华南理工大学851化工原理计算题汇总.

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
H2
2.452×105Pa，泵的效率为 70%，水的密度为 1000kg/m3，
试求：
H1
（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？
吸入管道因阻力损失的压头为 0.20［米液柱］，试决定泵的安装位置。若泵入口
端容器改为敞口，该泵又应如何安装？
2、在一内钢管为18010mm 的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃
从 100C 冷却到 60C，其平均比热为 2380J/(kgK)。环隙逆流走冷却水，其进出
口温度分别为 40C 和 50C，平均比热为 4174 J/(kgK)。内管内外侧对流传热系 数分别为 2000W/(m2K)和 3000W/(m2K)，钢的导热系数可取为 45 W/(mK)。假定
A、计算题（共 45 分）
1、解：对库存换热器进行传热能力核算
Q K o So tm
其中
So ndo (L 0.1) 72 3.14 0..025 (3 0.1) 16.4 m2
tm
（T t1) (T t2 ) t2 t1
ln T t1
ln T t1
60 20 ln 127 20
1、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：
gH 2
u
2 2
2
p2
gH u32 2
p3
h f ,23
其中，
hf ,23 4.9J / kg , u3=0, p3=0,
p2=2.452×105Pa, H2=5m, u2=Vs/A=2.205m/s
程。管内 NaOH 水溶液一侧的1 ＝2560W/m2℃。蒸汽冷凝一侧的 α2＝10000 W/m2℃，
钢的导热系数 46.5w/ m C ，污垢热阻总和
R 0.0003m2 C / w，NaOH
水溶液的 Cp＝3.77kJ/kg.℃。
2、每小时将 2×104kg、45℃氯苯用泵从反应器 A 输送到高位槽 B（如下所示），
1) 过滤面积和滤框内的总容量；
2) 过滤所需的时间；
3) 洗涤时间； 3、1) 过滤面积 A=2LBZ=2×0.81×0.81×37=48.6m2
滤框总容积 Vz=LBZ=0.81×0.81×0.025×37=0.607m3 2）过滤时间 （q+qe )2=K(+e) (0.15+0.01)2=10-4(+1)
(2)
K2
1
1 d2
1
1 0.025
39.8
h2 d1h1 8000 0.02 50
W/(m2℃)
(3) A2 118 3.14159 0.025 3 27.8 m2
tm
t1 ln
t1 t1
40 ln 72.9
91.45
t2
112.9
Q K2 A2tm 39.8 27.8 91.45 101184
为安全起见，实际安装高度可取， 2.705 1 1.705m。
答：（1）泵的进口安装在液面下 3.73 m 。（2）泵的进口安装在液面上方 1.705m
解：(1) 由 Whc ph T1 T2 Wcc pc t2 t1
得
Wc
Whc ph T1 T2 c pc t2 t1
3500 2380 100 60 4174 50 40
出口处距反应器液面的垂直高度为 15m，反应器液面上方维持 26.7kPa 的绝压，
高位槽液面上方为大气压，管子为 Ø76mm×4mm、长 26.6m 的不锈钢管。管线
上有两个全开的闸阀、5 个 90°标准弯头。45℃氯苯的密度为 1075 kgm-3，粘度
为 6.5×10-4 Pa·s。泵的效率为 70%，求泵的轴功率。附：λ＝0.0293，各局部阻
务。
℃ J/s 101 .184 kJ/s，能够完成生产任
3、以某板框式压滤机在恒压条件下过滤含硅藻土的悬浮夜。过滤机的滤框尺寸 为 810×810×25(mm)，共有 37 个框。已测出过滤常数 K=10-4m2/s，qe=0.01m3/m2，
e=1s。若已知单位面积上通过的滤液量为 0.15m3/m2，所用洗水量为滤液量的 1/5。求：
u12 2g
He
p2 g
z2
u
2 2
2g
Fra Baidu bibliotek
h f ,12
p1 = 26.7kPa（绝压），z1 = 0, u1 0
p2=101.3kPa （ 绝 压 ） z2 = 15m
qV
2 10 4 1075 3600
5.168 10 3 m3 s 1
u2
5.168 10 3 0.0682
1.42m s 1
为 8000 W/(m2℃)，假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求：
（1）加热空气需要的热量 Q 为多少？
（2）以管子外表面为基准的总传热系数 K 为多少？
（3）此换热器能否完成生产任务？
2、解：（1） Q w2c p2 t2 t1 7200 / 3600 1.005 60 20 80.4 kJ/s
Ne
1.30 10 3
1.86 10 3W
1.86kW
0.7
3、(1) 生产能力:Q=V/(θ+θD)=4/(20+30×60)=4.8 (m3/h)
(2) V22=2kΔPA2θ 知
(V1/V2)2=(2kΔPA2θ)/(2k2ΔPA2θ)
∴V2=√2V1=6.79(m3/hr)
提高((6.79-4.8)/4.8)×100％=41.4％
力系数为：
全开闸阀 90℃标准弯头
ζ1 = 0.17 ζ2 = 0.75
3、板框过滤机加压过滤某悬浮液.一个操作周期内过滤 20 分钟以后共得滤液 4m3 (滤饼不可压缩,介质阻力忽略不计)。在一个操作周期内共用去辅助时间 为 30 分 钟。
求:(1)该机的生产能力为多少？
(2)若过滤压强差加倍,其他条件不变(物性、过滤面积、过滤与辅助时间不变), 该机的生产能力提高了多少?
=255s
3）洗涤时间
w = 8(q+qe)qw/5K =8×(0.15+0.01)×0.15/(5×10-4)=348s
四、计算题（共 45 分，每小题 15 分）
1、用离心泵由真空度为 48 kPa 的容器中输送液体，所选用泵的需要气蚀余量为
49 kPa。该液体在输送温度下的饱和蒸汽压为 26.66 kPa，密度为 900 kg/m3，
85.4C
T t2
T t2 127 60
1 1 do bdo R
K o o 1di di
1 0.025 0.002 0.025 0.0003 1
10000 2560 0.021 46.5 0.023
1097
Ko 1097 w / m2 C
换热器的传热速率 Q Ko Sotm 1097 16.4 85.4 1536 kw
滤常数 K; (2) 如果再过滤 30min, 还能获得多少 m3 滤液?
四、计算题（共 45 分）
解：
(1) 由题意知 900 kg/m3， Pv 26.66 kPa， H 0.2 m，
gh 49 kPa， Pa 101300 48000 53300 Pa
Hg
1 53300 26660 49000 0.2
1.42 2 2 9.81
=0.4717m
He
(101 .3 26.7) 10 3 1075 9.81
15
1.42 2 2 9.81
1.178
0.4717
=23.83m
Ne = HeqVg = 23.83 5.168 10-3 1075 9.81 = 1.30 103W
Na =
其中，
hf ,03 6.864.9J / kg , u2= u3=0, p2= p3=0, H0=0， H=29.4m
代入方程求得： We=298.64J/kg，
故
Ne Ws We 2986 .4w ， η=70%， N Ne 4.27kw
（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：
gH 0
u
2 0
2
p0
gH1
u12 2
p1
h f ,01
其中， 代
hf ,01 1.96J / kg , H0=0， u0=0, p0=0, H1=4.8m, u1=2.205m/s
入
上
式
得
，
p1
1000
(9.81 4.8
2.205 2 2
1.96 )
5.15 104 Pa
0.525 kgf
四、计算题（共 45 分，每小题 15 分）
1、 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
H
7982kg / h
(2)
dm
do di ln do
180 160 169.80mm ln 180
di
160
1 1 do b do 1 Ko i di dm o
1 180 0.01 180 1 1.1314103 2000 160 45 169.8 3000
所以 Ko 883 .8571 W /(m2 K )
1、 某车间需要安装一台换热器，将流量为 30m3/h、浓度为 10%的 NaOH 水溶液
由 20℃预热到 60℃。加热剂为 127℃的饱和蒸汽（在饱和温度下排除冷凝水）。
该车间现库存一台列管式换热器，其规格为φ25×2mm；长度为 3m；总管数 72
根。试问库存的换热器能否满足传热任务？蒸汽冷凝走壳程，NaOH 水溶液走管
/
cm2
2．在由 118 根252.5，长为 3m 的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸
汽加热空气，空气走管程。已知加热蒸汽的温度为 132.9℃，空气的质量流量
为 7200kg/h，空气的进、出口温度分别 20℃和 60℃，操作条件下的空气比热
为 1.005 kJ/(kg℃)，空气的对流给热系数为 50 W/(m2℃)，蒸汽冷凝给热系数
(3) (4)由 得
t m逆
t2 ln
t1 t2
50 20 ln 50
32.75C
t1
20
Q K o Stm逆 Whc ph T1 T2
S Whcph T1 T2 3500 2380 100 60 3.1975 m3
Ko tm逆
3600 883.857 32.75
五、计算题 （共 45 分，每小题 15 分）
该换热器的热负荷
QL
WcC pc (t2
t1)
301100 3.77 (60 20) 3600
1382kw
因为 QQL 所以库存的换热器能够完成传热任务。
So＝1382000/1097×85.4＝14.8 m2 2 解：如图，取 1-1、2-2 界面，以 1-1 截面为基准面
p1
g
z1
热损失和污垢热阻可以忽略。试求：
(1)
冷却水用量；
(2)
基于内管外侧面积的总传热系数；
(3)
对数平均温差；
(4)
内管外侧传热面积。
3、某板框压滤机共有 10 个框, 框空长、宽各为 500 mm, 在一定压力下恒压
过滤 30min 后, 获得滤液 5m3, 假设滤布阻力可以忽略不计, 试求: (1) 过
代入上式得：
H 5 2.205 2 2.452 10 5 4.9 29.74m 2 9.81 1000 9.81 9.81
（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：
gH 0
u
2 0
2
p0
We
gH
u32 2
p3
h f ,03
4
H e
p2 p1 g
z2
u
2 2
2g
h f ,12
h f ,12 h f ,直 h f ,直 h f ,进 2h f ,闸 5h f ,弯
h f ,直
l d
u2 2g
0.0293
26.6 0.068
1.42 2 2 9.81
=1.178m
h f ,局
(0.5
2 0.17
5 0.75)
900 9.807
2.73 m
由于求出的允许安装高度是负值，故要求泵的进口安装在水槽液面的下方 2.72 m , 所
以，实际安装高度可取， 2.731 3.73m ，
(2)由于容器敞口， Pa 101300 Pa，
Hg
1 101300 26660 49000 0.2
900 9.807
2.705 m，