化工原理辅导1

1、某转子流量计出厂时用在常压下用20℃的空气进行标定，其刻度范围为10—50m3/h。试计算用该流量计测定50℃空气的流量，其体积流量范围为多少？2、一敞口水槽向表压为49.1kPa高位密闭容器送水，泵吸入管及排除管均为φ81×3mm，管路总长（包括所有局部阻力的当量长从度）为85m，流体在管内流动的摩擦系数为．0.02,容器液面高出水槽液面20m．水的密度为1000kg/m3.已泵的特性方程为H=50-5.56×10-3qv2,(Ｈ单位为m,qv单位为m3/h)．求；１．泵的流量及有效功率；２．若此系统输送的是密度为1500kg/m3某种液体，泵的流量及有效功率又为若干？3、用离心泵将贮槽中的液体输送到敞口高位槽，两槽液面保持恒定，高差12m，管路内径为38mm，管路总长为50m(包括管件、阀门、弯头等局部阻力的当量长度)。管路上安装一孔板流量计，孔板的孔径为20mm，流量系数CO为为0.63，U型管压差计读数为R为540mm，指示液为汞（密度取13600kg/m3）.操作条件下液体密度1260kg/m3。黏度为1×10-3Pa.s。求；单位质量流体经泵获得的能量(kJ/kg)。摩擦系数可按下式计算：湍流25.0Re3164.0，层流时Re644、用离心泵将输水，泵的特性曲线方程为201.030vqH（式中H的单位为m，qv的单位为hm3，下同），输水管路特性曲线方程为205.010veqH水的密度取1000kg/m3.求：（1）管路中流体流量及泵的有效功率；（12分）（2）若需要流量为16hm3，应采取什么措施？采取措施后，两条特性曲线方程有什么变化（定量表示）？5、用离心泵向设备送水。已知泵特性方程为201.040QH，管路特性方程为203.025QHe，两式中Q的单位均为m3/h，H的单位为m。试求：（1）泵的输送量；（2）若有两台相同的泵串联操作，则泵的输送量为多少？若并联操作，输送量又为多少？4、某生产过程每年须生产滤液3800m3，年工作时间5000h，采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为2.5h，其中过滤时间为1.5h，将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为K=4×10-6m2/s；qe=2.5×10-2m3/m2。滤饼不洗涤，试求：（1）所需过滤面积，（2）今有过滤面积8m2的过滤机，需要几台？5、BMS50/810-25型板框压滤机，滤框尺寸为810×810×25mm，共36个框，现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数为K=2.72×10-5m2/s；qe=3.45×10-3m3/m2。每滤出1m3滤液的同时，生成0.148m3的滤渣。求滤框充满滤渣所需时间。若洗涤时间为过滤时间的2倍，辅助时间15min，其生产能力为多少？2-3、采用过滤面积为0.2m2的过滤机，对某悬浮液进行过滤常数的测定。操作压强差为0.15MPa，温度为20℃，过滤进行到5分钟时，共得滤液0.034m3；进行到10分钟时，共得滤液0.050m3。试估算（1）过滤常数K和qe；（2）按这种操作条件，过滤进行到1小时时的滤液总量。7、生产中要求在过滤时间20min内处理完4m3例2－3中料浆，操作条件同例2－3,已知每m3滤液可形成0.0342m3滤饼。现使用的一台板框压滤机，滤框尺寸为450×450×25mm，滤布同例2－3，试求：（1）完成操作所需滤框数；（2）若洗涤时压强差与过滤时相同，滤液性质与水相近，洗涤水量为滤液体积的1/6时的洗涤时间（s）；（3）若每次辅助时间为15min，该压滤机生产能力（m3滤液/h）。8、拟在9.81×103Pa的恒定压强差下过滤某悬浮液。已知该悬浮液由直径为0.1mm的球形颗粒状物质悬浮于水中组成，过滤时形成不可压缩滤饼，其空隙率为60%，水的粘度为1.0×10－３Pa·s，过滤介质阻力可以忽略，若每获得1m3滤液所形成的滤饼体积为0.333m3。试求：1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间；2）若将此过滤时间（或过滤面积、压差）延长一倍，可再得滤液多少？9、在一单壳程双管程列管式换热器中，用130C的饱和水蒸汽将36000kg/h的乙醇水溶液从25C加热到80C。列管换热器由90根mm5.225，长3m的钢管管束组成。乙醇水溶液走管程，饱和水蒸汽走壳程。已知钢的导热系数为45W/m·K，乙醇水溶液在定性温度下的密度为880kg/m3，粘度为1.2×10-3Pa·s，比热为4.02KJ/kg·K，导热系数为0.42W/m·K，水蒸汽的冷凝对流传热系数为104W/m2·K，忽略垢层热阻及热损失。试问：（1）此换热器能否完成任务？（2）若乙醇水溶液流量增加20%，若溶液进口温度、饱和水蒸汽压力不变的条件下，仍用原换热器，乙醇水溶液的出口温度变为多少？（乙醇水溶液的物性可视为不变）（3）若由双管程改为四管程，其它条件不变，乙醇水溶液的出口温度为多少？（没细讲）10、有一套管换热器，某流体走壳程，水走管程，逆流换热。工艺上要求将流量为870kg/h的此流体从120C冷却到70C，其比热容为3.36kJ/(kg·K)，它对管壁的对流传热系数为2326W/(m2·K)，并可视为不变。已知内管为57×3.5mm钢管，水的初温为20C，此换热器刚投入使用时很清洁，当流体出口温度为70C时，测得水出口温度为50C，管壁对水的对流传热系数为873W/(m2·K)。试问：（1）由于冷却水的水质问题，管内壁结垢，使用一年后致使水的出口温度降为45C，求内壁的污垢系数。（管壁热阻及外壁垢阻可忽略不计，管内外对流传热系数可视为不变）12在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为99.5%。已知空气和氨的混合气质量流量为1400kg/h，气体总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.333kPa。若实际吸收剂用量为最小用量的1.4倍，操作温度（293K）下的气液相平衡关系为Y*=0.75X，气相总体积吸收系数为0.088kmol/m3·s，试求（1）每小时用水量；（2）用平均推动力法求出所需填料层高度。解(1)0132.03.101333.11y0134.00132.010132.01111yyY0000669.0)995.01(0134.0)1(12YY02X因混合气中氨含量很少，故kg/kmol29Mkmol/h7.47)0132.01(291400V5.08.0785.02Ω㎡由式（5-82）得kmol/h6.35075.00134.0)0000669.00134.0(7.472*121minXXYYVL实际吸收剂用量L=1.4Lmin=1.4×35.6=49.8kmol/h(2)X1=X2+V（Y1－Y2）/L=0+0128.08.49)0000669.00134.0(7.4700958.00128.075.075.01*1XY0*2Y00382.000958.00134.0*111YYY0000669.000000669.0*222YYY000928.00000669.000382.0ln0000669.000382.0ln2121mYYYYYOGN=m21YYY=36.14000928.00000669.00134.0aΩKVHYOG=m30.05.0088.03600/7.47OGOGHNZ=14.36×0.30=4.32m【例5-10】用清水逆流吸收混合气体中的CO2，已知混合气体的流量为300标准m3/h，进塔气体中CO2含量为0.06（摩尔分率），操作液气比为最小液气比的1.6倍，传质单元高度为0.8m。操作条件下物系的平衡关系为Y＊＝1200X。要求CO2吸收率为95％，试求：（1）吸收液组成及吸收剂流量；（2）写出操作线方程；（3）填料层高度。解：（1）由已知可知惰性气体流量h12.59kmol/0.06)14.22300－（VX2=0，121Y-YY＝最小液气比mmYYYXXYYVL/2212*121min操作液气比1824120095.06.16.16.1minmVLVL吸收剂流量L＝VVL＝1824×12.59＝22964kmol/h064.006.0106.01111yyY吸收液组成51221211033.31824/95.0064.0)(YLVXYYLVXX(2)操作线方程)1033.31824064.0(1824)(511XXVLYXVLY整理得Y=1824X+3.26×10-3(3)脱吸因数658.018241200LmVSSmXYmXYSSNOG2221)1(ln1189.5658.095.011)658.01(ln658.011OGNm71.48.089.5OGOGHNZ807、常压连续精馏塔分离二元理想溶液，塔顶上升蒸汽组成10.96y（易挥发组分的摩尔分数，下同），在分凝器内冷凝蒸汽总量的1/2（摩尔量），作为回流，余下的蒸汽在全凝器内全部冷凝作为塔顶产品。操作条件下，系统的相对挥发度2.4。若已知回流比为最小回流比的1.2倍，当饱和蒸汽进料时，试求：(1)塔顶产品及回流液的组成；(2)由塔顶第二层理论板上升的蒸汽组成；（3）进料饱和蒸汽组成。***答案***解：（1）求塔顶产品组成Dx和回流液组成0x对全凝器有，0VD，0Dyx。由出分凝器的汽液1,Vy分凝器全凝器00,Vy,DDx2y1x0,Lx流量比求R，即00.510.5LLVRVDV离开分凝器的汽液组成0y与0x应满足相平衡关系，10.96y与0x应满足精馏段操作线关系，所以：000002.41(1)11.4Dxxyxxx（1）10010.961122DDRxxyxxRR（2）联立求解（1）和（2）得方程：2000.5091.3710xx解得：00.944x代入相平衡方程解得：0.976Dx（2）求塔顶第二层理论板上升的汽相组成2y。离开第一层理论板的液相组成为1110.960.909(1)2.41.40.96yxy由精馏段操作线方程可得：2110.50.9090.976/20.94322Dxyx（3）进料饱和蒸汽组成Fx依题意min/1.20.833RRmin0.9760.833DeeeeeexyyRyxyx（3）2.41(1)11.4eeeeexxyxx（4）联立（3）和（4）可得：21.6110.380eeyy解得：0.587ey，则0.287Fexy808、用板式精馏塔在常压下分离苯---甲苯溶液，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47。已知为饱和蒸汽进料，进料流量为150/kmolh，进料组成为0.4（摩尔分数），操作回流比为4，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的组成；（2）精馏段及提馏段操作线方程；（3）回流比与最小回流比的比值；***答案***解：（1）有全塔物料衡算式可得：FDWDWxxxFF（1）由塔顶轻组分回收率定义可得：DFDDxFx（2）由塔底重组分回收率定义可得：(1)1WFWxWFx（3）将（2）和（3）代入（1）可得：(1)1WFFDFWWxxxxx即0.95(10.4)0.40.970.41WWxx，解得：0.0206Wx∵FWDFDWDxxDxFxxx，即0.40.02060.970.40.0206DDxx解得：0.929Dx（2）求精馏段及提馏段操作线方程精馏段操作线方程：