1 •某储油罐中盛有密度为 960 kg/m的重油(如附图所示)，油面最高时离罐底 9.5 m，油 面上方与大气相通。 在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm的孔，其中心距罐底1000 mm，孔 盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为 39.5 x 10 Pa,问至少需要几个螺钉 (大气压力为101.3 x 10 Pa)?
解：由流体静力学方程，距罐底 1000 mm处的流体压力为
3
3
3
6
3
、.
p p gh 101.3 10
960 9.81 (9.5 1.0) Pa 1.813 10 Pa (绝压)
作用在孔盖上的总力为
F (p Pa)A=(1.813 10—101.3 10) 0.76N =3.627 10N
4
每个螺钉所受力为
n 2
F1 39.5 10 — 0.014 N 6.093 10 N
4
因此
n F R 3.627 10 6.093 10 N 5.95 6(个)
4
3
3
3
3
n
2
4
J C _____
— ■ 9 I习题1附图
灶 习题2附图
U管压差计。读数分别为 R1=500 mm ,
U管与大气连通的玻璃
2 •如本题附图所示，流化床反应器上装有两个
R2=80 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的 管内灌入一段水，其高度 R3=100 mm。试求A、B两点的表压力。
解：(1) A点的压力
PA
水
gRs
汞
gR2
1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 10Pa （表）
4
（2） B点的压力
PB PA
汞
gR
4
4
1.165 10 13600 9.81 0.5 Pa 7.836 10Pa（表）
3、如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接 U管压差计, 指示液为水银，读数 R=100毫米，h=800mm。为防止水银扩散至空气中，在水银液面上方 充入少量水，其高度可忽略不计。已知当地大气压为
101.3KPa试求管路中心处流体的压力。
解：设管路中心处流体的压力为 p
5、如本题附图所示，用泵 2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔 储罐内液面维持恒定，其上方压力为
5
5
3的中部进行分离。已知
3
1.0133 10 Pa。流体密度为800 kg/m。精馏塔进口处
8 m，输送管道直径为 0 68 mm 4
70 J/kg，求泵的有效功率。
的塔内压力为1.21 10 Pa,进料口高于储罐内的液面 mm,进料量为20 m/h。料液流经全部管道的能量损失为
解：在截面A-A和截面B-B之间列柏努利方程式，得
2 2
3
P1 1
up2 2
u
g1 e
2 2
Z
Wg2
Z
h
f
，
A-A
ub2 A 3.0
3.14 4
0.018 2 0.004
0.02355m s 84.78m h
3 *3
ub 3.0m.s
p55
1 1.0133 10Pa; p2 1.21 10Pa; Z2 Z1 8.0m; U1 0；
hf
70 J kg
V V
20 3600
U2
A
n 2
3.14
m s 1.966 m s
d
4
4
0.068 2 0.004
2
2
2
We
P2 P1 U2
U1 g Z2 Z1
hf
2
1.21 1.0133 105
1.9662
W
e
800
2~
9.8 8.0 70 J kg
2.46 1.93 78.4 70 J kg 175J kg
Ne wsWe 20 3600 800 173W 768.9W
6、某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。
若管长及液体物性不变，减至原来的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？
解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时
Pf =
h
2
hL f = P
f
/ =
Ub d 2
h
2
/ 2
d1 U
b2 、2
=(
— )(- )(- ■)
h
f1
1 d
2 Ub1
式中
d
2
1
=2， u
b2=(鱼) =4
d2
山 d
2
因此 —=(丄)(2)(4)2 =32」
h1
fi
1
又由于
0.316 Re
0.25
)=(
Rei )0.25
1
(2 X )
0.25
= (0.5)
0.25
=0.841
1
Res
dU
2b2
h
f2
4
-=32X 0.84=26.9
h
f1
将管径
7、用泵将2x 104
kg/h的溶液自反应器送至高位槽
（见本
题附图）。反应器液面上方保持 25.9 x 103
Pa的真空度， 高位槽液面上方为大气压。管道为 76 mm x 4 mm的钢
管，总长为35 m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板 流量计
（局部阻力系数为
4）、五个标准弯头。反应器内
液面与管路出口的距离为 17 m。若泵的效率为0.7，求泵 的轴功率。（已知溶液的密度为
1073 kg/m 3
，黏度为
6.3 10-4
Pa s。管壁绝对粗糙度可取为
0.3 mm。）
解：在反应器液面 1-1与管路出口内侧截面 2-2间 列机械能衡算方程，以截面 1-1,为基准水平面，得
2
2
Ub1
P
Ub2 P2 g乙=-
％ gz 丁
-
hf
式中
2
2
Z1=0, z2=17 m, ub仔 0
w
2 104
1.43 m s
Ub2
2—
_d2
3600 0.785 0.0682
1073
4
p1=-25.9x 103
Pa 俵）,p2=0 （表） 将以上数据代入式（1），并整理得
2
Ub2 P2 P1
.
We g（z2 乙）一--hf
2
=9.81 x 17+ 1.43 + 25.9 103 +
1073
hf
=192.0+ hf
-
其中
Le
---- +
Ub2
d
Re
0.068 1.43 1073 =1.656x 105
0.63 10
e d 0.0044
根据Re与e/d值，查得 Q0.03，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为
闸阀（全开）： 0.43 x 2 m =0.86 m 标准弯头：
2.2 x 5 m =11 m
-
h35f =（0.03x
。号 11 +0.5+4） J kg =25.74J/kg
0.068 是
We
192.0
25.74 J kg
217.7J kg
泵的轴功率为
Ns=we w/
217.7 2
世
W=1.73kW
3600 0.7
2
1）（
&如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与 内径为100 mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸 阀，距管路入口端15 m处安有以水银为指示液的
满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为 20 m。
（1）当闸阀关闭时，测得 R=600 mm、h=1500 mm ； 当闸阀部分开启时，测得 R=400 mm、h=1400 mm。摩擦 系数 可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为 0.5。问每小时从管中流出多少水（m）？
（2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少 15,摩擦系数仍可取
0.025。）
2-2，间列机械能衡算方程，并通过截面
2-2，的中心作
Pa （表压）。（闸阀全开时 Le/d疋
3
U管压
差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接 管内充
解：（1）闸阀部分开启时水的流量 在贮槽水面1-1,与测压点处截面 基准水平面，得
2
2
Ub1
Pi
gz2
U
b2
P2
~2
gR
hf, —2
（a）
式中 P1=0（表）
P2
Hg
gR
H2O
13600 9.81 0.4
1000 9.81 1.4 Pa 39630Pa (表)
Ub2=0, Z2=0
Z1可通过闸阀全关时的数据求取。 程知
H2o
当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方
g(Z1 h) HggR
(b)
式中 h=1.5 m, R=0.6 m 将已知数据代入式(b)得
13600 0.6
Z1
1000
1.5 m 6.66m
2
c
)UT 2.13u：
(0.025 0.5)匹 2.13ub
0.1 2
15
将以上各值代入式（a）,即
9.81 X 6.66= ^ +
u
39630
+2.13 ub
2
2
1000
解得
ub 3.13m s
n
水的流量为 Vs 3600d2ub 3600 0.785 0.12 3.13 m3 s 1.43m3 s
4
（2）闸阀全开时测压点处的压力 在截面1-1，与管路出口内侧截面 3-3，间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面， 得
2
2
Ub1 2
Pi 2
gZa -
P
hf,1— 3
（ c）
式中
Z1=6.66 m , Z3=0, ub1=0, p1=p3
hf,i 3
将以上数据代入式（c）,即
2
Le
2 2
号 .
0
025(
-
15) 0
. 毎 4・賦
5
9.81 X 6.66= £+4.81 ub
2
2
解得 ub 3.13m s
再在截面1-1，与2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得
P2 P1
，1- 2
gz^ Ub2 gz Ub1
\"2 ~2
Z1=6.66 m , z2=0, ub1 0 , ub2=3.51 m/s , p1=0 (表压力)
h
2 2
(d)
式中
hf,1 2
2
3.51 1.5
J kg 0.025 - 0.5 2
0.1
26.2J kg
将以上数值代入上式，则
9.81 6.66
3.512 2
4
P2 1000
26.2
解得 P2=3.30X 10 Pa (表压)
-蒸馏部分
1、在一连续精馏塔中分离苯的含量为 流量为100kmol/h。已知馏出液组成为
0。5 （苯的摩尔分数，下同）的苯 -甲苯混合液，其 0。
95,釜液组成为0.05，试求（1 ）馏出液流量及苯
的回收率（2）保持馏出液组成 0.95不变，馏出液最大可能流量。
解：（I ）悔出液的流量和紋的收爭
05 - Q.05
=«M
点 D — W
kniol/h - 50 krnol/h
0.95-0^5
50 x 095
仏=
g 们肿F K100% =95% 100 25 2）饰出液的钗大可能流莹 当和=100%时.获溥磴丸可能渡也即 1(X) x(>,5 , 2、在连续精馏塔中分离 A、B两组分溶液。原料液的处理量为 100 kmol/h，其组成为0.45 （易挥发组分 A的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为 96%,釜液的组成为 0.033。试求（1 ）馏出液的流量和组成；（2）若操作回流比为 2.65 , 写出精馏段的操作线方程；（3）提馏段的液相负荷。 解：（1）馏出液的流量和组成 由 全 塔 物 料 衡 算 ， 可 得 = -------- kmol/h = 52.63 0,95 qn,DxD 0.96qn,FxF 0.96 100 0.45kmol/h 43.2kmol/h 100 0.45kmol/h 1.8kmol/h qn,wXw 1 0.96 q n,W kmol/h=54.55 kmol/h 0.033 qn,D qn,F qn,w 100 54.55 kmol/h=45.45 kmol/h0.9505 XD 43.2 45.45 (2)精馏段操作线方程 R y xD x R 1 R 1 (3)提馏段的液相负荷 2.65 0.9505 0.726x 0.2604 x 3.65 3.65 qn,L qn,L qqn,F Rqn,D qn,F 2.65 45.45 100 kmol/h 220.4kmol/h 3、在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。 原料液流量为50 kmol/h ,要求馏出液 中易挥发组分的收率为 94%。已知精馏段操作线方程为 y = 0.75x+0.238 ; q线方程为y = 2- 3x。 试求(1)操作回流比及馏出液组成； (2)进料热状况参数及原料的总组成； (3)两操作线 交点的坐标值Xq及yq； ( 4)提馏段操作线方程。 解：(1)操作回流比及馏出液组成 由题给条件，得 旦0.75及旦0.238 R 1 R 1 解得 R = 3, XD = 0.952 (2) 进料热状况参数及原料液组成 由于 旦 3及在2 解得 q = 0.75 (气液混合进料)，XF = 0.5 (3) 两操作线交点的坐标值 xq及yq 联立操作线及 即 y 0.75x 0.238 y 2 3x 解得 xq = 0.4699 及 yq = 0.5903 (4) 提馏段操作线方程 其一般表达式为 n,L n,W y x XW n,V n,V 式中有关参数计算如下: q q q q q 1 1 q q线两方程， A q q n,FXF 094 50n,D . 0.5 kmol/h 24.68kmol/h XD q 0.952 n,D n,W n,F qq 50 24.68 kmol/h = 25.32 kmol/h 1 A n,F F qX Xw qn,W 1 0.94 50 0.5 25.32 0.0592 qn,L qn,v R%,D qqn,F 3 24.68 0.75 50 kmol/h =111.54 kmol/h 111.54 25.32 kmol/h = 86.22 kmol/h qn,L qn,w 111.54 则 25 32 x y 86.22 86.22 0.0592 1.294x 0.01739 4、 11.庭常压连线提馆塔申，分需阳组分理想滚冰该粉累半场相才挥发/tA 2.0, A lOOkmdJh, 造枠林狀态扣鋼=1’ tSdi.tXiA Wkniol/h.坠残潦组战为OXH (易捱发级分的卑 1；分故)‘试求 11)操作 iUtt; (2)由塔醴下一肆论灯恥U椰I成心 解：本题为捷怖塔，即斥料由塔顶加人，因此该塔仪有提席段 (1)操作线方程 此为提懈股揉作线方AG即 式中 心二他严ICWkmM (2) A下层塔坂下偉妁液相组版 , 空j 2xOrOl 1 + (tF — 1鼻 I + 0.01 由于再沸器相当干一层理论坂、故 V； = ------ ---- = -------- =U.U19U Vm与/w符含抹作关系、则 才二心+0W67二OOI诩十山烦7 “w I.6f>7 提畑塔的塔顶一般注有液相SJ流. [(XJ 40 = ---- X’ --- * 0.01 = ) .667.1* - 0.1X)67 60 60 5、 14盘常压连斛幡塔申分硒组分理想湖I谗标的网眉对制成为2＜斥补液细4伪忑35U挥 发组分 曲阜尔孑熱下同)，抱和簾％加杆,6M«a操作戋方程为尸吋血曲划，试求(1)蕖作回爲it与 技小回址出的比徂；口)芳塔顶第一放下障的液極a成为o•人 解：(I )尺与尺価的比值 由題潜条件’可打 缶°75 Alr =0.2(X/f 1-I) = 0.2>*4 = O.S 对■饱和薩气进料* g = (L X|=0.35 他十 Ml —几)035+ 2.5 式屮 \\\\ 0.75A, + 0.20 = 0,75 x 0.7 + 0.20 = 0*725 将有关敕抵代入式(】)、得 1A雇常圧连粽精愴塔冉分咼苯一氟采淤合物.已务进料量为85kmol/lh组成为0.45(易葬发俎分的摩尔 分做 下同)’泡点进楸 塔预饵出液的蛆成为Ug 塔盧飪幾液红戎为皿匕 操作阿滦比为邛”坯直黨用全 毀熱 抱点国汛 苯、氯鼠的汽化接分別为311(5 kJ/mDl和36,52 kJMKJh水的比热寥为4JH7kJ/(kg<),若冷 却加通过全箴器温度升高15匸，加然義汽绝时压力为WtHFaC^和温度为15L7「汽化热为2 IHkJ/kgl . 试球冷却水和加热蒸汽的湍量…怨略组少汽化施随温度冏愛化* 解：由龍给条件，呼求得塔沟的託棚费荷.即 0.45-0.02 kfllOVl1 \" 0.99-0*02 S5X 二 37,94 kniol/h 对于酒点珂 精钳戟和從冊毀毛相负荷相同.M qnV = qnyr ■ (ff+1)\"4Jx37.941unol/h =■ 170l7kmcl/h (1)冷却水蔬董 y 由于烽预恭的含蚤很禹，可袪纯苯计鼻，即 1705x3(J.t»5 x 10'kJ/h = 5.232kJ/l» 4187x15 kf/h = &33x 10 kg/h 4 (2)加热体汽流潢 址液屮氯苯的令量很乩可按纯氮貳计算*即 0i严 q“、耳=170.7 x 36.52 x U0 kJ4i =6,234kJ/h 6234x10^ 21 15 PA=PA P + 水 gh + p 汞 gR = P P=po- p水 gh - p汞 gR =(101.3 x 103000 x 9.8x0.8 -13600 x 9.X 0.1) P=80.132kpa 4、如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面 7 m，水从0 108 mm x 4 mm的管道中流出， * 1 2 管路出口高于地面 1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按刀 hf=5.5u计算，其中u为水在 管内的平均流速（m/s）。 3 设流动为稳态，试计算（1） A-A'截面处水的平均流速；（2）水的 流量（m/h ）。 解：（1） A- A'截面处水的平均流速 在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程 1 2 gz Ub1 （1） 式中 Z1=7 m , ub1 〜0, p1=0 （表压） Z2=1.5 m , p2=0 （表压），Ub2 =5.5 u 代入式（1）得 1 2 2 9.81 7 9.81 1.5 一山2 5.5Ub2 2 2 D 1 2 卩2 — gz2 - Ub2 一 . hf （2）水的流量（以m/h计） 3 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容