化工原理课后答案.docx
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化工原理课后答案
解:
p绝
pa
p表
101.3
130
231.3KPa
p表
p绝
pa
231.3
75
1563.KPa
1-6为测得某容器内的压力,采纳以下图的
U形压差计,指示液为水银。
已知该液体密度为
900kg/m3,h=,R=。
试计算容器中液面上方的表压。
p
ρgh
ρ0gh
解:
pρ0gRρgm
13.6
103
9.81
0.45
900
9.81
0.8
60037.2
7063.2
52974Pa
53kPa
1-10.硫酸流经由大小管构成的串连管路,其尺寸分别为
φ76×4mm和φ57×。
已知硫酸的密度为
1831kg/m3,
体积流量为
9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的(
1)质量流量;(
2)均匀流速;(
3)质量流速。
解:
(1)大管:
764mm
(2)小管:
573.5mm
质量流量不变
ms2
16479kg/h
或:
u2
u1
(d1
)2
0.69(68)2
1.27m/s
d2
50
1-11.如附图所示,用虹吸管从高位槽向反响器加料,高位槽与反响器均与大气相通,且高位槽中液面恒定。
现要求料液以1m/s的流速在管内流动,设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg(不包含出口),试确立高位槽中的液面应比虹吸管的出口超出的距离。
解:
以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’~2-2’间列柏努力方程:
简化:
H(1u22
Wf)/g
2
1-14.附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统,丙烯由贮槽回流至塔顶。
丙烯贮槽液面恒定,其液面上方的压力为(表压),精馏塔内操作压力
为(表压)。
塔内丙烯管出口处超出贮槽内液面30m,管内径为140mm,
丙烯密度为
600kg/m3。
现要求输送量为40×103kg/h,管路的所有能量
损失为150J/kg(不包含出口能量损失),试核算该过程能否需要泵。
题14
附图
解:
在贮槽液面1-1’与回流管出口外侧2-2’间列柏努力方
程:
简化:
p1
p21
2
We
Z2g
2
u2Wf
不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中
1-16.某一高位槽供水系统如附图所示,管子规格为φ45×。
当阀门全关时,压力表的读数为78kPa。
当阀
门全开时,压力表的读数为75kPa,且此时水槽液面至压力表处的能量损失能够表示为Wfu2J/kg(u为水
在管内的流速)。
试求:
1h
题16附图
(1)高位槽的液面高度;
(2)阀门全开时水在管内的流量(m3/h)。
解:
(1)阀门全关,水静止
(2)阀门全开:
在水槽1-1’面与压力表2-2’面间列柏努力方程:
p2
1
2
Wf
简化:
Z1g
2
u2
解之:
u2
1.414m/s
流量:
Vs
d2u2
0.785
0.0421.4141.776103m3/s
4
1-17.附图所示的是冷冻盐水循环系统。
盐水的密度为
1100kg/m3,
循环量为45m3/h。
管路的内径同样,盐水从
A流经两个换热器至
B的
压头损失为9m,由B流至A的压头损失为
12m,问:
(1)若泵的效率为70%,则泵的轴功率为多少?
(2)若A处压力表的读数为153kPa,则B处压力表的读数为多
少?
题17附图
解:
(1)关于循环系统:
(2)AB列柏努力方程:
pA
pB
ZB
hfAB
简化:
g
g
B处真空度为19656Pa。
1-23.计算10℃水以×10
-3m3/s的流量流过φ57×、长20m水平钢管的能量损失、
压头损失及压力损失。
(设
管壁的粗拙度为)
Vs
2.7
103
1.376m/s
解:
u
2
0.785
0.052
0.785d
10℃水物性:
查得
λ0.038
1-25.如附图所示,用泵将贮槽中20℃的水以40m3/h的流量输送至高位槽。
两槽的液位恒定,且相差
20m,
输送管内径为
100mm,管子总长为
80m(包含所有局部阻力的当量长度)
。
已知水的密度为m3,粘度为×10-3
·
Pas,
试计算泵所需的有效功率。
ε=
解:
qV
40
3600
m
s
u
20.785
0.12
1.415/
π
d
4
ε/d=100=0.002
在贮槽1截面到高位槽
2截面间列柏努力方程:
简化:
WeZ2g
Wf
题23附图
而:
Wf
λl
leu2
0.023
80
1.4152
18.42J/kg
d
2
0.1
2
1-28
.如附图所示,密度为
800kg/m3、粘度为
mPa·s的液体,由敞口高位槽经
φ114×4mm的钢管流入一
密闭容器中,其压力为(表压),两槽的液位恒定。
液体在管内的流速为
s,管路中闸阀为半开,管壁的相对粗
糙度
d=,试计算两槽液面的垂直距离
z。
解:
在高位槽
1截面到容器2截面间列柏努力方程:
简化:
Zg
p2
Wf
由
0.002,查得
0.026
d
管路中:
进口
90℃弯头
半开闸阀
0.5
0.752个
题26附图
4.5
出口
1
1-31粘度为30cP、密度为900kg/m3的某油品自容器
A流过内径40mm的管路进入容器B。
两容器均为敞口,
液面视为不变。
管路中有一阀门,阀前管长
50m,阀后
管长20m(均包含所有局部阻力的当量长度)。
当阀门
全关时,阀前后的压力表读数分别为和。
现将阀门翻开
至1/4开度,阀门阻力的当量长度为
30m。
试求:
管路中
油品的流量。
解:
阀封闭时流体静止,由静力学基本方程可得:
p1
pa
8.83
103
10m
zA
g
900
9.81
p21
pa
4.42
103
5m
zB
g
900
9.81
当阀翻开14开度时,在A~A′与B~B′截面间列柏努利方程:
此中:
pApB
0(表压),uA
uB
0
则有
(zA
zB)gWf
l
leu2
(a)
d
2
因为该油品的粘度较大,可设其流动为层流,则
代入式(a),有
(zA
zB)g
64
l
leu2
32(l
le)u
du
d
2
d2
d2
(zA
zB)g
0.042
900
(10
5)
9.81
u
32
(l
le)
32
30
103
(50
30
0.736m/s
20)
校核:
d
u
0.04
900
0.736
883.2
2000
Re
30
10
3
假定建立。
油品的流量:
阻力对管内流动的影响:
阀门开度减小时:
(1)阀关小,阀门局部阻力
增大,流速
u↓,即流量降落。
(2)在1~1与A~A截面间
列柏努利方程:
简化得
z1g
1uA
2
pA
Wf1A
2
或
z1g
pA
(l1
1)u12
d
2
明显,阀关小后uA↓,pA↑,即阀前压力增添。
(3)同理,在B~B′与2~2′截面间列柏努利方程,可得:
阀关小后uB↓,pB↓,即阀后压力减小。
由此可得结论:
(1)当阀门关小时,其局部阻力增大,将使管路中流量减小;
(2)下游阻力的增大使上游压力增添;
(3)上游阻力的增大使下游压力降落。
可见,管路中任一处的变化,势必带来整体的变化,所以一定将管路系统看作整体考虑。
1-36.用离心泵将20℃水从水池送至敞口高位槽中,流程如附图所示,两槽液面差为12m。
输送管为φ57×
的钢管,吸入管路总长为20m,压出管路总长155m(包含所有局部阻力的当量长度)。
用孔板流量计丈量水流
量,孔径为20mm,流量系数为,U形压差计的读数为600mmHg。
摩擦系数可取为。
试求:
(1)水流量,m3/h;
(2)每kg水经过泵所获取的机械能。
(3)泵进口处真空表的读数。
2
1
题36附图
2
(
ρρ)
解:
(1)Vs
C0A0
Rg
0
ρ
(2)以水池液面为
1
1面,高位槽液面为
22
面,在1
1~2
2面间列柏努利方程:
简化:
We
Zg
Wf
而
Wf
l
le
u2
d
2
此中:
u
Vs
2.331
10
3
1.19m
0.785d2
0.785
0.052
s
(3)以水池液面为
11
面,泵进口为
33
面,在1
1~3
3面间列柏努利方程:
1-39.在必定转速下测定某离心泵的性能,
吸入管与压出管的内径分别为
70mm和50mm。
当流量为30m3/h
时,泵进口处真空表与出口处压力表的读数分别为
40kPa和215kPa,两测压口间的垂直距离为,轴功率为。
试计
算泵的压头与效率。
qV
30
2.166m
解:
u1
3600
π
2
0.785
0.072
s
4d1
在泵出进口处列柏努力方程,忽视能量损失;
=
第二章非均相物系分别
1、试计算直径为30μm的球形石英颗粒(其密度为2650kg/m3),在20℃水中和20℃
常压空气中的自由沉降速度。
解:
已知d=30μm、ρs=2650kg/m3
(1)20℃水μ=×10-3Pa·sρ=998kg/m3
设沉降在滞流区,依据式(2-15)
校核流型
假定建立,ut=×10-4m/s为所求
(2)20℃常压空气μ=×10-5Pa·sρ=m3
设沉降在滞流区
校核流型:
假定建立,ut=×10-2m/s为所求。
2、密度为2150kg/m3的烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多
少?
解:
已知
ρs
3
=2150kg/m
查20℃空气
μ=×
ρ=m3
当Ret
dut
2时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径,依据式(
2-15)并整理
d3(
s
)g
dut
2
所以
18
2
3、直径为10μm的石英颗粒随
20℃的水作旋转运动,在旋转半径R=处的切向速度为
12m/s
,,求该处的离心沉降速度和离心分别因数。
解:
已知d=10μm、
R=、ui=12m/s
设沉降在滞流区,依据式(
2-15)g改为ui
/R即
校核流型
ur=s为所求。
Kc
ui2
12
2
所以
Rg
0.05
294
9.81
6、有一过滤面积为的小型板框压滤机,
恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。
过滤时间为
50秒时,共获取×10-3m3的滤液;过滤时间为100秒时。
共获取×10-3m3的滤液。
试求当
过滤时间为200
秒时,可获取多少滤液?
解:
已知A=、t1=50s
、V1=×10-3m3、t2=100s、V2=×10-3m3、t3=200s
因为q1
V1
2.27
103
24.41103
A
0.093
依据式(2-38a)
联立解之:
qe=×10-3
K=×10-5
所以q32
2
4.14103q3
2001.596105
q3=
所以V3=q3A=×=×10-3m3
第三章传热
1.有一加热器,为了减少热损失,在壁外面包一层绝热资料,厚度为300mm,导热系数为,已测得绝热层外侧温度为
30℃,在插入绝热层50mm处测得温度为75℃.试求加热器外壁面温度.
解:
t21=75℃,t3=30℃,λ=
2.设计一焚烧炉时拟采纳三层砖围成其炉墙,此中最内层为耐火砖,中间层为绝热砖,最外层为一般砖。
耐火砖和一般砖的厚度分别为和,三种砖的导热系数分别为W/(m·℃)、W/(m·℃)和W/(m·℃),已知耐火
砖内侧为1000℃,一般砖外壁温度为35℃。
试问绝热砖厚度起码为多少才能保证绝热砖内侧温度不超出
940℃,一般砖内侧不超出
138℃。
t1
t4
t1
t2
1000
35
1000t2
(a)
解:
q
b2
b3
b1
0.5
b2
0.25
0.5
b1
1
2
3
1
1.02
0.14
0.92
1.02
将t2=940℃代入上式,可解得b2=
q
t1
t4
t3t4
1000
35
t3
35
(b)
b2
b3
b3
0.5
b2
0.25
0.25
b1
1
2
3
3
1.02
0.14
0.92
0.92
将t3=138oC解得b2=
将b2=代入(a)式解得:
t2=℃
应选择绝热砖厚度为
3.505mm的不锈钢管,热导率λ1=16W/m·K;管外包厚30mm的石棉,热导率为λ2=(m·K)。
若管内壁
温度为350℃,保温层外壁温度为100℃,试计算每米管长的热损失及钢管表面面的温度;
解:
这是经过两层圆筒壁的热传导问题,各层的半径以下
管内半径r120mm0.02m,管外半径r225mm0.025m
每米管长的热损失:
Q
2π(t1
t3)
2
3.14(350
100)
397W/m
l1lnr2
1lnr3
1
ln25
1
ln55
λ
r
λ
r2
16
20
0.22
25
1
1
2
6.冷却水在25、长度为2m的钢管中以1m/s的流速流动,其出进口温度分别20℃和50℃,
试求管内壁对水的对流传热系数。
20
50
35℃。
在此温度查得水的物性数据以下:
解:
空气的定性温度:
t
2
cp
4.174kJ/kgK,λ62.57
102W/mK,μ7.28
105Pasρ994kg/m3
u
1m/s
l/d=2/=100
3-15
载热体流量为1500kg/h,试计算各过程中载热体放出或获取的热量。
(1)100℃的饱和蒸汽冷凝成100℃的
水;
(2)110℃的苯胺降温至10℃;(3)比热容为(kg·K)的NaOH溶液从370K冷却到290K;(4)常压下150℃
的空气冷却至20℃;(5)压力为的饱和蒸汽冷凝,并降温至℃。
3-17在一套管式换热器中,用冷却水将s的苯由350K冷却至
300K,冷却水出进口温度分别为
290K和
320K。
试
求冷却水耗费量。
3-18在一列管式换热器中,将某液体自15℃加热至40℃,热载体从120℃降至60℃.试计算换热器中逆流和并
流时冷热流体的均匀温度差。
解:
逆流
解:
逆流:
t1
120
40
80℃,
t2601545℃
t1
t
2
80
45
35
60.8℃
tm
t1
80
0.5753
ln
t2
ln
45
并流t1
120
15105℃,
t260
4020℃
t1
t
2
105
20
85
51.3℃
tm
t1
105
1.658
ln
t2
ln
20
120
40
60
15
3-20在一内管为25
的套管式换热器中,管程中热水流量为
3000kg/h
,出进口温度分别为90℃和60℃;壳程中
冷却水的出进口温度分别为20℃和50℃,以表面面为基准的总传热系数为
2
1)冷却水
2000W/(m·℃),试求:
(
的用量;
(2)逆流流动时均匀温度差及管子的长度;(
3)并流流动时均匀温度差及管子的长度。
汲取
2.向盛有必定量水的鼓泡汲取器中通入纯的
CO2气体,经充足接触后,测得水中的CO2均衡浓度为×10
-2kmol/m3,
鼓泡器内总压为,水温
30℃,溶液密度为
1000kg/m3。
试求亨利系数
E、溶解度系数H及相均衡常数
m。
解:
查得30℃,水的ps4.2kPa
稀溶液:
c
1000
55.56kmol/m3
MS
18
5.用清水逆流汲取混淆气中的氨,
进入常压汲取塔的气体含氨
6%(体积),汲取后气体出口中含氨%
(体积),
溶液出口浓度为(摩尔比),操作条件下相均