化工原理计算题例题.doc

三 计算题 1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m，其中压力表之后的管路长度为80m， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m， 水的密度为1000Kg/m3，泵的效率为0.85， 输水量为15m3/h。求： （1）整个管路的阻力损失，J/Kg； （2）泵轴功率，Kw； （3）压力表的读数，Pa。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg； 由题意知， 则 （2）泵轴功率，kw； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： 其中， , u0= u1=0， p1= p0=0（表压）, H0=0， H=20m 代入方程得： 又 故 ， η=80%， 2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为(83×3.5mm，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452×105Pa，泵的效率为70%，水的密度(为1000kg/m3，试求： （1）两槽液面的高度差H为多少？ （2）泵所需的实际功率为多少kW？ （3）真空表的读数为多少kgf/cm2？ 解：（1）两槽液面的高度差H 在压力表所在截面2-2′与高位槽液面3-3′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，得： 其中， , u3=0, p3=0, p2=2.452×105Pa, H2=5m, u2=Vs/A=2.205m/s 代入上式得： （2）泵所需的实际功率 在贮槽液面0-0′与高位槽液面3-3′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： 其中， , u2= u3=0, p2= p3=0, H0=0， H=29.4m 代入方程求得： We=298.64J/kg， 故 ， η=70%， （3）真空表的读数 在贮槽液面0-0′与真空表截面1-1′间列柏努利方程，有： 其中， , H0=0， u0=0, p0=0, H1=4.8m, u1=2.205m/s 代入上式得， 3 用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为Φ76mm×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按与 计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa（表压）。试求：（1）水在管内的流速u；（2）泵的有效功率；（3）已知泵的效率为60%，求操作条件下泵的轴功率。 4 （15分）如本题附图所示，用泵2将储槽1中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器3内，储槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa。蒸发器上部的蒸发室内操作压强为200mmHg（真空度）。蒸发器进料口高于储槽内的液面15m，输送管道的直径为Φ68mm×4mm，送料量为20m3/h，溶液流经全部管道的能量损失为120J/kg，试求：（1）泵的出口管路中流体的流速；（2）泵的有效功率；（3）若泵的效率为65%，求泵的轴功率。 5（15分）一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为6m，直径为φ25×2mm。冷却水在管内流过，并从17oC被加热到37oC。流量为1.25kg/s，温度为72oC的烃饱和蒸汽在管外冷凝成同温度的液体，烃蒸汽的冷凝潜热为315KJ/Kg。已测得：蒸汽冷凝传热系数α0=800w/（m2·oC），管内侧热阻为外侧热阻的40%，污垢热阻为管内侧热阻的70%。计算时可忽略管壁热阻及热损失。水的比热为4.18KJ/（Kg·oC）。试计算：（1）冷却水用量；（2）换热管的总根数。（传热面积以外表面为基准）。 解： （1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），S1； 由题意知，水以0.7m/s的流速在管内流过，欲求S1，需先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。 两流体交换的热量为： 又 ， ， 则 单管内水的流量为： 每程所需管子数为： 取每程管子数为20， 则每程所能提供的传热外