第二章化工原理习题讲课讲稿

第二章化工原理习题

1. 如图2-1用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一压力为

2.5atm的塔内，管径为φ108×4mm管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知：水的流量为56.5m3·h-1，水的粘度为10-3 Pa·S，密度为1000kg·m-3，管路摩擦系数可取为0.024，计算并回答：

(1)水在管内流动时的流动形态；(2) 管路所需要的压头和功率；

解：已知：d = 108-2×4 = 100mm = 0.1m

A=(π/4)d2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 m

l+Σl e =100m q v = 56.5m3/h

∴u = q/A = 56.5/(3600×0.785×10-2) = 2m/s

μ = 1cp = 10-3 Pa·S ρ=1000 kg.m-3, λ = 0.024

⑴∵ Re = duρ/μ=0.1×2×1000/10-3 = 2×105 > 4000

∴水在管内流动呈湍流

⑵以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程：

Z1 +(u12/2g)+(p1/ρg)+H

=Z2+(u22/2g)+(p2/ρg)+ΣHf

∵Z1=0, u1=0, p = 0 (表压), Z2=18m, u2=0

p2/ρg=2.5×9.81×104/(1000×9.81)=25m

ΣHf =λ[(l+Σle )/d](u2/2g)

=0.024×(100/0.1)×[22/(2×9.81)] = 4.9m

∴H = 18+25+4.9 = 47.9m

Ne = Hq vρg = 47.9×1000×9.81×56.5/3600 = 7.4kw

2. 采用IS80-65-125水泵从一敞口水槽输送60℃热水。最后槽内液面将降到泵人口以下2.4m。已知该泵在额定流量60m3/h下的(NPSH)r为

3.98m，60℃水的饱和蒸汽压Pv为19.92kp a、ρ为983.2kg/m3，泵吸入管路的阻力损失为

3.0m，问该泵能否正常工作。

解：

∴该泵不能正常工作。

精品资料

说明安装高度偏高。

3.用泵将苯和甲苯的混合物送到精馏塔，精馏塔操作压强为0.5at，原料槽压

强为0.1at。管路总长为20ｍ（包括全部局部阻力的当量长度），管路直径为

50mm，摩擦系数为0.02。密度为800kg／ｍ3。离心泵的特性曲线可表示为Ｈe＝20－1.12×105V 2，式中V以ｍ3/s 表示。试求原料输送量及泵的理论或有效功

率为多少？

答：管路特性曲线:

H

e

=8+(0.5-0.1)×9.81×104/(800×9.81) +8×0.02×20×V 2/(π2×9.81×0.055) =13+1.06×105V 2=20-1.12×105V 2

V=5.67×10-3m3/s

H

e

=20-1.12×105(5.67×10-3)2=16.4m

N

e

=H e Vρg=16.4×5.67×10-3×800×9.81=729.8 w

4以某离心泵自敞口水槽输水至塔内。升扬高度10m，泵的特性:H e=40-7.2×04V2(H e--m , V--m3/s)。塔内的p为1at (表).流量为11 L/s..若用此泵改输ρ=860kg/m3的油品,阀开启度、管路、液位差及P值不变,问:油品流量及离心

[]

m

m

H

NPSH

g

p

g

p

H

f

r

v

g

4

2

46

.1

0.3

98

.3

81

.9

2.

983

10

92

.

19

81

.9

2.

983

10

013

.13

5

1

.

〈

=

-

-

⨯

⨯

-

⨯

⨯

=

-

-

-∑-

ρ

ρ

＝

，允许

泵的有效功率为多少?

答：(1)输水:V = 11L/s时,H e = 40-7.2×104×(11/1000)2 = 31.3 m 管路特性:H e′= (z2-z1)+(p2-p1)/(ρg)+KV 2,又H e′= H e

即 31.3=10+10+K(11/1000)2

K = 9.34×104 m/(m3/s)2

(2)输油品:泵的特性:H e = 40-7.2×104V 2

管路特性:H e′= 10+10/0.86+9.34×104V 2

由H e = H e′ 解得V = 0.0105 m3/s

则H e = 40-7.2×104×0.01052 = 32.1m

∴N e = H e Vρ′g = 32.1×0.0105×860×9.81 = 2.84×103W

5.用离心泵输水在n = 2900 r/min时的特性为H e = 30－0.01V 2，阀全开时管路特性为H e′= 10＋0.04V 2 (二式中H e、H e′--m , V--m3/h)。试求：(1)泵的最大输水量。(2)要求输水量为最大输水量的75%，且采用调速方法，泵的转速为多少？

答：(1) 泵：H e = 30－0.01V 2

管路：H e′=10+0.04V 2

∵H e = H e′，解得V= 20m3/h

(2) V′ =0.75V=15 m3/h

离心泵的比例定律为：V ′/ V=n/2900，H e′/H e=(n/2900)2

令调速后转速为n r/min

H e ’=(

n

2900

)2H e V’=

n

V

2900

∴泵: (29002/n2) H e’=30-0.01⨯(29002/n2)V’2