化工原理第四版第一章课后习题答案.docx

1、化工原理第四版第一章课后习题答案第一章流体的压力【1-1】容器 A中的气体表压为 60kPa，容器 B中的气体真空度为 1.2 104 Pa。试分别求出A、B二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力。解标准大气压力为 101.325kPa容器 A 的绝对压力 Pa =101.325+60=161.325 kPa容器 B 的绝对压力 pB =101.325-12 =89.325 kPa【1-2】某设备进、出口的表压分别为 -12kPa和157kPa，当地大气压力为 101.3kPa。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。解 进口绝对压力 p进=101

2、.3 -12 =89.3 kPa出口绝对压力 p出=101.3 V57 =258.3 kPa进、出口的压力差.p =157 -( -12) = 157 12 =169kPa 或.p =258. 3 -89. 3 =169 kPa流体的密度【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4，试求该混合液在 20 C下的密度。解正庚烷的摩尔质量为 100kg/kmol，正辛烷的摩尔质量为114kg / kmol。将摩尔分数换算为质量分数0.4 100正庚烷的质量分数 -1 0.3690.4X100+0.6X114正辛烷的质量分数 -2 =1 -0.369 =0.631从附录四查得20 C下

3、正庚烷的密度 ；-=684kg /m3，正辛烷的密度为 ：2 =703kg/m3混合液的密度；-m 0 369 丄 0 631 + 684 703=696 kg / m3【1-4】温度20 C,苯与甲苯按4:6的体积比进行混合，求其混合液的密度。解20 C时,苯的密度为 879 kg/m3，甲苯的密度为867 kg / m3。混合液密度【1-5】有气柜，满装时可装 6000m3混合气体,已知混合气体各组分的体积分数为H2 N2 CO CO2 CH40.4 0.2 0.32 0.07 0.01(1)混合气体在操作条件下的密度;(2)操作压力的表压为 5.5kPa，温度为40 C。试求:混合气体的

4、量为多少kmol 。混合气体的摩尔质量Mm =2 0.4 28 0.2 28 0.32 44 0.07 16 0.01 =18.6 kg/kmol(1)混合气体在操作条件下的密度为(2)混合气体V=6000m3,c pMmm RT摩尔体积为106.8 18.6 30.763 kg / m8.314 313Mm 18.6 3小,m / kmol；m 0.763混合气体的量为6000 .763 =246 kmol18.6流体静力学【1-6】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中,管中水柱较水槽液面高出 2m，当地大气压力为 101.2kPa。试求：(1)管子上端空间

5、的绝对压力；(2)管子上端空间的表压； (3)管子上端空间的真空度;四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？解管中水柱高出槽液面 2m，h=2m水柱。(1)管子上端空间的绝对压力 P绝在水平面1-1处的压力平衡，有p绝 ：gh二大气压力卩绝=101200 1000x9.81 x2 =81580 Pa(绝对压力)(2)管子上端空间的表压 p表(4)若将水换成四氯化碳，管中习题1-6附图p表二 p绝-大气压力=81580 -101200 =-19620 Pa(3)管子上端空间的真空度 P真p真=-p表 =- -19620 =19620 Pa槽内为四氯化碳，管中液柱高度hh，工CCl4常温下四氯化碳的密度

6、，从附录四查得为匚“ =1594 kg/m31000 2h 1.251594【1-7】在20 C条件下，在试管内先装入12cm高的水银，再在其上面装入 5cm高的水。水银的密度为 13550kg /m3，当地大气压力为101kPa。试求试管底部的绝对压力为多少Pa。解水的密度二水=998kg/ m3p =101 103.12 X13550 +0.05x99881 =117.4 103Pa【1-8】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为1250kg/ m3的液体，液面高度为 3.2m。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m及1m，容器上部空间的压力（表压）为29.4kPa。试求：（1

7、）压差计读数（指示液密度为1400 kg / m3）； （2）A、B两个弹簧压力表的读数。解容器上部空间的压力 p =29. 4 kPa（表压）3 3液体密度 壯=1250kg / m，指示液密度 忌=1400kg / m（1）压差计读数 R=?在等压面1-1 上 口 = P；p 二 p 亠3.2 -1 h R * gp1 二 p 3.2 _2 1 h * :g R?cgp 2.2 h R 8 =p 2.2 h g RgRg （岳P ）= 0习题1-8附图（2） 卩人=p+（3.2 _1 ）pg =29.4 X103 +2.2X1250 X9.81 =56.4 X103 PaPb =p +（3

8、.2 2 ）Fg =29.4O03 +1.2X1250 X9.81 =44.1 汽 103Pa【1-9】如习题1-9附图所示的测压差装置，其 U形压差计的指示液为水银，其他管中皆为水。若指示液读数为 R =150mm，试求 A、B两点的压力差。解等压面1-1，P1 二 Pa -H 二水gp1 二 Pb - 0.5 H R 】水g 汞g由以上三式，得习题1-9附图Pa 一Pb =R :汞g - .5 R 水g已知 R =0.15m, ：?汞 =13600kg / m3，=1364 10 Pa =13.64 kPa【1-10】常温的水在如习题 1-10附图所示的管路中流动，为测量A、B两截面间的压

9、力差，安装了两个串联的 U形管压差计，指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两U形压差计的水银液面为同管的连接管中，充满空气。若测压前两两点的压力差 即与液柱压力汁的读数 R、R,之间的关系式。高度，试推导解设测压前两 U形压差计的水银液面， 距输水管中心线的距离为H。在等压面2 _2处.(P2 二 Pa H 亍:水 g R 汞 g p2 二 pb H导:7水 g R2 汞 g气 gPa卩2二P 2，由上两式求得_Pb =(R +R2)怎 + 倍:气：水(pA - Pb = R1 汞-【1-11】力了排除煤气管中的少量积水,亍丿附图所示水封设备，使水由煤气管路上的垂直管排出。已知煤气压力为 1O

10、kPa (表压)，试计算水封管插入液面下的深度h最小应为若干米。心 p 10X103解 h = 1.02mPg 1000 X9.81流量与流速空帆习题1-10附图pHOkPi(表压用如习题 1-11【1-12】有密度为1800 kg / m3的液体，在内径为 60mm的管中输送到某处。若其流速为0.8m/ s，试求该液体的体积流量 (m/h)、质量流量(kg / s )与质量流速 kg/(m?，s解(1)体积流量 qV d2u 0.062 0.8 =2.26 10“m3/s=8.14 m/h4 4质量流量 qm =qv 2=2.26 103 1800 =4.07 kg / sqm 4.07 2

11、(3)质量流速 = = . =1440 kg / (m s) X0 0624 【1-13】如习题 1-13附图所示的套管式换热器，其内管为 33.5mm 3.25mm，外管为60mm 3.5mm。内管中有密度为 1150kg/ m3、流量为5000kg /h的冷冻盐水流动。内、外管之标准状态下(0C,101.325kPa)，气体的密度为 1.2kg/m3。试求气体和盐水的流速。解液体=1150 kg / m3内管内径 d内=33.5 _3.25 2 =27mm =0.027 m液体质量流量 qm =5000kg/h，体积流量 cv 5000 m3/ h1150流速u液CVJTd45000/11

12、50 =2.113600 0 02724气体质量流量 qm =160 kg/h密度：气 =1.2 05 5.92kg/m3101325 y体积流量 cv =m/ h5.92流速u气竺竺 5.67 m/s3600 疋扌(0.0532 _0.03352 )20 C的水。要求主管中水的流习题1-13附图习题1-14附图【1-14】如习题1-14附图所示，从一主管向两支管输送速约为1.0m/s，支管1与支管2中水的流量分别为 20t/h与10t/h。试计算主管的内径，并从无缝钢管规格表中选择合适的管径，最后计算出主管内的流速。解水：t =20C,匸=998.2kg/ m3 ： 1000 kg / m3

13、主管的流量 qm=Cm1 42=20 10 =30t/30 103kg/h3体积流量C上=30沖=30m3/h，流速u 40吋sCv3600 - u303600 0.785 1.0 =0.103103 讪选择J?108mm 4mm无缝钢管，内径为 d = 100mm ,主管内水的流速 u =qm_/3600 = 30/3600 =1.06 m/s(O.1)2连续性方程与伯努利方程【1-15】常温的水在如习题 1-15附图所示的管路中流动。 在截面1处的流速为 0.5m/s ,管内径为200mm，截面2处的管内径为 100mm。由于水的压力，截面 1处产生1m高的水柱。试计算在截面 1与2之间所

14、产生的水柱高度差 h为多少（忽略从1到2处的压头损失）解 5 =0.5m/ sdi =0.2m, d2 =0.1mU2=Uid2= 0.5 (2)2= 2m/ s2 2Pl _P2 . U2二2 r yPi P22 2U2 Ui222 0.522_=1.875.：p=pi _P2 =1.875=1.875 1000 =1875Pa另一计算法2 2Pi P2 21g 2g g 2g2 2, Pi P2 U2 Uih 二Pg2 22 -052g2X9 81=0.191m计算液柱高度时，用后一方法简便。【1-16】在习题1-16附图所示的水平管路中， 水的流量为 2.5L/S。已知管内径 di =5cm,d2 =2.5cm，液柱高度h =1m。若忽略压头损失，试计算收缩截面2处的静压头。解水的体积流量 =2.5l/s=2.5 10佥m3/s，截面1处的流速Uiqv2.50佥-X0 0524=1.274m / s截面2处的流速ui十“274器 代在截面1与2之间列伯努利方程，忽略能量损失。2 2 P1 U