《化工基础》张近习题解答.docx
化工根底习题解答其次版张近主编第3章流体流淌过程及流体输送设备1、某合成氨工艺以煤为原料的气化法生产中，制得的半水煤气组成为：H242%,N22L5%,CO27.8%,CH41.5%,Co7.1%,0,0.1%(均为体积分数)，求表压为88.2kPa,温度为25时，混合气体的密度。解：解法一：先求混合的摩尔质量；Mm=(My)H2÷(My)N2÷(My)co÷(My)cH4+(My)co2÷(My)2=2×0.42+28×0.215+28×0.278+16×0.015+44×0.071+32×0.001=18.04kgkmol1.38g W3MP18.04×(101.3÷88.2)RT8.314x(273+25)算出在操作温度和压力下各纯组分的密度，然后再按组分的摩尔分数叠加。解法略。6、套管换热器的内管为25mmx2.5mm,外管为57mmx3.5mm的无缝钢管。液体以540()kgh的流量流过环隙。液体的密度为120()kgm,粘度为2x1().,Pas°试推断液体在环隙流淌时的流淌形态。解：设大管内径为山，小管外径为d2流体在环隙流淌当量直径为：dc=d1-d2d=O.057-0.0035×2=0.05mm»d2=0.025nui:de=0.05-0.025=0.025nun仍一4%4x5400=085ni/sd-dd-d)p3.14(×0.052-0.0252)×12003600dun0.025×0.85×1200Re=丝C=z=12740>4000属湍流2x107、现要求将原油以确定流量，通过一条管道由油库送往车间，并保证原油在管道中呈层流流淌，现分别提出如下措施：(1)管道长度缩短20%；(2)管径放大20%；(3)提高原油温度使原油粘度下降20%,而假设密度变化不大，可无视不计。问上述措施分别可使由于管道沿程摩擦而损失的机械能比原设计降低百分之几？解：层流流动的摩擦损失为：为=32坐dp(1)、V7=O.87;.Z%=0.82%(hj)='hf-,Ayi=0.2hf(2)、Vd1=1.2d;7y=32-=0.694×(32-)=0.694Az；(0=t771=0.306y(3)、=0.8；.%=0.8%(2份=%2%=0.2%8、欲建一水塔向某工厂供水，如以下图，从水塔到工厂的管长（包括局部阻力当量长度）为OOm,最大流量为0.02msI。管出口处需保持Iom水柱的压头（表压）。扁擦系数;14023,求：（a）当管内流速为1.05ms,所需管径及塔高：（b）当管内流速为4ms,所需管径及塔高；（C）由（a）、（b）计算结果，分析满足确定流量时，塔高与管径的关系。解：如图选取1,2截面，计算基准面为管出口水平面。压力以表压表示。在1-2列柏努利方程，得：Z1+wf+坦L+"=z7+-U+义-+“2gPg2gpgHf - ； d =f d 2g(a)、=1.05 ms", d =二O56 MHfV3.14×1.05 八八” 5001.052 y1 一、=0.02j ×X= 4.14 in 水柱0.156 2×9.811.052 Ohf10 + 4.14 = 14.2m2×9.81二i=hm；=2=0ni:产0；2=；Pi=0(表压)；Pz=IOm水柱(表压);八、/4x0.02aao(b)/=4sId=J=0.08m；V3.14×45004Hf=0.023××=117.23m水柱f0.082×9.819、用离心泵经57mm3.5mm的钢管，将敞口贮罐内的有机溶剂（粘度为20x10）Pas,密度为800kgm）,输送到反响器中，段贮罐内液面离反响器内版面高度保持16m,见附图。钢管总长度（包括局部阻力当量长度）为25m,反响器内压力恒定为4kgfm（表压），有机溶液输送量为6.6mh,»试确定泵供给的压头。解：如图选取截面1,2计算基准面为敞口贮罐液面，压力以表压表示。12 Pl 口z+ll +%2g Pg= Z,+ + P- - + H f2g - PS在1-2列柏努利方程，得：=0ni;z2=16m；z=z2;PI=O（表压）；p2=4kgfm”（表压）;1=25ni;4K u = d24×6.63.14×0.052 ×3600=0.934m s1Re =0.05x0.934x80020×103=1868<2000Pgr800×9.81×0.052=0.76m_32z432x0.934x25x20x10-34xQ21I4He=16+0.76=66.76（m液柱）°800×9.8110用泵将密度为850kgm的某液体从低位槽打到高位槽。低位槽据地面高2m,管子出口距地面高20m,管路阻力损失为30Jkg,泵入口流速为0.915ms.,入口管径为89nm×6mni»出口管径为60mr114mm,求泵的有效功率。解：如图选取低位槽液面为1-1面，高位槽为22面，地面为计算基准面，在1-2列柏努利方程，得：1 2P12P2rSz+-w+*=gz2+-U2+EW2 P2p=2m;二2=20m;1=2。°；Pl=P2=0(表压)；m=30Jkg'；代入上式得：we=g(z2-z1)+-(z-+÷wz.2P叫=9.81X(20-2)+30=206.58Jkg-1心="=乎；=UX“772X0.915X85。=3.62kgS-IM=I7%=206.583.62=747.79(W)11、如以下图，槽内水位维持不变，槽底部与内径为IoOmm的钢管联结，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端15m,B处装有一个指示剂为汞的U型管压差计，测压点与管路出口端之间距离为20m。当阀门关闭时读数R=600mm,h=1500mm。阀门局部开启时，测得R=4Mmm,h=1400tnm,管路的摩擦系数取A=0（）2,入口处局部阻力系数取占0.5,问管内流量为多少nh?阀门全开时（取闸阀全开/Z=15"=0.018）,问压差计测压点8处的静压强为多少kPa（表压）？解：（l）a、首先依据当阀门关闭时R，求水槽液面到出口处的垂直距离H。依据流体静力学方程P4=>g水(H+)；P4、=PgHWR刀4=。4，；得：Pg水(H+卜)=pgligR;1000×(7+1.5)=13600×0.6解得：H=6.66m°b、当阀门局部开启时B点的压力为PB=PgHgpg4:=13600×9.81×0.4-1000×9.81×1.4=3.96×104Pa在I-B列柏努利方程，0-0面为计算基准面1 2Pl12PBV7ZIg+-Wf+一=ZBg+IQ+÷EhflTB2 P2pjCi=H;zb=0;11=0:p=0(表压)；pB=3.96lO4Pa(表压)722Afl=(A-+)=(0.02+0.5)=1.75m2八一B、d20.126.66×9.81-3,96-10-代入上式解得：Hg-r+-+U5n22p五尸SHg-P2.25三-.2.z三-××0.12×3.38三0.0265zs=95.4744
