制藥工程原理前三章答案

1、第一章 流體流動(dòng)習(xí)題答案1.試計(jì)算空氣在真空度為41.3kPa及40oC時(shí)的密度。（79%的N2和21%的O2）解：絕壓P大氣壓真空度101.33-41.3=60.03kPaM平=79%×28+21%×32=28.84kg/kmol2.某蒸汽壓力表上的讀數(shù)為167kPa,當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)大氣壓計(jì)的讀數(shù)為100kPa，試查出蒸汽的飽和溫度.(查教材附錄飽和水蒸氣表)。解:蒸汽絕壓=大氣壓+表壓=167+100=267kPa 查飽和水蒸氣表,蒸汽的溫度約為1303.如本題附圖所示,測(cè)壓管分別與三個(gè)設(shè)備A,B,C相連通,連通管的下部是水銀,其密度為13600kg/m3,上部是水,其密度為

2、1000kg/m3,三個(gè)設(shè)備內(nèi)的水面在同一水平面上.問(wèn):(1)1、2、3三處壓力是否相等？（2）4、5、6三處壓力是否相等？（3）若h1100mm，h2200mm，且知設(shè)備A直接通大氣（大氣壓力為101.33kPa）。求B、C兩設(shè)備內(nèi)水面上方的壓力。解(1)，因1.2.3三點(diǎn)的截面之間不屬于同一種連續(xù)的流體.(2) ,因4.5.6三點(diǎn)的截面之間處于屬于同一種靜止的,連通的,連續(xù)的流體.(3)若求,先找等壓面.由(2)知, ,由此三點(diǎn)列靜力學(xué)方程并設(shè)1、2、3三點(diǎn)到液面的距離為H。A點(diǎn)與大氣相通，則推導(dǎo)出 4比壓計(jì)中水銀面的高度差h=0.36m,其它液體為水。A、B兩容器高度位置差為1m，如圖所

3、示，試求A、B兩容器中心處壓力差PA-PB.解：找等壓面列靜力學(xué)方程。由圖示知等壓面有：設(shè)A點(diǎn)到1點(diǎn)垂直距離為H；則 則 而 則 5.如圖所示，用真空計(jì)測(cè)得封閉水箱液面上的真空度為0.98kN/m2,敞口油箱中油面比水箱水面低H=1.5m,水銀比壓計(jì)的讀數(shù)為h1=5.61m，h2=0.2m。求油的密度。解： 找等壓面列靜力學(xué)方程:由圖示知， 則6如圖所示，密度為850kg/m3的料液從高位槽送入塔中,高位槽內(nèi)的液面恒定,塔內(nèi)表壓力為9.807×103Pa,進(jìn)料量為5m3/h,連接管為38×2.5mm的鋼管，料液在連接管內(nèi)流動(dòng)的能量損失為30J/kg,問(wèn)高位槽內(nèi)的液面應(yīng)比塔的

4、進(jìn)料口高出多少米?解：以高位槽液面為1-1,以虹吸管出口內(nèi)側(cè)為2-2，并以2-2為基準(zhǔn)水平面0-0。在1-1及2-2間列柏努利方程因：z2=0，Pm1=0(表壓)；Pm2=9.807×103Pa(表壓)；外加功We=0, um1=0則因此，高位槽內(nèi)的液面應(yīng)比塔的進(jìn)料口高4.37m，才可正常工作。7. 如圖所示,用離心泵把20的水從儲(chǔ)槽送至水洗塔的頂部,槽內(nèi)水位維持恒定,個(gè)部分相對(duì)位置如圖所示。管路的直徑均為76×2.5mm，在操作條件下，泵入口處真空表的讀數(shù)為24.66×103Pa。水流經(jīng)吸入管和排出管(不包括噴頭)的能量損失分別按hf12u2和hf112u2計(jì)算

5、，u為吸入管和排出管中流體的流速，排水管與噴頭連接處的壓力為98.07×103Pa(表壓),試求泵的有效功率。解：列兩次柏努利方程.現(xiàn)以水槽液面為1-1截面,以泵吸入口為2-2截面,液面為基準(zhǔn)水平面列柏努利方程.再以水槽液面為1-1截面,以噴嘴前為2-2截面,液面為基準(zhǔn)水平面列柏努利方程.8如圖所示之文德利管，已知d1150mm，d2100mm，水銀比壓計(jì)h200mm，若不計(jì)流動(dòng)阻力損失，求流量。解:在1點(diǎn)和2點(diǎn)之間列柏努利方程因由連續(xù)性方程知9一圓管輸送10的水，流量為30cm3/s,若在L=15m的管路上測(cè)得水的壓頭損失hf=20mmH2O,設(shè)流動(dòng)狀態(tài)為層流,求管道直徑。解：圓管

6、直徑為D, 10則流速 假設(shè)為層流由 D=1.87×10-2m=18.7mm 選管22×1.5mm無(wú)縫鋼管,D=19mm核算假設(shè)層流成立選管：22×1.5mm10當(dāng)流 體以15m3/h的流量在10m長(zhǎng),規(guī)格為89×4.5mm的水平無(wú)縫直圓管內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí),試計(jì)算其壓頭損失和壓力損失,并判斷流體的流動(dòng)類型。（流體的密度800kg/m3;粘度0.002PaS;取0.03,g=9.81m/S2）。解：11如圖所示兩個(gè)敞口容器位置，輸送20的二氯乙烷2m3/10min，試求泵所提供的有效壓頭。已知：二氯乙烷粘度8.3×104Pa.s，密度1250kg/m

7、3,z1=2m,z2=14m,管長(zhǎng)共20m, 管子規(guī)格59×3mm，管路上裝有900標(biāo)準(zhǔn)彎頭10個(gè),全開閘門2個(gè),單向閥1個(gè)(取2.0),e取0.3mm.解：以儲(chǔ)罐的液面為1-1´，以高位槽液面為2-2´，以1-1´為基準(zhǔn)水平面。列柏努利方程 因Pm1=Pm2=Pa um1um20 Z2-Z1=12m 則He=( Z2-Z1)+Hf=12hf 阻力計(jì)算管長(zhǎng)L=15m 管經(jīng)：D=53mm 流速： 管件：全開閘閥2個(gè)，Le=2×0.35=0.7m 標(biāo)準(zhǔn)彎頭10個(gè), Le=10×1.6=16m 則Le=16.7m 單向閥 查表吸=0.032

8、 阻力損失： 則He=12+Hf=12+2.924=14.924m12一圓管輸送未知粘度的液體，液體的密度為1050kg/m3，流量為0.15m3/h, 管子的規(guī)格為57×3.5mm.若在管長(zhǎng)L=15m的管長(zhǎng)上測(cè)得流體的壓頭損失20mm液柱,若假設(shè)流體的流動(dòng)型態(tài)為滯流,試計(jì)算液體的粘度并驗(yàn)證流動(dòng)型態(tài).解： 流速 假設(shè)為層流由 核算假設(shè)層流成立13.用管道輸送液體，輸液直圓管為76×3mm新無(wú)縫鋼管，輸液量qV =25m3/h，所送液體的運(yùn)動(dòng)粘度 = 0.6×10-6m2/s，密度=820kg/m3。試求直圓管每米管長(zhǎng)的壓力降。(e取0.2mm)解：查表, 14 .

9、在20下將濃度95%乙醇從低位貯槽中用泵送至高位貯罐中，泵入口管路為57×3.5mm的無(wú)縫鋼管1m，泵出口管路由38×3mm的無(wú)縫鋼管9m、出口管路上裝有一個(gè)全開的截止閥和一個(gè)90º標(biāo)準(zhǔn)彎頭。管路入口在低位貯槽液面以下2m，低位貯槽內(nèi)液體表面壓力為大氣壓力，管路出口在低位貯槽液面以上5m，管路出口表壓力為20kPa，若流量維持在10m3/h，求泵需提供的有效功率。（20濃度95%乙醇的密度=804kg/m3，=1.4×10-3Pa·s，e取0.2mm）。解：以儲(chǔ)罐的液面為1-1´，以出口內(nèi)側(cè)為2-2´，以1-1´為

10、基準(zhǔn)水平面。列柏努利方程 因Pm1=Pa;Pm2=Pa +20000Pa; um10 Z2-Z1=5m則 吸入管阻力計(jì)算管長(zhǎng)L吸=1m; 進(jìn)口 管經(jīng)：D吸=50mm 而 查表吸=0.031 阻力損失： 排出管: 管長(zhǎng)9m管32mm流速：m/s管件：1個(gè)全開截止閥11m1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭1mLe排=12m 查表排=0.034則 則hf=hf吸+ hf排=1.121+133.25=134.371J/kg則Pe=We·qV.=213.27×804×10/3600=476.3W 習(xí)題14圖 15.若流體在等厚等直徑垂直直圓管中穩(wěn)定流動(dòng),試推導(dǎo)一下流動(dòng)阻力的計(jì)算公式范寧公式。解：

11、一段等直垂直圓管，管徑D，管長(zhǎng)L，流速um，壓力pm，壁面切應(yīng)力w。設(shè)流體由上向下穩(wěn)定流動(dòng)，沿流體流動(dòng)方向取兩個(gè)截面，在1-1及2-2 截面間列柏努利因Z1=L，Z20， um1=um2, He=0,Hf為直管阻力；則 受力分析:推動(dòng)力=（p1p2） A=P D2 (方向向下)流動(dòng)阻力=F=w受力面積=wDL (方向向上)重力g.L.D2(方向向下)當(dāng):阻力=推動(dòng)力+重力時(shí)達(dá)穩(wěn)定流動(dòng) PD2+g.L.D2=wDL 則 上下同乘 則 令 則 叫摩擦因數(shù)或達(dá)西摩擦因子,無(wú)量綱.則范寧公式為 第二章 輸送機(jī)械習(xí)題1、 有一臺(tái)離心泵的揚(yáng)程H為20m；流量為10.2L/s；軸功率N為2.5kw，試計(jì)算該

12、泵的總效率。(密度取1000kg/m3)解:2 某離心泵用200C水做性能實(shí)驗(yàn)，測(cè)得流量為540m3/h，泵出口壓力表讀數(shù)為34.3×104Pa；泵入口真空表讀數(shù)為2157.5Pa，壓力表和真空表測(cè)壓截面間的垂直距離為350mm，吸入管和壓出管內(nèi)徑分別為350mm和310mm，電動(dòng)機(jī)的功率消耗為60kw,電動(dòng)機(jī)的效率為95%,試求對(duì)應(yīng)此流量泵的揚(yáng)程、軸功率及效率。解：以真空表入口為1-1，壓力表出口為2-2，基準(zhǔn)水平面取吸入口中心線，列柏努利方程: 忽略Hf Z2-Z1=0.35m ; 20時(shí)水的=998.2kg/m3則 則He=35.68m 也即H=35.68m電動(dòng)機(jī)輸出功率=電動(dòng)

13、機(jī)輸入功率×電動(dòng)機(jī)效率=60kw×95%=57kw電動(dòng)機(jī)輸出功率=軸功率P=57kw（按傳動(dòng)100%計(jì)算） 3.用20清水在2900r/min下進(jìn)行離心泵性能實(shí)驗(yàn)，泵的吸入管為57×3.5mm, 泵的排出管為45×2.5mm。經(jīng)測(cè)定泵的吸入口處的真空度為40kPa. 泵的排出口處的表壓力為80kPa. 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)為13m³/h，兩測(cè)壓口間的垂直距離為0.5m，試計(jì)算離心泵的揚(yáng)程及有效功率。解：以真空表入口為1-1，壓力表出口為2-2，基準(zhǔn)水平面取吸入口中心線，列柏努利方程: 忽略Hf Z2-Z1=0.5m ; 20時(shí)水的=998.2kg/

14、m3則 則He=13m 也即H=13m 4已知某離心泵流量為20m3/h，對(duì)應(yīng)該流量的允許吸上真空度HS為7.2m，吸入管內(nèi)徑50mm，吸入管路的阻力損失約0.2mH2O（設(shè)氣蝕前泵流量不變）。用該泵從水井抽水，井中水面漸漸下降，問(wèn)水面下降到離泵中心軸線幾米處，泵開始發(fā)生氣蝕？解: 水面下降到離泵中心軸線6.59m以下，泵有可能發(fā)生氣蝕.5用離心泵從真空度為360mmHg的儲(chǔ)槽往高位反應(yīng)器內(nèi)輸送液體,所選泵的必需氣蝕余量為4.5m,液體的密度為900kg/m3,輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓為200mmHg,吸入管路的流動(dòng)阻力損失為0.2m.求泵的安裝位置,若儲(chǔ)槽為敞口,則泵的安裝位置又如何?。解

15、：(1)hhr+0.54.5+0.55m 泵應(yīng)安裝在液面以下2.18m，(2)。hhr+0.54.5+0.55m 泵應(yīng)安裝在液面以上3.26m以下，第四章 過(guò)濾與沉降作業(yè) 1用小型板框壓濾機(jī)對(duì)某種濾漿進(jìn)行恒壓過(guò)濾實(shí)驗(yàn)，測(cè)得數(shù)據(jù)列于下表：過(guò)濾時(shí)間t(s)01233025378301179濾液體積v(1)01020304050過(guò)濾推動(dòng)力為0.2MPa,過(guò)濾面積為0.1m2,試求恒壓過(guò)濾方程式(q+qe)2=K(t+te)中的過(guò)濾常數(shù)k.qe.te。解： 單位面積濾液量（m3/m2）q 00.010.020.030.040.05過(guò)濾時(shí)間（s） 012.330.253.783117.9 （m3/m2）

16、0.0050.0150.0250.0350.045q值（m3/m2）0.010.010.010.010.01t值（s）12.317.923529.334.9值12301790235029303490用數(shù)據(jù)做圖：圖求得斜率（查圖）： 求得 2在恒壓下對(duì)某種懸浮液進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾機(jī)過(guò)濾面積為0.6m2，過(guò)濾10分鐘得濾液0.12m3,再過(guò)濾10分鐘又得濾液0.06m3，如果繼續(xù)過(guò)濾10分鐘，可再得多少濾液？解：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得，t110min600時(shí)， t21010min20min1200s時(shí)，將上面兩組數(shù)據(jù)代入恒壓過(guò)濾方程q22qqeK t，得：0.222×0.2×qeK×

17、;6000.322×0.3×qeK×1200聯(lián)立以上二式，解得：qe0.05m3m2 K1×104 m2s本題條件下的恒壓過(guò)濾方程為：q22×（0.05）q1×104 t整理，得： q20.1q1×104 t當(dāng)t330min1800s時(shí)，代入恒壓過(guò)濾方程： q320.1q31×104×1800解得：q30.377 m3m2 V3q3 A0.377×0.60.2262m3再過(guò)濾20分鐘得濾液量 V為： V0.2262（0.120.06）0.0462m33于0.4MPa（表壓）恒壓下測(cè)得某懸浮液的過(guò)

18、濾常數(shù)K=5.1×10-5m2/sqe=0.0126m3/m2，又測(cè)得濾餅體積與濾液體積之比v為0.02m3/m3,現(xiàn)擬用一臺(tái)BAS20/528-25型板框壓濾機(jī)處理這種懸浮液,所用濾布及操作條件與實(shí)驗(yàn)時(shí)相同。（1）試計(jì)算濾框充滿濾餅時(shí)的過(guò)濾時(shí)間及獲得的濾液量；（2）若濾餅不需洗滌，每次卸渣、重裝等輔助操作需12mim，試計(jì)算此板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力（濾液是產(chǎn)品）；（3）若每次過(guò)濾完畢用相當(dāng)于濾液體積1/10的清水洗滌濾餅，洗水粘度與濾液相同，過(guò)濾推動(dòng)力不變，求洗滌濾餅所需時(shí)間及這臺(tái)板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力；解：（1）teqe2k0.012625.1×1053.11 s恒壓過(guò)濾方

19、程：（q0.0126）25.1×105（t3.11）濾板數(shù)20/0.528×0.528×236塊；濾框數(shù)37個(gè)濾框總?cè)莘e0.5282×0.025×370.2579m3總過(guò)濾面積0.5282×2×3620.07m2濾框充滿濾餅時(shí)獲得濾液體積V濾框總?cè)莘eV0.25790.0212.894m3qV/A12.89420.070.6424m3m2將q值代入恒壓過(guò)濾方程，即可解得t：（0.64240.0126）25.1×105（t3.11） t8409.14s（2）生產(chǎn)能力（3）3于0.4MPa（表壓）恒壓下測(cè)得某懸浮液的過(guò)濾

20、常數(shù)K=5.1×10-5m2/sqe=0.012m3/m2，又測(cè)得濾餅體積與濾液體積之比v為0.03m3/m3,現(xiàn)擬用一臺(tái)BAS20/528-25型板框壓濾機(jī)處理這種懸浮液,所用濾布及操作條件與實(shí)驗(yàn)時(shí)相同。（1）試計(jì)算濾框充滿濾餅時(shí)的過(guò)濾時(shí)間及獲得的濾液量；（2）若濾餅不需洗滌，每次卸渣、重裝等輔助操作需10mim，試計(jì)算此板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力（濾液是產(chǎn)品）；（3）若每次過(guò)濾完畢用相當(dāng)于濾液體積1/10的清水洗滌濾餅，洗水粘度與濾液相同，過(guò)濾推動(dòng)力不變，求洗滌濾餅所需時(shí)間及這臺(tái)板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力；解：（1）teqe2k0.01225.1×1052.82 s恒壓過(guò)濾方程：（

21、q0.012）25.1×105（t2.82）濾板數(shù)20/0.528×0.528×236塊；濾框數(shù)37個(gè)濾框總?cè)莘e0.5282×0.025×370.2579m3總過(guò)濾面積0.5282×2×3620.07m2濾框充滿濾餅時(shí)獲得濾液體積V濾框總?cè)莘eV0.25790.038.6m3qV/A8.620.070.4285m3m2將q值代入恒壓過(guò)濾方程，即可解得t：（0.42850.012）25.1×105（t2.82） t3801.9s（2）生產(chǎn)能力（3）4用間歇式過(guò)濾機(jī)進(jìn)行恒壓過(guò)濾操作，測(cè)得過(guò)濾常數(shù)k=4.18×10-5m2/s,qe= 0.026m3/m2,在同樣條件下進(jìn)行生產(chǎn),每一循環(huán)的過(guò)濾時(shí)間為45mim,其他輔助時(shí)間為15mim,要求生產(chǎn)能力為6m3/h.試計(jì)算:（1）所需過(guò)濾面積；（2）若采用濾框尺寸為528&