化工单元操作与控制习题集顾晓吴，郑剑编健雄职业技术学院化学工程与生物技术系化工技术工程中心目录项目一输送系统的操作与设计 (1)项目二换热系统的操作与控制 (9)项目三过滤设备的操作与控制 (19)项目四干燥设备的操作与控制 (21)项目五蒸馏系统的操作与控制 (28)项目六吸收系统的操作与控制 (37)项目七萃取系统的操作与控制 (49)习题1 附图12h 1项目一 输送系统的操作与设计1． 根据附图所示的双液体U 管压差计的读数，计算设备中气体的压力，并注明是表压还是绝压。

已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为920 kg/m 3和998 kg/m 3，压差计的读数R ＝300mm 。

两扩大室的内径D 为60mm ，U 管的内径d 为6mm 。

解：已知d=6mm, D=60mm, R=300mm=0.3m, ρ水=998kg/m 3, ρ液=920kg/m 3。

由U 型管压力计可知，右边的液面较左面的液面高度差为 mmm D d R h 3003.04/601463004/142222==⋅⋅⋅⋅=⋅⋅=ππππ()()).6Pa(256300.081.99203.09.81920998gh gR 表压油油水=⨯⨯+⨯⨯-=+-=∴ρρρP2． 为了排出煤气管中的少量积水，用附图所示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排出。

已知煤气压力为10kPa （表压），试求水封管插入液面下的深度h 。

解：已知P=10Kpa ，ρ=998kg/m 3，由公式gh P ρ=可知：02m .19.8)/(9981010g /P h 3=⋅⨯==ρ3． 硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。

已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。

解：已知V s =9 m 3/h, ρ=1831 kg/m 3, d 1=76mm-4mm ⨯2=68mm=0.068m,d 2=57mm-3.5mm ⨯2=50mm=0.05m, 故可得(1) 4.58kg/s 16479kg/h 18319V m m s s2s1==⋅=⋅==ρ (2)689m/s .0h /4m .24794/068.0.14394/d V u 221s s1==⋅==π 27m/s .1h /7m .45834/05.0.14394/d V u 222s s2==⋅==π (3))/(8.12614/068.014.3 4.584/m m G 2221s11s11s m kg d A ⋅=⋅===π )/(8.23334/05.014.3 4.584/m m G 2222s22s22s m kg d A ⋅=⋅===π 4． 在兰州操作的苯乙烯真空精馏塔顶的真空表读数为80×103 Pa ，在北京操作时，若要求塔内维持相同的绝对压强，真空表的读数应为多少？兰州地区的平均习题2 附图大气压强为85.3×103 Pa ，天津地区的平均大气压强为101.33×103 Pa 。

解：已知P 01=85.3⨯103Pa ，P 02=101.33⨯103Pa ，P 真1=80⨯103Pa ；所以Pa 105.31080-103.85333101011⨯=⨯⨯=-=⇒-=真绝绝真P P P P P P Pa 1096.03105.3-1033.101333022⨯=⨯⨯=-=绝真P P P 5． 某设备的进、出口压强分别为1200mmH 2O （真空度）和1.6at （表压）。

若当地大气压为760mmHg ，求此设备进、出口的压强差。

（用SI 制表示） 解：已知P 0=101.33kPa=101.33⨯103Pa, h 真=1200mm=1.2m ，P 表=1.6at=1.6⨯101.33⨯103=162.13⨯103Pa; ρ=103kg/m 3。

kPa P P 89.57Pa 1089.5712008.910001033.101gh 3301=⨯=⋅⋅-⨯=-=真ρ k P a Pa P P P 46.26310263.4610162.131033.10133302=⨯=⨯+⨯=+=表k P a Pa P 88.1731088.7311057.891046.263333=⨯=⨯-⨯=∆6．敞口容器内装有3.5m 深的油，该油的密度为920kg/m 3，求容器底部的压力?解：已知P 0=101.33kPa=101.33⨯103Pa, h =3.5m ，ρ=920kg/m 3，故 132.88kPa Pa 10132.885.38.99201033.101gh 330=⨯=⋅⋅+⨯=+=ρP P 7． 用附图所示的U 形管压差计测量管道A 点的压强，U 形管压差计与管道的连接导管中充满水。

压差计内指示液为汞，读数R =120mm ，当地大气压为101.3kPa 。

试求A 点的绝对压强。

解：已知 P 0=101.33kPa=101.33⨯103Pa, h =3.5m ， ρ水=1000kg/m 3，ρ汞=13600kg/m 3， R=120mm=0.12m ， h 1=1.2-R=1.2-0.12=1.08m 。

由图可知，11A gh 水ρ+=P P gR P P P P 汞ρ+===0321kPaPa gRP P 127910127912.08.91360008.18.910001033.101gh 3310A =⨯=⨯⨯+⨯⨯+⨯=++=∴汞水ρρ阿 8． 如附图所示，用一倒U 形管压差计测定输水管AB两点间的压差，指示剂为空气，读数为300mm ，试计算A 、B 两点的压差为多少？解：已知ρ水=1000kg/m 3，R=300mm=0.3m ，()PagR gR P 31094.23.08.91000⨯=⋅⋅=≈-=∆水空水ρρρ9． 如附图所示，用U 形管压差计测量密封容器中液体上方的压力。

已知液体的密度为1000kg/m 3，压差计内指示液为汞，h =3m ，h 1=1.3m ，h 2=1m ，当地大气压为101.3kPa 。

求液面上方的表压和绝压各为多少？P 1 P 2 P 3题7 附图习题8附图解：已知ρ水=1000 kg/m 3，ρ汞=13600 kg/m 3，h 1=1.3m ，h 2=1m ，h =3m ，P 0=101.3kPa=101.3⨯103Pa ； 由图可知21P P =()21h -h g 水ρ+=P P ()2102h -h g 液ρ+=P P ()()Pa107.121)13(9.81000)13.1(9.81360010101.3h -h g h -h g 332210⨯=-⨯⨯--⨯⨯+⨯=-+=∴水汞ρρP P 10． 如图所示的混合式蒸汽冷凝器中，器内真空度为82kPa ， 求大气腿内的水柱高度H 为多少米？解：已知ρ=1000kg/m 3，P 真=82kPa=82⨯103Pa ； 由图可得，真真P P P P P =--=∆)(0037m .8)8.9/(10001082g /3=⨯⨯=∆=∴ρP h11． 某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如图所示。

测得R 1 =400mm ，R 2 =50mm ，指示液为水银。

为防止水银蒸气向空间扩散，在右侧的U 管与大气连通的玻璃 管内灌入一段水，其高度R 3 =50mm 。

求A 、B 两处的表压强。

解：已知P 0=101.33kPa=101.33⨯103Pa, R 1 =400mm=0.4m ，R 2 =50mm=0. 05m ，R 3 =50mm=0.05m ，ρ水=1000kg/m 3，ρ汞=13600kg/m 3， 由图可知：)Pa(1067.1305.08.91360005.08.91000gR gR 3231表压汞水⨯=⨯⨯+⨯⨯=+==ρρP P A 53.31kpaPa 1031.535.08.9136001013.67gR gR B 3311B 1B 21的真空度为汞汞P P P P P P ∴⨯-=⨯⨯-⨯=-=∴+==ρρ12． 密度为1820kg/m 3的硫酸，定态流过内径为50mm 和68mm 组成的串联管路，体积流量为150 l/min 。

试求硫酸在大管和小管中的质量流量kg/s 和流速m/s ？解：已知ρ硫酸=1820kg/m 3， d 1=50mm=0.05m ， d 2=68mm=0.068m ， V s =150L/min=2.5⨯10-3m 3/s习题9附图P 1P 2习题11附图P 2P 1习题10附图s m d V u s /23.14/05.014.3105.24/23211=⋅⨯==-πs kg V m m s s s /55.4102.51820-321=⨯⨯=⋅==硫酸ρ13． 如图所示，甲烷以1700m 3/h 的流量流过管路，管路是内径从200mm 逐渐缩小到100mm ，在粗细两管上连有一U 形管压差计，指示液为水。

甲烷通过管路时，U 形管压差计的读数为多少毫米？（设甲烷与水的密度分别为1.43kg/m 3和1000kg/m 3，甲烷的流动阻力损失可忽略不计）。

解：已知V s =1700m 3/h=0.472m 3/s ， d 1=200mm=0.2m ， d 2=100mm=0.1m ， ρ水 =1000kg/m 3， ρ甲烷 =1.84kg/m 3，所以可知s m d V u s /0.154/2.014.3472.04/221=⋅==π , s m d V u s /2.604/1.014.3472.04/2222=⋅==π; 由图可知，A ，B 点的压强相同，故可得gR gR ,21B A 2B 1A 水水，ρρ+=∴=+==P P P P P P P PgP P R 水ρ21-=∴以1，2面列伯努利方程得：319mm 319m .08.9100084.120.1522.6022R 2221212222222122212122222111==⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=∴+=+∑+++=++g u u g P P P u P u W u p g Z u P g Z f 水甲烷水甲烷甲烷简化后得：ρρρρρρρ14． 如图所示，将25℃水由水池打入高位槽，槽的水平面高于池面50m ，管路阻力损失为2.14m ，流量为34m 3/h ，需外加多少有效功率才能达到目的? 解：已知V s =34m 3/h=0.0094m 3/s ，h f =2.14m ， ∆z =50m ， ρ=998m 3/h 。