化工各章计算习题有过程.doc

作业习题1某工厂用喷射泵吸收氨制取浓氨水，装置如图。导管中稀氨水的流量为10000kg/h，稀氨水的密度为1000kg/m3。稀氨水入口管内径为53mm，此处压强为1.5kgf/cm2（表），喷嘴的内径为13mm，设从入口处到喷嘴处的管路很短，其阻力可忽略不计。试求喷嘴出口处的压强为多少kPa(真空度)?解： 2用一台离心泵将原油从贮槽A送到贮槽B中去。已知输送管路直径为1689mm，计算长度为100m（直管长度与所有管件当量长度之和）。B的液面比A液面高5m，输送油量为60000kg/h，油的密度为890kg/m3，粘度为181cP。A、B两贮槽均为敞口。试求：离心泵所需的有效功率为多少kW？解：已知pA=0（表）pB=0（表）uA=0uB=0ZA=0ZB=5m 3用泵将流量为2.5104kg/h，密度为890kg/m3的溶液自反应器送到常压高位槽内。反应器液面压强为-0.02MPa（表）管路直径为894mm，直管长度为72m，高位槽液面比反应器液面高25m。管路上装有一个全开的闸阀，一个1/2开的截止阀，3个90o的标准弯头。若泵的效率为63.5%，求泵的轴功率W。已知： 全开闸阀z=0.171/2开截止阀z=9.590o标准弯头le=2.8m管路摩擦系数l=0.01544解：已知p1=-20000（表）p2=0（表）u1=0u2=0Z1=0Z2=25m 4一离心泵将河水送到25m高的常压水塔中去。泵的进出口管径均为60mm，管内流速为2.5m/s，测得在该流速下泵入口真空表读数为3104Pa，出口压力表读数为2.6105Pa，两表之间的垂直高度为0.4m，河水取1000kg/m3。试求： (1) 该泵在该流量下所提供的扬程m； (2) 该流量下整个管路的能量损失mH2O；(3) 写出该管路的特性曲线方程。解：（1） （2） （3） B=99410式中Q的单位为m3/s。 5. 用内径100mm的钢管从江中取水，送入蓄水池。池中水面高出江面30m，管路的长度（包括管件的当量长度）为60m。水在管内的流速为1.5m/s。今仓库里有下列四种规格的离心泵，试从中选一台合用的泵。已知管路的摩擦系数为0.028。泵流量V L/s17161512扬程H mH2O42383532解：管内流量为 管路所需外加压头 泵的Q=12L/s，H=32M，均略大于管路所需的流量和外加压头，故选用号泵。6某车间丁烷贮槽内贮存温度为30oC的丁烷溶液，贮槽液面压强为3.2atm（绝），槽内最低液面高度高度在泵进口管中心线以下2.4m。已知30oC时丁烷的饱和蒸汽压为3.1atm，相对密度为0.58，泵吸入管路的压头损失为1.6m，泵的汽蚀余量为3.2m。试问该泵的安装高度能否保证正常操作？解： 泵不能正常操作。7. 某燃烧炉的最里层为耐火砖，d1=230mm，l1=1.05 W/mK；最外层为普通建筑砖，d3=240mm，l3=0.93 W/mK。在耐火砖和建筑砖之间装填l2=0.151W/mK的绝热砖，每块绝热转的厚度为230MM，若耐火砖内壁温度为1000oC，耐火砖与绝热转接触面的温度为940oC，而绝热砖与建筑砖接触面的温度不超过140oC，问需要装填几块厚的绝热砖才能满足要求？ 解：8. 一列管换热器，管程流体被加热，温度由300K升高到360K，流量为3600kg/h，平均比热为3.4 kJ/kgK，给热系数为2600 W/m2K；壳程用一温度为393K的饱和水蒸气冷凝，给热系数为10000 W/m2K。换热管两侧均有垢层，其垢层热阻都可取0.001 m2K/W。管壁热阻及热损失均可忽略，试确定所需的传热面积。 解：9有一套管换热器，外管直径为1164mm，内管直径为542mm。苯在内管中由40oC被加热到80oC，流量为4500kg/h，平均比热为1.86kJ/kgK，给热系数为1030 W/m2K。套管环隙内有120oC的饱和水蒸气冷凝，冷凝潜热为2206kJ/kg，给热系数为10000 W/m2K。苯侧垢层热阻为410-4m2K/W，水蒸气一侧的垢层热阻及管壁热阻均可忽略。试求：(1) 若不计热损失，其加热所需水蒸汽的消耗量为多少kg/h？ (2) 套管换热器的有效长度为多少m？解：（1） （2） 10. 在一单程列管换热器内，用140oC的水蒸气将1800kg/h20oC的空气加热到120oC。换热器壳程内为水蒸气冷凝，a1=8000 W/m2K；管程空气被加热a1=40 W/m2K。换热器的换热管是由120根3m长f192mm的钢管组成，问此换热器是否合用？已知空气的平均比热为1.02kJ/kgK，空气在管程呈湍流流动，热损失及壁面和垢层热阻均可忽略。 现将空气流量增加到2700kg/h，仅将原来换热器改为双管程，其它均不变，问经过改造后的换热器能否满足现在的换热要求？ 解：（1） 该换热器不合用。 （2） 流体的流量增加了50%倍，流通截面积减小了一倍，换热管内的流体流速为： 经过改造后的换热器，能将2700kg/h的20oC空气升到120oC。 11. 某混合气体中含有CO2为2%（体积），其余为空气。操作压强为506.5kPa，操作温度为30oC，在操作条件下，气液平衡关系为p*=1.88105x kPa。试求：（1）相平衡常数m；（2）在100kg水中最多可溶解多少kgCO2？解：（1） （2） 12. 在逆流吸收塔内用纯水吸收混合气中的甲醇。混合气体入塔气量为3600m3/h（标准状态），在标准状态下每m3混合气中含有甲醇25克。要求吸收率不低于95%，用水量为最小用量的1.3倍。在操作条件下平衡关系为Y*=1.15X。试求：（1）塔底溶液浓度（以kgCH3OH/M3H2O单位表示）；（2）实际用水量m3/h。 解： （1）（2）13在逆流填料塔内用纯水吸收混合气中的甲醇。已知进塔混合气量为160kmol/h，其中含有甲醇2%（体积分率）。现要求吸收率为90%，用水量为最小用量的1.5倍。操作条件下的平衡关系为Y*=1.15X。试求塔底溶液中甲醇的浓度X1；实际用水量为多少m3/h？若传质单元高度HOG=0.5m，求所需的填料层高度m。 解：14某气体混合物中含吸收质氨2%（体积），送入逆流吸收塔用纯水吸收。要求吸收率为90%，操作液气比取最小液气比的1.25倍，平衡关系为Y*=2X。试求：（1）出塔溶液中的溶质浓度X1；（2）若HOG=0.5m，求填料层高度m；（3）若其它条件不变，仅将吸收率增加到99%，此时所需的填料层要比原来高多少m？解：（1） （2）（3） 若维持原来的液气比，则 要增加填料层高度8.03m。 15某连续精馏塔，其操作线方程分别为： 精馏段y=0.75x+0.24提馏段y=1.25x-0.02若原料液为泡点进料，试求：回流比、馏出液、残液和原料液中易挥发组分的组成。解：回流比为馏出液组成为泡点进料，两操作线交点x坐标值为进料组成xF 残液组成xW可由提馏段操作线方程与对角线方程联立： 16. 在一连续精馏塔内分离A、B混合液。已知原料中A、B组分各含50%（摩尔分率），饱和液体进料，原料液处理量为100kmol/h，塔顶馏出液为50kmol/h，精馏段操作线方程为y=0.833x+0.15。试求：（1）精馏段内上升的蒸汽量和下降的液体量；（2）写出提馏段操作线方程。解：（1）回流比为馏出液组成为（2） 17在一连续精馏塔内分离A、B二元混合液。已知原料液为饱和液体，其中含易挥发组分为50%（摩尔分率，下同）。要求馏出液中易挥发组分不低于90%，残液中不高于1%，实际回流比为最小回流比的两倍，操作条件下相对挥发度为2.4。试求：（1）实际回流比；（2）写出精馏段操作线方程；（3）若塔顶为全凝器，从塔顶向下数第二块理论塔板上升的蒸汽组成y2为多少？解：（1） （2） （3） 18在一连续精馏塔内分离A、B混合液。原料液中A、B的摩尔分率各为50%，饱和蒸汽进料，馏出液量和残液量都为50kmol/h。提馏段操作线方程为y=1.5x-0.1，试求：（1）写出精馏段操作线方程；（2）若相对挥发度为2.4，试求离开提馏段最下面一层理论塔板的液相组成。解：（1）（2）再沸器回流蒸汽中的易挥发组分浓度yo为 塔底最下面一块塔板下降的液相组成x1为