化工原理计算试题.doc

(完整)化工原理计算试题离心泵的计算1计算题 j01b10029如图所示, 水通过倾斜变径管段（A-B）, DA=100mm,DB =240mm，水流量为2m3/min,在截面A与B处接一U形水银压差计，其读数R=20mm，A、B两点间的垂直距离为h=0。3m试求:（1） 试求A、B两点的压差等于多少Pa?(2)A、B管段阻力损失为多少mmHg？(3）若管路水平放置,而流量不变，U形水银压差计读数及A、B两点压差有何变化？ 计算题 j01b10029 （题分:20）(1） uA=(2/60）/（p/4)(0。10）2=4.244 m/s， uB=4。244(1/2。4)2=0.7368 m/s pA/ruA2/2= ghpB/ruB2/2Shf pA/r(ghpB/r）=(rir)gR/r pApB=(rir)gRrgh =（13.6-1)1039.810。020+1039.810。3 =5415 Pa (2） Shf=(pA/rghpB/r) uA2/2uB2/2 =(rir)gR/ruA2/2uB2/2 =（13.61)9。810。020（4。244）2/2(0。7368)2/2 =11。2 J/kg 即 Dpf=rShf=10311。2=11。2103 Pa 换成mmHg: SHf=Dpf/（rHgg)= 11.2103/（13.61039.81） =0。0839 mHg=83.9 mmHg(3） pA/ruA2/2=pB/ruB2/2Shf uA、uB、Shf均不变,故 (rir)gR/r之值不变 即 R不变, R=R=20 mm 水平放置时 pA- pB = (13.6-1）1039。810.020 =2472Pa比倾斜放置时的压差值小.2计算题 j02b20067 (20分） 如图所示的输水系统,输水量为36m3/h,输水管均为802mm的钢管,已知水泵吸入管路的阻力损失为0.2m水柱,压出管路的阻力损失为0。5m水柱，压出管路上压力表的读数为2.5Kgf/cm2。试求： (1） 水泵的升扬高度； (2) 若水泵的效率=70,水泵的轴功率(KW）； (3) 水泵吸入管路上真空表的读数（mmHg 柱)。4.8m0.2m 注:当地大气压为750mmHg 柱。 U=36/3600/（0。7850.0762)2.2 m/s (1) 在22与33截面列B.eq. 5分Z2+p/g+U22/2g+He =Z3+P3/g+U32/2g+Hf 2-3 U2=U3 不计Hf 23He =（Z3-Z2）+(P3+P2)/g =0。2 + （2.5+0。525)/(1039。81)9.81104 =30。5mH2O柱 在11与44列B.eq. He =Z1-4+Hf 14+Hf 34 Z1-4=He （Hf 14+Hf 3-4）=30.5(0。2+0.5)=29。8m升扬高度为29.8m（2) Pa =Heqvg/=30。50.011039。81/0。7=4。27 KW 3分(3） 在11与22列B。eq，得 5分 0=Z2+（P)/g+U22/2g+Hf 1 -P=Z2gU22/2-Hf 1 g =（4.81039.8+2。2 /2103+0.21039。81） =515102N/M2=515102/（0。981105）735.6=386mmHg （表) P2=真空度 吸入管路上真空表读数为386mmHg 柱=0.525at3j01c20113 用离心泵将原油从油库沿管内径为0。15m、长2公里（包括局部阻力的当量长度)的水平管送往炼油厂。输油量为40m3/h。油泵的总效率为0。65,求泵的轴功率。某天,该油泵突然发生故障,于是开动一台备用泵，其压头仅为原来泵的 80%，问此 泵能输送原油多少m3/h.输送条件下, 原油的密度为890kg/m3， 粘度为0.4Pa s.设油库和炼油贮罐均为常压。 答案：该题条件下,油泵所耗功率完全用于克服管路阻力。A=(/4）（0。15)2=0。0177m2u=40/（36000.0177）=0。63m/sRe=du/=0。150.63890/0。4=210(层流） =64/Re=64/210=0。304Hf=(l/d)(u2/2g)=0.304(2000/0。15)0。632/（29.81）=82.1mWs=40890/3600=9.9kg/s N=82.19。819.9/(10000。65)=12。3kwH=0。8Hf=65。7m Pf=65.79。81890=5。736105N/m对于层流Pf=32lu/du=Pfd/(32l）=5。7361050。15/ (3220000.4)=0.504m/s V=36000.5040。0177=32.1m3/h 4j01a150616 如图，离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔，泵吸入管路为1084mm，长2m的钢管。泵压出管路为763mm,长30m的钢管， 压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只， 90弯 头4 只.在压出管路上还装有孔板流量计，孔板孔径为40mm，孔流系数C=0.62，水银差压计读数R=456mm。吸收塔喷咀处压力为0.5kgf/cm2(表压)，碱液密度=1100kg/m3,泵的效率=0.6,直管阻力系数=0。02(吸入、压出管道取近似相同值），弯头=0。75，标准阀=6,闸阀=0。17,孔板=8，试求泵所需功率.j01a150616=（/4)0。0420。622g0.456(136001100)/11000.5=0.00785m3/s u1=0.00785/（/4）0.12=1m/s u0=1(0。1/0。07)2=2。04m/shf =(0。022/0.1+0.5)12/2g+(0.0230/0.07+40。75+6+0.17+8)2。042/2g=5.51mHe=5。51+（20-1.5）+0。5104/1100+2。042/2g=28。77m N=28.770.007851100/(1020.6)=4.084kw5。j02b100556 用泵将贮槽中的石油送至高位槽中，两槽液面恒定不变，且其液面差为。管子规格为，管路总长为（包括局部阻力的当量长度内。）要求流量为3/h 。已知石油密度为Kg/m3，粘度为N。S/m2。试计算：（1）由于阻力引起的压降；（2)泵的有效功率；（3)整理并写出管路特性曲线方程（注明式中变量的单位）答案：（1） （）（2） 21（36000。7852）m/se 0。0801。16920/0.5层流 e 0.3740。374（200/0.08）92022 5.795N/m2f 5.85920629。9 J/Kg（2)e 1000 f 9.8115+629.9=777 J/Kg （3)e 21920777(36001000）4。17 KW在层流范围内LZ+f/g=Z+64/(du/）（1/d)(1/2g）（Q2/(0。785d2)2) =15+1。104104Q Q为m3/s6 j02b15064 6 欲用离心泵在两敞口容器间输液,该水泵铭牌标有：流量3/h，扬程15m，轴功率.Kw,效率，配用KW电机，转数r/min。今欲在以下情况 使用是否可以？如不可时采用什么措施才能满足要求（要用计算结果说明） （)输送比重为的溶液,流量为3/h，扬程. ()输送比重为的油类，流量为3/h，扬程。 （)输送比重为的清液，流量为3/h,扬程。 答案：（） 电动机功率不够38/3600151800/（1020。8）KW 换大电机（） 扬程不够 （ ）2（ )2 增加转分.检查功率： （ ）3 （)3 KW 换一电机功率为KW，转分。（）可以使用。通过关小出口阀调节至工作点。7j01c201218 如下图所示的输水系统, 用泵将水池中的水输送到敞口高位槽, 管道直径均为833.5mm，泵的进、出管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮水池的水面高度为4.8m，压力表安装位置离贮水池的水面高度为5m.当输水量为36m3/h时，进水管道的全部阻力损失为1.96J/kg,出水管道的全部阻力损失为4.9J/kg,压力表的读数为2。5kgf/cm2，泵的效率为70%,试求： 两液面的高度差H为多少m？ 泵所需的实际功率为多少KW？ 真空表的读数多少kgf/cm2？ 解：取截面00, 11， 2-2, 3-3如图， 在截面22和33间列柏努利方程以2-2为基准面(目的求H3) H2g+(p2/）+（u22/2)=H3g +（p3/）+（u32/2)+hf231at=9.807104N/m2=1kg/cm2 u=Q/A=(36/3600）（/4)0。0762=2。21m/s （2.59.807104/103）+（2.212/2)=H39。81+4.9245.2+2。44=9.81H3 +4。9 H3 =242.74/9.81=24.74mH=H3+5=24。74+5=29。74m在0-0和33间列柏努利方程以0-0为基准面(求We）H0g+（p0/）+(u02/2）+We=H3g +(p3/)+（u32/2）+hf0-3We=H3g +hf0-3=29。749。81+(1。96+4.9）=298。62J/kgMs=Vs=(36/3600)103=10kJ/s Ne=MsWe= 10298。62WN实=Ne/=2986。2/0。70=4267W=4.267kW在CC和H间列柏氏方程以00为基准面H0g +(p0/）+（u02/2）=H1g+(p1/)+(u12/2）+hf0-1 (pap1）/=4。89。81+(2.212/2)+1。96=51.49m2/s2=51.49103/(9。807104）at=0.525kgf/cm28j02b20066用一离心泵将20的水，由池中送至高位槽C。其流程如图a所示.已知泵的排出口压力表B读数为2。5at（表压），排出段管总长为180m(包括局部阻力的当量长度），系统的摩擦系数可取0。024.其它数据如图a所示。试求:（1）系统输送的流量m3/h；(2）若系统所用泵为3B33型离心泵， 其特性曲线如图b所示。试求泵的工作点及克服系统阻力所耗的轴功率；（3)如果泵的吸入底阀A轻微堵塞，则系统的流量、泵的扬程及出口压力表读数有何变化？若严重堵塞有何现象发生？试用图说明。j02b20066 解：（1) qv=？m3/h 5分 在BB及C-C面上列柏努利方程UB2/2g + PB/g + ZBUC2/2g +0+Zc +Hf B-C UC =0 Hf =(l/d)UB2/2g (（l/d）1）UB2/2g=2518=7。0UB2/2g =7/（l/d）1)=7/（0.024180/0。11）=0。166 UB=1。8m/sqv=(/4）d2UB=(/4）0。121.8=0。01417m 3/s=51.0m 3/h（2) 工作点:由qv查图b得工作点P（51,31) 10分 H=31。0m =70 Pf =？ 在00及CC列方程: 0+H=ZC+Hf0-C Hf0C=HZC Hf =31-（18+0.5+1.5)=11。0 Pf =115110009.81/(36000。7103）=2.18 KW（3) 略 5分9j01b15183 如图所示，槽内水位维持不变.槽底部与内径为100mm钢管相连,管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端15m处安有一个指示液为汞的形压差计，测压点与管路出口端之间距离为20m。(1) 当闸阀关闭时测得=600mm，=1500mm；当闸阀部分开启时，测得=400mm， =1400mm，管路摩擦系数取0.02,入口处局部阻力系数取0。5，问每小时从管中流出水量为多少m3。 (2)当阀全开时（取闸阀全开Le/d=15，=0.018），测压点处的静压强为若干N/m2（表压)。 j01b15183解：(1）当闸阀全关时，根据静力学关系: (ZA+h）g=RHgg 得水槽液位高度：ZA=RHg/h=0。613.61.5=6。66m (2） 闸阀部分开启时 列AA与BB截面伯努利方程式 ZA=uB2/2g+PB/g+hfAB PB/g=(RHgh）/=（0。41。36104-1。41000)/1000=4.04m ZA-PB/g=uB2/2g+（(L/d)+）uB2/2g=（1+(L/d）+）uB2/2g 6。66-4.04=(1+0.0215/0。1+0.5)uB2/2g=4.5uB2/2g uB=3。38 m/s V=(/4)d2u3600=0。7850。123.383600=95.5 m3/h （3)当闸阀全开时,列AA与C-C截面伯努利方程: ZA=uc2/2g+hfAC=(1+（L+Le）/d+）uc2/2g 6。66=（1+0.018(35/0。1+15）+0。5）uc2/2g 解得uc=4.02m/s 由A-A与B-B截面间伯努利方程式得: ZA=uB2/2g+PB/g+hfAB =PB/g+（1+(L/d）+）uB2/2g PB/g=ZA-（1+（L/d)+)uB2/2g =6。66-（1+0.01815/0.1+0.5)4.02 2/(29。81） =3.20 m PB=3.2010009。81=3。14104N/m210. 三计算题（15分） j01b20095 某液体密度800kg/m3，粘度73cP，在连接两容器间的光滑管中流动，管径300mm,总长为50m(包括局部当量长度)，两容器液面差为3.2m(如图示)。求： 管内流量为多少？ 若在连接管口装一阀门,调节此阀的开度使流量减为原来的一半，阀的局部阻力系数是多少？按该管折算的当量长度又是多少？ 层流：=64/Re;湍流：=0.3164/Re0。25j01b20095在1-1面和22面之间,列柏式以2-2面为基准面:u1u20 gz1=hf12 =（l/d）（u2/2） 设流体流动符合柏拉修斯公式:=0.3164/Re0。25 Re=du/ gz1=(0。3164/Re0。25)（l/d）(u2/2）=0.3164/(/） 0。25(l/d1.25)（u1。75/2） u1。75=2gz1/0.3164/(/） 0。25（l/d1.25）=29。813。2/0.3164/（800/0.073） 0.25(50/0。31。25)=9.01542 u=3。513m/s 验证：Re=0.33。513800/0。073=115503000，假设正确V=Su=（/4)d2u=（/4）（0.3）23。5133600=893.95（m3/hr)流量减半,即是流速减半 u=3。513/2=1.7565m/s Re=5775符合柏拉斯式条件列11面至2-2之间的柏式：gz1=（0。3164/Re0.25）(l/d)+(u2/2）=2gz1/u2(0.3164/Re0。25)（l/d)=29。813.2/1。75652-(0。3164/57750.25）(50/0.3）=14。3又(u2/2）=（le /d)（u2/2)=（0.3164/Re0。25)（le /d)(u2/2) =(0.3164/Re0。25）（le /d）le =(d/0.3164)Re0。25=（0.314.3/0.3164)57750。25=118。2(m）传热过程计算1 j04c2012614 有一套管换热器，由内管为 542，套管为1164的钢管组成。内管中苯自被加热至，流量为kg/h.环隙中为at(绝）的饱和水蒸汽冷凝。蒸汽冷凝传热系数为10000W/m2.。 已知：苯在之间的物性数据平均值为： kg/m， P1.86.86kJ/kg. W/m。, cP 管内侧污垢热阻 10.0004m2。/W 管壁及管外侧污垢热阻不计. 蒸汽温度与压强关系如下表所示 压强 at（绝） 1.0 2。0 3。0 温度 99.1 120 133 试求：A)管壁对苯的对流传热系数； B)套管的有效长度；C)若加热蒸汽压力降为at（绝），问苯出口温度有何变化？应为多少？ 解: （1）Re=d1。G/=0。054000/（3600/40。052)/（0。3910-3)=7.2586104 r =P/=1。8630.393/0.134= 5。4 1=0.023/（e ）0.8(r ）0.4 =(0.0230。134/0。05）(7。25864）0。85。40。4=936.4 W/m2 .（）4000/36001。863(80-50)=6。24 W11/936.4 +1/10000+0.0004 1637。8 W/m2。m =（12050)-（12080）（12050)/(120-80)=53.6 1（1m )6.24/(637.853。6)= 1。814m21（内）1。814/（0。05）=11。55 m （）不变，不变，变为99。1，苯的流量及比热均不变。 设出口温度为2 ，在新条件下,传热速率方程变为 Q=GCp(t2-t1）=KAtm4000/36001。863 (2 50） =637.81.814(（99.1-50）-(99。1-2 ）(99.150）/（99.12) 解得 （99.150)/(99。1-2 )=0。5598 2 = 712、j04b200891 （20分)用一传热面积为3m2由252.5mm的管子组成的单程列管式换热器， 用初温为 10 的水将机油由200 冷却至100 , 水走管内， 油走管间。 已知水和机油的质量流量分 别为1000kg/h和1200kg/h, 其比热分别为4。18kJ/kg。K 和2.0kJ/kg.K; 水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m2。K 和250W/m2.K, 两流体呈逆流流动, 忽略管壁和污垢热阻。 A)计算说明该换热器是否合用？ B）夏天当水的初温达到30， 而油的流量及冷却程度 不变时， 该换热器是否合用？ 如何解决？ （假设传热系数不变） 2. (20分）j04b2008910 解：（1） Q1=12002（200100）=240000KJ/h Q2=Q1, t2=t1+Q1/(m2Cp2）=10+24000/（10004.18)=67。4tm=（123。6-90)/ln(123。6/90）=110 1/K1=1/1+d1/（2d2)=1/250+25/(200020） K1=216.2W/m2K A1=Q1/（Ktm)=240000103/(216。23600110)=2。8m23m2 故适用 （2） t1=30时t2=30+240000/（10004。18）=87.4tm=（112.6-70）/ln（112.6/70)=89.6 A1=240000103/（360089.6216。2)=3。45m23m2 不适用 解决办法是调大水量, 使t2， tm， 并使， K3j04c201288 在逆流操作的列管换热器中，把氢氧化钠溶液从70冷却到35，氢氧化钠走管内,流量为kg/s,比热为3770J/kg。K，氢氧化钠对管壁的对流传热系数为930W/m2.k现用的水作为冷却剂,水走管外，流量为kg/s，比热为J/kg.K，管壁对水的传热系数为1000W/m2。K,(管壁热阻及垢阻略计）,忽略热损失（可近似按平壁处理) 试求:A)冷却剂出口温度及所需传热面积; B）操作中若氢氧化钠及水的初始温度不变，而两流体的流量都增大一倍，则流量增大后的冷、热流体的出口温度变为多大？（假设两流体均为湍流，其物理性质不变， 传热温度差可取用算术平均值）。 解：） 1 P1 (1 2 ）=1。113770(70-35)=146464。5 W 忽略热损失，则 2 P2 （2 -1 )即146464.5=1.674180(t2 15) 解得 2 =36 1 /2 m （） 为薄壁园筒，按平壁近似计算 1 2 /（1 +2 ）=9301000/（930+1000)=481。9 W/m2.K m 146464.5/（481.927)=11.3 m2)忽略热损失，吸放1 P1 （1 2 )2 P2 （2 1 ) 21。113770(702 )=21.674180（2 -15） 得 2 =95 - 1。672 传热速率方程式： Tm 1 P1 （70- 2 ) 其中： （930） + (1000)838 W/m2.K m2m （(70-2 )+（2-15)）(55+22）/2 代入原公式: 83811。3(55+2 2 )/2 = 21。113770（702 ) 得: 2.772 - 68.7 =2 联立方程与得： 2 =37.3 （升高了）2 =34。6 （冷却水温度下降)4j04b151096 的正丁醇，在逆流换热器中被冷却到，换热器的换热面积为2，传热系数K=230W/m2,正丁醇的流量为1930Kg/h。冷却介质为18水，热损失可以忽略。 求：A)冷却水出口温度； B）冷却水消耗量. 正丁醇pKJ/Kg。 水 pKJ/Kg。 解：h P h (1 -2 ）（1930/3600)2。983(90-50）6。394w m 6.394(2306)46.3m (1 -2 )+（2 -1 )） （(90-2 ）+（50-18) 2 2 c P (2 1 ） 冷却水消耗量 c （P c (2 -1 ）) 6.39104/（4。181000（29.418）1.34kg/s=4。8103Kg/ht1=9029。4=60.6t2=5018=32 t1/t2 =60.6/32=1。892 故平均温度差采用算术均是可以接受的。 5。 j04c20119 在某列管式换热器中,将一定量的空气加热。空气在管内作湍流流动,饱和水蒸汽在管外冷凝。今因生产任务加大一倍,除用原换热器外，尚需加一台新换热器.如果使新旧两台换热器并联使用，且使二台换热器在空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同的条件下操作. 原换热器列管数为1,管内径为1,管长为1，而新换热器管数为2(21），管内径为2（21). 试问新换热器管长2为原换热器管长1的几倍。 解: 原换热器:1 = 2 P 2 (2 1 ) =m 1新换热器： 1 = 2 P 2 （2 -1 ） = m 2 1 2 m 1 m 2 e0.8 (1/1 )0。8/0。2 e = 1 1 / 2 2 2 2 即：1 （/4） 12 1 2 （/4） 22 2 2 (1 (/4) 12 1 ）（2 （/4） 22 )1 （1 )0.8（1 /2)0 。2 10.8 10.2 0。8()0.2 即 ， 2 2 L2 1 1 L1 1/2 L2 = 1 1 L1 /（2 1 1 /2)2 L1 6. 04c2012212 某厂在由根，长的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内, 用 132.9的饱和水蒸汽在管间冷凝，将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。已知乙烯气体流量为kg/s，进口温度为，在操作条件下的密度为kg/m3，比热为1.84kJ/kg。，对流传热系数为53W/m2,饱和水蒸汽冷凝传热膜系数为8000W/m,可忽略管壁及垢层热阻. A）确定乙烯气体出换热器时的温度； B)若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过kgf/cm2，通过换热器的总长度(包括局部阻力当量长度）为，摩擦系数，试确定该换热器最多能允许通过多少kg/s的乙烯气体？C）当乙烯气体流量增加到最大允许量，且要求进出口温度保持不变时,若锅炉能供给该换热器的水蒸汽最高压力为kgf/cm2（表压)（即），问此蒸汽能否满足传热要求？04c2012212 解：（） P （2 -1 ）=0.6P （2 20）m i i 1770.0213 =35.012 m2i0 i （1 2 ）1/(1/53+1/8000)=52。65 W/m2。则 0。61.84103（2 -20）=52.6535.014(2 -20）(132.9-20）/（132.92 ） （112.9/(132。9-2 )=1。668 112.9/(132.9-2 ）=5.304704.89 5。3042 =112.9 2 =111。61（) 0。01 kgf/cm=0.019.8044=9.8072Pa 2 /20。045.5/0。0212 /2 1 9.8072=0.045。5/0。0212 /2 13.683 m/s /4 i1770。785213.683 0。8389 Kg/s （）P （2 -1 ） =0。83890.444.187(111.61220) =141586。85 J/s=141。59 KJ/s 1 =53(0.8389/0.6）0 .8=69。3 W/m2。（1/69.3 + 1/8000）68.705 W/m2。 m m =（111。612-20)（142。9-20)/（142.9-111。612)=66.96 68.70535.03266。96=161167.2 J/s=161.167KJ/s 因高于需要的141。59KJ/s ，故能满足要求。7. j04c2011612 有一套管换热器,内管为，外管为的钢管.现用120的饱和水蒸汽加热苯， 将苯由加热至,苯在内管中以kg/h流量流动，试求: A)加热蒸汽消耗量； B）所需套管的有效长度;C）由于某种原因，加热蒸汽的温度降为，苯的出口温度将变为多少?(假设 苯不变)（在范围内，苯的物性为：PkJ/kg.，Pa.s，W/m。，kg/m3，钢的导热系数为W/m.，时水蒸汽冷凝潜热kJ/kg， 蒸汽侧对流传热系数汽W/m。，壁两侧垢层热阻及换热器热损失均可忽略， 加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出。） j04c2011612 解： 传热量 C P 40001.86(80-50) 蒸汽消耗量 h 40001.86（8050)/2205 =101.2 Kg/h 4000/（3600880（/4）（0。05）2）= 0。643 m/s e = 0。050.643880/(3。94)= 72500 e0。8= 0。8= 7731.6 r = P 1。8633.9-4/0。145 = 5 r0.4= 1。9 苯= （0。023 /1) e0。8 r0.4 = 0.0230.145/0。057731。61.9=980W/m. 汽= 10000W/（m2。) o = 1/汽 + (b/) (o /m) + o /（苯i ）1/10000 + 0。00254/（4552) + 54/(98050)802W/（m2.) m = (（12050)+（12080)）55 C P m o 40001.86100030/（802550.0543600） = 8。29 m 设苯出口温度为则 m （110-50)+(110-t)）85 0。5t40001.86（t-50)1000/3600= o m 40001.86(t-50）1000/3600= 8020.0548.29(85-0.5t)2067t