化工原理習(xí)題(含答案)

1、流體流動(dòng)部分1 .某儲(chǔ)油罐中盛有密度為960 kg/m 3的重油（如附圖所示），油面最高時(shí)離罐底9.5 m ,油面上方與大氣相通。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760 mm的孔，其中心距罐底 1000 mm ,孔蓋用14 mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作壓力為39.5X106 Pa,問(wèn)至少需要幾個(gè)螺釘（大氣壓力為 101.3X103 Pa） ?解：由流體靜力學(xué)方程，距罐底 1000 mm處的流體壓力為p p gh 101.3 103 960 9.81 （9.5 1.0） Pa 1.813 103Pa （絕壓）作用在孔蓋上的總力為F (p Pa)A= (1.813 103-101.3 103) -

2、 0.762N=3.627 104N4 每個(gè)螺釘所受力為_(kāi) _兀_2 _3F1 39.5 10 0.014 N 6.093 10 N4因此n F E 3.627 104 6.093 103 N 5.95 6(個(gè))二習(xí)題1附圖2.如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè)U管壓差計(jì)。讀數(shù)分別為 R1=500 mm ,R2=80 mm ,指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴(kuò)散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度 R3=100 mm 。試求A、B兩點(diǎn)的表壓力。解：（1） A點(diǎn)的壓力Pa水gR3汞gR21000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 104Pa

3、 (表)(2) B點(diǎn)的壓力Pb Pa汞 gR1.165 104 13600 9.81 0.5Pa 7.836 104 Pa (表)3、如本題附圖所示，水在管道內(nèi)流動(dòng)。為測(cè)量流體壓力，在管道某截面處連接 U管壓差計(jì), 指示液為水銀，讀數(shù) R=100毫米，h=800mm 。為防止水銀擴(kuò)散至空氣中，在水銀液面上方 充入少量水，其高度可忽略不計(jì)。 已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3KPa試求管路中心處流體的壓力。解：設(shè)管路中心處流體的壓力為 pPa=PaP + p水 gh + p 汞gR = P 0P=p o- p 水gh - p 汞gR=（101.3 M031000 X9.8x0.8-13600 >9

4、.8 X0.1）P=80.132kpa4、如本題附圖所示，高位槽內(nèi)的水位高于地面7 m ,水從（）108 mm X4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按匯hf=5.5u2計(jì)算，其中u為水在（2）水的管內(nèi)的平均流速（m/s）。設(shè)流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)，試計(jì)算（1） A-A'截面處水的平均流速; 流量（m3/h）。解：（1） A- A'截面處水的平均流速在高位槽水面與管路出口截面之間列機(jī)械能衡算方程0.02355m3 s 84.78m3, h1 2Pi12P2.gZ1 Ub1gz2- Ub2hf2 2式中zi=7 m , Ub1 0, p1=0 （表壓）

5、,一 一、2Z2=1.5 m , p2=0 （表壓）,Ub2 =5.5 u代入式（1）得1229.81 7 9.81 1.5 -Ub2 5.5Ub2 2ub 3.0 ms（2）水的流量（以 m3/h計(jì)）3.142Vs ub2 A 3.0 0.018 2 0.00445、如本題附圖所示，用泵 2將儲(chǔ)罐1中的有機(jī)混合液送至精微塔3的中部進(jìn)行分離。已知儲(chǔ)罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓力為1.0133 105 Pa。流體密度為800 kg/m 3。精儲(chǔ)塔進(jìn)口處的塔內(nèi)壓力為1.21 105 Pa,進(jìn)料口高于儲(chǔ)罐內(nèi)的液面 8 m ,輸送管道直徑為 楨8 mm 4 mm ,進(jìn)料量為20 m 3/h。料液流經(jīng)全部

6、管道的能量損失為70 J/kg ,求泵的有效功率。解：在截面A-A和截面B-B之間列柏努利方程式，得 22Pi u1WP2 U2gZ1 We gZ2hf22p1 1.0133 105Pa; p2 1.21 105 Pa; Z2 Z1 8.0m;Ui 0;hf 70J kgV V20 3600u2 m s 1.966 msA 兀 23.142 1f-d0.068 2 0.00444We22P2P1U2 U1 g Z2Z12hfWe1.21 1.0133 1058001.96622-9.8 8.0 70 J kg2.46 1.93 78.4 70 J kg 175J kgNe wsWe 20 36

7、00 800 173W 768.9W6、某液體以一定的質(zhì)量流量在水平直圓管內(nèi)作湍流流動(dòng)。若管長(zhǎng)及液體物性不變， 將管徑減至原來(lái)的1/2 ,問(wèn)因流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來(lái)的多少倍？解：流體在水平光滑直圓管中作湍流流動(dòng)時(shí)hfPf 一hf =Pf/式中因此又由于hf2hf15 =2 d2hf22 d1()(1)(d2Ub2)2Ub1Ub1*)2 =4=(，)(2)(4)2=32 /hf110.3160?25- ReRe20.25/ d1Ub10.25)=(L)d2Ub2hf2一=32 X0.84=26.9hf1(2X1)0.25= ( 0.5) 0.25=0.84141.43m shf7、用泵將

8、2X104kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽（見(jiàn)本 題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持25.9X103Pa的真空度，高位槽液面上方為大氣壓。管道為76 mm X4 mm的鋼管，總長(zhǎng)為35 m,管線上有兩個(gè)全開(kāi)的閘閥、一個(gè)孔板流量 計(jì)（局部阻力系數(shù)為 4）、五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液面 與管路出口的距離為 17 m。若泵的效率為0.7,求泵的軸 功率。（已知溶液的密度為 1073 kg/m 3,黏度為6.3 10-4 Pa s。管壁絕對(duì)粗糙度可取為0.3 mm。）解：在反應(yīng)器液面1-1 與管路出口內(nèi)側(cè)截面 2-2'間 列機(jī)械能衡算方程，以截面1-1為基準(zhǔn)水平面，得22Ub1RUb2P2hg乙-W5

9、 gz2-hf22式中Z1=0 , Z2=17 m , ub1 = 0_4 w2 104Ub2 2m s23600 0.785 0.0682 1073d43p1=-25.9 X10 Pa （表），p2=0 （表）將以上數(shù)據(jù)代入式（1）,并整理得2Ub2 P2 P1.We g（Z2 乙）hf2231 4325 9 103.=9.81 X17+ + 25.9 10 +hf =192.0+21073其中Le + d2 Ub22Redub _ 0.068 1.43 107330.63 10 35=1.656 X10e d 0.0044根據(jù)Re與e/d值，查得 F0.03 ,并由教材可查得各管件、閥門的

10、當(dāng)量長(zhǎng)度分別為 閘閥（全開(kāi)）：0.43X2 m =0.86 m標(biāo)準(zhǔn)彎頭：2.2 X5 m =11 m2故hf =（0.03 X35 0.861/叩）L43_j. kg =25.74J/kg0.0682于是We192.0 25.74 J kg 217.7J kg泵的軸功率為Ns=We w/_ 217.71043600 0.7W =1.73kW8、如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的底部與 內(nèi)徑為100 mm的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個(gè)閘閥，距管路入口端15 m處安有以水銀為指示液的 U管壓 差計(jì)，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計(jì)連接 管內(nèi)充滿了水，測(cè)壓點(diǎn)與管路出口端之間的直管長(zhǎng)度為

11、20 m。（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)， 測(cè)得 R=600 mm、h=1500 mm ; 當(dāng)閘閥部分開(kāi)啟時(shí)，測(cè)得 R=400 mm、h=1400 mm 。摩 擦系數(shù) 可取為0.025,管路入口處的局部阻力系數(shù)取為30.5。問(wèn)每小時(shí)從管中流出多少水（m ） ?（2）當(dāng)閘閥全開(kāi)時(shí)，U管壓差計(jì)測(cè)壓處的壓力為多少Pa （表壓）。（閘閥全開(kāi)時(shí)Le/d =15,摩擦系數(shù)仍可取 0.025。）解：（1）閘閥部分開(kāi)啟時(shí)水的流量在貯槽水面1-1與測(cè)壓點(diǎn)處截面2-2 '間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)截面2-2的中心作基準(zhǔn)水平面，得22Ub1PlUb2P2.gz1 gz2 hf,1222式中 P1=0(表)(a)P2 H

12、ggRH2ogR 13600 9.81 0.4 1000 9.81 1.4 Pa 39630Pa (表)Ub2 = 0 , Z2 = 0zi可通過(guò)閘閥全關(guān)時(shí)的數(shù)據(jù)求取。 程知當(dāng)閘閥全關(guān)時(shí),水靜止不動(dòng)，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方式中H20 g(Zih) HggR(b)h=1.5 m,R=0.6 m將已知數(shù)據(jù)代入式（b）得6.66m13600 0.6 1.5 m1000Ub)UT 2.13u215 (0.0250.120.5) - 2.13ub2將以上各值代入式（a）,即2Ub21000ub 3.13m s解得9.81 X6.66=近 + 39630+2.13水的流量為Vs 3600-d2Ub3600

13、0.785 0.12 3.13 m3 s 1.43m3 s4（2）閘閥全開(kāi)時(shí)測(cè)壓點(diǎn)處的壓力在截面1-1與管路出口內(nèi)側(cè)截面 3-3 間列機(jī)械能衡算方程，并通過(guò)管中心線作基準(zhǔn)平面，得22Ub1 PlUb3 P3g乙 gZ3 hf,1 3（c）22式中z1=6.66 m , z3=0 , ub1=0 , p1=p3h / L Le hf,1 3(-d將以上數(shù)據(jù)代入式(c),即29.81 X6.66=+4.81u22)=0.025(-5 15) 0.5 ub 4.81U220.122Ub解得 u b再在截面3.13m s1-1 '與2-2 '間列機(jī)械能衡算方程，基平面同前，得gz22U

14、b1P1Ub2gZ222P2h,1- 2(d)式中Z1=6.66 m , Z2=0 , Ub10,Ub2=3.5l m/s , pi=0 (表壓力)hf,i 21.5 0.025 - 0.10.53.512-J kg 26.2J kg將以上數(shù)值代入上式,9.81 6.66則3.512P221000-，i4, 一解得p2=3.30 X10 Pa (表壓)26.2蒸儲(chǔ)部分1、在一連續(xù)精微塔中分離苯的含量為 流量為100kmol/h 。已知儲(chǔ)出液組成為 苯的回U率（2）保持儲(chǔ)出液組成 0.950。5 （苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同）的苯 -甲苯混合液，其 0。95,釜液組成為 0.05,試求（1）儲(chǔ)出液流量及

15、 不變，儲(chǔ)出液最大可能流量。解：（I ）焰出液的流量和茶的收率以* = lOOxKniWh = 50kmo1/h 人， 0.95-0.05 f'生"I,50 x 0.95100式0_5x 100% =k 100% = 95%£2）儲(chǔ)出液的最大可能流量當(dāng)樞=100%時(shí),茨得最大可能流量，即而 100x05.=kniol/h = 52.63 knwl/hU952、在連續(xù)精微塔中分離 A、B兩組分溶液。原料液的處理量為100 kmol/h ,其組成為0.45（易揮發(fā)組分 A的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和液體進(jìn)料，要求儲(chǔ)出液中易揮發(fā)組分的回收率為96%,釜液的組成為 0.033。

16、試求（1）儲(chǔ)出液的流量和組成；（2）若操作回流比為 2.65, 寫出精儲(chǔ)段的操作線方程；（3）提儲(chǔ)段的液相負(fù)荷。解：（1）儲(chǔ)出液的流量和組成由全塔物料衡算，可得qn,DXD 0.96qn,FXF 0.96 100 0.45kmol/h 43.2kmol/hqn,wXw 1 0.96100 0.45kmol/h 1.8 kmol/hqn,W18 kmol/h=54.55 kmol/h0.033qn,D qn,F qn,W100 54.55 kmol/h=45.45 kmol/h43.2 xD 0.9505 45.45(2)精微段操作線方程0.95050.726x 0.26043.65RxD2.6

17、5y x xR 1 R 1 3.65(3)提儲(chǔ)段的液相負(fù)荷qn,Lqn,Lqqn,F Rq.D qn,F 2.65 45.45 100 kmol/h 220.4kmol/h3、在連續(xù)操作的精微塔中分離兩組分理想溶液。原料液流量為 50 kmol/h ,要求福出 液中易揮發(fā)組分的收率為 94%。已知精儲(chǔ)段操作線方程為 y = 0.75x+0.238 ; q線方程為y = 2-3 x。試求(1)操作回流比及儲(chǔ)出液組成；(2)進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料的總組成；(3)兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值 xq及yq； (4)提儲(chǔ)段操作線方程。解：(1)操作回流比及儲(chǔ)出液組成由題給條件，得-R- 0.75及0.238R 1

18、R 1解得 R= 3, xd= 0.952(2)進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料液組成由于-3故之一2q 11 q解得 q = 0.75 (氣液混合進(jìn)料)，xf= 0.5(3)兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值xq及yq聯(lián)立操作線及q線兩方程，即y 0.75x 0.238 y 2 3x解得xq = 0.4699 及 yq= 0.5903(4)提儲(chǔ)段操作線方程其一般表達(dá)式為qn,Lqn,Wy x xwqn,Vqn,V式中有關(guān)參數(shù)計(jì)算如下：Aqn,FxF0.94 50 0.5.qnD kmol/h 24.68kmol/hxd0.952qn,Wqn,F qn,D50 24.68 kmol/h = 25.32 kmol/hXw

19、1 a qn,F xf1 0.9450 0.5qn,W25.320.0592qn,LRqn,Dqqn,F3 24.68 0.75 50 kmol/h =111.54 kmol/hqn,vqn,L qn,w 111.54 25.32 kmol/h = 86.22 kmol/h111.5425.32 ,貝 U yx 0.0592 1.294x 0.0173986.2286.224、11. 一一壓左提惚券中,分街兩姐分超噓渡，M物系！功相計(jì)揮發(fā)度為2小原幫液流量為lOOkmoUh. 還朽奴狀態(tài)冬皺產(chǎn)1. 出比史螢為僅)加。出含成灌機(jī)最為0.01(易彩發(fā)細(xì)分的季 1；介較),試點(diǎn)3)或作 線才松由珞械

20、下一層藏版T軸波相殂船J解：本題為提馀塔，即於料由塔頂加入、因此該塔僅有提館段1)操作線方程此為提翻段操作戰(zhàn)方程，即I 9川|( 9nWy =-x - -*丁 乳/式申 n.r - 100kmol/li%,v二%口二僅1箱】21加(2)最下層塔板下降的液相組成由于再潛器相當(dāng)于一層理論城,故,金、2xOrOlV；=O.U1981 4 (tr 1)3以1 + 0.01八】與y W符合操作關(guān)系，則,v； +0.m67 0 019K 401X)67.%1r = = U.01591 .的I.6a7提悔塔的塔阪一般沒(méi)有液相”4；二i(X)40v* =v*<0.01 = 1.667/0.1X)6760605、14,也常任連驕摘到分兩配分軟渤I潼物耦平詢相輔股為25.原捅為035輝 發(fā)組今的阜東分垢下同).他和茬安琳.已知林憎段操作紇方線為尸D.5M汕試求(I)分作時(shí)流比與 黃小國(guó)或出的比值;炯的漁楠戊為07該版的毛相的弗里效卑&吁解：（1 ） K與弁曲的比值山題給條件，可知解將Alr =0.2(X/f 1-I) = 0.2>*4 = O.S也”-UJ772對(duì)飽和篦氣進(jìn)料. q = Q九=0,35j4 + a(l )