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化工原理(上册)习题解答(第三版)部分答案

2024-09-05 来源:小侦探旅游网
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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*^-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==

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:

Q/m^3*h^-1 H/m N/kw 型号 η IS250- IS250-200-315A 6273 .1 27.8 67.3 57.0 85% 83% 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=(

+

)/

=(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,’=12.18m 有效功率 N=h’Q’

'.

=1038KW

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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,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=25.0kpa 查附录五知65℃水的密度ρ=980.5kg*m^-3

=

/ρg -/ρg –(Σ

)+Δ

)=7.93-(Σ

)+Δ

)<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=

泵的轴功率N=Qh

/η=2071W

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%。

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。

'.

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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?

序号 1 2 3 全压/mm98 97 95 92

解: 由本题已知条件及习题2-8知压仅为98mm

-222mm

O,Q=16000m^3*h^-1。表中列出的最高全风

O 风量m^3*h^-1 11200 12000 13900 15300 轴功率/kw 3.63 3.78 3.96 4.25 序号 5 6 7 全压/mm88 81 74 O 风量/m^3*h^-1 轴功率/kw 16600 18000 19300 4.38 4.38 4.60 O,远小于所需值。但若将转速提高,有可能达到要求。

O,转速n’应满足

根据教材中式2-14,为使表中序号1的全风压达到222mm

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248mm

O,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 压缩功

=

=T/*1/M*22.4=0.787m^3*kg^-1

=γ/(γ-1)*

[(

)^( (γ-1)/ γ)-1] =1.099*10^5J

在密闭筒中压缩时:

=

=1/(γ-1)*

[(

)^( (γ-1)/ γ)-1]=

/γ=7.85*10^4Kj

'.

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13-5 求某湿物料由含水率30%(湿基,下同)干燥到20%所逐走的水分到10%逐走的水分

解:以1000kg绝干料为准,从=100*(30/70-20/80)=17.86kg 从

=20%继续干燥至

=10%所逐走的水分为

=30%干燥到

=20%所逐走的水分为

之比

/

与继续从20%

=100*(20/80-10/90)=13.89kg 故

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

=0.05,干燥器中的空气绝热增湿,离开干燥器的温度

/

=1.286

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

=0.05,t=107℃,查图13-3得H1=0.042kg*kg^-1,沿绝热冷却线与t=65℃等=0.060kg*kg^-1,则 )=2100kg*h^-1

温线相交,得

L=W/(

-

(3)每天产品量 =

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

'.

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