您好,欢迎访问三七文档
《化工原理》试题参考答案-计算题《化工原理》计算题1二、某离心泵在作性能试验时以恒定转速打水,当流量为75m3/h时,泵吸入口真空表读数为0.030MPa,泵压出口处压强计读数为0.30MPa。两测压点的位差不计,泵进出口的管径相同,测得此时泵的轴功率为10.6kW,试求:(1)该泵的扬程He;(10分)(2)该泵的效率。(6分)解:(1)选取泵吸入口处的截面为截面1-1,泵压出口处截面为截面2-2;列机械能衡算式:2212222211ZHZgugPegugP根据题意,已知:P1=-0.03MPa=-3×104Pa(表),P2=0.30MPa=-3×105Pa(表),u1=u2,Z1=Z2,代入上式:122212212HZZguugPPe980733000000807.91000)103(10345=33.65m(2)Pe=ρgHe.qv=1000×9.807×33.65×75/3600=6875W=6.875kWη=Pe/P×100%=(6.875/10.6)×100%=64.9%答:该泵的扬程为33.65m;泵的效率为64.9%。二、某压滤机作恒压过滤,过滤10min得滤液5L,再过滤10min又得滤液3L,试问:如果继续过滤10min,又可得滤液多少L?(13分)解:对恒压过滤,有:V2+2VeV=KA2τ据题意,知:τ1=10min时,V1=5L;τ2=20min时,V2=8L;代入上式:52+10Ve=10KA2…………………………………………(1)82+16Ve=20KA2…………………………………………(2)联立上式,解得:Ve=3.5,KA2=6即:V2+7V=6ττ3=10+10+10=30min时,代人,得V3=10.37LΔV=10.37-5-3=2.37L答:再过滤10min.后又得滤液2.37L。四、某列管式加热器由多根Ф25×2.5mm的钢管所组成,将苯由20℃加热到60℃,苯在管中流动,其流量为16000kg/h,流速为0.6m/s。加热剂为130℃的饱和水蒸汽,在管外冷凝。苯的比热容Cp=1.78kJ/(kg·℃),密度为860kg/m3。已知加热器的传热系数为720W/(m2·℃)。试求:(1)此加热器所需的管数n(6分);(2)单管的长度L(10分)。解:由题意,知:Qv=16000/(860×3600)=5.168×10-3m3/s,Q=G苯·Cp·(t2-t1)=(16000/3600)×1780×(60-20)=316444J/sΔt1=130-20=110℃,Δt2=130-60=70℃,Δtm=(110+70)/2=90℃K=720W/(m2·℃)(1)换热器所需的管数n:Qv=u·A=u·n·πd2/4n=4Qv/(u·πd2)=4×5.168×10-3/(0.6×3.1416×0.022)=27.4=27根(2)单管的长度L:Q=KAΔtm=K·(n·π·d·L)ΔtmL=Q/[K·(n·π·d)Δtm]=316444/[720×(27×3.1416×0.02)×90]=2.73m答:换热器所需的管数n为27根,单管长度为2.73米。五、流率为0.018kmol/(s.m2)的空气混合气中含氨体积分数为3%,拟采用逆流吸收来回收其中的95%的氨,塔顶淋入摩尔分数为0.00005的稀氨水溶液,设计采用的液气比为最小液气比的1.8倍,操作范围内物系服从亨利定律y=1.2x,所用填料的总传质系数Kya=0.055kmol/(s.m3)。试求:(1)液体在塔底的摩尔分数x1;(6分)(2)全塔的平均推动力Δym;(7分)(3)所需填料层高度m.(7分)解:据题意,知:G=0.018kmol/(s·㎡),y1=3%=0.03,x2=0.00005,(L/G)=1.8(L/G)min,ye=1.2x,ky·a=0.055kmol/(s·m3)y2=y1(1-η)=0.03×(1-95%)=0.0015,x1e=y1/m=0.03/1.2=0.025(1)(L/G)min=(y1-y2)/(x1e-x2)=(0.03-0.0015)/(0.025-0.00005)=1.1423(L/G)=1.8(L/G)min=1.8×1.1423=2.05614(L/G)=(y1-y2)/(x1-x2)x1=x2+(y1-y2)/(L/G)=0.00005+(0.03-0.0015)/2.05614=0.01391(2)Δy1=y1-m.x1=0.03-1.2×0.01391=0.013307Δy2=y2-m.x2=0.0015-1.2×0.00005=0.00144Δym=(Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy2)=(0.013307-0.00144)/ln(0.013307/0.00144)=0.011867/ln11.672807=0.011867/2.22365=0.005337(3)HOG=G/ky·a=0.018/0.055=0.3273mNOG=(y1-y2)/Δym=(0.03-0.0015)/0.005337=0.0285/0.005337=5.34H=HOG×NOG=0.3273×5.34=1.75m答:通过计算知:(1)液体在塔底的摩尔分数x1为0.014;(2)全塔的平均推动力Δym为0.005337;(3)所需填料层高度为1.75m。六.某精馏塔在1atm下分离苯-甲苯混合液,此时该塔的精馏段和提馏段操作线方程分别为:y=0.732x+0.263及y=1.25x-0.0188。已知每小时塔顶产品量为75kmol,蒸馏釜内加热蒸汽压强为3kgf/cm2(表压)。试计算:(1)塔顶组成XD及回流比R,提馏段上升蒸气流量V(12分);(2)蒸馏釜内加热管的必要表面积和蒸汽消耗量。设釜内液体的沸点为纯甲苯的沸点110℃,汽化潜热为336.5kJ/kg;加热蒸汽温度为143℃,汽化潜热为2139.9kJ/kg;总传热系数为582W/m2.℃,热损失忽略,泡点进料。(12分)解:(1)由精馏段操作线方程:y=0.732x+0.263,知:R/(R+1)=0.732,XD/(R+1)=0.263解得:R=2.73XD=0.98V=(R+1)·D=(2.73+1)*75=279.75kmol/hQ=G.r=(V.M.r)甲苯=(279.75/3600).92.(336.5*1000).=2.4057*106J/sΔtm=Δt=143-110=33℃,A=Q/(KΔtm)=2.4057*106/(582*33)=125.3m2G汽=Q/r汽=2.4057*106/(2139.9*1000)=1.124kg/s.《化工原理》计算题2二、如下图所示,粘度为32mPa.s、密度为850kg/m3的液体自容器A流经内径为50mm的管路进入容器B。两容器均为敞口,液面视作不变。管路中有一阀门,阀前管长100m,阀后管长50m(均包括局部阻力的当量长度)。当阀全关时,阀前、后的压强计读数分别为0.09MPa和0.045MPa。现将阀门打开至1/4开度,阀门阻力的当量长度为30m。试求:(1)容器A的液面比容器B的液面高多少米?(5分)(2)阀门开度1/4时管路的流量是多少m3/s?(12分)解:(1)当阀门关闭时,P1点与容器A液面间的液体以及P2点与容器B液面间的液体均处于静止连通状态,故它们适用静力学基本方程:P1=PA+ρg(ZA-Zp1),P2=PB+ρg(ZB-Zp2),已知:Zp1=Zp2≡0(令作基准面),PA=PB=0(表压)∴ZA-ZB=(P1-P2)/ρg=(0.09-0.045)×106/(850×9.807)=5.4米(2)当阀门开度为1/4时,流体将通过阀门从容器A流向容器B。因为液面视作不变,所以,该流动可视作不可压缩流体在重力场下的定态流动,适用机械能衡算式。取容器A内液面为截面1-1;容器B内液面为截面2-2;则:P1/ρ+u12/2+Z1g=P2/ρ+u22/2+Z2g+∑hf据题意知,P1=P2=0(表),u1=u2=0,Z1-Z2=5.4m,∴∑hf=Z1g-Z2g=5.4×9.807=52.9578J/kg又∵∑hf=λ×(l+∑le)×u2/(2d)设为层流流动(Re2000),则λ=64/Re=64μ/(duρ)则:∑hf=λ×(l+∑le)×u2/(2d)=32(l+∑le)uμ/(d2ρ)u=∑hf×d2ρ/(32(l+∑le)μ)据题意:l+∑le=100+30+50=180m,d=50mm=0.05m,ρ=850kg/m3,μ=32mPa.su=52.9578×0.052×850/(32×180×0.032)=0.61m/s校验:Re=duρ/μ=0.05×0.61×850/0.032=8102000,假设正确,结果成立。Qv=πd2u/4=3.1416×0.052×0.61/4=0.0012m3/s=4.31m3/h答:(1)容器A的液面比容器B的液面高5.4m;(2)阀门打开1/4开度时,管路的流量是0.0012m3/s.三、某压滤机先在恒速下过滤10min,得滤液6L。此后即维持此最高压强不变,作恒压过滤。设过滤介质阻力可忽略不计。试问:恒压下连续过滤时间为60min时,又可得滤液多少L?(13分)解:恒速下过滤时,有:V2+VVe=(K/2)A2τ据题意,知:Ve=0(介质阻力忽略不计),τ=10min时,V=6L,代入恒速过滤式:62=(K/2)A210,KA2=7.2恒压下过滤时,(V2-V12)+2Ve(V-V1)=KA2(τ-τ1),即:(V2-V12)=7.2(τ-τ1)已知:τ1=10min时,V1=6L;τ=70min,V2=7.2×60+62=468V=21.63LΔV=V-V1=21.63-6=15.63L答:恒压下继续过滤60min,又可得滤液15.63L。四、φ68×4的无缝钢管(λ钢=45.4W/(m.K)),内通过135℃的饱和蒸汽。管外包20mm厚的保温层(λ保=0.062W/(m.K)),该管设置于温度为20℃的大气中,已知管内壁与蒸汽的给热系数α1=4500W/(m2.K),保温层外表面与大气的给热系数α2=15W/(m2.K)。该蒸汽的相变热为2166kJ/kg.试求:(1)蒸汽流经每米管长的冷凝量kg/s;(12分)(2)保温层外表面的温度(8分)解:依据题意,传热过程为:Q(135℃汽)→管内壁表面(ф60mm∣d1=60mm)→壁内传热(δ1=4mm∣dm1=64mm)→外壁表面(d2’=68mm)→保温层内传热(保温层δ2=20mm∣dm2=88mm)→保温层外表面(d2=108mm)→大气(20℃)(1)每米长管路每秒钟损失的热量QJ/s·m及蒸汽冷凝量GQ=KAΔtm1/KA=1/α1A1+δ1/λ1Am1+δ2/λ2Am2+1/α2A2=1/(α1πd1L)+δ1/(λ2πdm1L)+δ2/(λ2πdm2L)+1/(α2πd2L)=1/(4500×3.1416×0.060×1)+0.004/(45.4×3.1416×0.064×1)++0.02/(0.062×3.1416×0.088×1)+1/(15×3.1416×0.108×1)=0.001178923+0.000438201+1.166822367+0.1964871246=1.3649266156KA=0.73264W/K∵管内为蒸汽,管外为大气,∴Δtm=t汽-t气=135-20=115℃Q=KAΔtm=0.73264×115=84.2536WG=Q/r=84.2536/(2166×1000)=3.89×10-5kg蒸汽/s.m(2)保温层外表面的温度t外(℃)Q=KAΔtm=α2A2(t外-20)=15×3.1416×0.108×1×(t外-20)=84.2536Wt外=84.2536×0.1964871246+20=36.55℃答:每米长管路每秒钟冷凝的蒸汽量为3.89×
本文标题:化工原理计算题
链接地址:https://www.777doc.com/doc-2620554 .html