化工基礎復習資料

1、化工基礎計算大題1、如圖所示，某泵的吸水管，內徑為200 mm，管下端浸入水池2 m，管口底閥阻力，在吸入管距水面3 m處裝有真空表，讀數為300 mmHg，從A到B點阻力損失為。試求：（1）吸水管內水的流量。（2）吸水管入口處A點壓強。解：（1）由截面1-13-3列柏努利方程 m，Pa， 解得：u = 1.38 m/s（2）由1-2列柏努利方程解得： Pa2、用泵將堿液槽中堿液抽往吸收塔頂，經噴頭噴出作吸收劑用，堿液池中堿液深度為1.5 m，池底至塔頂噴頭口的垂直距離為16 m（如圖所示）。系統(tǒng)中管路內徑為53 mm，考慮管路中管件的局部阻力，管路總當量長度為19.6 m，摩擦系數為0.01

2、94。堿液在噴頭口前的靜壓強按壓力表指示為0.3 kgfcm-2（表壓），堿液密度為1100 kgm-3。計劃送流體的量為25 th-1。若泵的效率為55，試求泵所需的功率?解法見P14例題。3、水泵從低位槽抽水至高位槽，上水管出口和低位槽水面距離34.5 m，排水量30 m3h-1，管為1023 mm，泵的效率為65，水管阻力為5 m水柱，求泵的軸功率，水 = 1000 kgm-3。解：取低位槽水面1-1截面，上水管出口為2-2截面。 ms-1列柏努利方程： mkW4、計算水流過241.5 mm的銅管，求因摩擦而引起的壓頭損失（分別以Pa和米水柱表示）。管長10 m，流速1.5 ms-1，已

3、知 = 0.024，水 = 1000 kgm-3。解：d = 0.021 m， Pam5、泵將冷水打入塔頂，由水面至泵入口管長10m，在吸入管路中有一個90彎頭，一個吸濾筐和底閥；從泵出口到塔頂噴嘴的管長36m，整個管路為1084的鋼管，管路中有2個90彎頭，一個閘門閥。已知90彎頭的當量長度為40d，閘門閥的當量長度為15d，泵的吸濾筐及底閥的局部阻力系數為 = 7，其中d為管子的內徑。摩擦阻力系數為0.025，塔頂噴嘴的阻力p = 9.81 kPa。若流量為50 m3h-1，試求管路中的直管阻力損失壓頭，局部阻力損失壓頭和總損失壓頭。(20時，水的密度為1000kgm-3)解：由題意知：直

4、管總長l = 10+36 = 46 m；3個90彎頭的當量長度le1 = 340d = 3400.1 = 12 m；1個閘門閥的當量長度le2 = 115d = 1150.1 = 1.5 m；泵的吸濾筐及底閥的局部阻力系數取 = 7；塔頂噴嘴的阻力p = 9.81 kPa；摩擦阻力系數 = 0.025；管路中流速為：(1)、直管阻力損失壓頭 (2)、局部阻力損失壓頭 （3）、總損失壓頭 =hf1+hf2=1.84+2.68=4.52m6、用泵將冷水打入塔頂，已知水池水面比地面低2 m；整個管路為1084的鋼管，噴嘴距地面高24 m，管路中總損失壓頭為4.5 m。塔頂表壓強為6.87 kPa；試

5、求流量要求為50 m3h-1所需泵的壓頭及泵的功率。（已知水溫為20時， = 1000 kgm-3）解：選取地面為基準面，水池水面為1-1截面，塔頂噴嘴為2-2截面，列伯努利方程式：已知式中z1 = -2 m，z2 = 24 m；兩截面均取表壓強，則p1 = 0，p2 = 6.87 kPa；以水池水面遠大于1084管截面，故w1 0，管路中的流速即為塔頂噴嘴流速ms-1 m泵的功率 N = 7、20的水以8 m3h-1的流量流過套管間的環(huán)形通道，外套管為753.5管，內管為483.5管，試判斷水在環(huán)形管內的流動類型。（20水： = 1.00510-3 Pas， = 1000 kgm-3）解：外

6、套管內徑為d1 = 7523.5 = 68 mm；內管外徑為d2 = 48 mm水在套管環(huán)隙的流速為 w =其當量直徑為：de=計算雷諾準數值判斷流動類型此時Re10000，故水在套管環(huán)隙流動的類型為穩(wěn)態(tài)湍流。8、用泵將貯槽里的堿液打入吸收塔頂作為吸收劑，貯槽中堿液深度為1.5 m，貯槽底至塔頂液體出口垂直距離為16 m；系統(tǒng)中管路內徑為53 mm,堿液在塔頂出口處的表壓強為29.4 kPa，堿液的密度為1100 kgm-3，如果堿液輸送系統(tǒng)內損失壓頭為3 m，試計算輸液量為25 th-1時所需泵的壓頭為多少？若泵的效率為55，求用多大的電機？解：選取貯槽底地面為基準面，選取堿貯槽堿液面為1-

7、1截面，塔頂堿液出口為2-2截面，列兩截面能量衡算方程式并移項，整理為：已知：Z1 = 1.5m，Z2 = 16m， = 1100 kgm-3若都以表壓強表示，則p1=0，p2 p1 = 29.4 kPa堿液貯槽液面下降的速度w1比泵出口管內堿液的流速w2小得多，取w2 0；塔頂堿液出口流速為 ms-1已知堿液在管路中總損失壓頭為= 3 m，將上述各物理量帶入方程式，可求得所需泵的壓頭為mWW9、如圖高位槽水面距管路的垂直距離保持為5 m不變，水面上方的壓強為4.905 Pa（表壓），管路直徑為20 mm，長度為24 m（包括管件的當量長度），阻力系數為0.02，管路中裝球心閥一個，試求：當閥

8、門全開（ = 6.4）時，管路的阻力損失為多少？阻力損失為出口動能的多少倍？解：在斷面1-1和2-2之間列機械能衡算式若取大氣壓強和管出口高度為基準，并忽略容器內流速（即v1=0，H2=0，p2=0），則解得：Jkg-1 Jkg-1， 倍10、以20oC的水為介質，在泵的轉速為2900 rmin-1時，測定某臺離心泵性能時，某次實驗的數據如下：流量12 m3h-1，泵出口處壓強表的讀數為0.37 MPa，泵入口處真空表讀數為0.027 MPa，軸功率為2.3 kW。若壓強表和真空表兩測壓口間垂直距離為0.4 m，且泵的吸入管路和排出管路直徑相同。測定裝置如附圖。求：這次實驗中泵的壓頭和效率。解

9、：（1）泵的壓頭以真空表和壓強表所在的截面為11和22，列出以單位重量為衡算基準的伯努利方程，即式中，z1 z2 = 0.4 m，u1 = u2，p1 = -2.7104 Pa（表壓）， p2 = 3.7105 Pa（表壓）因測壓口之間距離較短，流動阻力可忽略，即Hf1-20；故泵的壓頭為：m（2）泵的效率11、水以7 m3h-1的流量流過下圖所示的文丘里管，在喉頸處接一支管與下部水槽相通。已知截面1-1處內徑為50 mm，壓強為0.02 MPa（表壓），喉頸內徑為15 mm。 試判斷圖中垂直支管中水的流向。設流動無阻力損失，水的密度取1000 kgm-3。解：（1）先設支管中水為靜止狀態(tài)，在

10、截面1-1和2-2間列柏努利方程： v1 = (7/3600)/(0.052/4) = 0.99 m/sv2 = 0.99(0.05/0.015)2 = 11 m/sp1 = pa + 0.02106 Pa若大氣壓強pa取1.0133105 Pa，則p1 = 1.0133105 + 0.02106 Pa = 1.2133105 Pa?？梢越獬觯簆2 = p1+ /2 = 6.13104 Pa (絕壓)。（2）判斷流向：取水槽液面3-3為位能基準面，在假設支管內流體處于靜止條件下： E2 = p2/ + gH2 = 90.3 Jkg-1E3 = Pa/ = 101.3 Jkg-1因為E3E2，支

11、管流體將向上流動。12、在某一化工生產流程中，換熱器采用一種高溫流體來預熱原料液，將原料由25預熱到180；而高溫流體經過換熱，300降至200。試計算采用逆流操作與采用并流操作時的平均溫度差，并進行比較。解：由題意已知高溫流體：300 200 原料液體：25 180,逆流操作時平均溫度差計算：t1 = 200-25 = 175，t2 = 300-180 = 120則： 并流平均溫度差的計算： t1 = 300-25 = 275，t2 = 200-180 = 20，根據總傳熱方程q = KAtm，若在傳熱速率相同、傳熱系數也相同的條件下，比較采用并流操作與逆流操作所需傳熱面積，可得并流操作所需

12、傳熱面積為逆流操作時的1.5倍。13、有一根2196的無縫鋼管，內外表面溫度分別為300和295，導熱系數為45Wm-1K-1，試求每米長裸管的熱損失。解：d1 = 0.207 m，d2 = 0.219 m m Wm-114、某列管冷凝器，管內通冷卻水，管外為有機蒸汽冷凝。在新使用時，冷卻水的進、出口溫度分別為20和30。使用一段時期后，在冷卻水進口溫度與流量相同的條件下，冷水出口溫度降為26。求此時的垢層熱阻。已知換熱器的傳熱面積為16.5 m2，有機蒸汽的冷凝溫度為80，冷卻水流量為2.5 kgs-1。解：換熱器新使用時換熱器使用一段時間后：15、某有機物液體以0.5 ms-1的流速，從列

13、管換熱器中流過，列管總截面積為0.01 m2，加熱面積為5 m2，管外用120的飽和蒸汽加熱，總傳熱系數為400 Wm-2K-1，有機物的進口溫度為20，換熱過程中有機物的平均物性為： = 800 kgm-3， Cp = 2 kJkg-1K-1，試求有機物的出口溫度。解：設有機物的出口溫度為t2，質量流量為qm， 則 kgs-1 KAtm = qmCp(t2-t1) 解得 t2 = 42 16、有一傳熱面積為1.5 m2的換熱器，把流量為540 kgh-1比熱Cp = 0.875 kJkg-1K-1的CO2氣體從40冷卻到20，冷水的初溫為10，終溫為15，已知K = 115.8 Wm-2K-

14、1，通過計算說明并流還是逆流操作合適。解：若并流：tm = 13.97 所需面積m2 1.5 m2不合適若逆流：tm = 16.4所需面積m2 1.5 m2合適17、管式換熱器用熱水對原油逆流加熱。原油流量為40 th-1，溫度由15上升到50，原油的CP = 1.672 kJkg-1K-1。熱水流量為10 th-1，進口溫度為80，其CP = 4.18 kJkg-1K-1。已知K = 836 kJm-2h-1K -1，求換熱面積。解：401.672(50-15)=104.18(80-T2)T2=24， m218、用初溫為30的冷卻水將每秒鐘15 kg、80的硝基苯通過換熱器冷卻到40，冷卻水

15、出口溫度為35。已知硝基苯的定壓比熱容為1.63 kJkg-1K-1，水的定壓比熱容為4.184 kJkg-1K-1。若忽略熱損失，試求該換熱器的熱負荷及所需冷卻水用量。解：硝基苯在熱交換中沒有相態(tài)變化，其熱負荷為 q1 = qm,aCp,a(ta2-ta1) = 151.63(80-40) = 978kJs-1 = 978000W設冷卻水的質量流量為qm,b，根據熱量衡算可求得冷卻水用量。 kgs-1每秒鐘需要46.7公斤冷卻水才能將80硝基苯冷卻到40。19、用每小時41.5 m3冷卻水，以逆流方式將某精餾塔上升蒸氣全部冷凝下需要多大傳熱面積的冷凝器？已知冷凝器是由鋼管制成的，鋼管的壁厚為

16、3 mm。上升蒸氣全部冷凝時所放出的熱量為1.52106 kJh-1，上升蒸氣的溫度T = 348 K，冷卻水進口溫度t進 = 303 K，熱流體是有機物蒸氣冷凝，1 = 1300 Wm-2K-1，冷流體是水，2 = 1000 Wm-2K-1，鋼的導熱系數為 = 49 Wm-1K-1，鋼管的壁厚 = 3 mm，水的比熱容為4.18 kJkg-1K-1。解：（1）冷卻水出口溫度: = qmcp(t2 - t1)1.52106 = 41.51034.18(t -303)t = 312 K（2）平均溫度差t1 = 348 303 = 45 K， t2 = 348 312 = 36 K所以 tm =

17、40.5 K （3）傳熱系數 K = 1/(1/1 + 1/2 + /) = 1/(1/1300 + 1/1000 + 0.003/49) = 550 Wm-2K-1 （4）傳熱面積 = KAtm4.22105 = 550A40.5A = 19 m220、有一壁厚為10 mm的鋼制平壁容器, 內盛80的恒溫熱水。水對內壁面的對流傳熱系數為240 Wm-2K-1?，F在容器外表面復蓋一層導熱系數為0.16 Wm-1K-1，厚度為 50 mm 的保溫材料。保溫層為10的空氣所包圍，外壁對空氣的對流傳熱系數為10 Wm-2K-1。試求：（1）每小時從每m2面積所損失的熱量kJh-1m-2；（2）容器內

18、表面的溫度Tw（鋼材的導熱系數為45 Wm-1K-1）。解：（1），A = 1 m2 K = 1/(1/0 + 1/i + b1/1 + b2/2) = 1/(1/10 + 1/240 + 0.01/45 + 0.05/0.16) = 2.399 Wm-2K-1 = 2.399 1 70 = 168 W 每小時每m2面積散熱量： 3600 168/1000 = 605 kJm-2h-1（2）= iA（80 - Tw）， 80 - Tw = 168/240 Tw = 79.3 21、在內管為18010 mm的套管換熱器中，將流量為3500 kgh-1的某液態(tài)烴從100冷卻到60，其平均比熱為2.

19、38 kJkg-1K-1，環(huán)隙走冷卻水，其進出口溫度分別為40和50，平均比熱為4.17 kJkg-1K-1，基于傳熱外面積的總傳熱系數K0=1800 Wm-2K-1，設其值恒定，忽略熱損失。求：(1)冷卻水用量；(2)兩流體為逆流情況下的平均溫差及所需管長。解：（1）冷卻水用量 h Cph (T1 -T2 )c Cpc(t2 -t1 ) 35002.38(100-60)c 4.17(50-40) c 7990kg.h-1 （2）tm(50-20)/ln(50/20)32.75 QKAtm Q79904.17(50-40)=3.332106kJ.h-1 A3.332105/(1800/1000

20、)32.753600 1.57 (m2) 0 l1.57 3.140.18l1.57 l2.77(m )22、擬在內徑為1.4 m的填料塔中，用清水吸收焦爐煤氣中的氨。每小時處理煤氣量為5800 m3（標準），煤氣中氨的體積分數為0.038，要求回收氨98。在操作條件下，氨-水物系的相平衡關系式為（Y，X均為摩爾比)，氣相體積吸收總系數KYa = 41.67 molm-3s-1。若吸收劑用量為最小用量的1.6倍，試求：（1）吸收劑用量，kgh-1；（2）填料層高度，m。解：(1) G = L = 1.6(L/G)mG = 1.6 1.18 249 = 470 kmolh-1 = 8500 kg

21、h-1(2) 23、空氣和氨的混合氣體在直徑為0.8 m的填料吸收塔內常壓下用清水吸收其中的氨，己知混合氣的流量為47.92 kmolh-1，混合氣體中氨的含量為0.0134（比摩爾分率），吸收率為98%，操作平均溫度為20，操作系件下氣液平衡關系為Y = 0.76X，實際液氣比為1.12，且KYa = 0.10 kmolm-3s-1，試求：所需填料層的高度。解：，Y1 = 0.0134，Y2 = Y1(1-98%) = 0.00027G = 47.92 (1- Y1) = 47.28 kmolh-1 = 0.013 kmols-1S = 0.785 0.82 = 0.5024 m2X2 =

22、0， 由，得 X1 = 0.0117則將以上數據帶入，得 H = 2.3 m24、在吸收塔中用焦油來吸收焦爐氣中的苯，已知焦爐氣進塔的流量為1000 m3h-1（標準），其中含苯2% (mol)，要求苯的吸收率為95，焦油原來含苯是0.005% (mol)，塔內操作壓強為800 mmHg，溫度為25，此條件下知Y = 0.113X，L = 1.15Lm，求吸收塔出口焦油中苯的含量。解：，Y2 = Y1(1-95%) = 0.001， kmolh-1 kmolh-125、吸收塔中連續(xù)逆流吸收從沸騰爐得到時SO2爐氣，爐氣中SO2含量9（體積），每秒吸收SO2 1 kg，吸收為常壓，已知L/G =

23、 1.2(L/G)m，吸收率為90%，操作條件下Y = 26.7X，求吸收劑每秒用多少千克?解：y1 = 0.09，Y1 = 0.0989，Y2 = Y1(1-0.9) = 0.00989，X2 = 0mols-1L = 28.87157.99 = 4561.17 mols-1 = 82.1 kgs-126、吸收塔內一個大氣壓，某截面上NH3含3%（體積）的氣體與濃度為1 kmolm-3的氨水相遇，巳知kg = 510-4 kmolm-2s-1atm-1，kL = 1.510-4 ms-1，平衡關系符合亨利定律，H = 73.7 kmolm-3atm-1。求：（1）分壓差和濃度差表示的氣液推動

24、力；（2）比較氣膜和液膜阻力的大小。解：（1）p = 0.03 atmatm分壓差：p - p* = 0.03-0.0136 = 0.0164 atmc* = Hp = 73.70.03 = 2.2 kmolm-3濃度差：c* - c = 2.2 1 = 1.2 kmolm-3 （2）氣膜阻力 = 1/kg = 0.2104 m2satmkmol-1 液膜阻力= m2satmkmol-127、在0.1013MPa和一定的溫度下，用水吸收含SO212%的混合氣體以制備SO2水溶液。吸收塔處理的混合氣體流量為360 m3h-1（標準），吸收率 = 96%。若在操作條件下SO2的溶解度系數為11.4

25、5 kmolm-3MPa-1，水的用量為最小用量的1.5倍，求實際水的用量及所得水溶液的濃度。解：（1）求惰性氣體流量及進出口氣體和液體組成mols-1 Y2 = Y1(1-) = 0.136(1-0.96) = 0.0054 X2 = 0 （2）求出口溶液的理論最大濃度X1最大為與進口氣相平衡的溶液濃度因為是稀溶液，溶液密度為 1000kgm-3 kgm-3 m = = =47.90 =0.0025 （3）求水的最小用量和實際用水量吸收劑用量最小時的物料衡算式為： G(Y1-Y2) = L最小(X1最大-X2) mols-1 L實際 = 205.21.5 = 307.8 mols-1 = 1

26、9950kgh-1 （4）所得溶液的濃度X1=0.00167mol(SO2)/mol(H2O) 換算成(質量)%為：100%=0.59%28、在連續(xù)逆流吸收塔中，用清水吸收焙燒硫鐵礦所得爐氣中的SO2。爐氣中含SO2為。每秒鐘吸收SO2的量為1 kg。吸收在101.3 kPa壓力下操作。吸收用的液氣比為最小液氣比的1.2倍。吸收率為99%。操作溫度下的氣液平衡關系可近似地用式表示。試求吸收用水量（kgs-1）和吸收所得溶液的濃度（用質量分數表示）。解：， ， 由 ， 求得由， 得 kgs-1所得溶液濃度（質量分數）： 29、用清水在常壓下吸收有機合成殘氣中的甲醇（可認為其他組分均為惰性組分）。

27、處理氣量為1 m3(標準)s-1。氣體含甲醇25 gm-3，要求甲醇的吸收率為90%。吸收劑用量為最小液氣比的1.3倍。當時條件下的氣液平衡關系可用式表示。試計算吸收所需氣相傳質單元數。解：1 m3(標準)氣體的量為44.6 mol， ， 由 求得 30、連續(xù)精餾中苯-甲苯體系的平均相對揮發(fā)度為2.45，當進料液xf = 0.50、餾出液xd = 0.9、餾殘液xw = 0.1，回流比為2時，試求塔頂x2的組成。解： x2 = 0.65631、精餾塔分餾苯-甲苯混合液，進料含苯xf = 0.50，與xf相平衡的氣相組成為yf = 0.71，泡點進料。要求餾出液組成為xd = 0.90，餾殘液的組成為xw = 0.01（均為摩爾分數）。操作回流比