化工原理管路计算例题

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

1.用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯0.88（摩尔分数，下同），流量为200kmol/h。今要求馏出液中乙烯的回收率为99.5%，釜液中乙烷的回收率为99.4%，试求所得馏出液、釜液的流量和组成。

2.例题：设计一精馏塔，用以分离双组分混合物，已知原料液流量为100kmol/h，进料中含轻组分0.2（摩尔分数，下同），要求馏出液和釜液的组成分别为0.8和0.05。泡点进料（饱和液体），物系的平均相对挥发度α=2.5，回流比R=2.7。试求：1）精馏段和提馏段操作线方程；2）从塔顶数第二块板下降的液相组成。

3.例题 用一常压精馏塔分离某二元理想溶液，进料中含轻组分0.4（摩尔分数，下同），进料量为200kmol/h饱和蒸汽进料，要求馏出液和釜液的组成分别为0.97和0.02。已知操作回流比R=3.0，物系的平均相对挥发度α=2.4，塔釜当作一块理论板处理。试求：（1）提馏段操作线方程；（2）塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。（从塔底向上计算）

4.例题：常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔，进料中丙酮50%（摩尔分数，下同），其中气相占80%，要求馏出液和釜液中丙酮的组成分别为95%和5%，回流比R=2.

1.用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯0.88（摩尔分数，下同），流量为200kmol/h。今要求馏出液中乙烯的回收率为99.5%，釜液中乙烷的回收率为99.4%，试求所得馏出液、釜液的流量和组成。

2.例题：设计一精馏塔，用以分离双组分混合物，已知原料液流量为100kmol/h，进料中含轻组分0.2（摩尔分数，下同），要求馏出液和釜液的组成分别为0.8和0.05。泡点进料（饱和液体），物系的平均相对挥发度α=2.5，回流比R=2.7。试求：1）精馏段和提馏段操作线方程；2）从塔顶数第二块板下降的液相组成。

3.例题 用一常压精馏塔分离某二元理想溶液，进料中含轻组分0.4（摩尔分数，下同），进料量为200kmol/h饱和蒸汽进料，要求馏出液和釜液的组成分别为0.97和0.02。已知操作回流比R=3.0，物系的平均相对挥发度α=2.4，塔釜当作一块理论板处理。试求：（1）提馏段操作线方程；（2）塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。（从塔底向上计算）

4.例题：常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔，进料中丙酮50%（摩尔分数，下同），其中气相占80%，要求馏出液和釜液中丙酮的组成分别为95%和5%，回流比R=2.

第一章 流体流动

【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4

1?0.6?0.4

?m1830998 =（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4

ρm=1372kg/m3

【例1-2】 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文

100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量

Mm=32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m3

根据式1-3a气体的平均密度为：

3 ?m?9.81?10?28.96?0.916kg/m

8.314?373

【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m、密度ρ1=800kg/m3，水层高度h2=0.6m、密度ρ2=1000kg/m3。

（1）判断下列两关系是否成立，即 pA=p'A pB=p'B （2）计

第一章 流体流动

【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4

1?0.6?0.4

?m1830998 =（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4

ρm=1372kg/m3

【例1-2】 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文

100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量

Mm=32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m3

根据式1-3a气体的平均密度为：

3 ?m?9.81?10?28.96?0.916kg/m

8.314?373

【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m、密度ρ1=800kg/m3，水层高度h2=0.6m、密度ρ2=1000kg/m3。

（1）判断下列两关系是否成立，即 pA=p'A pB=p'B （2）计

第一章 流体流动

【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4

1?0.6?0.4

?m1830998 =（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4

ρm=1372kg/m3

【例1-2】 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文

100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量

Mm=32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m3

根据式1-3a气体的平均密度为：

3 ?m?9.81?10?28.96?0.916kg/m

8.314?373

【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m、密度ρ1=800kg/m3，水层高度h2=0.6m、密度ρ2=1000kg/m3。

（1）判断下列两关系是否成立，即 pA=p'A pB=p'B （2）计

离心泵的计算 1计算题 j01b10029

如图所示, 水通过倾斜变径管段(A-B), DA=100mm，DB =240mm,水流量为2m/min,在截面A与B处接一U形水银压差计，其读数R=20mm，A、B两点间的垂直距离为h=0.3m试求:(1) 试求A、B两点的压差等于多少Pa？(2)A、B管段阻力损失为多少mmHg？(3)若管路水平放置，而流量不变，U形水银压差计读数及A、B两点压差有何变化?

3

计算题 j01b10029 (题分：20)

(1) uA=(2/60)/[(?/4)×(0.10)]=4.244 m/s， uB=4.244×(1/2.4)=0.7368 m/s pA/?＋uA/2= gh＋pB/?＋uB/2＋?hf ∵ pA/?－(gh＋pB/?)=(?i－?)gR/? ∴pA－pB=(?i－?)gR＋?gh

=(13.6?1)×10×9.81×0.020+10×9.81×0.3 =5415 Pa

(2) ?hf=(pA/?－gh－pB/?)＋ uA/2－uB/2 =(?i－?)gR/?＋uA/2－u

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