化工原理例题PPT.ppt

解解分凝器流程举例分凝器流程举例分凝器流程直接蒸汽加热的回收塔流程举例直接蒸汽加热的回收塔流程举例例例2如如图图所所示示，用用有有两两块块理理论论板板（包包括括塔塔釜釜）的的精精馏馏塔塔提提取取水水溶溶液液中中易易挥挥发发组组分分，饱饱和和水水蒸蒸汽汽S=50kmol/h由由塔塔底底进进入入，加加料料组组成成xF=0.2（摩摩尔尔分分率率，下下同同），温温度度为为20，F=100kmol/h，料料液液由由塔塔顶顶加加入入，无无回回流流，试试求求塔塔顶顶产产品品浓浓度度xD及及易易挥挥发发组组分的回收率。分的回收率。在在本本题题范范围围内内平平衡衡关关系系可可表表示示为为y=3x，液液相相组组成成为为x=0.2时时，泡泡点点为为80，比比 热热 为为 100kJ/kmol，汽汽 化化 潜潜 热热40000kJ/kmol。S=50kmol/hxF=0.2F=100kmol/h12y=3x20直接蒸汽加热的回收塔流程举例直接蒸汽加热的回收塔流程举例解解求塔顶产品浓度求塔顶产品浓度xD及易挥发组分的回收率及易挥发组分的回收率S=50kmol/hxF=0.2F=100kmol/h12y=3x20直接蒸汽加热的回收塔流程举例直接蒸汽加热的回收塔流程举例y=3x解：假设垂直小管中流体静止小管中的水自下而上流动小管中的水自上而下流动例1复杂管路的设计型问题举例 如如图图所所示示，某某厂厂计计划划建建一一水水塔塔，将将20水水分分别别送送至至第第一一、第第二二车车间间的的吸吸收收塔塔中中。第第一一车车间间的的吸吸收收塔塔为为常常压压，第第二二车车间间的的吸吸收收塔塔内内压压力力为为20kPa（表表压压）。总总管管为为 57 3.5mm的的钢钢管管，管管长长为为（30+z0）m，通通向向两两吸吸收收塔塔的的支支管管均均为为 25 2.5mm的的钢钢管管，管管长长分分别别为为28m和和15m（以以上上各各管管长长均均已已包包括括所所有有局局部部阻阻力力的的当当量量长长度度在在内内）。喷喷嘴嘴的的阻阻力力损损失失可可以以忽忽略略。钢钢管管的的绝绝对对粗粗糙糙度度可可取取为为=0.2mm。现现要要求求向向第第一一车车间间的的吸吸收收塔塔供供应应1800kg/h的的水水，向向第第二二车车间间的的吸吸收收塔塔供供应应2400kg/h的的水水，试确定水塔离地面至少多高才行？试确定水塔离地面至少多高才行？已知已知20 C水的黏度水的黏度Pa s，可用下式计算：可用下式计算：57 3.5mm（30+z0）25 2.5mm28m15m20kPa(表表)1800kg/h2400kg/h解：这是分支管路设计型问题，可沿两分支管路分别计算所解：这是分支管路设计型问题，可沿两分支管路分别计算所需的需的z0，从中选取较大者。从中选取较大者。总管：总管：通向吸收塔一的支路：通向吸收塔一的支路：通向吸收塔二的支路：通向吸收塔二的支路：为为计计算算满满足足吸吸收收塔塔一一的的供供水水量量水水塔塔应应处处的的高高度度，在在0-0面面和和1-1面间列机械能衡算方程：面间列机械能衡算方程：将有关数据代入得：将有关数据代入得：解之得：解之得：再再计计算算为为满满足足吸吸收收塔塔二二的的供供水水量量，水水塔塔应应处处的的高高度度，为为此此在在0-0面和面和2-2面间列机械能衡算方程：面间列机械能衡算方程：将有关数据代入得：将有关数据代入得：解之得：解之得：为了同时满足第一、二车间的供水要求，应取为了同时满足第一、二车间的供水要求，应取z0、z 0中较大者，即水塔离地面至少中较大者，即水塔离地面至少13.9m才行。实才行。实际操作时，第一车间供水量可通过关小阀门来调节。际操作时，第一车间供水量可通过关小阀门来调节。证明：（1）k1关小，则V1 减小。假设V不变V2、V3不变V变小，故假设不成立假设V变大V2、V3变小V变小，故假设不成立现将支路现将支路1上的阀门上的阀门k1关小，则下列流动参数将如何变化？关小，则下列流动参数将如何变化？(1)总管流量总管流量V、支管支管1、2、3的流量的流量V1、V2、V3；(2)压力表读数压力表读数pA、pB。例例2 复杂管路的操作型问题分析V2、V3变大pA变大、pB变小现将支路现将支路1上的阀门上的阀门k1关小，则下列流动参数将如何变化？关小，则下列流动参数将如何变化？(1)总管流量总管流量V、支管支管1、2、3的流量的流量V1、V2、V3；(2)压力表读数压力表读数pA、pB。例例2 复杂管路的操作型问题分析 如图所示，从自来水总管接一管段如图所示，从自来水总管接一管段AB向实验楼供水，向实验楼供水，在在B处分成两路各通向一楼和二楼。两支路各安装一球形处分成两路各通向一楼和二楼。两支路各安装一球形阀，出口分别为阀，出口分别为C和和D。已知管段。已知管段AB、BC和和BD的长度的长度分别为分别为100m、10m和和20m（仅包括管件的当量长度），管（仅包括管件的当量长度），管内径皆为内径皆为30mm。假定总管在。假定总管在A处的表压为处的表压为0.343MPa，不，不考虑分支点考虑分支点B处的动能交换和能量损失，且可认为各管段处的动能交换和能量损失，且可认为各管段内的流动均进入阻力平方区，摩擦系数皆为内的流动均进入阻力平方区，摩擦系数皆为0.03，试求：，试求：例3复杂管路的操作型问题举例解：在AC截面（出口内侧）列柏努利方程D阀关闭，C阀全开（）时，BC管的流量为多少？D阀全开，C阀关小至流量减半时，BD管的流量为多少？总管流量又为多少？解：在AD截面（出口内侧）列柏努利方程（不计分支点B处能量损失）其中对于分支管路，调节支路中的阀门（阻力），不仅改变了各支路的流量分配，同时也改变了总流量。但对于总管阻力为主的分支管路，改变支路的阻力，总流量变化不大。解得2在在右右图图所所示示的的输输水水系系统统中中，阀阀A、B和和C全全开开时时，各各管管路路的的流流速速分分别别为为uA、uB和和uC，现现将将B阀阀部部分分关关小小，则则各各管管路路流流速速的的变变化化应为应为_。写出分析过程。写出分析过程。AuA不变，不变，uB变小，变小，uC变小变小 BuA变大，变大，uB变小，变小，uC不变不变 CuA变大，变大，uB变小，变小，uC变小变小 DuA变小，变小，uB变小，变小，uC变小变小第一章习题第一章习题例例.高度的计算高度的计算30m160m21如图所示，有一粘度为1.7cP、密度为765kg/m3的液体，由一高位槽经直径1144mm的钢管流入一密闭容器中，密闭容器的表压为1.6 105Pa，流体在管内的流速为1.0m/s。如果两槽液面保持不变，且知阀门的当量长度为管内径的50倍，管子的相对粗糙度为0.002。求：两液面的垂直距离第一章习题第一章习题30m160m21解解：从：从1至至2面列机械能衡算式面列机械能衡算式p1=0，p2=1.6105Pa（表压）=765kg/m3，H=0u1=u2=0欲求（欲求（z1 z2），），只需求出只需求出 Hf即可即可查摩擦系数图可得=0.027第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题例例.流速流速的计算的计算如图所示，有一粘度为1.7cP、密度为765kg/m3的液体，由一高位槽经直径1144mm的钢管流入一密闭容器中，密闭容器的表压为1.6 105Pa，两槽液面的垂直距离为30m。如果两槽液面保持不变，且知阀门的当量长度为管内径的50倍，管子的相对粗糙度为0.002。求：管路中输水量的大小30m160m2130m第一章习题第一章习题解解：由机械能衡算式：由机械能衡算式-方方 程程（1）假设假设=0.02，带入方程（，带入方程（1）可得）可得u=2.107(m/s)查摩擦系数图可得=0.025第一章习题第一章习题再以再以=0.025带入方程（带入方程（1）可得）可得u=1.892(m/s)查摩擦系数图可得=0.0254，与=0.025基本相等。最终流速 u=1.892m/s第一章习题第一章习题例例.复杂管路复杂管路的计算的计算21OABpApB如如图图所所示示，某某化化工工厂厂用用管管路路1和和管管路路2串串联联，将将容容器器A中中的的盐盐酸酸输输送送到到容容器器B内内。已已知知容容器器A、B液液面面上上方方的的表表压压分分别别为为0.5MPa、0.1MPa，两两容容器器间间的的液液位位差差和和管管路路中中所所有有局局部部阻阻力力均均可可以以忽忽略略不不计计，管管壁壁绝绝对对粗粗糙糙度度=0.5mm。求：求：（1）该串联管路的输送能力；该串联管路的输送能力；（2）由由于于生生产产急急需需，管管路路输输送送能能力力要要求求增增加加50%，现现只只有有9根根管管路路3，问问用用管管路路3分分别别在在1和和2上上并并联联，哪哪个个方案可行？方案可行？管管 路路 1（57 2.5、长长50m）管管 路路 2（38 2.5、长长50m）管管 路路 3（38 2.5、长长6m）盐酸盐酸=2.0cP=1150kg/m3第一章习题第一章习题解：解：（1）在容器在容器A、B的液面间列机械能衡算式的液面间列机械能衡算式代入机械能衡算式整理得代入机械能衡算式整理得第一章第一章习习题题将式（将式（2）代入式（）代入式（1）并化简得）并化简得先假设先假设 1和和 2的初值，代入（的初值，代入（3）式得）式得u1，再代入（再代入（2）式得）式得u2由由u1和和u2分别计算分别计算Re1和和Re2，可计算得到可计算得到 1和和 2的新值，以新值代入（的新值，以新值代入（3）式重复计算，直至）式重复计算，直至前后计算获得的前后计算获得的 1和和 2的值基本一致为止，通过如此试差可得：的值基本一致为止，通过如此试差可得：第一章习题第一章习题u1=1.32m/su2=3.28m/s（2）方案一：在管路）方案一：在管路1上并联一管路上并联一管路3，其长也为，其长也为50m321OABpApB第一章习题第一章习题联联立立式式（1）、（4）和和（5），首首先先假假设设 1、2和和 3的的初初值值进进行试差计算，可得行试差计算，可得u1、u2和和u3的的数值数值方案二：在管路方案二：在管路2上并联一管路上并联一管路3，其长也为，其长也为50m，计算结果为计算结果为第一章习题第一章习题结论：方案二可行，方案一不可行。结论：方案二可行，方案一不可行。输送能力输送能力例例1用用离离心心泵泵将将江江水水送送至至高高位位槽槽。若若管管路路条条件件不不变变，则则下下列列参参数数随随着着江江面面的的下下降降有何变化？（设泵仍能正常工作）有何变化？（设泵仍能正常工作）泵的压头泵的压头H，管路总阻力损失管路总阻力损失Hf，泵出口处压力表读数，泵出口处压力表读数，泵入口处真空表读数。泵入口处真空表读数。管路特性曲线 平行上移VV H He a.采用调节出口阀门的方法采用调节出口阀门的方法节流损失泵特性曲线方程管路特性曲线方程b.采用调节转速的方法采用调节转速的方法VV 注意：注意：以下解法错误以下解法错误!，因为新旧工作，因为新旧工作点为非等效率点。点为非等效率点。泵特性曲线方程管路特性曲线方程如如图图所所示示，高高位位槽槽上上方方的的真真空空表表读读数数为为p，现现p 增增大大，其其它它管管路路条条件件不不变变，则则管管路路总阻力损失总阻力损失。A增大增大 B减减小小C不变不变 D不确定不确定例例1在在套套管管式式油油冷冷却却器器里里，热热油油在在 25 2.5mm的的金金属属管管内内流流动动，冷冷却却水水在在套套管管环环隙隙内内流流动动，油油和和水水的的质质量量流流量量皆皆为为216kg/h，油油的的进进、出出口口温温度度分分别别为为150和和80，水水的的进进口口温温度度为为20。油油侧侧对对流流传传热热系系数数为为1.5kW/m2K，水水侧侧的的对对流流传传热热系系数数为为3.5kW/m2K，油油的的比比热热为为2.0kJ/kgK，试试分分别别计计算算逆逆流流和和并并流流操操作作所所需需要要的的管管长长。忽忽略略污污垢垢热热阻阻及及管管壁壁导导热热热阻。热阻。水 t2 a1=3.5kW/m2K cp=4.187 kJ/kgK 216kg/h 油216kg/h T2=80 T1=150 cp=2.0 kJ/kgK，t1=20 a2=1.5 kW/m2K 习题课习题课逆流时：逆流时：(以外表面为基准)水 t2 a1=3.5kW/m2K cp=4.187 kJ/kgK 216kg/h 油216kg/h T2=80 T1=150 cp=2.0 kJ/kgK，t1=20 a2=1.5 kW/m2K 解一：LMTD法并流时：并流时：Q Q、t t2 2、K K与逆流时相同与逆流时相同(以外表面为基准以外表面为基准)水 t2 a1=3.5kW/m2K cp=4.187 kJ/kgK 216kg/h 油216kg/h T2=80 T1=150 cp=2.0 kJ/kgK，t1=20 a2=1.5 kW/m2K 解一：LMTD法结论：在相同条件下，结论：在相同条件下，解一：LMTD法逆流时：解二：-NTU法以热流密度最小的热流体为基准计算。代入式1得：(1)(以外表面为基准)前面已求得：解二：-NTU法并流时：代入式2得：解二：-NTU法例例2有有一一台台现现成成的的卧卧式式列列管管冷冷却却器器，想想把把它它改改作作氨氨冷冷凝凝器器，让让氨氨蒸蒸汽汽走走管管间间，其其质质量量流流量量950kg/h，冷冷凝凝温温度度为为40，冷冷凝凝传传热热系系数数 1=7000W/m2K。冷冷却却水水走走管管内内，其其进进、出出口口温温度度分分别别为为32和和36，污污垢垢及及管管壁壁热热阻阻取取为为0.0009m2K/W（以以外外表表面面计计）。假假设设管管内内外外流流动动可可近近似似视视为为逆逆流流。试试校校核核该该换换热热器器传热面积是否够用。传热面积是否够用。列管式换热器基本尺寸如下：列管式换热器基本尺寸如下：换热管规格换热管规格 25 2.5mm管长管长l=4m管程数管程数m=4总管数总管数N=272根根外壳直径外壳直径D=700mm附：氨冷凝潜热附：氨冷凝潜热r=1099kJ/kg34下水的物性：下水的物性：习题课习题课污垢及管壁热阻为污垢及管壁热阻为0.0009 m2K/W（以外表面计）以外表面计）LMTD法 1=7000kW/m2K污垢及管壁热阻为污垢及管壁热阻为0.0009 m2K/W（以外表面计）以外表面计）LMTD法LMTD法LMTD法例例3换热器的串联问题换热器的串联问题TsTst1t2t 双管程列管式饱和蒸汽Ts饱和水Ts冷却水t2冷却水t1t习题课习题课 冷凝冷却器饱和蒸汽Ts冷 水T2t2冷却水t1TsT2t1t2t习题课习题课