5
×10
0.63103
ed0.0044
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
。
2
。
闸阀（全开）：
0.43
×2m=0.86m
标准弯头：
2.2
×5m=11m
故
hf=（0.03×35
0.86
11+0.5+4）1.432
Jkg=25.74J/kg
0.068
2
于是
We
192.0
25.74Jkg
217.7Jkg
泵的轴功率为
Ns=Wew/
=
217.7
2
104
W=1.73kW
3600
0.7
20．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
，
与测压点处截面
，
，
1-1
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
ub12
p1
ub22
p2
hf，1－2
（a）
gz1
2
gz2
2
式中
p1=0（表）
p2
HggR
H2OgR
136009.810.41000
9.811.4Pa39630Pa（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
H2Og（z1
h）
HggR
（b）
式中h=1.5m,
R=0.6m
将已知数据代入式（
b）得
z1
13600
0.61.5m
6.66m
1000
。
3
。
hf,1-2（
L
c）ub2
2.13ub2
（0.025
15
0.5）ub2
2.13ub2
d
2
0.1
2
将以上各值代入式（a），即
9.81
×6.66=ub
2
+39630+2.13
ub
2
2
1000
解得ub
3.13ms
水的流量为
Vs3600
π2
ub
3600
0.7850.1
2
3.13m
3
s
1.43m
3
s
d
4
（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
gz1
ub12
p1
gz3
ub32
p3
hf，1－3
（c）
2
2
式中
z
=6.66m，z=0，u=0，p=p
3
1
3
b1
1
hf,1
3（
L
d
Le
c）ub2
=
0.025（35
15）0.5ub2
4.81ub2
2
0.1
2
将以上数据代入式（
c），即
9.81
2
2
×6.66=ub+4.81
ub
2
解得
ub
3.13ms
再在截面
1-1，与2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得
gz1
ub12
p1
gz2
ub22
p2
hf，1－2
（d）
2
2
式中
z
=6.66m，z=0，u
b1
0，u=3.51m/s
，p=0（表压力）
1
2
b2
1
hf,12
0.025
1.5
0.5
3.512
Jkg
26.2Jkg
0.1
2
将以上数值代入上式，则
9.81
6.66
3.512
p2
26.2
2
1000
2=3.30×104
解得
Pa（表压）
p
第二章流体输送机械
1．用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。
管路情况如本题附图所示。
启动泵之
前A、C两压力表的读数相等。
启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39m3/h，此时泵的压头为38m。
已知输油管内径为100mm，摩擦系数为0.02；油品密度为810kg/m3。
试求
（1）管路特性方程；
（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。
。
4
。
习题1附图
解：
（1）管路特性方程
甲、乙两地油罐液面分别取作
’
’
在两截面之间
1-1与2-2
截面，以水平管轴线为基准面，
列柏努利方程，得到
He
K
Bqe2
由于启动离心泵之前
pA=pC,于是
K
Z
p=0
g
则
He
Bqe2
又
He
H
38m
B[38/（39）2]h2/m5=2.5×10–2h2/m5
则
He2.5
10
2
2
e
3/h）
qe
（q的单位为
m
（2）输油管线总长度
l
le
u2
H
d
2g
u
39
π0.01
m/s=1.38m/s
3600
4
于是lle
2gdH
29.81
0.1
38m=1960m
u2
0.02
1.382
2．用离心泵（转速为
2900r/min
）进行性能参数测定实验。
在某流量下泵入口真空表
和出口压力表的读数分别为
60kPa和220kPa，两测压口之间垂直距离为0.5
m，泵的轴功
率为6.7kW。
泵吸入管和排出管内径均为
80mm，吸入管中流动阻力可表达为
2
hf,013.0u1
（u1为吸入管内水的流速，
m/s）。
离心泵的安装高度为
2.5m，实验是在20
℃，98.1kPa
的条件下进行。
试计算泵的流量、压头和效率。
解：
（1）泵的流量
由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到
p1
u12
0gZ1
hf,01
2
。
5
。
将有关数据代入上式并整理，得
3.5u12
60
103
2.5
9.81
35.48
1000
u1
3.184m/s
则
q
（π
0.0823.184
3600）m3/h=57.61m3/h
4
（2）泵的扬程
（60220）103
HH1H2h0
0.5m29.04m
1000
9.81
（3）泵的效率
Hqs
g
29.0457.61
10009.81100%=68%
1000P
3600
1000
6.7
在指定转速下，泵的性能参数为：
q=57.61m3/hH=29.04m
P=6.7kWη=68%
5．用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。
塔底液面上的绝对压力为
32.5
kPa（即输送温度下溶液的饱和蒸汽压
）。
已知：
吸入管路压头损失为
1.46m，泵的必需气蚀
余量为
2.3m，该泵安装在塔内液面下
3.0m处。
试核算该泵能否正常操作。
解：
泵的允许安装高度为
Hg
pa
pv
NPSH
Hf,0
1
g
式中
pa
pv
0
g
则
Hg
[
（2.3
0.5）1.46]m
-4.26m
泵的允许安装位置应在塔内液面下
4.26m处，实际安装高度为–
3.0m，故泵在操作时可
能发生气蚀现象。
为安全运行，离心泵应再下移
1.5m。
8．对于习题7的管路系统，若用两台规格相同的离心泵（单台泵的特性方程与习题
8
相同）组合操作，试求可能的最大输水量。
解：
本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。
（1）两台泵的并联
8.8
5.2
105q2
28
4.2105（q）2
2
解得：
–3
3
3
q=5.54×10
m/s=19.95m
/h
（2）两台泵的串联
5
2
4.210
5
2
8.85.210q
2（28
q）
解得：
q=5.89×10–3m3/s=21.2m
3/h
在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量
21.2m3/h。
第三章非均相混合物分离及固体流态化
。
6
。
2．用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5m，宽5m，高4.2m，固体杂质为球
形颗粒，密度为3000kg/m3。
气体的处理量为3000（标准）m3/h。
试求理论上能完全除去的
最小颗粒直径。
（1）若操作在20℃下进行，操作条件下的气体密度为1.06kg/m3，黏度为1.8×10-5Pa?
s。
（2）若操作在420℃下进行，操作条件下的气体密度为0.5kg/m3，黏度为3.3×10-5Pa?
s。
解：
（1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：
qv,s
3000
273
20
273
ms0.03577ms
ut
3600
5
5
bl
设沉降在斯托克斯区，则：
d2（s
）g
ut0.03577
18
d
18
ut
181.8
105
0.03577
1.985105m19.85μm
（
s
）g
（3000
1.06）9.81
核算流型：
dut
1.985
105
0.035771.06
Ret
1.8
105
0.04181
原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为
1.985×10-5m。
（2）计算过程与
（1）相同。
完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：
qv,s
3000
273
420
273
ms0.0846ms
ut
3600
5
5
bl
设沉降在斯托克斯区，则：
d
18
ut
183.3
105
0.0846
4.132
105m41.32μm
（
s
）g
（3000
0.5）
9.81
核算流型：
dut
4.132
105
0.08460.5
Ret
3.3
105
0.05291
原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为
4.132×10-5m。
3．对2题中的降尘室与含尘气体，在427℃下操作，若需除去的最小颗粒粒径为
10μm，
试确定降尘室内隔板的间距及层数。
解：
取隔板间距为h，令
Lhuut
则
L
h
uut
（1）
qv,s
3000
273
427
u
3600
273
ms0.1017ms
bH
54.2
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