化工原理课后答案.docx

1、化工原理课后答案解：p绝pap表101.3130231.3KPap表p绝pa231.3751563.KPa1-6 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/m 3 ,h=,R= 。试计算容器中液面上方的表压。pgh0gh解：p 0gR gm13.61039.810.459009.810.860037 .27063.252974 Pa53kPa1-10 硫酸流经由大小管构成的串连管路，其尺寸分别为 76 4mm 和 57 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3 ，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

2、速；（3）质量流速。解 : (1) 大管 : 76 4mm(2)小管 : 57 3.5mm质量流量不变ms216479 kg / h或 :u2u1( d1) 20.69( 68) 21.27m / sd 2501-11 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 ( 1 u22W

3、 f ) / g21-14 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/m 3。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 :p1p2 12WeZ 2 g2u2W f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

4、格为 45 。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 75 kPa ，且此时水槽液面至压力表处的能量损失能够表示为 Wf u 2 J/kg（ u 为水在管内的流速）。试求：1 h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 :p212W f简化 :Z1 g2u2解之 : u21.414m / s流量 : Vsd 2 u20.7850.04 2 1.414 1.776 10 3 m3 / s41-17 附图所示的是冷冻盐

5、水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m 3，循环量为 45 m3 /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)A B 列柏努力方程 :p ApBZ Bh fAB简化 :ggB 处真空度为 19656 Pa 。1-23 计算 10水以 10 3m3/s 的流量流过 57、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）Vs2.

6、710 31.376m / s解 : u20.7850.0520.785d10水物性 :查得 0.0381-25 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 10-3Pa s，试计算泵所需的有效功率。=解 :qV403600msu20.7850.121.415 /d4/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 : We Z2 gW f题23 附图而 :W flle u20.023801.41521

7、8.42J / kgd20.121-28如附图所示，密度为800 kg/m 3、粘度为mPas 的液体，由敞口高位槽经114 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 :Zgp2W f由0.002 , 查得0.026d管路中 : 进口90 弯头半开闸阀0.50.75 2 个题26 附图4.5出口11-31 粘度为 30cP、密度为 900kg/m 3 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

8、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：p1pa8.8310310 mzAg9009.81p21pa4.4210 35mzBg9009.81当阀翻开 1 4 开度时，在 AA 与 BB 截面间列柏努利方程：此中：pA pB0 (表压 )， u Au B0则有( zAzB ) gW flle u 2（ a）d2因为该油品的粘度较大，可设其流动为层流，则代入式（

9、 a），有( zAzB )g64ll e u 232 (lle )ud ud2d 2d 2(zAzB ) g0.042900(105)9.81u32(ll e )323010 3(50300.736 m/s20)校核：du0.049000.736883.22000Re30103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 11 与 AA 截面间列柏努利方程：简化得z1 g1 u A2p AW f 1 A2或z1gp A( l11) u12d2明显，阀关小后 uA ， pA ，即阀前压力增添。（ 3）同理，在

10、BB 与 22 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 57 的钢管，吸入管路总长为 20m，压出管路总长 155 （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 00mmHg 。摩

11、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。21题36 附图2( )解：（ 1） VsC0 A0Rg0（ 2）以水池液面为11 面，高位槽液面为2 2面，在 11 22 面间列柏努利方程：简化 :WeZgW f而W fll eu 2d2此中： uVs2.3311031.19 m0.785d 20.7850.052s（3）以水池液面为1 1面，泵进口为3 3面，在 11 33 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 30 m3 /h时，泵进口处真

12、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。qV302.166m解：u1360020.7850.072s4 d1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 30 m 的球形石英颗粒（其密度为 2650kg/ m 3 ），在 20 水中和 20 常压空气中的自由沉降速度。解：已知 d=30 m、 s=2650kg/m 3（ 1） 20水 = 10-3 Pas =998kg/m 3设沉降在滞流区，依据式（ 2-15）校核流型假定建立， ut = 10-4 m/s 为所求（ 2） 20常压

13、空气 = 10 -5 Pas =m3设沉降在滞流区校核流型：假定建立， ut= 10-2 m/s 为所求。2、密度为 2150kg/ m 3 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s3=2150kg/m查 20空气= =m3当 Retdut2 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d 3 (s) gdut2所以1823、直径为 10 m 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=10 m、R= 、 ui =12m/s设沉降在滞流区，依据式（2-15 ） g

14、改为 ui/ R 即校核流型ur =s 为所求。K cui2122所以Rg0.052949.816 、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 -3 m 3 的滤液；过滤时间为 100 秒时。共获取 10 -3 m 3 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= 10-3 m3 、t2=100s 、 V2 = 10-3 m3 、t3=200s因为 q1V12.2710 324.41 10 3A0.093依据式（ 2-38a）联立解之： qe=10 -3K= 10-5所以 q3224

15、.14 10 3 q3200 1.596 10 5q3=所以 V3=q3 A= = 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 ,=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

16、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 。t 1t 4t 1t 21000351000 t 2（ a）解： qb2b3b10.5b20.250.5b112311.020.140.921.02将 t2 =940代入上式，可解得 b2=qt1t 4t 3 t 4100035t 335(b)b2b3b30.5b20.250.25b112331.020.140.920.92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. 50 5 mm的不锈钢管，热导率 1=16W/mK ；管外包厚 30mm 的石棉，热导率为

17、2=(mK) 。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 r1 20mm 0.02m , 管外半径 r 2 25mm 0.025m每米管长的热损失：Q2(t1t3 )23.14 (350100)397 W/ml1 ln r21 ln r31ln 251ln 55rr216200.22251126.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。205035 。在此温度查得水的物性数据以下：解：空气的定性温度：

18、 t2cp4.174kJ/kg K ， 62.5710 2 W/m K ， 7.2810 5 Pa s 994kg/m 3u1 m/sl/d=2/=1003-15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320

19、K。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：t11204080,t 2 60 15 45t1t280453560.8t mt1800.5753lnt2ln45并流 t112015 105,t 2 6040 20t1t2105208551.3t mt11051.658lnt2ln201204060153-20 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

20、面面为基准的总传热系数为21）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CO 2 气体，经充足接触后， 测得水中的 CO2 均衡浓度为 10 2kmol/m 3，鼓泡器内总压为，水温30，溶液密度为1000 kg/m 3 。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 ps 4.2kPa稀溶液： c100055.56kmol/m 3M S185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