化工原理作业答案

化工原理作业答案

解：（1）设备内绝对压力

绝压=大气压-真空度=

()

kPa 3.65Pa 1020103.853

3=⨯-⨯ （2）真空表读数

真空度=大气压-绝压=()

kPa 03.36Pa 103.651033.1013

3=⨯-⨯

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R 1=500 mm ，R 2=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R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力

()（表）

Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ⨯=⨯⨯+⨯⨯=+=gR gR p ρρ

（2）B 点的压力

()（表）Pa 107.836Pa 5.081.91360010165.14

41

汞A B ⨯=⨯⨯+⨯=+=gR p p ρ 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⨯105 Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21⨯105 Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m ，输送管道直径为φ68 mm ⨯4 mm ，进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70

J/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

22

1122

1e 2f 22p u p u gZ W gZ h ρρ+++=+++∑

()s m 966.1s m 004.02068.04

14.33600204πkg

J 700m 0.8Pa 1021.1Pa 100133.12

22f

1125251=⨯-⨯===

=≈=-⨯=⨯=∑d V

A V u h

u Z Z p p ；；；；

()22

21

21e 21

f

2p p u u W g Z Z h ρ--=++-+∑

()()768.9W

W 173800360020kg

J 175kg J 704.7893.146.2kg

J 700.88.92966.1800100133.121.1e s e 2

5=⨯⨯===+++=⎥⎦

⎤⎢⎣⎡+⨯++⨯-=W w N W e

19．用泵将2×104 kg/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25.9×103 Pa 的

真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管，总长为35 m ，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17 m 。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m 3，黏度为6.3⨯10-4 Pa ⋅s 。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm 。）

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

22b1b2121e 2f

22u u p p gz W gz h ρρ+++=+++∑ （1） 式中 z 1=0，z 2=17 m ，u b1≈0 s

m 43.1s m 1073068.0785.03600102424

2b2=⨯⨯⨯⨯==ρπd w u

p 1=-25.9×103

Pa (表)，p 2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得

2b221

e 21f

()2u p p W g z z h ρ-=-+++∑

=9.81×17+243

12

.+1073109.253⨯+

f

h ∑=192.0+f

h ∑

其中

f

h ∑=（λ+

e

L L d

+∑+∑ζ

）2

b22u

=Re b du ρμ=30.068 1.431073

0.6310-⨯⨯⨯=1.656×105

0044.0=d e

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）： 0.43×2 m =0.86 m 标准弯头： 2.2×5 m =11 m

故 f h ∑=(0.03×350.86110.068+++0.5+4)kg J 243.12

=25.74J/kg 于是 ()kg J 217.7kg J 74.250.192e =+=W

泵的轴功率为

s N =e W η/w =W 7.036001027.2174

⨯⨯⨯=1.73kW

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100 mm 的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15 m 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20 m 。

（1）当闸阀关闭时，测得R =600 mm 、h =1500 mm ；当闸阀部分开启时，测得R =400 mm 、h =1400 mm 。摩擦系数λ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（m 3）？ （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L e /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

22b1b21212f 12

22u u p p gz gz h ρρ++=+++∑，

－ （a ）

式中 p 1=0(表)

()（表）Pa 39630Pa 4.181.910004.081.913600O H Hg 22=⨯⨯-⨯⨯=-=gR gR p ρρ u b2=0，z 2=0

z 1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

2

H O 1Hg ()g z h gR ρρ+= （b ） 式中 h =1.5 m, R =0.6 m 将已知数据代入式（b ）得

m

66.6m 5.110006.0136001=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=z

222

2

b b f,1-2

c b b 15() 2.13(0.0250.5) 2.1320.12u u L h u u

d λζ∑=+==⨯+=

将以上各值代入式（a ），即

9.81×6.66=2b 2u +100039630

+2.13 u b 2

解得 s m 13.3b =u

水的流量为 ()s m 43.1s m 13.31.0785.036004π3600

332b 2

s =⨯⨯⨯==u d V

（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

22b1b331

13f 13

22u u p p gz gz h ρρ++=+++∑，

－ （c ）

式中 z 1=6.66 m ，z 3=0，u b1=0，p 1=p 3

2

e b

f,13c ()2L L u h d λζ-+∑∑=+=22b b 350.025(15)0.5 4.810.12u u ⎡⎤++=⎢⎥⎣⎦

将以上数据代入式（c ），即