化工基礎(chǔ)學(xué)習(xí)知識原理習(xí)題集(含規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)答案)

1、-流體流動(dòng)部分1 .某儲(chǔ)油罐中盛有密度為960 kg/m 3的重油（如附圖所示），油面最高時(shí)離罐底9.5 m ,油面上方與大氣相通。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760 mm的孔，其中心距罐底1000 mm ,孔蓋用14 mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作壓力為39.5 X106 Pa,問至少需要幾個(gè)螺釘（大氣壓力為 101.3 X103 P a）?解：由流體靜力學(xué)方程，距罐底 1000 mm 處的流體壓力為P P gh 101.3 103 960 9.81 （9.5 1.0） Pa 1.813 103Pa （絕壓）作用在孔蓋上的總力為F （P Pa）A=（1.813 103101.3 10） 0

2、.762N =3.627 104N4每個(gè)螺釘所受力為F139.5n10 -4O.O142N 6.093 103N因此nF/F13.6271076.093 103 N 5.95 6（個(gè)）習(xí)題2附圖習(xí)題1附圖2 如本題附圖所示，流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè) U管壓差計(jì)。讀數(shù)分別為Ri =500 mm ，R2=80 mm，指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴(kuò)散，于右側(cè)的U管與大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R3=100 mm 。試求A、B兩點(diǎn)的表壓力。解：(1)A點(diǎn)的壓力Pa水gR3汞gR21000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 104Pa （表）(2)B點(diǎn)的壓力

3、PbPa1.165汞gR104 13600 9.81 0.5 Pa 7.836 104Pa（表）3、如本題附圖所示,水在管道內(nèi)流動(dòng)。為測量流體壓力，在管道某截面處連接 U管壓差計(jì),指示液為水銀，讀數(shù)R=100毫米，h=800mm 。為防止水銀擴(kuò)散至空氣中，在水銀液面上方充入少量水，其高度可忽略不計(jì)。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3KPa試求管路中心處流體的壓力。.4'解：設(shè)管路中心處流體的壓力為PPa=P aP + p 水 gh + p 汞 gR = P 0P=p 0- p水 gh - p汞 gR（101.3 X10 3-1000 X9.8X0.813600 X9.8 X0.1 ）P=80.

4、132k pa4、如本題附圖所示，高位槽內(nèi)的水位高于地面7 m，水從0108 mm X4 mm 的管道中流1） A-A'截面處水的平均流速；（2）出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按刀hf=5.5 u2計(jì)算，其中u為水在管內(nèi)的平均流速（m/s ）。設(shè)流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)，試計(jì)算（ 水的流量（m3/h ）。解：（1 ） A- A'截面處水的平均流速在高位槽水面與管路出口截面之間列機(jī)械能衡算方程式中Z1=7 m ,Ub1 0 , P 1=0 （表壓）Z2=1.5 m,P 2=0 （表壓），Ub2 =5.5 u2代入式（1 ）得9.81 79.811.5 lub2 5.

5、522ub3.0m/s(2 )水的流量(以m 3/h 計(jì)）VsUb2 A 3.03.14 0.018 240.0040.02355m7s 84.78m7h5、如本題附圖所示，用泵 2將儲(chǔ)罐1中的有機(jī)混合液送至精餾塔3的中部進(jìn)行分離。已知儲(chǔ)罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓力為1.0133 10 5 Pa。流體密度為800 kg/m 3。精餾塔進(jìn)口處的塔內(nèi)壓力為1.21105 Pa，進(jìn)料口高于儲(chǔ)罐內(nèi)的液面8 m，輸送管道直徑為068 mm4 mm ,進(jìn)料量為20 m 3/h。料液流經(jīng)全部管道的能量損失為70 J/kg ,求泵的有效功率。解：在截面A-A和截面B-B之間列柏努利方程式，得PiU1U2WeW

6、eNe2 2匕牛gZ1 We -詈1.0133 105Pa; P2 1.21 105 Pa; Z2 乙0；P2hf8.0m；hf 70 J/kgV20/3600:m.，snd23140.068 2 0.004 2442 2P1U2 U17.g Z2Z1hf 21.966 m/s1.21 1.0133 1051.9662 cc cc F .9.8 8.0 70 J kg800 2 '2.46 1.93 78.4 70 Jkg 175J/kgwsWe 20/3600 800 173W768.9W"OU-某液體以一定的質(zhì)量流量在水平直圓管內(nèi)作湍流流動(dòng)。若管長及液體物性不變，將管徑減

7、至原來的1/2，問因流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的能量損失為原來的多少倍?解：流體在水平光滑直圓管中作湍流流動(dòng)時(shí)Pf =hhf = Pf/L u,d 2式中因此又由于（丄）（學(xué)）（土）2hf!1 d2 Ub1d1=2 , ub2=（蟲）2 =4d2Ub1d2匕=（二）（2）（4）2=32 丄hf1110.3160.25Re2 _/ Re .0.25_=（）1Re?（d1Ub1 ）0.25 d2Ub2（2 X丄）0.25= （ 0.5） 0.25 =0.8414hf=32 X0.84=26.9hf17、用泵將2 x104kg/h的溶液自反應(yīng)器送至高位槽（見本題附圖）。反應(yīng)器液面上方保持 25.9 X103 P

8、a的真空度,高位槽液面上方為大氣壓。管道為76 mmX4 mm的鋼管，總長為35 m，管線上有兩個(gè)全開的閘閥、一個(gè)孔板流量計(jì)（局部阻力系數(shù)為 4）、五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭。反應(yīng)器內(nèi)液習(xí)題7附圖面與管路出口的距離為 17 m。若泵的效率為0.7 ,求泵的軸功率。（已知溶液的密度為1073kg/m 3，黏度為6.3 10-4 Pa s。管壁絕對粗糙度可取為0.3 mm1-1 ,解：在反應(yīng)器液面 1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面2-2，間列機(jī)械能衡算方程，以截面為基準(zhǔn)水平面，得2 2"* R We gz U2P2hf4104式中Z1 =0 , Z2=17 m , Ub1 0Ub2 2m/s 1.43 m/

9、s/3600 0.785 0.06821073dp1=-25.9 X103 Pa （表）,p2=0（表）將以上數(shù)據(jù)代入式（1）,并整理得其中We g(Z2=9.81hf =(Re2Z1）守衛(wèi)hf2X17+ 竺+ 25.9 103 +2Le+d10732)Ub22hf =192.0+hf0.068 皿 1073=1.656 X1050.63 103e/d 0.0044根據(jù)Re與e/d值，查得/=0.03，并由教材可查得各管件、閥門的當(dāng)量長度分別為于是閘閥（全開）：標(biāo)準(zhǔn)彎頭:hf =(0.03192.00.43 X2 m =0.86 m2.2 X5 m =11 mX35 0.86 11 +0.5+

10、4)0.068爭 Jkg =25.74J/kg25.74 J kg217.7 Jkg泵的軸功率為Ns= We w/217.7 23600 0.7垃 W=1.73kW8、如本題附圖所示，貯槽內(nèi)水位維持不變。槽的底部與5n勺怖內(nèi)徑為100 mm的鋼質(zhì)放水管相連，管路上裝有一個(gè)閘閥，距管路入口端 15 m處安有以水銀為指示液的U管 壓差計(jì)，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。壓差計(jì)連接 管內(nèi)充滿了水，測壓點(diǎn)與管路出口端之間的直管長度為 20 m。mm、h=1400 mm（1）當(dāng)閘閥關(guān)閉時(shí)，測得R=600 mm 、h=1500 mm ;當(dāng)閘閥部分開啟時(shí)， 測得R=400。摩擦系數(shù)可取為0.025 ,管路入

11、口處的局部阻力系數(shù)取為0.5。問每小時(shí)從管中流出多少水（m3）?（2）當(dāng)閘閥全開時(shí)，U管壓差計(jì)測壓處的壓力為多少Pa （表壓）。（閘閥全開時(shí)Le/d - 15，摩擦系數(shù)仍可取 0.025。解：（1 ）閘閥部分開啟時(shí)水的流量在貯槽水面1-1，與測壓點(diǎn)處截面 2-2，間列機(jī)械能衡算方程，并通過截面2-2，的中心作基準(zhǔn)水平面，得gz22Ub2TP2hf,12(a)式中 P 1=0(表)P2Hg gRH2O gR13600 9.81 0.41000 9.81 1.4 Pa 39630Pa (表)Ub2 =0， Z2=0Z1可通過閘閥全關(guān)時(shí)的數(shù)據(jù)求取。當(dāng)閘閥全關(guān)時(shí),水靜止不動(dòng)，根據(jù)流體靜力學(xué)基本方(b)

12、程知H2Og(Z1h)HggR式中 h=1.5 m, R=0.6 m將已知數(shù)據(jù)代入式（b ）得Z113600 0.61.5 m10006.66m1 21-2( - c普 2.13ub(0.025 150.10.5)Ub 2.13ub2將以上各值代入式（a），即9.81 X6.66= U2+ 39630 +2.132 1000Ub2解得 Ub 3.13m/sn 2水的流量為 Vs 3600 d Ub 360040.785 0.12 3.13 m3/s 1.43m7s（2）閘閥全開時(shí)測壓點(diǎn)處的壓力在截面1-1，與管路出口內(nèi)側(cè)截面3-3，間列機(jī)械能衡算方程，并通過管中心線作基準(zhǔn)平面,苯的回收率（2

13、）保持餾出液組成 0.95不變，餾出液最大可能流量。2Ub1Plg乙22Ub3 P3gZ32hf,13式中Z1 =6.66 mZ3=o，Ub1 =0，pi= P3hf,13（Le d2）7=0.025（色 15）0.120.54.81U：將以上數(shù)據(jù)代入式（c），即9.812X6.66= U+4.812Ub2解得 u b3.13m/s再在截面1-1，與 2-2，間列機(jī)械能衡算方程，基平面同前，得gz2Ub1P12gZ22UbL E hIf ,1 22（d）式中Z1 =6.66 mZ2=0， Ub1 0， Ub2=3.51m/s ，p 1=0 （表壓力）hf,1 20.02唏0.5呼 j/kg22

14、6.2jkg將以上數(shù)值代入上式，則9.81 6.66 3.51-P22 100026.2解得p2=3.30 X104 Pa （表壓）-蒸餾部分1、在一連續(xù)精餾塔中分離苯的含量為0。5 （苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同）的苯 -甲苯混合液，其流量為100kmol/h 。已知餾出液組成為0。95 ,釜液組成為0.05，試求（1）餾出液流量及解：C I）協(xié)岀液的流量和茶的收率q,三 St X 100% 三竺竺 X IGO切-95% 仇"r100匯（）-5（2）餾出液的最大可能漏量當(dāng)甘聲100%吋、獲得最尢可能流量，即10（ x（h5=knol/h-52.63 kniul/h0,95q m.DibaC2

15、、在連續(xù)精餾塔中分離 A、B兩組分溶液。原料液的處理量為100 kmol/h ，其組成為0.45（易揮發(fā)組分 A的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和液體進(jìn)料，要求餾出液中易揮發(fā)組分的回收率為96 %，釜液的組成為 0.033。試求（1 ）餾出液的流量和組成；（2）若操作回流比為 2.65 ,寫出精餾段的操作線方程；（3）提餾段的液相負(fù)荷。解：（1）餾出液的流量和組成由全塔物料衡算，可得qn,D xD 0.96qn,FxF0.96 100 0.45kmol/h 43.2 kmol/hqn,wXw1 0.96 100 0.45kmol/h 1.8kmol/hqn,W1 8-kmol/h=54.55 kmol/

16、h0.033qn,Dqn,F qn,W100 54.55 kmol/h=45.45 kmol/hXd上320.950545.45Ry R 1X R 1Xd（2）精餾段操作線方程265x 翼50.726X 0.26043.653.65（3）提餾段的液相負(fù)荷 qn,L qn,L qqn,F Rqn,D qn,F 2.65 45.45 100 kmol/h 220.4kmol/h液中易揮發(fā)組分的收率為94 %。已知精餾段操作線方程為y = 0.75X+0.238 ; q線方程為y = 2-3 X。試求（1 ）操作回流比及餾出液組成；（2）進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料的總組成；（3）兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值 Xq

17、及yq ；（ 4）提餾段操作線方程。解：（1）操作回流比及餾出液組成由題給條件，得代 O.75及 & O.238解得R = 3， XD = 0.952（2 ）進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料液組成由于旦 3及兄2q 11 q解得q = 0.75 （氣液混合進(jìn)料），XF = 0.5（3）兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值Xq及yq聯(lián)立操作線及q線兩方程，即y 0.75X 0.238y 2 3x解得Xq = 0.4699 及 yq = 0.5903（4）提餾段操作線方程其一般表達(dá)式為q n,Lqn,Wy x xwqn,Vqn,V式中有關(guān)參數(shù)計(jì)算如下:qn,D0.952皿 O.94 50 O.5 kmol/h 24.

18、68kmol/hXdqn,Wqn,Fqn,D50 24.68 kmol/h = 25.32 kmol/hXW1 A q n,F Xf1 O.9450 °5 0.0592qn,W25.32qn,LRqn,Dqqn,F3 24.68 0.75 50 kmol/h =111.54 kmol/hqn,Vqn,L qn,W111.54 25.32 kmol/h = 86.22 kmol/hy 11154x 竺32 0.0592 1.294X 0.0173986.22 86.22II.應(yīng)常莊連把斛中.分爲(wèi)網(wǎng)0分理Si&ft該諭余平的栢時(shí)掛岌/!為2底斥科液爲(wèi)曇為igOkmMh、 iO詵狀

19、態(tài)多教尸h的it菽說i為WkrwWh釜皺浪組成為0.01 （芬握發(fā)俎舍的岸們Nt）.試求（H #作 找方程；由圾視下一層3論石軸尅価札心M：本麺為超塔，即斥卅由塔頂加人，0此該塔僅有提館段（1）襟作線方程此為提飩段操作線方程，即式中% 1 二 % 卜1 f/n" = I (KI-601 kmoVh = 40 kiiml/hI (K)4()/ = =V X 0.() I = ) .667 J* - GXMX;-? 6060(2)最下層塔城下降液相紐版 由于再；*罷相當(dāng)于一展理論板，故 1益寸鵲“ 回&,與yv符舍ft作關(guān)系則”< + O.Gf*67(M) 19X 4 (U

20、Mi67 ,=1.667X. = = U UI ?9'*1.667提熾塔的塔幀一般沒有液相回;仁I(VIJnV* = a'X 0.01 = J *667/ 0.1X)67606011在常壓連生特悔塔申分禹兩組分理想涿紀(jì)誼扯果的豐均招對弄發(fā)皮為2$愿料浪紅成為(35務(wù)春發(fā)蛆分的碟4：分粗下同)，fe和簾氣*»林巳知扌點(diǎn)憎段換作穽5«為尸0徐機(jī)地試求(1)標(biāo)作聞流比易 齊卜回址比的比他(2)若培頂?shù)谝环畔耭b勺液槪fl成為0工iiMR相玻希里效豐£的5、解：(1 )用與尺価的比值 由題給條件可鉛解睜 R =耳A=Cl.20tZf>l) = 0.2>*4 = 0.»035對fe和蒸氣進(jìn)料* (f二= 0 j5V = h -5 “= U 1772y 片+I 一幾)035+ 2.5< 1-035)'(2)氣相默整里放率牝相默弗里效率的;t義式為M.V _5| -V;式+>'11 =心=()用V 上=O,75a + 0,20 = 0,75 x 0.7 + 0,20 = 0,725=2 弘 0+7 “7i 十血一 1)A； I + L5xG,7>1(XX將冇關(guān)龜據(jù)代入扎(I)，得r0.725八"1 CV 他£ V = = 0*5 苦 3 = 5S.5$i：O,K53