Контрольные задания по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии» (ПАХТ) (I часть) для студентов заочного отделения ХТОВ

При выполнении контрольных заданий студент должен решить пять задач в соответствии с номером своего варианта. Номер варианта устанавливается по последним двум цифрам номера зачетной книжки. Решение задач должно быть представлено подробно, с приведением поясняющих рисунков. При решении задач необходимо делать ссылки на литературные источники.

Таблица выбора вариантов

1. В полый куб с ребром a налита доверху жидкость плотностью ρ. Определить силы давления на дно и боковые грани куба.

2. В полый цилиндр высотой h и диаметром d доверху налита вода. Определить силы давления на дно и боковую поверхность цилиндра.

3. В цилиндрическое ведро диаметром d налита вода, занимающая объем V. Каково показание манометра р_изб на высоте h = 10 см от дна?

4. В колена U-образной трубки налита вода и спирт, разделенные ртутью. Уровень ртути в обоих коленах одинаков. Определить высоту столба спирта h₂, (ρ _спирта=800 кг/м³), если высота столба воды h₁.

5. В открытом резервуаре находится жидкость с относительной плотностью ρ. Манометр, присоединенный в некоторой точке к стенке резервуара, показывает давление р_изб. На какой высоте над данной точкой находится уровень жидкости в резервуаре?

6. Вакуумметр на барометрическом конденсаторе показывает вакуум, равный р_вак. Атмосферное давление р_атм. Определить: а) абсолютное давление в конденсаторе в Па и в кгс/см²; б) на какую высоту Н поднимается вода в барометрической трубе?

7. Манометр на трубопроводе, заполненном жидкостью, показывает давление р_изб. На какую высоту H над точкой присоединения манометра поднимается в открытом пьезометре жидкость, находящаяся в трубопроводе, если эта жидкость: а) вода; б) четыреххлористый углерод?

8. Пустую открытую бутылку опустили в воду на некоторую глубину, удерживая ее все время горлышком вниз, и отпустили. При этом бутылка не начала ни всплывать, ни тонуть, а оказалась в положении безразличного равновесия. Определить глубину погужения, если емкость бутылки V, а ее вес G. Давление атмосферы 760 мм рт.ст.

9. Кусок железа весит в воде G. Найти его объем, если удельный вес железа ρ = 7, 8 г/см³.

10. Алюминиевый и железный шары одинакового веса уравновешены в воздухе на рычаге. Нарушится ли равновесие, если шары погрузить в воду?

11. Алюминиевый и железный шары одинакового объема уравновешены в воздухе на рычаге. Нарушится ли равновесие, если шары погрузить в воду?

12. Полый шар, отлитый из чугуна, плавает в воде, погрузившись ровно наполовину. Найти объем V₁ внутренней полости шара, если масса шара m, а плотность чугуна ρ =7, 8 г/см³.

13. Запаянная с одного конца цилиндрическая трубка длиной l вертикально погружается открытым концом в воду до тех пор, пока ее запаянный конец не окажется на одном уровне с поверхностью воды. Когда температура воздуха в трубке и воды уравнялась, оказалось, что воздух стал занимать половину прежнего объема. Определить температуру воды, если начальная температура воздуха в трубке t. Атмосферное давление р_атм = 10⁵ Па.

14. Определить плотность азота в баллоне при температуре t, если манометр показывает давление р_изб. Универсальная газовая постоянная 8, 31· 10³ Дж/кмоль∙ гад. Молярная масса азота 28.

15. На малый поршень диаметром d ручного гидравлического пресса действует сила F = 589 Н. Пренебрегая потерями, определить силу, действующую со стороны большого поршня на прессуемое тело, если диаметр большого поршня D

16. Динамический коэффициент вязкости жидкости при t равняется μ = 30 мПа· с. Относительная плотность жидкости ρ. Определить кинематический коэффициент вязкости.

17. Найти динамический коэффициент вязкости азотоводородной смеси, содержащей 75% водорода и 25% азота (по объему), при t и атмосферном давлении. Динамическая вязкость азота μ = 17∙ 10^-6 мПа· с; водорода - μ = 9∙ 10^-6 мПа· с.

18. По трубам одноходового кожухотрубчатого теплообменника (число труб n=121, наружный диаметр труб 38 мм, толщина стенки 2 мм) проходит воздух при средней температуре t давлении (по манометру) р_изб2 ат со скоростью W. Барометрическое давление р_вак = 740 мм рт.ст. Плотность воздуха при нормальных условиях ρ = 1, 293 кг/м³. Определить: а) массовый расход воздуха; б) объемный расход воздуха при рабочих условиях; в) объемный расход воздуха при нормальных условиях.

19. Определить эквивалентный диаметр межтрубного пространства кожухотрубчатого теплообменника, состоящего из n труб диаметром 38× 2, 5 мм. Внутренний диаметр кожуха D.

20. Определить режим течения воды в кольцевом пространстве теплообменника типа «труба в трубе». Внутренняя труба теплообменника имеет диаметр 57× 3 мм, наружняя 96× 3, 5 мм, расход воды G, средняя температура воды t = 20 º C.

21. Определить характер движения воды в трубе диаметром 44, 5× 2, 5 мм при температуре t = 30 º C. Расход воды G; плотность воды при t = 30 º C ρ = 995 кг/м³, коэффициент динамической вязкости μ = 0, 8∙ 10^-3 мПа· с.

22. Определить режим течения метилового спирта в кольцевом пространстве теплообменника типа «труба в трубе». Внутренняя труба теплообменника имеет диаметр 44, 5× 2, 5 мм, наружняя 76× 3 мм, расход метанола G_m, при средней температуре t = 50 º C. Плотность метанола при t = 50 º C ρ = 765 кг/м³, коэффициент динамической вязкости μ = 0, 396∙ 10^-3 мПа· с.

23. Цилиндрический бак диаметром d = 1 м наполнен водой на высоту h = 2 м. Отверстие для истечения в дне бака имеет диаметр d ₀= 3 см. Определить время, необходимое для опорожнения бака. Коэффициент расхода для отверстия с незакругленными краями α.

24. Определить потерю давления на трение при протекании воды по латунной трубе диаметром 19× 2 мм, длиной l = 10 м. Скорость воды в трубе W. Коэффициент трения λ.

25. Определить потерю давления на трение в свинцовом змеевике, по которому проходит вода со скоростью W. Внутренний диаметр трубы змеевика d = 50 мм, коэффициент трения λ = 0, 045 6. Диаметр витка змеевика d_z = 800 мм. Число витков n.

26. По прямому горизонтальному трубопроводу длиной l = 150 м необходимо подавать G = 10 м³/ч жидкости. Допускаемая потеря напора Δ h = 10 м. Определить требуемый диаметр трубопровода, принимая коэффициент трения λ.

27. В напорный бак с площадью поперечного сечения S притекает вода. В дне бака имеется сливное отверстие. При установившемся течении расход через отверстие равен притоку и уровень воды устанавливается на высоте h = 1 м. Если прекратить приток воды, через τ = 100 с бак опорожнится. Определить приток воды в бак.

28. Вычислить в общей форме гидравлический радиус при заполненном сечении для кольцевого сечения, квадрата, прямоугольника и равностороннего треугольника.

29. По водопроводной трубе проходит вода в количестве G. Сколько воды в τ = 1 ч пропустит труба удвоенного диаметра при той же потере напора на трение? Коэффициент трения считать постоянным. Течение турбулентное.

30. Определить полную потерю давления на участке трубопровода длиной l из гладких труб диаметром 19× 2 мм, по которому подается вода при температуре t = 20º C со скоростью W. Динамический коэффициент вязкости воды μ = 1·10^-3 Па·с. На участке трубопровода имеются вентиль с коэффициентом сопротивления 3, 0; 2 колена (по 1, 1); отвод (0, 14) и открытая задвижка (0, 1). Какова будет потеря напора?

Рекомендуемая литература

1. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В. В. Равновесие между жидкостью и паром. Справочник.// Москва., Наука – 1969.