化工原理流体流动计算题题库及答案

二：计算题（50分） 1、有某平均相对挥发度为3的理想溶液，其中易挥发组份的组成为60%（縻尔分率，以下相同）的料液于泡点下送入精馏塔。要求馏出液中易挥发组份的组成不小于90%，残液中易挥发组份的组成不大于2%。 求：每获1kmol 馏出液时原料液用量？ 若回流比为1.5 ，它相当于Rmin的多少倍？ 假设料液加到板上后，加料板上的浓度仍为60%，求提馏段第二块理论板上的液相组成？已知：?x3x??3，xF?0.6，xD?0.9，xw?0.02，q?1。相平衡关系：y??， 1????1?x1?2xF=W+D F=W+1， F?06?w?0.02?1?0.9。联立求解得：F?1.52Kmol。 3x3.06??0.818。 最小回流比：q?1，xF?0.6?xq，yq?1?2x1?2.0.6xD?yq0.9?0.818??0.376。 其倍数为：n?1.5?4。 Rmin?0.376yq?xq0.818?0.6提馏段操作线方程：y?L'L?W'x?W.xwL?W' ， W?0.52，L'?L?F?R.D?F?1.5?1.52?3.02 y?1.208x

计算题

1.一输水系统，将敞口容器中的水送到吸收塔顶作吸收剂，贮槽水面至塔顶喷嘴的垂直距离为38m，塔内的表压强为4 m H2O柱，采用Φ100*5的钢管输送，连接在管路中孔板流量计两侧的U形管压差计读数为R=158mmHg, 已知：孔径d0=0.045m，孔流系数C0=0.7，SH2O=1，Hf =3mH2O柱，泵效率η= 0.75，求泵所需轴功率Pa。

2. 用离心泵将水池中的水送到高位槽,高位槽和水池均为敞口容器,高位槽水面高出池面50m,采用Φ100*5的管道输送,泵的送水量为34m3/h，输送过程中管路磨擦阻力损失为2.4m, 若泵的效率为60%, 计算泵所需的实际功率Pa。 3.一输水系统，用泵从水池送水到高位槽，水池和高位槽均为敞口容器，水池到泵入口处的垂直距离为4.8m，水池到泵出口处的垂直距离为5m，要求qv=36m3/h，管道为Φ80*2的钢管，已知泵前的进水管道的阻力压头损失为Hf1=0.2m水柱，出水管道的阻力压头损失为Hf2 =0.5m水柱，泵出口处压强计的读数为2.5at，SH2O=1。试求：①水池到高位槽的垂直距离H。②泵所需的实际功率Pa (η=0.7)。

4. 两液体在套管换热器中逆流换热，冷热流体

水平串联的两直管1、2，管径d=d/2，管道1长为100m， 已知流体在管道1中的雷诺数(Re)=1800，今测得某流体流经管道１的压强降为0.64(m液柱)，流经管道２的压强降为64(m液柱)，试计算管道２的长度(设局部阻力可略去)。(各5分) 如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔,泵吸入管路为φ108×4mm，长2m的钢管。泵压出管路为 φ76×3mm,长30m的钢管, 压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只，90℃弯 头4 只。在压出管路上还装有孔板流量计，孔板孔径为40mm，孔流系数C=0.62，水银差压计读数R=456mm。吸收塔喷咀处压力为0.5kgf/cm(表压)，碱液密度 ρ=1100kg/m，泵的效率η=0.6，直管阻力系数λ=0.02(吸入、压出管道取近似相同值)，ξ弯头=0.75， ξ标准阀=6，ξ闸阀=0.17，ξ孔板=8，试求泵所需功率。 以复式水银压差计测量某密闭容器内的压力P。已知各液面标高分别为△1 =2.6m，△2=0.3m，△3=1.5m，△4=0.5米,△5=3.0米。求此密闭容器水

计算题

1.一输水系统，将敞口容器中的水送到吸收塔顶作吸收剂，贮槽水面至塔顶喷嘴的垂直距离为38m，塔内的表压强为4 m H2O柱，采用Φ100*5的钢管输送，连接在管路中孔板流量计两侧的U形管压差计读数为R=158mmHg, 已知：孔径d0=0.045m，孔流系数C0=0.7，SH2O=1，Hf =3mH2O柱，泵效率η= 0.75，求泵所需轴功率Pa。

2. 用离心泵将水池中的水送到高位槽,高位槽和水池均为敞口容器,高位槽水面高出池面50m,采用Φ100*5的管道输送,泵的送水量为34m3/h，输送过程中管路磨擦阻力损失为2.4m, 若泵的效率为60%, 计算泵所需的实际功率Pa。 3.一输水系统，用泵从水池送水到高位槽，水池和高位槽均为敞口容器，水池到泵入口处的垂直距离为4.8m，水池到泵出口处的垂直距离为5m，要求qv=36m3/h，管道为Φ80*2的钢管，已知泵前的进水管道的阻力压头损失为Hf1=0.2m水柱，出水管道的阻力压头损失为Hf2 =0.5m水柱，泵出口处压强计的读数为2.5at，SH2O=1。试求：①水池到高位槽的垂直距离H。②泵所需的实际功率Pa (η=0.7)。

4. 两液体在套管换热器中逆流换热，冷热流体

1. （20分）如图所示，油在光滑管中以u=2m/s的速度流动，油的密度ρ=920kg/m3，管

长L=3m，直径d=50mm，水银压差计测得R=15.0mm。试求： （1）油在管中的流动形态； （2）油的粘度；

（3）若保持相同的平均流速反向流动，压差计读数有何变化？层流：λ=64/Re；湍流：

0.25

λ=0.3164/Re。 解：

1

2 A B R C D （1）列1截面和2截面间柏努利方程，取2截面为基准面

2u12p2u2gZ1???gZ2????hf

?2?2p1

?hf?pD = pD

p1?p2???Z1?Z2?g

pC = p2 +（Z2 – ZA）ρg + Rρ0g

pD = p1 + （Z1 – Z2）ρg +（Z2 – ZB）ρg + Rρg p

第二部分 计算题示例与分析 4-93 已知某精馏塔塔顶蒸汽的温度为80oC，经全凝器冷凝后馏出液中苯的组成 为0.90，甲苯的组成为0.10（以上均为轻组分A的摩尔分数），试求该塔的操作压强。 溶液中纯组分的饱和蒸汽压可用安托尼公式计算，即 lgpo?A?B t?C 式中苯和甲苯的常数为

组 分 A B C 苯 6.898 1206.35 220.24 甲苯 6.953 1343.94 219.58

分析： 求塔内操作压强即是求塔内蒸汽总压p,因此体系为理想体系，可通过道尔顿分压定律

pA?pyA 及拉乌尔定律求得。

解：利用安托尼公式分别计算80℃时苯与甲苯两种纯组分饱和蒸气压，即

1206.35?2.88

80.0?220.240 pA?758.58mmHg?101.14KPa

1343.940 lgpB?6

1.7 管路计算1.7.1 概述一、管路计算内容和基本关系式

管路计算的目的是确定流量、管径和能量之间的关系。管路计算包括两种类型，即: 设计型计算 是给定输送任务，设计经济合理的输 送管路系统，其核心是管径。该类计算为定解问题，

存在参数优化选择。 操作型计算 是对一定的管路系统求流量或对规定的输送流量计算所需能量。

管路计算基本关系式：连续性方程，柏努力方程(包 括静力学方程)及能量损失计算式(含λ的确定) 由于某些变量间较复杂的非线性关系，除能量计算外， 一般需试差计算或迭代方法求解

二、管路分类1.按管路布局可分为简单管路与复杂管路(包括并 联管路和分支管路)的计算 2.按计算目的有三种命题： ①已知管径、管长、管件和阀门的设置及流体的输 送量，求流体通过管路系统的能量损失，以便进一 步确定输送设备所加入的外功、设备内的压强或设 备间的相对位置等。这一类计算比较容易。

②已知管径、管长、管件和阀门的设置及允许的能量 损失，求流体的流速或流量。 ③已知管长、管件或阀门的当量长度、流体的流量及

允许的能量损失，求管径。后两种情况都存在着共同性问题，即流速u或管径d 为未知，因此不能计算Re值，则无法判断流体的流型， 所以亦不能确定摩擦系数λ。 在这种

流体流动

【当前章节】流体流动内部结构【当前难度】1

1、 如下各物理量中，与压强有关的有几个（B） ①压强不太高时气体的黏度；②压强不太高时气体的运动黏度③压强不太高时气体的流速；④压强不太高时气体的质量流速 A.1 B.2 C.3 D.4 2、流体在管内流动时，如下有几项会使层流内层增厚？（B）* ①流体黏度变小；②流体流速减小；③如为液体，升高其温度；④如为气体，升高其温度 A.1 B.2 C.3 D.4

3、如下关于定态流动和非定态流动的说法，正确的是（B ） A.定态流动时，流体内各处的流动参数（）均相同

B.定态流动时，流体内各处的流动参数（）均不随时间而变化 C.非定态流动时，流体内各处的流动参数都不相同 D.非定态流动时，流体流量随时间的推移而减小

4、管内流体流动时，如下哪一项不利于形成湍流（B） A.增大管径 B.减小流体密度 C.增加流体流量 D.减小流体粘度 5、

针对圆管内的流体流动，关于层流与湍流的区别，如下表述中正确的是（C ）* A.剪应力沿径向分布的数学规律不同

B.湍流时不存在由于分子热运动而造成的动量传递，而层流时存在

C.同种流体在同样的速度梯度下，湍流剪应力大于层流

D.湍流时流体所有的质点

目 录

第一章 流体流动与输送设备·····················································（2） 第二章 非均相物系分离·························································（26） 第三章 传热···································································（32） 第四章 蒸发···································································（44） 第五章 气体吸收·······························································（48） 第六章 蒸馏···································································（68） 第七章 干燥·························································

流体输送-计算题

1、某车间丙烯精馏塔的回流系统如附图所示，塔内操作压强为1304kPa（表压），丙烯贮槽内液面上方的压强为2011kPa（表压），塔内丙烯出口管距贮槽的高度差为30m，管内径为145mm，送液量为40t/h。丙烯的密度为600kg/m3，设管路全部能量损失为150J/kg。问：将丙烯从贮槽送到塔内是否需要用泵？计算后简要说明。

1、 解：（1）取贮槽液面为1-1′截面，且定为基准水平面，取塔内丙烯出口管的管口为2-2′截面，如图所示。 （1分） （2）在两截面间列出柏努利方程： upup gz1?1?1?We?gz2?2?2??hf1?2 （2分） 2?2?∵z1=0，z2=30m，u1≈0，u2可求出，p1=2011kPa（表），ρ=600kg/m3，p2=1304kPa（表），

22?hf1?2=150J/kg （1分）

（3）求u2及we