化工原理 计算题

三计算题

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。

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φ83×3.5mm，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ρ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？

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∑=2

1,

2u

h

f与

∑=2

2,

10u

h

f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/（m 2·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）。

6（15分）有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数1α为1100C m w ︒⋅2/，

管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数2α为5800

C m w ︒⋅2/。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢 ；（2）外侧有污垢产生，污垢热

阻为0.005w C m /2︒⋅

7（15分）在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38℃，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（α

水>>α空气）

（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？

8 在一单程列管式换热器中，欲用水将15000kg/h 的煤油从140℃冷却到40℃，水的进、出口温度分别为30℃和40℃，两流体逆流流动。煤油的平均比热容为2.3kJ/(kg •℃)，水的平均比热容为4.187 kJ/(kg •℃)。若换热器的总传热系数为300W/(m 2•℃)，试求：（1）冷却水的流量；（2）换热器的对数平均温度差Δt m ；（3）换热器的传热面积S 。

9 在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含氨5%（体积）的空气—氨混合气中的氨，已知混合气量为2826m 3/h （标准状况），气体空塔速度为1m/s ，平衡关系为Y=1.2X ，以摩尔比为推动力的气相体积总传质系数K Y a=180kmol/m 3·h ，吸收剂用量为最小用量的1.4倍，要求吸收率为98%，试求：（1）溶液的出口浓度X 1（摩尔比）；（2）气相总传质单元高度H OG ；

（3）气相总传质单元数N OG ；

10（15分）一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A.已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m ，进塔混合气组成为0.04（A 的摩尔分率，下同），出塔尾气组成为0.0066，出塔水溶液浓度为0.0134，操作条件下平衡关系为Y=2.5X 。试求：（1）液气比为最小液气比的多少倍？（2）所需填料层高度？（3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度降至0.0033，求出此时填料层高度？

11（15分）某填料吸收塔用含溶质0002.02=x 的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比L/V=3，气体入口质量分数01.01=y 回收率可达90.0=η。已知物系的平衡关系为y=2x 。今因解吸不良使吸收剂入口摩尔

分数升至00035.02

='x ，试求：可溶组分的回收率η'下降至多少？液相出塔摩尔分数1

x '升高至多少？

12（20分）某填料吸收塔进塔混合气体中含苯5%（体积百分数），其余为惰性气体。吸收塔操作压强为780mmHg ，温度为25℃，进塔混合气体流量为1000m 3/h ，苯回收率为95%。吸收剂为不含苯的煤油，煤油耗用量为最小用量的1.5倍。气液逆流流动，系统平衡关系为Y=0.14X （式中Y 、X 均为摩尔比），气相体积总传质系数为K y a=125kmol/m 3·h ，煤油的平均分子量为170kg/kmol ，塔径为0.6m 。试求：（1）煤油的耗用量为多少kg/h ？（2）煤油出塔浓度X 1为多少？（3）填料层高度为多少m ？（4）吸收塔每小时回收多少kmol 苯？（5）欲提高回收率可采用哪些措施？并说明理由。

13 （15分）有一填料吸收塔，在28℃及101.3kPa ，用清水吸收200m 3/h 氨-空气混合气中的氨，使其含量由5%降低到0.04%（均为摩尔%）。填料

塔直径为0.8m ，填料层体积为 3 m 3，平衡关系为Y=1.4X ，已知

K y a=38.5kmol/h 。问（1）出塔氨水浓度为出口最大浓度的80%时，该塔能否使用？（2）若在上述操作条件下，将吸收剂用量增大10%，该塔能否使用？（注：在此条件下不会发生液泛）

14 (15分)在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为 2.47，饱和蒸汽进料。已知进料量为200kmol/h ，进料组成为0.4（摩尔分率），回流比为6，塔顶馏出液中苯的