中国石油大学化工原理2001..doc

用离心泵将蓄水池内的常温水在定态流动条件下送至高位槽，操作状态下的流程如下图所示。采用φ57×3.5mm的无缝钢管，在图中水平管路上装有孔径为20mm的孔板流量计，用角接法安装的U形管压差计B测量孔板两侧的压差。由于工作上的需要，在A-A’面上又设置了一个开口压差计A，通过其上RA的变化掌握A-A’截面上的压强情况。两压差计均用汞为指示剂，其中RB=0.47m。压差计A左支管汞面上灌有一小段水（图中未标出），计算是可以忽略这段水柱。从蓄水池至A-A’面间的管路长度为100m（包括全部的当量长度在内，下同），由截面A－A’至高位槽的管路长度为150m。水池与高位槽以及高位槽与水平管炉间的相对位置均示于图中，忽略系统中管路的进、出口阻力损失。已知：水的密度为1000 kg/m3，粘度为1Cp，汞的密度为13600kg/m3；管路可按光滑管处理；孔板流量计的流速可用下式求出： ，C0=0.60，视为常数。 试求：⑴管路中水的流速u，m/s； ⑵若离心泵的效率为0.8，求泵的轴功率； ⑶已知当截止阀全关时，压差计A指示剂两液面等高，且与其测压面A－A’中心线间的垂直距离为0.5m（图中未反映出），求操作条件下压差计A上的读数RA。 解：⑴流速： 管路中的流速： ⑵取水池液面为1－1’截面，高位槽液面为2－2’截面，并以1－1’面为基准水平面，在两截面简列柏努利方程： 其中：z1=0，z2=15m，P1=P2=0（表压），u1=u2≈0， 雷诺数： 应用光滑管的柏拉修斯公式计算λ： 代入柏努利方程： 质量流量： 轴功率： ⑶在A-A’至2-2’截面间列柏努利方程，以过A-A’面中心线为基准水平面： 其中：zA=0，z2=1m，P2=0（表压），uA=u=1.034m/s，u2≈0 因忽略了管路中的进、出口阻力损失，而能量与管长成正比，故可按比例算出： 代入上式： （注：若从1-1’列到A-A’截面，可得到同样的结果） 可以看出，PA为正值，故压差计A的右支管汞面低于左支管，如图所示。由已知条件，截止阀全关时压差计内液面等高，且与A-A’面中心线间的垂直距离为0.5m。操作条件下两液面相差RA，则右侧液面较静止时下降了RA/2高度，此时汞面与A-A’面中心线间的垂直距离应为（0.5+ RA/2）m。在U型管A上取等压面EF，由静力学基本方程： 于是： 解得： RA=0.372m 用板框过滤机进行恒压过滤碳酸钙水悬浮液，边长为800mm、厚度为50mm的正方形滤框共有15个。已测得在指定条件下的的过滤常数K=2×10－5m2/s，qe=0.01m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比为0。12。 试求：⑴滤饼充满滤框所需的过滤时间，min； ⑵过滤完毕后用1/10滤液体积的清水进行横穿洗涤，求洗涤所用的时间（洗涤的压强差和洗水粘度与过滤终了时相同），min； ⑶若每批操作的辅助时间为25min，求生产能力Q，m3/h。 解：⑴以一个滤框为基准计算： 将以上数据代入过滤方程： 解得：τ=2384.2s=39.74min ⑵洗涤液体积VW=V/10=0.0267m3 横穿洗涤时： ⑶生产能力： 某车间需将流率为30m3/h、浓度为10％的NaOH水溶液由20℃预热至60℃，溶液走管程，然后加热压强为19.62kPa（表压）的反应器内，其流程如图所示。加热介质为127℃的饱和蒸汽。碱液管全部采用直径为φ76×3mm的钢管。当阀门全开时，管路、换热器及所有局部阻力的当量长度之和为330m。摩擦阻力系数可取为定值0.02。 该车间库存一台两管成列管换热器，其规格为：列管尺寸：φ25×2mm 长度： 3m 总管数： 72根 操作条件下，NaOH水溶液的物性常数为：密度ρ=1100kg/m3，导热系数λ=0.58W/(m·℃)，比热Cp=3.77kJ/(kg·℃)，粘度μ=1.5cP。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m2·℃)，该测污垢热阻为0.0003m2·℃/W，忽略管壁和热损失。 试求：⑴库存换热器能否满足传热任务； ⑵若离心泵的特性曲线方程为：H = 41.17-0.007Q2，H的单位为m，Q的单位为m3/h，当碱液在上述管路中达到最大输送量时，求碱液的出口温度。（计算时总传热系数K、流体物性可视为不变） 解：⑴以换热器的传热能力进行核算： 管内流速： 对数平均温差： Q供＞Q需，故换热器能够完成换热任务。 ⑵达到最大流量，实际上就是确定离心泵的工作点。 先求管路特性曲线： 与泵的特性曲线联立，解得： Q=32.74m3/h H=33.66m 最大流量时： 即： 某逆流吸收塔，用清水吸收混合气体中的