华南理工大学化工原理计算题汇总

四、计算题（共45分，每小题15分）

1、 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

？ 1、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， ∑-+++=++32,3232

2

2222f h p u gH p u gH ρ

ρ 其中，

∑=-kg J h

f /9.43

2,, 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 ρ

ρ 其中，

∑=-kg J h

f /9.864.63

0,, 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 /1010003600

36

=⨯==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：

∑-+++=+++10,1

211020022f h p u gH p u gH ρ

ρ 其中， ∑=-kg J h

f /96.11

0,, H 0=0， u 0=0, p 0=0, H 1=4.8m, u 1=2.205m/s

代

入

上

式

得

，

242

1/525.01015.5)96.12

205.28.481.9(1000cm kgf Pa p -=⨯-=++⨯-=

2．在由118根25 2.5，长为3m 的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。已知加热蒸汽的温度为132.9℃，空气的质量流量为7200kg/h ，空气的进、出口温度分别20℃和60℃，操作条件下的空气比热为1.005 kJ/(kg ℃)，空气的对流给热系数为50 W/(m 2℃)，蒸汽冷凝

H H 1

H 2

给热系数为8000 W/(m 2℃)，假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求：

（1）加热空气需要的热量Q 为多少？

（2）以管子外表面为基准的总传热系数K 为多少？ （3）此换热器能否完成生产任务？ 2、解：（1）()()4.802060005.13600/72001222=-⨯⨯=-=t t c w Q p kJ/s

(2) 8.3950

02.0025

.0800011

1

11

1222=⨯+

=

+=

h d d h K W/(m 2℃)

(3) 8.273025.014159.31182=⨯⨯⨯=A m 2

45.919.1129

.72ln 40

ln 2

1

11=-=∆∆∆-∆=

∆t t t t t m ℃

184.101J/s 10118445.918.278.3922==⨯⨯=∆=m t A K Q kJ/s ，能够完成生产任

务。

3、以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻土的悬浮夜。过滤机的滤框尺寸

为810×810×25(mm)，共有37个框。已测出过滤常数K =10-4m 2/s ，qe=0.01m 3/m 2， θe=1s 。若已知单位面积上通过的滤液量为0.15m 3/m 2，所用洗水量为滤液量的1/5。求：

1) 过滤面积和滤框内的总容量； 2) 过滤所需的时间； 3) 洗涤时间；

3、1) 过滤面积 A=2LBZ=2×0.81×0.81×37=48.6m 2

滤框总容积 Vz=LB δZ=0.81×0.81×0.025×37=0.607m 3

2）过滤时间 （q+qe )2=K(θ+θe) (0.15+0.01)2=10-4(θ+1) θ =255s 3）洗涤时间

θw = 8(q+qe)qw/5K =8×(0.15+0.01)×0.15/(5×10-4)=348s 四、计算题（共45分，每小题15分） 1、用离心泵由真空度为48 kPa 的容器中输送液体，所选用泵的需要气蚀余量为49 kPa 。该液体在输送温度下的饱和蒸汽压为26.66 kPa ，密度为900 kg/m3，吸入管道因阻力损失的压头为0.20［米液柱］，试决定泵的安装位置。若泵入口端容器改为敞口，该泵又应如何安装？ 2、在一内钢管为18010mm 的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃从100C 冷却到60C ，其平均比热为2380J/(kg ⋅K)。环隙逆流走冷却水，其进出口温度分别为40︒C 和50C ，平均比热为4174 J/(kg ⋅K)。内管内外侧

对流传热系数分别为2000W/(m 2⋅K)和3000W/(m 2

⋅K)，钢的导热系数可取为45 W/(m ⋅K)。假定热损失和污垢热阻可以忽略。试求： (1) 冷却水用量； (2) 基于内管外侧面积的总传热系数； (3) 对数平均温差； (4) 内管外侧传热面积。

3、某板框压滤机共有10个框, 框空长、宽各为500 mm, 在一定压力下恒压过滤30min 后, 获得滤液5m 3, 假设滤布阻力可以忽略不计, 试求: (1) 过滤常数K; (2) 如果再过滤30min, 还能获得多少m 3滤液?