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化工原理计算练习题(含答案)

1.将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中去,要求输送量为36m 3

/h, 液体的扬升高度为7m 。输送管路由内径为80mm 的钢化玻璃管构成,总长为160(包括所有局部阻力的当量长度)。现采用某种型号的耐酸泵,其性能列于本题附表中。问:该泵是否合用? Q(L/s) 0 3 6 9 12 15 H(m) 19.5 19 17.9 16.5 14.4 12 η(%)

17

30

42

46

44

已知:酸液在输送温度下粘度为1.15?10-3

Pa ?s ;密度为1545kg/m 3

。摩擦系数可取为0.015。

解:(1)对于本题,管路所需要压头通过在储槽液面(1-1’)和常压设备液面(2-2’)之间列柏努利方程求得:

f e H g

p z g u H g p z g u ∑+++=+++ρρ222

2112122 式中0)(0,7,0212121≈=====u ,u p p m z z 表压 管内流速:s m d

Q

u /99.1080

.0*785.0*360036

42

2

==

=

π

管路压头损失:m g u d l l H e f

06.681

.9*299.108.0160015.022

2==∑+=∑λ

管路所需要的压头:()m H z z H f e 06.1306.6711=+=∑+-= 以(L/s )计的管路所需流量:s L Q /103600

1000

*36==

由附表可以看出,该泵在流量为12 L/s 时所提供的压头即达到了14.4m ,当流量为管路所需要的10 L/s ,它所提供的压头将会更高于管路所需要的13.06m 。因此我们说该泵对于该输送任务是可用的。 3、如图用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一表压为2.5atm 的塔内,管径为φ108×4mm 管路全长100m(包括局部阻力的当量长度,管的进、出口当量长度也包括在内)。已知: 水的流量为56.5m 3·h -1,水的粘度为1厘泊,密度为1000kg·m -3,管路摩擦系数可取为0.024,计算并回答: (1)水在管内流动时的流动形态;(2) 管路所需要的压头和有效功率;

图2-1 解:已知:d = 108-2×4 = 100mm = 0.1m

A=(π/4)d 2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 m

l+Σl e =100m Q = 56.5m3/h

∴u = q/A = 56.5/(3600×0.785×10-2) = 2m/s

μ= 1cp = 10-3 Pa·S ρ=1000 kg.m-3, λ= 0.024

⑴∵Re = duρ/μ=0.1×2×1000/10-3 = 2×105 > 4000

∴水在管内流动呈湍流

⑵以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程:Z1 +(u12/2g)+(p1/ρg)+H

=Z2+(u22/2g)+(p2/ρg)+ΣHf

∵Z1=0, u1=0, p = 0 (表压), Z2=18m, u2=0

p2/ρg=2.5×9.81×104/(1000×9.81)=25m

ΣHf =λ[(l+Σle )/d](u2/2g)

=0.024×(100/0.1)×[22/(2×9.81)] = 4.9m

∴H = 18+25+4.9 = 47.9m

Ne = HQρg = 47.9×1000×9.81×56.5/3600 = 7.4kw

化工原理计算练习题(含答案)

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化工原理计算练习题(含答案)

化工原理计算练习题(含答案)

4.(12分)在内管为φ180×10mm 的套管换热器中,将流量为3.5×104 kg/h 的某液态烃从100℃冷却到60℃,其平均比热为2.38kJ/(kg .K),环隙走冷却水,其进出口温度分别为20℃和30℃,平均比热为 4.174 kJ/(kg .K), 两流体逆流流动,基于传热外表面积的总传热系数K o =2000W/(m 2.K),热损失可以忽略。试求: (1)冷却水用量为多少kg/h ? (2)所需的管长? 解:(1)热负荷

W

W T T C W Q Ph h 54

211026.9)60100(100038.23600105.3)

(?=-????=-= (3分)

(2)冷却水用量

5

3

2149.2610/22.2/() 4.1741030208.010/c pc Q W kg s kg s C t t kg h

?=-?-?==()

 = (2分)

(3) 平均温差

O 2121()()(10030)(6020)

ΔK 53.6C ()(10030)

ln ln

(6020)()

m T t T t t T t T t ------=

==---- (3分)

传热面积 52

29.2610A 8.64Δ200053.6

o O m Q m m K t ?===? (3分)

所需的管长:m m d A L o o 3.1518

.064

.8=?==ππ (1分)

化工原理计算练习题(含答案)

5.在某单壳程单管程列管换热器中,壳程为流量1

25000-?h kg 的有机液体,其比热为

111800--??=K kg J C p ,由90℃冷却至50℃,进出口温度为25℃和35℃,两流体逆流流动。又知有机液

体侧和水侧的对流传热系数分别为1200和12

5800--??K m W ,管外侧污垢热阻为124107.1--???W K m ,

忽略管壁阻力和管内侧污垢热阻。当管子规格为φ25×2.5mm 时,管长为3m ,试求所需管子的根数。

化工原理计算练习题(含答案)

化工原理计算练习题(含答案)

(3) V (质)= ( R + 1 ) D(质) = ( 2 + 1 )×50 kg / h= 150 kg / h M 氯访= 119.35 kg / kmol M 四氯化碳 = 153.8kg / kmol M m = (0.95×119.35 + 0.05×153.8) kg / kmol =121.1 kg / kmol

V = (150kg/h) /( 121.1kg/kmol) = 1.24 kmol / h L (质)= R ﹒D = 2 ×50 kg / h = 100 kg / h L = 100 / 121.1 kmol / h = 0.826 kmol / h

5. 在连续精馏塔中分离二硫化碳(A )和四氯化碳(B )混合液,原料液流量为10000kg/h 、组成为0.3(质量分数,下同)。若要求釜残液组成不大于0.05,二硫化碳回收率为88%,试求馏出液流量和组成,分别以摩尔流量和摩尔分率表示。

6.在连续精馏塔中分离两组分混合液,已知进料液量为100kmol/h 、组成为0.45(摩尔分数,下同)。饱和液体进料;操作回流比为2.6,馏出液组成为0.96,釜残液组成为0.02,试求: ⑴易挥发组分的回收率; (2)精馏段操作线方程;

(3)提馏段操作线方程;

7.在连续精馏塔中分离两组理想溶液,原料液流量为100kmol/h ,泡点进料。精馏段操作线方程和提馏段操

作方程分别为 263.0723.0+=x y 和 018.025.1-=x y 试求精馏段和提馏段上升蒸气量。

9. 在常压连续精馏塔中分离含苯0.4(摩尔分数,下同)的苯——甲苯混合液。饱和液体进料,馏出液组成为0.9,釜残液组成为0.06。塔顶采用全凝器,泡点回流,操作回流比为最小回流比的1.5倍。在操作条件下,物系的平均相对挥发度为2.47。求第2块理论板上升的蒸气的组成。

10. 在连续的精馏塔中,分离两组理想溶液。已知原料组成为0.3(摩尔分数,下同),泡点进料,馏出液组成为0.9,釜残液组成为0.05,操作回流比为2.5,试写出精馏段操作线方程和提馏段操作线方程。

11. 在连续的精馏塔中分离理想溶液,原料液组成为0.35(摩尔分数,下同),馏出液组成为0.95,回流比取为最小回流比的1.3倍,物系的平均相对挥发度为2.0,试求以下两种进料情况下的操作回流比。 (1)饱和蒸汽进料; (2)饱和液体进料;

参考答案

5. D=35.7kmol/h , 97.0=D x

6.(1)%59.97=D η

(2)267.0722.01+=+n n x y ;(30066.0329.1/

/1-=+m m x y

7.h kmol V V /5.189/

==

10. 257.0714.01+=+n n x y

0343.0685.1/

/1-=+m m x y 11.(1)R=5.65 (2)R=3.29

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