设备选型作业及解答

第一章

1-1 用泵将敞口贮液池中20℃的水经由批φ108mm×4mm的钢管送至塔顶，塔内表压力为6.866×103Pa。管子总长为80m，其中泵的吸入段管长为10m，装有一个吸滤筐和底阀，还有一个90o弯头。泵的排出管路中装有一个闸阀和两个90o弯头，喷嘴阻力为9.810×103Pa。当管路中的体积流量为50m3／h时，试求泵的有效功率及轴功率。设泵的效率＝0.65。

解：以地面为基准面，在水池面1-1‘与喷嘴处2-2截面间列实际流体流动的机械能衡算式：

22Pu1Pu212 Z1???He?Z2????hf

?g2g?g2g 因Z1=-2m，Z2=24m，P1=0，P2=6.866×103Pa，u1=0，

50u2??1.768m/s

?3600??0.124并查得20℃水的密度ρ=998.2kg/m3，代入上式并整理， 可将机械能衡算式简化为 He = 26.859+∑hf

现求管路中的总压头损失∑hf。 直管总长 l = 80m

3个90°弯头 le = 3×40d = (3×40×0.1)m =12m 1个闸阀 le = 1×15d = (1×15×0.1)m =1.5m 吸滤筐和底阀ζ= 7

水池中水进入管路时，突然缩小ζ= 0.5 喷嘴阻力Δpc=9.810×103Pa 故

2??u2l??le??h?????f???2g?d??280?13.51.768??????7.5???0.12?9.81???Pc?g9.810?103998.2?9.81

求摩擦系数λ

查得20℃水的粘度μ=1.005 Pa·s

Re?du2???0.1?1.768?998.2?1.756?105 ?31.005?10按使用数年后的无缝钢管计，ε=0.19，相对粗糙度代入上式得

?d?0.19查图得λ=0.0246，?0.0019，

1002???80?13.5?1.768h?0.0246??7.5??1.002m ??f???m?5.8610.1?2?9.81???He = (26.859+5.861)m = 32.720m

泵的有效功率Pe和轴功率P分别为

Pe?We?Q?gHe 50?998.2?? ??9.81?32.72?(W)?4.45KW??44503600??P = Pe/0.65 = 6.85kW

1

第二章

2-1 已知含尘气体中尘粒的密度?s=2300kg/m3，气体的温度为377K，粘度为0.036cP，流量为1000m3/h，密度为??0.46kg/m3。采用标准型旋风分离器分离尘粒，取D=400mm，试计算临界颗粒直径dc和压

强降?P

解：（1）求dc 按以下公式计算：dc?9?B

?N?sui?5 已知：??0.036?0.001?3.6?10N?s/m2，

B?D/4?0.4/4?0.1m，

N=5 h=D/2

ui?Vs/hB?Vs/(D/2)(D/4)?8Vs/D2?8?1000/3600?0.42?13.9m/s

? d

?P??

c?9?3.6?10?5?0.1?8?10?6m?8?m

3.14?5?2300?13.9（2）求压强降

??8.0，所以：

0.46?13.92?8.0??355.5N/m2(?36.2mmH2O)2第三章

?ui223-1 有一板框压滤机，在表压1.5atm下以恒压操作方式过滤某一种悬浮液，2h后，得滤液40m3过滤介质的阻力不计。试计算：

（1）若其他情况不变，过滤面积加倍，可得多少滤液；

（2）若表压加倍，而滤饼是可压缩的，其压缩性指数为s=0.25，2h后可得滤液多少？ （3）若其他情况不变，但将操作时间缩短1h，所得滤液为多少？ （4）若在原表压下过滤2h后，用5m3的水洗涤滤饼，需多长洗涤时间？

解：（1）过滤面积加倍

因恒压操作，过滤介质阻力不计，直接应用下式：

V2?KA2?（(V?Ve)2?KA2(???e)）

所以，滤液量加倍，即80m3 (2) 表压加倍

对可压缩滤饼，用下式计算：

21?s2V?2k?PA?

V22?P1?0.2521?s?()?2?1.68 2V1?P123V?V?1.68?52m 因此，2h后的滤液2 1

2

（3） 操作时间缩短1h，则：

V222kA2?P1?s?2?21??? 221?sV12kA?P?1?2所以，V2?V10.5?28.3m3

（4）求洗涤时间

采用横穿流法洗涤，用下式计算：

dV1KA2V40)w????2.5m3/h (d?42V8?8?2 洗水为5m3，则洗涤时间：

?w?

Vw5??2h

(dV/d?)w2.53-2 密度为1116kg/m3的某种悬浮液，于400mmHg的真空度下用小型转筒过滤机做实验，测得过滤常数

K?5.15?10?6m2/s 。现用一直径为1.75m、长0.98m的转筒真空过滤机进行生产操作。操作时与

试验条件相同。转速n=1r/min，转筒沉浸角度为125.5o滤布阻力忽略。试计算过滤机的生产能力。

解：转筒过滤面积为：

A??Dl?3.14?1.75?0.98?5.38m2

转筒沉浸度为：?则生产能力：

?125.5?/360??0.349

Q?60nKA260??465AKn?n第四章

?465?5.385.15?10?6?1?0.349?3.35m3/h4-1 在一单壳程、四管程的列管换热器中，用水冷却热油。冷水在管内流动，进口温度为15℃，出口温度为32℃；油的进口温度为120℃，出口温度为40℃。试求两流体间的平均温度。（已知当

R?t2?t1T1?T2校正系数??t?0.33，?3.12，P?T1?t1t2?t1?0.81；R=4.71，P=0.162，

??t?0.89）

解：此题为简单折流时流体的平均温度差，因此先按逆流计算?tm，即：

120)' ? ? ? t 2 ? ? t 1 ? ( ? 32 ) ? ( 40 ? 15 （℃）tm?50

?t2120?32 lnlnT1?T2120?40R???4.71

t2?t132?15

3

?t140?15

P?所以，??tt2?t132?15??0.162

T1?t1120?15'?t????t?0.89，m?tm?0.89?50?44.5（℃）

4-2 某日化厂一列管式换热器有?25?2mm的不锈钢管136根组成，平均比热为4.187kJ/kg·℃的某溶液在管程作湍流流动，流量为15000kg/h，并由15℃加热到100℃，温度为110℃的饱和蒸汽走壳程。已知单

2??523W/m?℃，程时管壁对溶液的对流传热系数1蒸汽对管壁的对流传热系数?2=11630W/m·℃，

2

2

?(?u)0.8钢管的导热系数?=41 W/m·℃，垢层热阻忽略不计（已知1?Ad0.2）。试求： （1）管程为单程时的列管长度； （2）管程为4程时的列管长。

解：（1）管程为单程时的列管长

据热量衡算式可得其换热量为：

Q?WcCpc(t2?t1))?(15000/3600)?4187(100?15)?1482896W

总传热系数：

K?1/(1????1)?1/(1?0.002?1)?488.87（℃）

1??25234111630平均温度差：?tt1??t2m???(110?15)?(110?100)ln?t?37.28（℃）

1110??tln152110?100传热面积：A?n?dmL?136?3.14?0.023L?9.822L m2 ? Q?KA?tm?K?tm?9.822L

? L?Q/K?tm?9.822?1482896/488.87?37.28?9.822?8.28m（2）求管程为4程时的列管长

?(?u)0.80.8'(?4u)1?Ad0.2，则?1?Ad0.2

所以：?'1?40.8?1?3.03?523?1584.69W/m2·℃ 故

K'?1/(1110?'??1???)?1/(?.002?1)21584.694111630

?1306.75A'?34?3.14?0.023L'?2.45548L'

4

? L'?Q/K'?tm?2.45548 ?1482896/1306.75?37.28?2.45548?12.39m

L'12.39L???3.1 (m) 因为分为4程，所以每程长度为：

44第五章

5-1在单效蒸发器中，将15%的CaCl2水溶液连续浓缩到25%。原料液流量为20000kg/h，温度为75℃。

蒸发操作的平均压强为0.5kgf/cm2，溶液的沸点为87.5。加热蒸汽绝压为2.0 kgf/cm2。若蒸发器的总传热系数K为1000W / m·℃，热损失为蒸发器传热量的5%，试求蒸发器的传热面积A和加热蒸汽消耗量D。

2

解： 根据下式可求得水分蒸发量W，即

W = F( 1－x0/x1) = (20000/3600)(1－0.15/0.25) = 2.22kg/s 蒸发器的热负荷可用下式求得

Q?D??FCp0(t1?t0)?W?'?QL

Cp0 =Cpw(1-x0) = 4.187(1-0.15) = 3.56kJ / kg·℃ 查表得0.5 kgf/cm2下饱和蒸汽的汽化潜热γ＇=2305 kJ / kg；且知：QL=0.05Q，t1= 87.5℃，t0=75℃，则得

Q= 1.05[FCp0(t1－t0)+Wγ＇] =1.05[(20000/3600)×3.56×103×(87.5-75)+2.22×2305×103] = 5.632×106W

又从蒸汽表中查得2 kgf/cm2下饱和蒸汽温度为119.6℃，汽化潜热为2206kJ/kg，则根据下式可求得该蒸发器的传热面积:

A=Q/K(T-t1) = 5.632×106/1000(119.6－87.5) = 175.5 m2 则加热蒸汽消耗量为

D = Q /γ = 5.632×106/2206×103=2.55kg/s = 9180kg/h

5-2 在三效并流加料蒸发操作中，将10.6%(质量)NaOH水溶液浓缩至30%的NaOH水溶液，加料量为24000 kg/h。试求总蒸发量、各效的蒸发量及各效溶液的浓度。

解： 已知：F =24000 kg/h ，x0 = 10.6%，x3 =30% (1)求总蒸发量 根据下式可求得总蒸发量W，即

W = F( 1－x0/x3) = 24000(1－0.106/0.30) = 15500 kg/h

(2)求各效的蒸发量Wi，根据经验，并流时各效的蒸发量之间的比例关系约为： W1∶W2∶W3 = 1∶1.1∶1.2 且知 W = W1+W2+W3 = 15500 kg/h 将(1)、(2)两式联立求解，可得：

W1=4700 kg/h W2=5160 kg/h W3=5640 kg/h

(3)求各效溶液的浓度，由下式可依次求得各效溶液的浓度(质量分率)为 第一效溶液浓度 x1?Fx024000?0.106??13.2%

F?W124000?4700第二效溶液浓度 x2?

Fx024000?0.106??18%

F?W1?W224000?4700?51605

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