文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 化工原理计算题例题

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

化工原理计算题例题

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, 则kg J u d l h f /1.135212.205.010003.022

2=??=??=∑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:

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 /17.410003600

15=?==ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=, η=80%, kw w N N e 727.11727===η

2 (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?83×3.5mm ,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?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:

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:

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 /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:

其中, ∑=-kg J h f /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, 2

42

1/525.01015.5)96.12

205.28.481.9(1000cm kgf Pa p -=?-=++?-= 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。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为Φ76mm×2.5mm ,在操作条件下,泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa ;水流经吸入管与排出管(不

包括喷头)的能量损失可分别按∑=21,2u h f 与 ∑=2

2,10u h f 计算,由于

管径不变,故式中u 为吸入或排出管的流速m/s 。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa (表压)。试求:(1)水在管内的流速u ;(2)泵的有效功率;(3)已知泵的效率为60%,求操作条件下泵的轴功率。

4 (15分)如本题附图所示,用泵2将储槽1中密度为1200kg/m 3的溶液送到蒸发器3内,储槽内液面维持恒定,其上方压强为101.33×103Pa 。蒸发器上部的蒸发室内操作压强为200mmHg (真空度)。蒸发器进料口高于储槽内的液面15m ,输送管道的直径为Φ68mm ×4mm ,送料量为20m 3/h ,溶液流经全部管道的能量损失为120J/kg ,试求:(1)泵的出口管路中流体

的流速;(2)泵的有效功率;(3)若泵的效率为65%,求泵的轴功率。 5(15分)一卧式列管冷凝器,钢质换热管长为6m ,直径为φ25×2mm 。冷却水在管内流过,并从17oC 被加热到37oC 。流量为1.25kg/s ,温度为72oC 的烃饱和蒸汽在管外冷凝成同温度的液体,烃蒸汽的冷凝潜热为315KJ/Kg 。已测得:蒸汽冷凝传热系数α0=800w/(m 2·oC ),管内侧热阻为外侧热阻的40%,污垢热阻为管内侧热阻的70%。计算时可忽略管壁热阻及热损失。水的比热为 4.18KJ/(Kg ·oC )。试计算:(1)冷却水用量;

(2)换热管的总根数。(传热面积以外表面为基准)。

解: (1)换热器每程提供的传热面积(外表面为基准),S 1;

由题意知,水以0.7m/s 的流速在管内流过,欲求S 1,需先知道每程的管子数,每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。

两流体交换的热量为:

又 )(12t t C W Q pc c -=, C kg kJ C pc ??=/18.4,

则 s kg t t C Q W pc c /713.4)1737(18.4394)(12=-=-= 单管内水的流量为:s kg u d W c /2423.010007.0021.0785.04221=???==

π 每程所需管子数为:5.192423

.0713.411===c c W W n 取每程管子数为20, 则每程所能提供的传热外表面积为:

(2) 换热管的总根数;

由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。

由题给数据, C

m W K o o o o ??=??+?+=?+?+=

2/2.476)800

14.07.080014.08001(1)14.07.014.01(1ααα 则任务所需的传热外表面积为: 换热管总根数为: 4.793025.07.18=??==

ππl d S n o o 取 80=n

6(15分)有一换热器,管内通90℃的热流体,膜系数1α为1100

C m w ??2/,

管外有某种液体沸腾,沸点为50℃,膜系数2α为5800C m w ??2/。试求以

下两种情况下的壁温:(1)管壁清洁无垢 ;(2)外侧有污垢产生,污垢热

阻为0.005w C m /2??

解:忽略管壁热阻,并假设壁温为w T

(1)当壁很薄时,根据壁两侧的对流传热方程式可得:

则 C T w ?=4.56

(2)同理

则 C T w ?=84

由此可知,壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。

7(15分)在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气,两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期,冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃,使用一年后,由于污垢热阻的影响,在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下,冷却水出口温度降至38℃,试求:(1)空气出口温度为多少?(2)总传热系数为原来的多少倍?(3)若使冷却水加大一倍,空气流量及两流体进口温度不变,冷热流体的出口温度各为多少?(?

水>>?空气)

(4)冷却水流量加大后,换热器的传热速率有何变化?变为多少? 解: 使用初期 使用一年后

110℃ 40℃ 110℃ 2T '

45℃ 20℃ 38℃ 20℃

(1)空气出口温度2T '

题意可得:使用初期 m ph h pc c t KS T T C W t t C W Q ?=-=-=)()(2112

(1)

使用一年后 m ph h pc c t KS T T C W t t C W Q '?='-=-'=')()(22112

(2)

两式相比(2)/(1),得 )2045()2038()40110()110(2--=-'-T

则:2T '=59.6℃

(2)总传热系数K K /'

方程(2)式/(1)式,得: 2

.382.54)2045()2038(?'=--K K 故 %50.0='K K (3)冷热流体的出口温度22

T t ''''及 一年后 m ph h pc c t S K T T C W t t C W Q '?'='-=-'='α)()(2112

(3) m ph h pc c t S K T T C W t t C W Q ''?''=''-=-''='')()(22112

(4) 方程(4)式/(3),得:

整理前半式的方程 22

179.06.39T t ''-='' (5) 又因 空气水αα??,空气α≈K , 故 1≈'''≈''

'空空ααK K 由等比定理 20

110ln )20()110(2.54196.59110)20()110(222222-''''--''-''-??=---''-''-T t T t t T 则 2.544.4120110ln

22=-''''-T t 整理得, 22

153T t ''-='' (6) 联立(5)和(6),可得: C t ?=''4.292

, C T ?=''5.572 (4)冷却水流量加大后,换热器的传热速率有何变化?变为多少?

则 04.12.543.56=='?''?='''m m t t Q Q

8 在一单程列管式换热器中,欲用水将15000kg/h 的煤油从140℃冷却到40℃,水的进、出口温度分别为30℃和40℃,两流体逆流流动。煤油的平均比热容为2.3kJ/(kg?℃),水的平均比热容为4.187 kJ/(kg?℃)。若换热器的总传热系数为300W/(m 2?℃),试求:(1)冷却水的流量;(2)换热器的对数平均温度差Δt m ;(3)换热器的传热面积S 。

9 在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含氨5%(体积)的空气—氨混合气中的氨,已知混合气量为2826m 3/h (标准状况),气体空塔速度为1m/s ,平衡关系为Y=1.2X ,以摩尔比为推动力的气相体积总传质系数K Y a=180kmol/m 3·h ,吸收剂用量为最小用量的1.4倍,要求吸收率为98%,试求:(1)溶液的出口浓度X 1(摩尔比);(2)气相总传质单元高度H OG ;

(3)气相总传质单元数N OG ;

10(15分)一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A.已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m ,进塔混合气组成为0.04(A 的摩尔分率,下同),出塔尾气组成为0.0066,出塔水溶液浓度为0.0134,操作条件下平衡关系为Y=2.5X 。试求:(1)液气比为最小液气比的多少倍?(2)所需填料层高度?(3)若气液流量和初始组成不变,要求尾气浓度降至0.0033,求出此时填料层高度?

解:(1)液气比为最小液气比的多少倍

则 286.118.2804.2)/()/(min ==V L V L

(2)所需填料层高度?

故 m N H Z OG OG 67.711.55.1=?=?=

(3) 此条件下的填料层高度。

11(15分)某填料吸收塔用含溶质0002.02=x 的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分,采用液气比L/V=3,气体入口质量分数01.01=y 回收率可达90.0=η。已知物系的平衡关系为y=2x 。今因解吸不良使吸收剂入口摩尔

分数升至00035.02

='x ,试求:可溶组分的回收率η'下降至多少?液相出塔摩尔分数1

x '升高至多少? 解: (1)001.0)9.01(01.0)1(12=-?=-=ηy y

=38.5]667.02

0002.0001.020002.001.0)667.01ln[(667.011=+?-?--- 当2x 上升时,由于H 不变,OG H 不变

OG OG H H N /=∴也不变,即

(1)物料衡算

=00325.000035.0)0013.001.0(3

1

=+-?

12(20分)某填料吸收塔进塔混合气体中含苯5%(体积百分数),其余为惰性气体。吸收塔操作压强为780mmHg ,温度为25℃,进塔混合气体流量为1000m 3/h ,苯回收率为95%。吸收剂为不含苯的煤油,煤油耗用量为最小用量的1.5倍。气液逆流流动,系统平衡关系为Y=0.14X (式中Y 、X 均为摩尔比),气相体积总传质系数为K y a=125kmol/m 3·h ,煤油的平均分子

量为170kg/kmol ,塔径为0.6m 。试求:(1)煤油的耗用量为多少kg/h ?(2)煤油出塔浓度X 1为多少?(3)填料层高度为多少m ?(4)吸收塔每小时回收多少kmol 苯?(5)欲提高回收率可采用哪些措施?并说明理由。 13 (15分)有一填料吸收塔,在28℃及101.3kPa ,用清水吸收200m 3/h 氨-空气混合气中的氨,使其含量由5%降低到0.04%(均为摩尔%)。填料塔直径为0.8m ,填料层体积为 3 m 3,平衡关系为Y=1.4X ,已知K y a=38.5kmol/h 。问(1)出塔氨水浓度为出口最大浓度的80%时,该塔能否使用?(2)若在上述操作条件下,将吸收剂用量增大10%,该塔能否使用?(注:在此条件下不会发生液泛)

解:(1) 05263.005.0105.01=-=Y 0004.00004

.010004.02=-=Y 惰性气体流量 h kmol V /69.7)05.01(301

2734.22200=-??= 该塔现有填料层高度 m Z 68.0785.032

=?= 因为 Z Z ?' 所以该塔不适合。

(2)吸收剂用量增大10%时

因为 Z Z ?'' 所以该塔适合。

14 (15分)在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物,塔顶为全凝器,塔釜间接蒸汽加热,平均相对挥发度为 2.47,饱和蒸汽进料。已知进料量为200kmol/h ,进料组成为0.4(摩尔分率),回流比为6,塔顶馏出液中苯的回收率为0.97,塔釜采出液中甲苯的回收率为0.95。试求:(1)塔顶馏出液及塔釜采出液组成;(2)精馏段操作线方程;(3)回流比与最小回流的比值;(4)若全回流操作时,塔顶第一块塔板的气相默弗里板效率为0.6,全凝器液相组成为0.98,求由塔顶第二块板上升的气相组成?

解:(1)塔顶馏出液及塔釜采出液组成;

由 D F Dx Fx =97.0 (a )

)W F x W x F -=-1()1(95.0 (b )

F=D+W+150 (c )

604.0150=?==+F W D Fx Wx Dx (d )

联立(a )、(b )、(c )和(d )求解得:

W=87.3kmol/h , D=62.7kmol/h

x W =0.0206, x D =0.928

(2)精馏段操作线方程;

(3)提馏段操作线方程;

饱和蒸气进料,故 q=0 F R V -+=')1(, DR L L =='

则 011.0534.1)1()1(1-'=-+-'-+='+m W m m x F

D R Wx x F R RD y (4)回流比与最小回流比的比值;

q q q

D x y y x R --=min q =0, 4.0==F q x y

由 q

q q x x y )1(1-+=αα 得 2125.0=q x 816.22125

.04.04.0928.0min =--=R , 42.1min =R R

(5)求由塔顶第二块板上升的气相组成。 6.02

1211=--=**y y y y E mV , 而 11

1)1(1x x y -+=*αα 全回流时,12x y =

2

211147.1147.2)1(1y y x x y +=-+=*αα 98.01=y , 代入上式可得: 9693.02=y

15 在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物,塔顶为全凝器,塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h ,含苯0.4,要求塔顶馏出液中含苯0.9(以上均为摩尔分率),苯的回收率不低于90%,泡点进料,泡点回流。已知α=2.5,取回流比为最小回流比的1.5倍。求:(1) 塔顶产品量D 、塔底残液量W 及组成x w ;(2) 最小回流比;(3) 精馏段操作线方程;(4)从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成为多少?

解:(1)塔顶产品量D 、塔底残液量W 及组成x w ;

由 F

D A Fx Dx =?,得: h kmol D /4009.09.04.01000=??= W=F- D=1000-400=600kmol/h

又由物料衡算 W D F Wx Dx Fx +=

得 0667.0600/)9.04004.01000(=?-?=W x

(2)最小回流比;

泡点进料,q =1, 4.0==F q x x

(3) 精馏段操作线方程;

(5)从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成

由操作线方程 0353.053.11-'='+m m

x y 得 0353.053.11

-'=x y w 16 (15分) 用一精馏塔分离二元液体混合物,进料量100kmol/h ,易挥发组分x F =0.5,泡点进料,得塔顶产品x D =0.9,塔底釜液x W =0.05(皆摩尔分率),操作回流比R=1.61,该物系平均相对挥发度α=2.25,塔顶为全凝器,求: 塔顶和塔底的产品量(kmol/h );第一块塔板下降的液体组成x 1为多少;写出提馏段操作线数值方程;最小回流比。

解:(1)塔顶和塔底的产品量(kmol/h );

F=D+W=100 (1)

505.010005.09.0=?==?+?F Fx W D (2)

上述两式联立求解得 W=47.06kmol/h D=52.94kmol/h

(2)第一块塔板下降的液体组成x 1为多少;

因塔顶为全凝器, 1

11)1(1x x y x D -+=

=αα (3)写出提馏段操作线数值方程;

则 017.034.117.13805.006.4717.13823.1851-'=?-'='-'''='+m m W m m x x V Wx x V L y

(4)最小回流比。

泡点进料,q =1, 5.0==F q x x

17 (15分) 一精馏塔,原料液组成为0.5(摩尔分率),饱和蒸气进料,原料处理量为100kmol/h ,塔顶、塔底产品量各为50kmol/h 。已知精馏段操作线程为y=0.833x+0.15,塔釜用间接蒸气加热,塔顶全凝器,泡点回流。试求:

塔顶、塔底产品组成;

全凝器中每小时冷凝蒸气量;

蒸馏釜中每小时产生蒸气量

若全塔平均α=3.0,塔顶第一块塔板默弗里效率E ml =0.6,求离开塔顶第二块塔板的气相组成。

解:(1)塔顶、塔底产品组成;

因 833.0)1(=+R R , R=5 又 15.0)1(=+R x D , 90.0=D x

由物料衡算 W D F Wx Dx Fx +=

得 1.050/)9.0505.0100(=?-?=W x

(2)全凝器中每小时冷凝蒸气量;

V=(R+1)D=300kmol/h

(3)蒸馏釜中每小时产生蒸气量;

q=0,V ′=V - F=300 -100=200kmol/h

(4)求离开塔顶第二块塔板的气相组成。

6.0111=--=*x x x x E D D mV , 1

11)1(1**-+==x x y x D αα 故 6.075

.09.09.01=--x 81.01=x 825.015.081.0833.02=+?=y 18(20分)在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物,塔顶为全凝器,塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h ,含苯0.4,要求塔顶馏出液中含苯0.9(以上均为摩尔分率),苯的回收率不低于90%,泡点进料,泡点回流。已知?=2.5,取回流比为最小回流比的1.5倍。试求:(1)塔顶产品量D 、塔底残液量W 及组成x w ;(2)最小回流比;(3)精馏段操作线方程;(4)提馏段操作线方程;(5)若改用饱和蒸汽进料,仍用(4)中所用回流比,所需理论板数为多少?

解:(1)塔顶产品量D 、塔底残液量W 及组成x w ;

由 F

D A Fx Dx =?,得: h kmol D /4009.09.04.01000=??= W=F- D=1000-400=600kmol/h

又由物料衡算 W D F Wx Dx Fx +=

得 0667.0600/)9.04004.01000(=?-?=W x

(2)最小回流比;

泡点进料,q =1, 4.0==F q x x

(3) 精馏段操作线方程;

(4) 提馏段操作线方程;

则 0353.053.11132

0667.0600113217321-'=?-'='-'''='+m m W m m

x x V Wx x V L y (5)从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成

由操作线方程 0353.053.11-'='+m m

x y 得 0353.053.11

-'=x y w (6)若改用饱和蒸汽进料,仍用(4)中所用回流比,所需理论板数又为多少。

饱和蒸气进料, q =0,4.0==F q x y

由 Q

q q x x y )1(1-+=αα 得 21.0=q x 因 min R R ?, 故 ∞=T N

化工原理计算题例题
化工原理计算题例题_能源/化工_工程科技_专业资料。三 计算题 1 (15 分)...
化工原理计算题例题解析
化工原理计算题例题解析_物理_自然科学_专业资料。三 计算题 1 (15 分)在...
化工原理计算题例题
化工原理计算题例题_物理_自然科学_专业资料。三 计算题 1 (15 分)在如图...
化工原理计算题例题
化工原理计算题例题_物理_自然科学_专业资料。三 计算题 v1.0 可编辑可修改...
化工原理计算题例题
化工原理计算题例题_能源/化工_工程科技_专业资料。三 计算题 1 (15 分)...
化工原理计算题例题doc资料
化工原理计算题例题doc资料_理学_高等教育_教育专区。精品文档三 计算题 1 ...
化工原理计算题例题
化工原理计算题例题_理学_高等教育_教育专区。化工原理计算题例题 三 计算题 1...
化工原理下册复习课计算题例题
化工原理下册复习课计算题例题_工学_高等教育_教育专区。武汉工程大学化工原理课件...
化工原理下册复习课计算题例题
化工原理下册复习课计算题例题_理学_高等教育_教育专区。武汉工程大学化工原理课件...
化工原理复习题计算题
化工原理复习题计算题。有一套管式换热器, 用冷却水将 0.125kg/s 的苯由...
化工原理(第一章练习题与答案)
化工原理 第 1 章 流体流动学习目的与要求 1、掌握密度、压强、绝压、表压、真空度的有关概念、有关表达式和计算。 2、掌握流体静力学平衡方程式。 3、掌握流体......
化工原理计算题资料
化工原理》试题参考答案-计算题化工原理计算题 1 二、 某离心泵在作性能...
化工原理计算题
化工原理》试题参考答案-计算题化工原理计算题 1 二、 某离心泵在作性能...
化工原理关于离心泵的典型计算题
化工原理关于离心泵的典型计算题_工程科技_专业资料。关于化工原理离心泵的几个典型计算题,相关工程师考证,化工原理课程考试均可用到。 ...
计算题1 化工原理
计算题1 化工原理_工学_高等教育_教育专区。例题【例】在总压101.3kPa,...
化工原理作业和练习题
化工原理作业和练习题_远程、网络教育_成人教育_教育专区。第七章 练习题 1.在...
化工原理干燥计算题
化工原理干燥计算题_化学_自然科学_专业资料。1、将在常压下温度为30℃、相对湿...
化工原理吸收概念题(选择、填空、计算)(有答案)
例题3:在一逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中 某组分A,已知操作条件下...化工原理吸收概念题(选择、填空、计算)(有答案) 2018-06-25 10:54:16 ......
吸收单元操作典型计算题
吸收单元操作典型计算题_理化生_高中教育_教育专区。吸收操作计算典型题例 1. ...
化工原理精馏计算题
化工原理精馏计算题_化学_自然科学_专业资料。-- 第二部分 计算题示例与分析 ...