化工原理(上册)习题解答(第三版_谭天恩主编)部分答案

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2-1 在图2-12所示的离心泵特性曲线图上，任选一个流量，读出其相应的压头与功率，核算其效率是否与图中所示的一致。

解 ：取任一点，如Q=30L*s^-1或108m^3*he^-1查图2-12知 H=19.4m,n=7-4kw,η=77%

检验效率：

η=QHpg/N=108*19.4*1000*9.81=0.772 结果与读图相符

2-2 用内径为200mm、长50m的管路输送液体（密度与水相同），升高10m。管路上全部管件的当量长度为27m，摩擦系数可取为0.03.作用于上下游液面的压力相同。试列出管路特性方程，其中，流量Q以m^3*h^-1计，压头H以m计。

附图中的实线与虚线分别为IS250-200-315型和IS250-200-315A型离心泵的特性曲线。试求，若在本题中的管路上分布安装这两个泵时的流量、所需的轴功率及效率。 解：（1）管路特性方程 H== z+ρg+Σhf=

P

z+ρgλΣl

π2d

P

3600 =10+4.61 10^ 5Q^2

Q

2

式中，Q以m^3*h^-1计，H以m计。

（2）将管路特性曲线描绘在图上，与两泵的H-Q曲线相交，由交点可读出以下数值：

2-3 如图所示的循环管路系统，管内径均为30mm，管路摩擦系数λ=0.02，吸入管路和压出管路总长为10m(包括所有局部阻力的当量长度在内)。阀门全开时候，泵入口处真空表的读书为40kpa,泵出口处压力表旳示数为107.5kpa。泵的特性曲线方程可用H=22-BQ^2表示，其中，H以m计，Q以m^3*h^-1计，B为待定常数。试求：（1）阀门全开时候泵的输水量和扬程：（2）现需将流量减小到阀门全开时候的90%，采用切削叶轮直径的方法，则绷得有效功率为多少kw？也轮直径应切削为原来的百分之几？

解:对泵进、出口列机械能守恒方程，有

H=(P入+P出)/ρg=(107.5*10^3+40*10^3)/1000*9.81=15.04m （a） 对整个循环系统做机械能衡算（从面1-1经泵再回到面1-1）； h=BQ^2=8λl/π^2d^2g*(Q/3600)^2=1.245*10^-2Q^2 式中，Q以m^3*h^-1计。

将H=h=15.04m带入到上公式得，Q=34.76m^3*h^-1

将Q、H带入到泵的特性方程，得B=(22-H)/Q^2=5.76*10^-3 (2)Q’=90%Q=31.28m^3*h-1 代入公式（a）得，he’=12.18m

有效功率 N=h’Q’ ρg=1038KW 叶轮直径应切削的百分率

因管路特性曲线方程h=BQ^2为过原点的曲线，再根据教材中式（2-16）可以证明，此种情况下的管路特性曲线与叶轮切割前、后泵的特性曲线的两个交点，即为新、旧工作点，

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满足式（2-16），即

Q’/Q=D’/D=0.90

2-4 用离心泵输送65℃的水，分别提出了附图所示的三种安装方式（图中安装高度与压出高度所标注数字的单位都是mm）。三种安装方式的管路总长（包括管件的当两长度）可是为相同。试讨论，（1）这三种安装方式是否都能将水送到高位槽？若能送到，其流量是否相等？（2）这三种安装方式，泵所需要的功率是否相等？

解：（1）查附录七知65℃水的饱和蒸汽压力为pv=25.0kpa 查附录五知65℃水的密度ρ=980.5kg*m^-3

ZS,允许=p大气压/ρg -pv/ρg –(Σhf（s e）)+Δh允许）=7.93-(Σhf（s e）)+Δh允许）<8m 图a的安装高度为-2m,图b的为1m，图c的为8m，因此，图c的安装方式肯定不行，而图a、b的安装方式有可能降水送到高位槽。

图a、b所示的管路状况相同，故管路特性曲线相同，又泵相同，故工作点相同，即流量相同。

（2）泵所需的功率是否相同？

因a、b所示情况的工作点相同，即Q、H相同，又泵相同，故η相同，此外，ρ相同，故所需功率N=QHρg/η相同。

2-6 将密度为1500kg*m^3的硝酸送入反应釜，最大流量为6m^3*h^-1,升举高度为8m。斧内压力为300kpa。是在下面的内腐蚀泵性能表中选定一个型号，并估计泵的轴功率。 解： h= z+

Pρg

+

p′ρg

=8+300

1000

+30

1500 9.81

103

1500 9.81

=30.4m

根据h=30.4m,Q=6*m^3*h^-1选表中IH40-32-160型泵，最高效率为36%。 泵的轴功率N=Qhρg/η=2071W

2-7 有下列输送任务，是分别提出适合的泵类型 ①向空气压缩机的气缸中注入润滑油； ②输送浓番茄汁至装罐机；

③输送带有结晶饱和盐溶液至过滤机；

④将水从水池送到冷却塔顶（塔高30m，水流量5000m^3*h^-1）;

⑤将洗衣粉浆液送到喷雾干燥器的喷头中（喷雾器内压力10MPa，流量5m^3*h^-1）； ⑥配合ph控制器，将碱液按控制流量加入参与化学反应的物流中。

解：①齿轮泵或螺杆泵。理由：流量小，粘度较大； ②离心泵（开式或半开式叶轮）理由：含固体物。

③压力不大时用离心泵，压力大时用隔膜泵。理由：含固体物。 ④双吸离心泵。理由：流量很大，而扬晨不算太大。

⑤柱塞式往复泵或螺杆泵。理由：出口处压力大，但流量较小。 ⑥计量泵。理由：流量需定量控制。

2-9 习题2-8中的喷雾干燥器每小时要排出16000m^3湿空气。现有一台4-72No.8通风机可用，它在转速n=1000r*min^-1时的操作性能如下所示。问刺痛风机是否能满足需要？如不使用，有无办法改造到能用？

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解： 由本题已知条件及习题2-8知Pt0-222mmH2O,Q=16000m^3*h^-1。表中列出的最高全风压仅为98mmH2O，远小于所需值。但若将转速提高，有可能达到要求。

根据教材中式2-14，为使表中序号1的全风压达到222mmH2O,转速n’应满足 n’/n= =1.505

故 n’=1.505*1000=1505r*min^-1 在此转速下，序号1的流量变为

Q’=11200*1.505=16860m^3*h^-1

可以满足需要（稍增大阻力，如关小阀门，可使流量减小至16860m^3*h^-1）。 说明：本题的风机在风量比序号1的风量还小的条件下运行，效率较低（低于82%）。如需长期运行，为节能，当选一风压、风量在序号为中间值的风机；如查产品目录，4-72No.6风机在2240 r*min^-1下共给出8个序号的值，其中序号5的风压为248mmH2O,风量为15800 m^3*h^-1较为适用（因风压高于管路所需，运行时风量将较15800 m^3*h^-1大，而可满足要求，其全压效率约90%）。

2-10 往复压缩机的活塞将278k、101.3kpa（绝）的空气抽入气缸，压缩到324kpa（绝）后排出。试求活塞队每千克空气所做的功。若将1kg空气在一密闭的筒内用活塞字101.3kpa（绝）压缩到324kpa（绝），所需功是多少？两种情况下均按绝热压缩机算。

解：在气缸中压缩、排出时：

根据理想气体状态方程得

压缩前体积 V1=T/T0*1/M*22.4=0.787m^3*kg^-1

压缩功 WS= VdP=γ/(γ-1)* P1V1[(P1/P2)^( (γ-1)/ γ)-1] =1.099*10^5J P1在密闭筒中压缩时：

W’S= V1PdV=1/(γ-1)* P1V1[(P2/P1)^( (γ-1)/ γ)-1]= WS/γ=7.85*10^4Kj

13-5 求某湿物料由含水率30%（湿基，下同）干燥到20%所逐走的水分W1与继续从20%到10%逐走的水分W2之比W1/W2。

解：以1000kg绝干料为准，从W1=30%干燥到W2=20%所逐走的水分为 W1=100*（30/70-20/80）=17.86kg

从W2=20%继续干燥至W3=10%所逐走的水分为 W2=100*(20/80-10/90)=13.89kg 故W1/W2=1.286

V2

P2

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13-6 某干燥器每日（24h）处理盐类结晶10t，从初水分0.1干燥至0.01（均为湿基）。热空气的温度为107℃，相对湿度Φ0=0.05，干燥器中的空气绝热增湿，离开干燥器的温度为65℃，试求每小时出去的水分（kg）、空气用量（kg干空气）以及每天的产品量（kg）。

解：（1）每小时出去的水分，应用公式13-19a，有 W=10000/24*(10-1)/(100-1)=37.9kg*h^-1

(2)据Φ0=0.05，t=107℃，查图13-3得H1=0.042kg*kg^-1，沿绝热冷却线与t=65℃等温线相交，得H2=0.060kg*kg^-1，则

L=W/(H2-H12)=2100kg*h^-1 (3)每天产品量

G2=G1-W*24=9090kg*d^-1

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