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化工原理例题

化工原理例题
化工原理例题

例1-1 若某地大气压为100kPa ,(1)若真空度为30kPa ,表压、绝压为多少?(2)若表压为170kPa ,

绝压、真空度为多少?(3)若绝压为200kPa ,表压、真空度为多少?(4)若绝压为50kPa ,表压、真空度为多少?

例1-2 某台离心泵进口真空表读数为220mmHg(真空度) 、出口压力表读数为1.7kgf/cm2(表压)。

若当地大气压力为760mmHg ,试求: 它们的绝对压力各为若干,进出口压力差为多少?

例1-3 如图所示,常温水在管道中流过。为测定a 、b 两点的压力差,

安装一U 型压差计,指示剂R 的读数为100mm 。试计算a 、b 两点的

压力差为若干?已知水与汞的密度分别为1000kg/m3及13600kg/m3。

例1-4 直径为800mm 的流化床反应器底部装有分布板,其上开有640个

直径为10mm 的小孔,空气从分布板下部送入。反应器的流速为0.5m/s ,

求空气通过分布板小孔的流速。

例1-5 水从高位槽通过出口管流出。高位槽液面上的压力为大气压。

高位槽液面与出口管中心线间的垂直高度为4.2m ,管子规格为Φ114′4

的无缝钢管,设水在管内能量损失为39.2 J/kg (不包括出口能量损失),

试求管路中水的体积流量为多少m3/h ?

例1-6如图所示一输水系统,管路尺寸为Φ57′3.5。已知全部流动阻

力为 (u 为管内流速)。试求:水的流量为多少?

例1-7 从高位槽向塔内加料,高位槽上方为大气压,塔内压力为0.2kgf/cm2

(表压),要求料液在管内以0.5m/s 的速度流动,若料液在管内的总压

头损失为1.2m 液柱(r=800kg/m3)

试求:高位槽的液面应比塔入口处高出多少米?

例1-8 如图所示,水流经由小至大的管段,小管尺寸为Φ38′2.5,大管

尺寸为Φ54′3.5,水在小管内的流速为2.5 m/s ,从截面1到截面2的阻

力损失为2 J/kg ,水的密度为1000 kg/m3,指示剂密度为1594 kg/m3,

试求:压差计的读数。

2402u R =∑

例1-9 用泵将贮槽中的稀碱液送到蒸发器中进行浓缩,贮槽上方压强

为101.3kPa 。泵的进口管Φ89′3.5 ,碱液在进口管的流速为1.5m/s ,

泵的出口管Φ76′2.5 。贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离

为7m ,碱液经管路系统的能量损失为40J/kg ,蒸发器内碱液蒸发压力

保持在0.2kgf/cm2(表压),碱液的密度为1100kg/m3。

试计算所需泵的轴功率。(η=60%)

例1-10 有一内径为25mm 的水管,如管中流速为1.0m/s ,水温为20℃。求:

(1)管道中水的流动类型;(2)管道内水保持层流状态的最大流速。

20℃时水的粘度为1cP ,密度为998.2kg/m3

例1-11 将敞口贮槽中的溶液用泵输送到另一敞口高位槽中,两槽之间的

距离为15m ,输送管路的规格为φ108×4mm ,溶液在管内的平均流速为

1.235m/s ,管路摩擦系数取0.02,管路总长为130m (包括全部局部阻力

的当量长度,但不包括进、出口),

试求:(1)有效功;(2)泵的轴功率(效率η=60%)。

例1-12 用离心泵将密度为1050 kg/m3、粘度为1.145 cP 的溶液从贮槽送至高位槽,其间距离为20 m ,输送量为50 m3/h ,采用f108′4的无缝钢管。已知直管总长为108.8 m ,管路上创优6个标准弯头,1个直入旁出三通,1个全开截止阀。求:离心泵的轴功率(泵的效率为0.8)。

例2-1 某离心泵以20℃水进行性能实验, 测得体积流量为720m3/h ,泵出口压力表数为

3.82kgf/cm2,吸入口真空表读数为210 mmHg ,压力表和真空表间垂直距离为410mm ,吸入管和压出管内径分别为350mm 及300mm 。试求泵的压头。(能量损失可以忽略)

例2-2 一水泵的铭牌上标有:流量36.2m3/h ,扬程12m ,轴功率1.82kw ,效率65%,配用电机容量

2.8kw ,转数1400rpm 。今欲在以下情况下使用是否可以?如不可以,采用什么具体措施才能满足要求?(计数说明)(1)输送密度为1800kg/m3的溶液,流量为33m3/h ,扬程为12m ;(2)输送密度为800kg/m3的油品,流量为50m3/h ,扬程为24m 。

例2-3 某输水系统,泵和管路的特性方程分别为:泵 管路 式中的单位是m3/h ,试求:(1)该系统的输水量为多少?(2)若要求输水量为16m3/h ,应采取什么措施,两条特性曲线有何变化?

例2-4 已知某台泵的特性方程式为 式中H 为泵的压头(m ),qV 为流量(m3/min)。现该泵用于两敞口容器之间送液,已知单泵使用时流量为1 m3/min 。欲使流量增加50%,试问应该将相同两台泵并联还是串联使用?两容器的液面位差为10m

201.030V q H -=205.010V

q H +=2202V

H q =-

例2-5 某台离心泵,从样本上查得允许气蚀余量Δh =2.0m (水柱)。若泵吸入口距水面以上4m 高度处,吸入管路的压头损失为1.5m (水柱),当地大气压为0.1MPa 。试求:(1)用此泵将敞口蓄水池中40℃的水输送出去,泵的安装高度是否合适?(2)若水温为80℃,此时泵的安装高度是否合适?(3)若将敞口水槽改为密闭水槽,上方压力为30kPa ,泵能否正常工作。( 40℃ 水)

例4-1 现有一平壁厚度为400mm ,内壁温度为500℃,外壁温度为100℃。试求:(1)通过平壁的导热热量,W/m2;(2)平壁内距内壁150mm 处的温度。已知该温度范围内砖壁的平均导热系数λ=0.6W/(m·℃)。

例4-2 有一锅炉的墙壁由三种保温材料组成。最内层是耐火砖,厚度b1=150mm ,导热系数λ1=1.06W/(m·℃);中间为保温砖,厚度b2=310mm ,导热系数λ2=0.15W/(m·℃);最外层为建筑砖,厚度b3=240mm ,导热系数λ3=0.69W/(m·℃)。测得炉的内壁温度为1000℃,耐火砖与保温砖之间界面处的温度为946℃。试求:(1)单位面积的热损失;(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度;(3)建筑砖外侧温度。

例4-3 为了减少热损失,在133×4mm 的蒸汽管道外层包扎一层厚度50mm 的石棉层,其平均导热系数λ=0.2W/(m·℃)。蒸汽管道内壁温度为180℃,要求石棉层外侧温度为50℃,管壁的导热系数λ=45W/m·℃。试求每米管长的热损失及蒸汽管道外壁的温度。

例4-4 有一列管式换热器,由38根φ25×2.5的无缝钢管组成。苯在管内流动,由20℃被加热至80℃,苯的流量为8.32kg/s 。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数。

例4-5 试计算压力为147.1kPa ,流量为1500kg/h 的饱和水蒸汽冷凝后并降温至50℃时所放出的热量。

例4-6 现用一列管式换热器加热原油,原油在管外流动,进口温度为100℃,出口温度为160℃;某反应物在管内流动,进口温度为250℃,出口温度为180℃。分别计算并流与逆流时的平均温度差。

例4-7 一列管换热器,列管由 的无缝钢管组成,钢管的导热系数为45 ,管内为冷却水,对流传热系数为450 ,管外为饱和水蒸汽冷凝,对

流传热系数为

,试求:

(1)总传热系数K ;(2)若将水侧的对流传热系数增大一倍,总传热系数有何变化。(3)若将蒸汽侧的对流传热系数增大一倍,总传热系数有何变化。(4)若考虑污垢热阻,Rs,i=0.58m2×K/kw, Rs,o=0.090.58m2×K/kw,总传热系数有何变化。

mm 5.2

25?φ/()W m K ?2/()W m K ?42110/()W m K ??

例4-8 某一套管换热器,内管为 钢管,外管为

的钢管。用冷却水冷却某有机物,冷却水在管内流动,进口温度为15℃,出口温度为30℃。有机物在环隙中流动,进口温

度为100℃,出口温度为40℃,流量为 ,平均比热为 。两流体逆流流

动,若已知的水侧和有机物侧的对流传热系数分别为1200 和500 ,

忽略污垢热阻及管壁热阻。试求换热器套管的有效长度。

例4-9 有一套管式换热器,内管为φ54×2mm ,外管为φ116×4mm ,套管有效长度为8.5m 。内管中苯被加热,其流速为0.643m/s ,苯的进口温度为50 oC ,出口温度为80 oC 。外管中为120 oC 的饱和水蒸气冷凝。管壁热阻及污垢热阻均可忽略不计。试求:(1)平均温度差;(2)苯的对流传热系数;(3)蒸气的对流传热系数。

(定性温度下苯的物性参数:Cp=1.86kJ/kg× oC , ρ=880kg/m3 , μ=0.39cP , λ=0.134w/m × oC )

例5-1 在总压为101.3kPa ,温度为30℃的条件下,二氧化硫组成为Y=0.1的混合空气与二氧化硫组成分别为X=0.002和X=0.003的水溶液接触,试判断过程进行的方向。已知操作条件下气、液平衡关系为Y=47.9X 。

例5-2 在逆流吸收塔中,用洗油吸收焦炉气中的芳烃。吸收塔压强为105kPa ,温度为27℃ ,焦炉气流量为1000m3/h ,其中所含芳烃组成为0.02(摩尔分数,下同),吸收率为95%,进塔洗油中所含芳烃组成为0.005。若取吸收剂用量为最小用量的1.5倍。试求进入塔顶的洗油摩尔流量及出塔吸收液组成。(操作条件下气液平衡关系为Ye=0.125X )

例5-3 在常压填料吸收塔中,用清水吸收废气中氨气,废气流量为2500m3/h (标准状态下),其中氨气浓度为0.02(摩尔分数),要求回收率不低于98%,若水用量为3.6m3/h ,操作条件下平衡关系为Ye=1.2X (式中X ,Y 为摩尔比),气相总传质单元高度为0.7m 。试求:(1)塔底、塔顶传质推动力及全塔对数平均推动力; (2)气相总传质单元数 ;(3)填料层高度。

例5-4 在填料逆流吸收塔中,用清水吸收空气—二氧化硫混合气中的SO2。已知操作条件下的相平衡关系为Ye=32.5X ,进塔气体中SO2的组成为0.025(摩尔比,下同),要求出塔气体中SO2的组成为0.001,空气的流量为0.025kmol/s ,实际液气比为最小液气比的1.5倍,总液相体积传质系数KXa 为0.758kmol/(m3.s),塔径为1.5m ,试求所需的填料层高度。

例5-5 空气和氨的混合气体,在直径为0.8m 的填料吸收塔中用清水吸收其中的氨。已知送入的混合气体中空气的流量为1390kg/h ,混合气体中氨的分压为1.34kPa ,经过吸收后混合气中有99.5%的氨被吸收下来。操作温度为20℃,压力为101.325kPa 。在操作条件下,平衡关系为Ye=0.75X 。若吸收剂(水)用量为52kmol/h 。已知氨的气相体积吸收总系数KYa =314kmol/(m3.h )。试求:

(1) 吸收液的出塔组成; (2)所需填料层高度。(用吸收因数法)

mm 5.225?φmm 5.238?φh kg /4000 1.9/()kJ kg K ?2/()W m K ?2/()W m K ?

例6-1用连续精馏方法分离苯-甲苯混合物。已知进料中含苯0.88(摩尔分数,下同),流量为200kmol/h,今要求馏出液中苯回收率为99.5%。釜液中甲苯回收率为99.4%。求馏出液、釜液的流量和组成。

例6-2每小时将15000kg含苯0.4(质量分数,下同)和甲苯0.6的溶液,在连续精馏塔中进行分离,要求釜液中含苯不高于0.02,塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%。试求馏出液和釜液的流量及组成(以摩尔流量和摩尔分数表示)。

例6-3氯仿和四氯化碳的混合液在一连续精馏塔中进行分离。要求馏出液中氯仿的组成为0.95(摩尔分数),馏出液流量为150Kg/h。塔顶为全凝器。平均相对挥发度=1.6。回流比R=3.0,试求:(1)第一块塔板下降的液体组成x1;(2)精馏段各板上升蒸气量qnV及下降液体量qnL。

例6-4用一常压精馏塔分离含苯0.44(摩尔分数,下同)的苯-甲苯混合液,要求塔顶产品含苯0.98以上,塔底产品含苯0.023以下,进料量为520kmol/h,操作回流比R=3.0,若为饱和液体进料,试求,精馏段与提馏段的气、液相流量及操作线方程。

例6-5在连续精馏塔中分离苯-甲苯理想溶液,泡点进料,进料中含苯0.44(摩尔分数,下同),要求馏出液和釜液的组成分别为0.955和0.0585。已知操作回流比R=3.0,物系的平均相对挥发度a=2.41。若塔顶采用全凝器,试用逐板计算法求出完成分离任务所需的理论塔板数和进料位置。(从塔顶向下计算)

例6-6在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液,原料液流量为1000kmol/h,组成为含苯0.4(摩尔分数,下同),馏出液组成为含苯0.9,苯在塔顶的回收率为90%,泡点进料(q=1),操作回流比为最小回流比的1.5倍,物系的平均相对挥发度为2.5。试求:(1)精馏段操作线方程;(2)提馏段操作线方程。

例6-7在连续精馏塔中分离苯—甲苯混合液。原料液组成为0.4(摩尔分数,下同),馏出液组成为0.95。饱和蒸气进料,回流比为最小回流比的2倍,物系的平均相对挥发度为2.4,塔顶采用全凝器。试求:(1)精馏段操作线方程;(2)从塔顶往下数第二层理论板的上升气相组成。

例8-1常压下某湿空气的温度为30oC、湿度为0.025kg水/kg(绝干气)。试求:(1)湿空气的相对湿度;(2)水气分压;(3)湿比体积;(4)湿比热容;(5)湿空气的焓。若将上述空气加热到50oC,上述参数哪些将发生变化,变化趋势如何?

例8-2 常压20℃、湿度0.014673kg/kg绝干气的湿空气,求:①φ;② I。加热到50℃,再求两值。

例8-3 常压30℃、湿度0.02403kg水/kg绝干气的湿空气,求:① p;②td;③tas;④ tw。

例8-4 在一连续干燥器中,处理湿物料量为 1000kg/h。要求物料干燥后含水量由25%减至6%(均为湿基)。干燥介质为空气,初始温度为150C,相对湿度为50%,经预热器加热至1100C 后进入干燥器,出干燥器时温度降为450C,相对湿度为80%。试求: (1) 水分蒸发量qmw; (2) 干空气消耗量qmL,l ; (3) 如鼓风机装在进口处,求鼓风机的风量qV。

(注:可编辑下载,若有不当之处,请指正,谢谢!)

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