化工原理例题
化工原理计算题例题
三 计算题1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m ，其中压力表之后的管路长度为80m ， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ， 水的密度为1000Kg/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/h 。
求：（1）整个管路的阻力损失，J/Kg ； （2）泵轴功率，Kw ； （3）压力表的读数，Pa 。
解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ； 由题意知，s m A Vu s /12.2)405.03600(152=⨯⨯==π 则kg J u d l h f /1.135212.205.010003.0222=⨯⨯=⋅⋅=∑λ （2）泵轴功率，kw ；在贮槽液面0-0´与高位槽液面1-1´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有：∑-+++=+++10,121020022f e h p u gH W p u gH ρρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+⨯=+=∑又 s kg V W s s /17.41000360015=⨯==ρ 故 w W W N e s e 5.1381=⨯=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。
当输水量为36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ，压力表读数为2.452×105Pa ，泵的效率为70%，水的密度ρ为1000kg/m 3，试求： （1）两槽液面的高度差H 为多少？ （2）泵所需的实际功率为多少kW ？ （3）真空表的读数为多少kgf/cm 2？解：（1）两槽液面的高度差H在压力表所在截面2-2´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，得：∑-+++=++32,323222222f h p u gH p u gH ρρ 其中， ∑=-kg J h f /9.432,, u 3=0, p 3=0,p 2=2.452×105Pa, H 2=5m, u 2=Vs/A=2.205m/s代入上式得： m H 74.2981.99.481.9100010452.281.92205.2552=-⨯⨯+⨯+= （2）泵所需的实际功率在贮槽液面0-0´与高位槽液面3-3´间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有：∑-+++=+++30,323020022f e h p u gH W p u gH ρρ 其中， ∑=-kg J h f /9.864.630,, u 2= u 3=0, p 2= p 3=0, H 0=0， H=29.4m代入方程求得： W e =298.64J/kg ， s kg V W s s /101000360036=⨯==ρ 故 w W W N e s e 4.2986=⨯=， η=70%， kw N N e 27.4==η（3）真空表的读数在贮槽液面0-0´与真空表截面1-1´间列柏努利方程，有：∑-+++=+++10,1211020022f h p u gH p u gH ρρ 其中，∑=-kg J hf /96.110,, H 0=0， u 0=0, p 0=0, H 1=4.8m,u 1=2.205m/s代入上式得， 2421/525.01015.5)96.12205.28.481.9(1000cm kgf Pap -=⨯-=++⨯-= 3 用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。
化工原理例题
柏努利方程应用例题：1、20℃的空气在直径为80mm 的水平管流过。
现于管路中接一文丘里管，如图：文丘里管的上游接一水银U 管压差计，在直径为20mm 的喉颈处接一细管，其下部插入水槽中。
空气流过文求里管的能量损失可忽略不计。
当U 管压差计读数R=25mm ，h=0.5m 时，试求此时空气的流量为若干m 3/h 。
当地大气压强为101.33kPa 。
文丘里管上游测压口处的表压强为p 1=ρHg g R =13600×9.81×0.025=3335Pa(表压)喉颈处的表压强为p 2=－ρgh =－1000×9.81×0.5=－4905Pa （表压） 空气流经截面1-1'与2-2'的压强变化为（绝对压强） ()()%20%9.7079.0333510133049051013303335101330121<==+--+=-p p p 故可按不可压缩流体来处理。
两截面间的空气平均密度为()300 1.20kg/m 10133029349053335211013302734.22294.22=⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⨯===Tp p T M m m ρρ 在截面1-1'与2-2'之间列柏努利方程式，以管道中心线作基准水平面。
两截面间无外功加入，即W e =0；能量损失可忽略，即f h ∑=0。
据此，柏努利方程式可写为:ρρ2222121122p u gZ p u gZ ++=++式中 Z 1=Z 2=0所以 2.1490522.1333522221-=+u u简化得 137332122=-u u （a ）据连续性方程 u 1A 1=u 2A 2得 212211211202.008.0⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==u d d u A A u u u 2=16u 1 （b ）以式（b ）代入式（a ），即（16u 1）2－21u =13733 解得 u 1=7.34m/s空气的流量为/h m 8.13234.708.0436004360032121=⨯⨯⨯=⨯=ππu d Vs用泵将贮液池中常温下的水送至吸收塔顶部，贮液池水面维持恒定，各部分的相对位置如图所示。
化工原理习题答案
化工原理习题答案问题一：质量守恒及干燥问题问题描述：一种含有30%水分的湿煤经过加热后，其水分含量降低到15%。
问：为了使1000kg湿煤的水分含量降到15%，需要排除多少千克水分？解答：根据质量守恒原则，该问题可以通过计算质量的变化来求解。
设湿煤的初始质量为m1，水分含量为w1，加热后的质量为m2，水分含量为w2。
根据题意可得到以下关系：m1 = m2 + m水分 w1 = (m水分 / m1) × 100% w2 = (m水分 / m2) × 100%根据题意可得到以下关系： w2 = 15% = 0.15 w1 = 30% = 0.30将以上关系代入计算，可得到： 0.15 = (m水分 / m2) × 100% 0.30 = (m水分 / m1) × 100%解得：m水分 = 0.15 × m2 = 0.30 × m1代入具体数值进行计算： m水分 = 0.15 × 1000kg = 150kg因此，需要排除150千克水分。
问题二：能量守恒问题问题描述：一个装有100升水的水箱，水温为20°C。
向该水箱中加热10000千卡的热量，水温升高到40°C。
问：热容量为1千卡/升·°C的水箱的温度升高了多少度？解答：根据能量守恒原理，可以通过计算热量的变化来求解。
热量的变化可表示为：Q = mcΔT其中，Q为热量的变化量，m为物体的质量，c为物体的比热容，ΔT为温度的变化。
根据题意可得到以下关系： Q = 10000千卡 = 10000 × 1000卡 m = 100升 = 100升 × 1千克/升 = 100 × 1千克 c = 1千卡/升·°C 代入公式计算温度的变化ΔT：10000 × 1000 = (100 × 1) × (ΔT) ΔT = (10000 × 1000) / (100 × 1) = 1000000 / 100 = 10000°C 因此，热容量为1千卡/升·°C的水箱的温度升高了10000度。
化工原理_习题集(含答案)
《化工原理》课程习题集一、单选题1.因次分析法的目的在于( )。
A 得到各变量间的确切定量关系B 得到各无因次数群的确切定量关系C 用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化D 用无因次数群代替变量，使实验结果更可靠2.某物体的质量为1000 kg，则其重量为( )。
A 1000 NB 9810 NC 9810 kgfD 1000/9.81 kgf3.某系统的绝对压力为0.04 MPa，若当地大气压力为0.1 MPa，，则该系统的真空度为（）。
A.0.1 MpaB.0.14 MpaC.0.04 MpaD.0.06 MPa4. 4 ℃水在SI制中密度为( )，重度为( )。
A 1000 kgf·m-3B 1000 kg·m-3C 102 kgf·s2·m-4D 9810 N·m-35. 4 ℃水在在工程单位制中密度为( )，重度为（）。
A 1000 kgf·m-3B 1000 kg·m-3C 102 kgf·s2·m-4D 9810 N·m-36.将含晶体10％的悬浮液送往料槽宜选用（）。
Ａ离心泵Ｂ往复泵Ｃ齿轮泵Ｄ喷射泵7.某泵在运行１年后发现有气缚现象，应（）。
Ａ停泵，向泵内灌液Ｂ降低泵的安装高度Ｃ检查进口管路有否泄漏现象Ｄ检查出口管路阻力是否过大8.离心通风机的铭牌上标明的全风压为100 mmH2O意思是( )。
A 输任何条件的气体介质全风压都达100 mmH2OB 输送空气时不论流量多少，全风压都可达100 mmH2OC 输送任何气体介质当效率最高时，全风压为100 mmH2OD 输送20 ℃，101325 Pa的空气，在效率最高时，全风压为100 mmH2O9.离心泵的实际安装高度( )允许安装高度，就可防止气蚀现象发生。
A 大于B 小于C 等于D 近似于10.操作条件下允许吸上真空高度为H s，允许的最大安装高度为H g,max，泵的入口速度为u1，S H f,0-1为吸入管路单位重量液体的阻力损失，则( )。
化工原理例题及习题
第一章 流体流动【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m 3与998kg/m 3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。
解：根据式1-49984.018306.01+=m ρ=（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4ρm =1372kg/m 3【例1-2】 已知干空气的组成为：O 221%、N 278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa 及温度为100℃时的密度。
解：首先将摄氏度换算成开尔文100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量M m =32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m3根据式1-3a 气体的平均密度为：3kg/m 916.0373314.896.281081.9=⨯⨯⨯=m ρ【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。
油层高度h 1=0.7m 、密度ρ1=800kg/m 3，水层高度h 2=0.6m 、密度ρ2=1000kg/m 3。
（1）判断下列两关系是否成立，即 p A =p'A p B =p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h 。
解：（1）判断题给两关系式是否成立 p A =p'A 的关系成立。
因A 与A '两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。
所以截面A-A'称为等压面。
p B =p'B 的关系不能成立。
因B 及B '两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B '不是等压面。
（2）计算玻璃管内水的高度h 由上面讨论知，p A =p'A ，而p A =p'A 都可以用流体静力学基本方程式计算，即p A =p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2 p A '=p a +ρ2gh于是 p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2=p a +ρ2gh简化上式并将已知值代入，得 800×0.7+1000×0.6=1000h 解得 h =1.16m【例1-4】 如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U 管压差计，压差计读数R =200mm 。
化工原理Ppt例题
xD
0.263
(2.61 1)
0.95
提馏段操作线与对角线交点坐标为
y x xw ，故 xw 0.0748
由两操作线交点 0.723x 0.263 1.25x
0.723x+0.263=1.25x-0.0187 解得 x 0.535
y 0.7230.535 0.263 0.65
因为露点下进料故 q 线为水平线，可得原料液组成 x F =y=0.65
4 80 1 (0.01415)2 d 29.81 d
hf
l d
u2 2g
d 5 2.041104
先假设摩擦系数λ，由试差方程求出d，然后计 算u、Re和λ ；若与原假设相符，则计算正确； 若不符，则需重新假设，直至查得的值与假设 值相符为止。
假设λ =0.023，由试差方程解得：
d 5 2.041104 来自Re 1.62105例：用某离心泵以40 m3/h的流量将贮 水池中65℃的热水输送到凉水塔顶， 并经喷头喷出而落入凉水池中，以达 到冷却的目的。已知水在进入喷头之 前需要维持49 kPa的表压强，喷头入 口较贮水池水面高8 m。吸入管路和 排出管路中压头损失分别为l m和5 m ，管路中的动压头可以忽略不计。试 选用合适的离心泵，并确定泵的安装
例
注意使用标 准单位
例题：某厂利用喷射泵输送氨。管中稀
氨水的质量流量为1×104kg/h，密度 为1000kg/m3，入口处的表压为147kPa 。管道的内径为53mm，喷嘴出口处内 径为13mm，喷嘴能量损失可忽略不计 ，试求喷嘴出口处的压力。
例题：用泵将水槽中水打到高位槽。泵入口处 真空表读数为31925Pa，管路阻力∑hf0-2=23u2， 管路阻力∑hf0-1=4u2 。 问题 （1）管内流速？
化工原理例题
【例1-1】用离心泵把20o C 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mm 5.276⨯Φ，在操作条件下，泵入口处真空度的读数为mmHg 185，水流经吸入管与排出管的能量损失可分别按212u h f =与12210-⋅=kg J u h f 计算，排出管口通大气，试求水泵的有效功率。
解题思路：这是利用柏努力方程的计算问题。
1、首先是截面的选取，这有三处截面可以选取：贮槽液面1-1、泵入口处2-2、出水口处3-3。
其他截面都不符合已知条件（位置、流速、压强）尽可能多的条件。
2、三个截面，有三种组合方式：1-1与2-2，1-1与3-3、2-2与3-3，这要靠练习者自己判断选择。
此题是要先求出泵提供的压头，进而求泵的有效功率，这样只有1-1与3-3，2-2与3-3截面的方程中包括了泵提供的压头。
练习者可以试着列出1-1与3-3和2-2与3-3的柏努力方程，发现流速是个未知数，如何求出流速？只好求助于列1-1与2-2的柏努力方程了。
3、截面选取确定后，再确定基准面，一般是取较低位置的截面为基准面，此处自然是1-1为基准面了。
4、代入柏努力方程时，压强单位要统一，或均用表压，或均用绝压，或均用真空度。
若截面通大气，一般用表压。
5、截面代号一般按流向标示，上游截面为1-1，下游截面为2-2，这样代入柏努力方程才不会出错。
6、敞口液面，流速u 取为0。
gug u g p Z H g u g p Z gu g u g p Z H g u g p Z e e 22333222222333211112221222+++=++++++=+++ρρρρ1 1 3 32 2求解过程：在贮槽液面1-1截面和泵入口处2-2截面，以1-1为基准面列柏努力方程。
(A) 22122221211⋅⋅⋅⋅⋅⋅+++=++f h p u g z p u g z ρρ122211212121 222100024666-9.811.5000 A , 2 , u , 0 , 5.1z , 0 ( 2466101330760185, ( 0-⋅=∴+++⨯=++=====-=⨯-==s m u u uu h u u m z p p p f a ）得代入式（表压）表压）(B) 222132331211⋅⋅⋅⋅⋅⋅++++=+++f f e h h p u g z w p u g z ρρ在1-1截面和出水口出3-3截面列柏努力方程 Ww Q N kg J B u u h h s m u m z p p e e f f 148010001872)071.0(418725.12081.914 w , 12)202( , 2u , 0 , 14z , 0 , ( 0212e 22211313131=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=∴⋅=⨯++⨯==+=+⋅======--πρ）得代入式（表压）点评：此题重点是复习柏努利方程的截面选取问题。
化工原理精选例题
1.用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。
已知进料中含乙烯0.88（摩尔分数，下同），流量为200kmol/h。
今要求馏出液中乙烯的回收率为99.5%，釜液中乙烷的回收率为99.4%，试求所得馏出液、釜液的流量和组成。
2.例题：设计一精馏塔，用以分离双组分混合物，已知原料液流量为100kmol/h，进料中含轻组分0.2（摩尔分数，下同），要求馏出液和釜液的组成分别为0.8和0.05。
泡点进料（饱和液体），物系的平均相对挥发度α=2.5，回流比R=2.7。
试求：1）精馏段和提馏段操作线方程；2）从塔顶数第二块板下降的液相组成。
3.例题用一常压精馏塔分离某二元理想溶液，进料中含轻组分0.4（摩尔分数，下同），进料量为200kmol/h饱和蒸汽进料，要求馏出液和釜液的组成分别为0.97和0.02。
已知操作回流比R=3.0，物系的平均相对挥发度α=2.4，塔釜当作一块理论板处理。
试求：（1）提馏段操作线方程；（2）塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。
（从塔底向上计算）4.例题：常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔，进料中丙酮50%（摩尔分数，下同），其中气相占80%，要求馏出液和釜液中丙酮的组成分别为95%和5%，回流比R=2.0，若进料流量为100kmol/h，分别计算精馏段和提馏段的气相和液相流量，并写出相应的两段操作线方程和q线方程。
5.在连续精馏塔中分离苯—甲苯混合液。
原料液组成为0.4（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.95。
汽--液混合进料，其中汽相占1/3（摩尔数比），回流比为最小回流比的2倍，物系的平均相对挥发度为2.5，塔顶采用全凝器。
试求:(1)精馏段操作线方程；（2）从塔顶往下数第二层理论板的上升气相组成。
6.在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，原料液流量为1000kmol/h，组成为含苯0.4（摩尔分数，下同），馏出液组成为含苯0.9，苯在塔顶的回收率为90%，泡点进料(q=1)，操作回流比为最小回流比的1.5倍，物系的平均相对挥发度为2.5。
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0.767xD 2.3xW
S
W, xW
xW
y2 3
0.767xD 2.3xW 3
0.256xD 0.767xW
xW 0.145 x D ---------（2）
联立求解式 1、2 得： 易挥发组分的回收率
xD=0.387 xW=0.056
Dx D 35 0.387 67.7%
1y1
0.499
D
F xF xW
xD xW
66.78kmol /
h
W F D 33.22km ol / h
y1
F=100kmol/h
xF=0.7
L D
L,xL
D
分 凝
xD=0.8
器
流
程
W xW
直接蒸汽加热的回收塔流程举例
例2 如图所示，用有两块理论板（包括
塔釜）的精馏塔提取水溶液中易挥发组分，
设 计 型 操 作 型
如图所示，某厂计划建一水塔，将20℃水分别送至第一、
第二车间的吸收塔中。第一车间的吸收塔为常压，第二车间的
饱和水蒸汽S=50kmol/h由塔底进入，加 20℃
料组成xF=0.2（摩尔分率，下同），温度 为20℃，F=100kmol/h，料液由塔顶加入，
F=100kmol/h
xF=0.2
D, xD
无回流，试求塔顶产品浓度xD及易挥发组
分的回收率。 在本题范围内平衡关系可表示为
1
1
22
y=3x
y=3x，液相组成为x=0.2时，泡点为80℃， 比 热 为 100kJ/kmol℃ ， 汽 化 潜 热 S=50kmol/h 40000kJ/kmol。
3
3
解 在 1-1 面和 2-2 面间
gz1
u12 2
p1
we
1m 1 1m 1 河水
4 废水池
gz2
u22 2
p2
hf
u2
V d2
2.68m / s 4
we
7 9.81
2.682 2
p2
10
82.26
p2
4 0.2m
22
气体
3-3 面与 4-4 面间
gz3
p3
gz4
p3 11.77J / kg
1m
1-1 与 2-2 间 gz1
u22 2
p2 (表)
3
3
p2 (表) 9.81 1 6.922 14.13J / kg
2
流体能自动从高（机械能）能位 流向低（机械能）能位
Et 2
gz 2
u2 2 2
p2 (表)
9.81
p2 (表)
4.32J / kg
1
1
Et2<Et3
小管中的水自下而上流动
x D 0.571 3.286xW ------------------------（1） F, xF
逐板计算：
yn1
L V
xn
WxW V
115 50
xn
115 xW 50
2.3xn xW
y1 xD
x1
y1 3
xD 3
1 2
y2
2.3x1
xW
2.3
xD 3
xW
D, xD
y1
x1 y2
V 分凝器
全凝器
y1
F=100kmol/h
xF=0.7
L D
L,xL
D
分
凝
xD=0.8
器
流
程
W xW
分凝器流程举例
解
xD
x L
1 1xL
2.46x L 1 1.46xL
V 分凝器
全凝器
xL=0.619
R1
y1
R R1
xL
xD R1
y1 0.5 xL 0.5 0.8
0.71
xW
y1
W, xW
直接蒸汽加热的回收塔流程举例
求塔顶产品浓度xD及易挥发组分的回收率 解 恒摩尔流假定：
W L RD qF 100q 1.15 100 115kmol / h
V S 50kmol / h
D 100 50 115 35kmol / h
q hV hF r cp tb tF 1 cp tb tF
p2 (表) 9.81 1 6.922 14.13J / kg
2
2 2
p2 (表) p2 (表) u22
2 2
2
Et 2
g 1
p2 (表)
9.81 14.13 23.94 19.62J / kg
3
4
4 1m 3
Et2>Et3 小管中的水自上而下流动
例1 复杂管路的设计型问题举例
hV hL
r
r
20℃ F=100kmol/h
1 100 80 20 1.15
40000
xF=0.2
D, xD
全塔物料衡算：
F Fx F
S
DW DxD WxW
L 1 V 2 y=3x
100 50 D W 100 0.2 DxD WxW
W, xW
S=50kmol/h
直接蒸汽加热的回收塔流程举例
1m
2 2 2 2
4
大气 思考：
小管多长时，水静止不动？
4
1m
z2
p2 (表）
g
14.13 9.81
1.44m
3
3
思考：若将垂直小管改为弯头小管，弯头迎着来流方向，如图
所示，试判断此时弯头小管中水的流向。
Et 3
gz3
u32 2
p3 (表)
0
u2=（d4/ d2）2 u4 =（1/ 0.8）2 4.43=6.92m/s
泵
p2 p3 20 103 8.290.49J / kg
1 1m 1 河水
泵的有效轴功率为：
洗涤塔 5m
气体 3
1m
3
4 废水池
4 0.2m
mwe Vwe 100085 90.49 3600 2137W 2.14kW
例 2 流向判断
喉径内径与水管内径之比为 0.8。若忽略水在管中流动时
FxF 100 0.2
例 1 轴功的计算 d 114 24 106
已知管道尺寸为1144mm，
22
气体
流量为 85m3/h，
水在管路中流动时的总摩擦损失为
洗涤塔
10J/kg（不包括出口阻力损失），
5m
喷头处压力较塔内压力高 20kPa，
水从塔中流入下水道的摩擦损失可
忽略不计。
泵
气体
求泵的有效轴功率。
分凝器流程举例
例1 苯、甲苯两组分混合 物用如图所示的釜进行常压
连续蒸馏加以分离（无塔
板），原料直接加入釜中， 进料量为100kmol/h，其组成 x苯=0.7，要求得到组成为0.8 的塔顶产品（以上均为摩尔
分率）。塔顶用一分凝器， 其中50%的蒸汽冷凝并返回 塔内。出分凝器的蒸汽与冷
凝液体保持相平衡。问塔顶、 塔釜产量为多少？
的能量损失，试判断垂直小管中水的流向。
1
1
解：假设垂直小管中流体静止
Et 3
gz3
u32 2
p3 (表) 0
1m
喉径
2
4
1-1 和 4-4 间
gz1
u42 2
u4 2 9.81 1 4.43m / s
大气
2 2 2
4 u2=（d4/ d2）2 u4 =（1/ 0.8）2 4.43=6.92m/s