化工原理作业答案

3.已知甲地区的平均大气压力为 85.3 kPa ,乙地区的平均大气压力为 101.33 kPa ，在甲地

区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为 20 kPa 。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=85.3 103 20 103 Pa 65.3kPa

（2）真空表读数

真空度=大气压-绝压=101.33 1 03 65.3 1 03 Pa 36.03kPa

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

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

水

gR s

汞

gR 2 1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 104Pa (表)

（2） B 点的压力

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 $

68 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

19 ?用泵将2 x 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 x 103 Pa 的真空度，高位槽液面上 方为大气压。管道为

76 mm x 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岀口的距离为

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，与管路岀口内侧截面 2-2，间列机械能衡算方程，以截面

1-1，为基准

水平面，得

式中 Z 1=0， z 2=17 m ， U b1 ~ 0

p 1=-25.9 x 103 Pa （表），p 2=0 （表）

将以上数据代入式（1），并整理得

gZ 2

2

U b 2

h f

(1)

=9.81 X 17+

2 1.432

3

+ 25.9 10 +

1073

h f =192.0+

h f

泵的轴功率为

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 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

岀多少水（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

2

U b1

Pl g 乙 _

_

2

2

U b2 P 2 gZ 2 一

-

2

h f ，—2

(a )

式中

p 1

=0(表)

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

H 2O

g(Z 1 h)

Hg

gR

式中 h=1.5 m, R=0.6 m

将已知数据代入式（b ）得 将以上各值代入式（a ），即

2

9.81 X 6.66=仏 +

2

水的流量为 V 3600n d 2u b

3600 0.785 0.12 3.13 m 3 s 1.43m 3. s

4

其中

h f =(

L L e

+ -------------- +

b2

0.068 1.43 1073

=1.656 X 105

0.63 10

根据Re 与e/d 值，查得2=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 X 2 m =0.86 m 标准弯头：

2.2 X 5 m =11 m

h f =(0.03 X

2

35_0.86 11

+0.5+4) 1.；3 J kg

=25.74J/kg

0.068

于是

W e 1920 25.74 J kg 217.7J kg

N s =W ； w/

217.7 2

3600 0.7

^W=1.73kW

(b)

39630 1000

2 +2.1

3 u b 2

解得

u b 3.13m s

式中 Z 1=6.66 m ， Z 2=0， U b1 0， U b2=3.51 m/s ， p 1=0 （表压力） 将以上数值代入上式，则

解得

P 2=3.30 X 104 Pa （表压）

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。启动离心泵并将岀口阀调至某开度时，输油量为 39 m 3/h ，此时泵 的压头为38 m 】。已知输油管内径为 100 mm ，摩擦系数为0.02;油品密度为

810 kg/m 3。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)。

解：

习题1附图

(1)管路特性

方程

甲、

乙两地油罐液 面分别取

作 1-1 '与 2-2

'

截面，以

水平管轴线为 基准面，

在两截面之间

列柏努利

方程，得到 由于

启动离心泵之

前P A =P C ,于是

K

Z P

=0

g

则

罠

Bq ；

又

H e H 38 m

(2)闸阀全开时测压点处的压力 在截面1-1，与管路岀口内侧截面 3-3，间列机械能衡算方程,

2 2

U b1

Pl U b3

P 3

g 乙

并通过管中心线作基准平面，得

gz 3

h f ,—3

(C )

式中

乙=6.66 m , h f,i 3 （ 将以上数据代入式(

Z 3=0 , U b1=0 ,

P 1=P 3

L

L e

d

c ），即

c

）±= 0.025（竺 15） 0.5 2 0.1

2

7 4.呗

解得

U b

再在截面

U b 2

9.81 X 6.66= 土 +4.81 2 3.13m s

1-1，与2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得 2

2

U b1 P 1

U b2 P 2 gz 2

2

2

h f , —2

（d ）

B[38/（39）2]h2/m5=2.5 X 10-2 h2/m5

则H e

2 2

3 2.5 10 q e（q e 的单位为m/h）

(2)输油管线总长度

39 Tt

2900 r/min )进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和岀 口压力表的读数分别为 60 kPa 和220 kPa ，两测压口之间垂直距离为 kW 。泵吸入管和排岀管内径均为

80 mm ,吸入管中流动阻力可表达为

入管内水的流速， m/s )。离心泵的安装高度为 2.5 m ，实验是在20 C, 98.1 kPa 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 将有关数据代入上式并整理，得

u 1 3.184 m/s

则

q (n 0.082 3.184 3600) m 3/h=57.61 m 3/h

4

(2) 泵的扬程 (3) 泵的效率

Hq 」2

9.°4 57& WOO 9.81

吋点*% 1000P 3600 1000 6.7

在指定转速下，泵的性能参数为： q=57.61 m 3/h H=29.04 m P=6.7 kW n =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

1.46 m ,泵的必需气蚀余量为

2.3

m ,该泵安装在塔内液面下

3.0 m 处。试核算该泵能否正常操作。

解：泵的允许安装高度为 式中

圧 B v 0

g

则

H g [ (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

1.5 m 。

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 解得：

q=5.54 X 10 3 m 3/s=19.95 m 3/h

(2) 两台泵的串联 解得：

q=5.89 X 10 3 m 3/s=21.2 m 3/h

在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量

21.2 m 3/h 。

于是

l l e

3600

4

2gdH

0.01 m/s=1.38 m/s

2 9.81 0.1 38

0.02 1.382

m=1960 m

2 ?用离心泵(转速为 0.5 m ，泵的轴功率为 6.7

h f,。1 3.0U 1 ( u

1 为吸

39 Tt

第三章非均相混合物分离及固体流态化

2?用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长 5 m，宽5 m，高4.2 m，固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/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 C下进行，操作条件下的气体密度为 1.06 kg/m 3，黏度为1.8 X10-5 Pas。

（2）若操作在420 C下进行，操作条件下的气体密度为0.5 kg/m3，黏度为3.3 X0-5 Pas。

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：

设沉降在斯托克斯区，则：

核算流型：

原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为 1.985 X10-5 m。

（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：

设沉降在斯托克斯区，则：

核算流型：

原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为 4.132 X0-5 m。

3?对2题中的降尘室与含尘气体，在427 C下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10卩m 试确定降尘室内隔板的间距及层数。

解：取隔板间距为h，令

则h L U t （1）u

10卩m尘粒的沉降速度由（1）式计算h

5 3

h 4.954 10 m 0.244m

0.1017

H 4 2

层数n ———17.2取18层

h 0.244

核算颗粒沉降雷诺数：

核算流体流型：

10.板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长X宽X高为810 mmX810 mm X42 mm，总框数为10，滤饼体积与滤液体积比为=0.1，过滤10 min，得滤液量为1.31 m3，再过滤10 min，共

得滤液量为1.905 m3,试求（1）滤框充满滤饼时所需过滤时间；（2）若洗涤与辅助时间共45 min，求该装置的生产能力（以得到的滤饼体积计）。

解：（1）过滤面积A 0.812 2 10 13.122m2

由恒压过滤方程式求过滤常数

联立解岀V e 0.1376m3，K 2.010 10 5m2/s

恒压过滤方程式为V20.2752V 3461 10 3

代入恒压过滤方程式求过滤时间

（2 ）生产能力

3

11.在67 10 Pa压力下对硅藻土在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数K=5 X10-5 m2/s，q e=0.01 m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比萨0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板

框压滤机在134 103Pa压力下过滤上述悬浮液。试求：（1）过滤至滤框内部全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕以相当于滤液量1/10的清水洗涤滤饼，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15 min，求过滤机的生产能力（m3滤液/h ）。

解：（1）硅藻土，s 0.01，可按不可压缩滤饼处理

K 2k p , q°与p无关