化工

【例1-1】某台离心泵进、出口压力表读数分别为220mmHg(真空度)及1.7kgf/cm2(表压)。若当地大气压力为760mmHg，试求它们的绝对压力各为若干（以法定单位表示）？解:泵进口绝对压力P1=760-220=540mmHg=7.2*104Pa泵出口绝对压力P2=1.7+1.033=2.733kgf/cm2=2.68*105Pa【例1-2】如图所示密闭室内装有测定室内气压的U型压差计和监测水位高度的压强表。指示剂为水银的U型压差计读数R为40mm，压强表读数p为32.5kPa。试求：水位高度h。解：根据流体静力学基本原理，若室外大气压为pa，则室内气压po为RhPpapap0gRpgRppggHagHao)(ghppgRpOHaHag2)(mggRphOHHg77.281.9100081.91360004.0105.3232例1-2附图例：用泵将贮槽中的稀碱液送到蒸发器中进行浓缩。泵进口管为Φ89*3.5mm的钢管，碱液在进口管的流速为1.5m/s，泵的出口管为Φ76*2.5mm的钢管。贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离为7m，碱液经管路系统的能量损失为40J/kg，蒸发器内碱液蒸发压力保持在0.2kgf/cm2（表压），碱液的密度为1100kg/m3。试计算所需的外加能量。解：取贮槽的液面1-1为基准面，蒸发器入口管口为2-2截面，在1-1与2-2截面间列伯努利方程式212222211122fSWupgzWupgz移项，得21212212122)(fSWuuppzzgW根据连续性方程，碱液在泵的出口管中的流速为smdduu/0.2)7182(5.1)(222112因贮槽液面比管道截面大得多，故可认为u1≈0。将已知各值代入上式，则输送碱液所需的外加能量为例：用水泵向高位水箱供水（如附图所示），管路流量为150m3/h，泵轴中心线距水池液面和水箱液面的垂直距离分别为2.0m和45m。泵吸入管与排出管分别为内径205mm和内径180mm的钢管。吸入管管长50m（包括吸入管路局部阻力的当量长度），排出管管长200m（包括排出管路局部阻力的当量长度），吸入管和排出管的管壁粗糙度均为0.3mm，水的密度1000kg/m3，粘度1.0×10-3Pa﹒s，泵的效率为65%，试求：（1）泵吸入口处A点的真空表读数？（3）泵向单位质量流体所作的功为多少？泵的轴功率为多少？解：（1）吸入管内流速263.1205.0785.03600/150211AVum/s258915100.11000263.1205.0Re3111ud属于湍流排出管内流速638.1180.0785.03600/150222AVum/s294840100.11000638.1180.0Re3222ud属于湍流在1－1与2－2间列伯努利方程212111200022fhupgzupgz00000zuppa222111120210110udluugzzpppA＝－＝真0231.0258915682053.01.023.01249112263.1205.0500231.02263.181.92100022＝真Appa(2)在1－1与3－3间列伯努利方程312333200022fehupgzhupgz0003030zuupppa22222222111103udludlgzzhe＝0237.0294840681803.01.023.0289.5002638.1180.02000237.02263.1205.0500231.081.94722＝ehJ/kg36.3210865.010003600/15089.500＝VhNNeeJ/sorW在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数λ数值＿＿＿＿。A只取决于ReB与光滑管一样C取决于相对粗糙度D与粗糙度无关流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的＿＿倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的＿＿倍。当地大气压为745mmHg，测得一容器内的绝对压强为350mmHg，则真空度为_____________mmHg；测得另一容器内的表压强为1360mmHg，则其绝对压强为___________mmHg。例：在内径为160mm、长度为280m的管路系统中，用离心泵输送甲苯。已知该管路局部阻力的当量长度为85m；摩擦系数可取为0.03。若为20m甲苯柱，试求管路特性方程。解：Ｈ＝K＋BQ2因=12000所以Ｈ＝20+12000Q2根据上式可绘管路特性曲线。例：用油泵从密闭容器里送出30℃的丁烷。容器内丁烷液面上的绝对压力为。液面降到最低时，在泵入口中心线以下2.8m。丁烷在30℃时的密度为580kg/m3，饱和蒸汽压为。泵入口管路的压头为1.5mH2O。所选用的泵汽蚀余量为3m。试问这个泵能否正常工作？解：mHg4.25.1381.958010)05.345.3(5由于实际安装高度大于允许安装高度，不能保证整个输送过程中不产生汽蚀现象。为保证泵正常操作，应使泵入口线不高于最低液面2.4m，即从原来的安装位置至少降低0.4m；或提高容器内的压力。Pa51045.3Pa51005.3例:如图所示，今有一输送河水的任务，要求将某处河水以90m3/h的流量，输送到一高位槽中，已知高位槽水面高出河面10m，管路系统的总压头损失为7mH2O。试选择一适当的离心泵并估算由于阀门调节而多消耗的轴功率。解根据已知条件，选用清水泵。今以河面1-1截面为基准面，并取1-1与2-2截面列伯努利方程式，则=10+0+0+7=17m根据已知流量Q=90m3/h和H=17可选100-80-125型号的泵。所选泵压头较高，操作时靠关小阀门调节，因此多消耗功率为：3.3.2重力沉降设备例:降尘室计算用总高4m、宽1.7m、长4.55m的重力降尘室分离空气中的粉尘。中间等高安排39块隔板，每小时通过降尘室的含尘气体为2000m3，在气体的密度为1.6kg/m3(均标况)，气体温度为400℃，此时粘度为3×10-5Pa·s，粉尘的密度为3700kg/m3。试求①此降尘室能分离的最小尘粒的直径②除去6μm颗粒的百分率。已知：H，B，n，V0，ρO，t,μ，ρP求：dpc330022734002000/36001.369/2732731.60.649/27340018SPPtStVmsTKgmTgduVnBLu假设沉降处于层流区：56181183101.3698.11108.1137000.6499.814.551.740SPCpVdBLngmm解：236345Re4.4210/188.11104.22100.649Re7.75102310pPttgdumsdu验证：∴假设成立，dPC=8.11μm。②d=6μm由上可知沉降属于层流区停留时间：θ=L/u=4.55×1.7×4/1.369=22.60s2332.4210/18'2.421022.60.05440.1400.05454%0.1pPttgdumshumhm沉降速度：在内沉降的高度：每层高度：除去百分率：例题：质量流量为2.50kg/s，温度为20℃的常压含尘气体在进入反应器之前必须除尘并预热至150℃，所含尘粒密度为1800kg/m3。现有一台总面积为130m2的多层降尘室，试求（1）先除尘后预热的情况下降尘室可全部除去的最小颗粒直径；（2）先预热后除尘的情况下降尘室可全部除去的最小颗粒直径；（3）哪种顺序比较好？为什么？已知20℃的气体粘度为1.81×10-5Pa.s，150℃的气体粘度为2.41×10-5Pa.s。3.4.5过滤设备及过滤计算例：用某板框压滤机恒压过滤，滤框尺寸为810×810×25mm。经过小试测得过滤常数，，操作时的滤布，压差及温度与小试时相同。滤饼刚充满滤框时停止过滤，求：①每批过滤时间？②若以清水洗涤滤饼，洗涤水用量为滤液的1/10，洗涤压差及水温与过滤时相同，求过滤时间？③若整理、装卸时间为25分钟，求每只滤框的生产率？[解]①每批过滤时间：23333/161.0)81.081.02/(211.0/211.085.12025.081.081.0,85.121mmAVqmVmm则得滤液量滤饼刚充满滤框时，滤饼对应滤液量过滤终了时：②洗涤时间：sFF6.3231023.81021.2161.02)161.0(332smVGGsddVVmVsmddVddVsmAddqddVmsmqqKddqDWF:255)1028.8/(0211.0)//(0211.081.02161.01.0/1028.84/1031.3)(41)(/1031.381.021052.2)()()/(1052.2)00221.0161.0(21023.8)(2)/(34253235434242345③生产率例题：拟用过滤面积20.8m2，滤框总容积0.262m3的板框压滤机处理温度20℃的某一悬浮液，获每m3滤液得滤饼量0.01787m3。在3.35atm操作压力下，过滤常数K＝1.678×10－4m2/s，qe=0.0217m3/m2，滤饼为不可压缩。试求：（1）过滤至框充满滤渣所需过滤时间；（2）每次过滤完毕用清水洗涤滤饼，洗水温度及表压与滤浆相同而其体积为滤液体积的8%，求洗涤时间；（3）若辅助时间共需15min，求板框压滤机的生产能力。解：（1）获每m3滤液得滤饼量0.01787m3，故滤框全部充满滤饼时的滤液体积为：V=0.262/0.01787=14.66m3则过滤终了时的单位面积滤液量为：705.08.2066.14AVqm3/m2根据恒压过滤方程式：Kqqqe220.7052+2×0.705×0.0217=1.678×10－4τ故τ=3144.35s（2）过滤终了时的过滤速率：44101545.1)0217.0705.0(210678.1)(2)(eEqqKddqm3/(m2.s)510886.2)(41)(EWddqddqsddqq)(5（3）操作周期：sDwE61.599890026.195435.3144板框压滤机的生产能力：310444.261.599866.14CVVqm3/s=8.798m3/h例：在一φ60×3.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/m·℃，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数λ=0.157W/m·℃。现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃，管壁的导热系数λ=45W/m·℃。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。解：(1)每米管长的热损失r1=0.053/2=0.0265mr2=0.0265+0.0035=0.03mr3=0.03+0.04=0.07mr4=0.07+0.02=0.09m=191.4W/m(2)保温层界面温度t3解得：t3=131.2℃例常压下，空气以15m/s的流速在长为4m，60×3.5mm的钢管中