化工原理计算题VIP免费

S1.如图所示用离心泵将水由敞口水槽向密闭容器输送，密闭容器内的表压为1at，两液面恒定，输送管尺寸Φ108×4mm，吸入管路长30m，排出管路长80m（均包括管件.入口.出口所有局部阻力的当量长度），管内摩擦因数为0.016，在某送液量下，泵的有效压头为31.66m，泵效率为70%，水的密度为1000kg/m3。试求：（1）泵的升扬高度m（2）输水量m3/h（3）泵的轴功率kW（4）泵入口处真空表读数mmHg解：（1）泵的升扬高度△Z=3.5+16.5=20m（2）取截面如图所示，水槽液面为1-1’，真空表位置为2-2’，密闭容器液面为3-3’，并以1-1’为基准水平面，在1-1’和3-3’两截面间列伯努利方程gz1+u122+p1ρ+We=gz3+u322+p3ρ+∑hf1−3其中：Z1=0u1=0P1=0（表压）We=He×g=31.66×9.807J/kgZ3=20mu3=0P3=1at=9.807×104（表压）∑hf1−3=代入：31.66×9.807=9.807×20+9.807×1041000+8.8u2（3）N=Neη=qvHeρgη=38.43×31.66×1000×9.8073600×0.7=4.73kW（4）在1-1’和2-2’两截面间列伯努利方程gz1+u122+p1ρ=gz2+u222+p2ρ+∑hf1−2其中：Z1=0u1=0P1=0（表压）Z2=3.5mu2=1.36m/sΣhf1−2=λ×l+Σ≤¿d×u22=0.016×300.1×1.3622=4.44J/kg¿代入：0=9.807×3.5+1.3622+P21000+4.44P2=−39689.3Pa（表压）P2=297.77mmHg（真空度）F2.如图所示，贮槽内水位保持不变，输送20℃水排放到环境中，水流量15m3/h，管路尺寸为Φ57×3.5mm，装有一个U形管压差计，指示剂是水银，管路上装有一个球心阀，阀全开时，阀门局部阻力系数为6.4，管路入口端至阀之间管长30m（不含入口局部阻力的当量长度），阀后管长10m（含出口局部阻力的当量长度），取管内摩擦系数为0.033。已知水的密度为1000kg/m3，水银的密度为13600kg/m3。试求：（1）高位槽液面到管路中心线间的距离Zm（2）当阀门全关时，测得h=1500mm，求Rm解：（1）u=qvA=153600×π4×0.052=2.12m/s取截面如图所示，水槽液面为1-1’，管路出口外侧为2-2’，以管路中心线为基准水平面，在两截面间列伯努利方程：gz1+u122+p1ρ=gz2+u222+p2ρ+∑hf1−2其中：u1=0P1=0（表压）Z2=0u2=0P2=0（表压）Σhf1−2=λ×l+Σ≤¿d×u22+（ξ入+ξ阀）×u22¿代入：9.807×Z=0.033×30+100.05×2.1222+(0.5+6.4)×2.1222Z=7.63m（2）阀门全关，流体静止：等压面P左=P右Pa+ρg（h+Z）=Pa+ρ水银gR1000×9.807×（7.63+1.5）=13600×9.807×RR=0.67m3.如图所示，将密度为1200kg/m3的碱液用离心泵从敞口贮槽中送入塔内，塔顶压强表读数为6mH2O，流量为30m3/h，泵的吸入管路阻力为3mH2O，压出管路阻力为5mH2O（含出口阻力）。当地大气压为98.1KPa，已知在操作条件下溶液的饱和蒸汽压为7.1KPa，泵的必需汽蚀余量2.5m。试求：（1）泵的扬程（2）如果泵的轴功率为3.5kW，泵的效率为多少（3）泵的允许安装高度解：（1）取截面如图所示，碱液面为1-1’，管路出口外侧为2-2’，以水槽为基准面为基准水平面，在两截面间列伯努利方程：z1+u122g+p1ρg+He=z2+u222g+p2ρg+∑Hf1−2其中：Z1=0u1=0P1=0（表压）Z2=10mu2=0P2=6mH2O=58842Pa（表压）ΣHf1−2=(3+5)×10001200=6.67m碱液柱代入：He=10+588421200×9.807+6.67=21.67m碱液柱（2）Ne=Hegqvρ=21.67×9.807×303600×1200=2.125kWη=NeN×100%=2.1253.5×100%=60.7%(3)Hg=Pa−Pvρg−NPSH−Hf入=（98.1−7.1）×1031200×9.807−（2.5+0.5）−3=1.73m1.列管式换热器由长3m，96根φ25×2.5mm的钢管管束组成，双管程，用120℃的饱和水蒸气将36000kg/h的乙醇水溶液从25℃加热到80℃。乙醇水溶液走管程，在定性温度下密度为880kg/m3，粘度为1.2mPa·S，比热容为4.02kJ/(kg·K)，热导率为0.42W/（m·K）。水蒸汽的对流传热系数为104W/（m2·K），汽化潜热为2205.2kJ/kg。已知钢管的热导率为45W/（m·K），忽略污垢热阻和热损失，试求：（1）水蒸气的消耗量kg/h（2）管内侧溶液的对流传热系数（3）该换热器能否完成任务？解：(1)Q=Q热=Q冷Q=qm热r热=qm冷Cp冷（t2−t1）Q=qm热3600×2205.2=360003600×4.02×(80−25)qm热=3609.47kg/hQ=2211kW(2)管内乙醇水溶液u=qmρ×π4×d2×n2=360003600×880×π4×0.022×962=0.754m/sRe=duρμ...