化工原理課后答案

1、3.在大氣壓力為101.3kPa的地區(qū)，一操作中的吸收塔內(nèi)表壓為130 kPa。若 在大氣壓力為75 kPa的高原地區(qū)操作吸收塔，仍使該塔塔頂在相同的絕壓下操作, 則此時表壓的讀數(shù)應(yīng)為多少?沏P絕Pa P 表 101.3 130 231.3K Pa解：P表 P絕 Pa 231.3 75 1563.KPa1-6為測得某容器內(nèi)的壓力，采用如圖所示的U形壓差計，指示液為水銀。已知 該液體密度為900kg/m3,h=0.8m,R=0.45m。試計算容器中液面上方的表壓。P pghpgh解.P pgR pgm13.6 103 9.81 0.45 900 9.81 0.860037.2 7063.2529

2、74 Pa 53k Pa1-10 .硫酸流經(jīng)由大小管組成的串聯(lián)管路，其尺寸分別為（h 76 X 4mn和©57 X3.5mn。已知硫酸的密度為1831 kg/m3,體積流量為9卅巾，試分別計算硫酸在大管和小管中的（1）質(zhì)量流量；（2）平均流速；（3）質(zhì)量流速。大管:76 4mm小管:57 3.5mm質(zhì)量流量不變 ms2 16479 kg / hs2u25()20.69(68)21.27m/sd2501-11.如附圖所示,用虹吸管從高位槽向反應(yīng)器加料，高位槽與反應(yīng)器均與大氣相通，且高位槽中液面恒定。現(xiàn)要求料液以1m/s的流速在管內(nèi)流動，設(shè)料液在管 內(nèi)流動時的能量損失為 20J/kg （

3、不包括出口），試確定高位槽中的液面應(yīng)比虹吸管 的出口高出的距離。解:以高位槽液面為1-1 '面，管出口內(nèi)側(cè)為 2-2 '面，在1-1 '2-2 '間列柏努力方程:簡化:H （1u|Wf）/g1-14 .附圖所示的是丙烯精餾塔的回流系統(tǒng)，丙烯由貯槽回流至塔頂。丙烯貯槽液面恒定，其液面上方的壓力11塔內(nèi)丙烯管出口處高出貯槽內(nèi)液面30m管內(nèi)徑為題14附圖為2.0MPa（表壓），精餾塔內(nèi)操作壓力為1.3MPa（表壓）。140mm丙烯密度為 600kg/m3?，F(xiàn)要求輸送量為40 X 103kg/h，管路的全部能量損失為 150J/kg （不包括出口能量損失），試核算該過程

4、 是否需要泵。解:在貯槽液面1-1 '與回流管出口外側(cè)2-2 '間列柏努力方程:簡化:旦We Z2g理如Wf不需要泵，液體在壓力差的作用下可自動回流至塔中1-16 .某一高位槽供水系統(tǒng)如附圖所示，管子規(guī)格為©45X 2.5mm當(dāng)閥門全th1 $水槽液面至壓力表處的能量損失可以表示為1題16附圖關(guān)時，壓力表的讀數(shù)為78kPa。當(dāng)閥門全幵時，壓力表的讀數(shù)為75 kPa ,且此時Wf u2 J/kg （u為水在管內(nèi)的流速）。試求:（1）高位槽的液面高度;（2）閥門全幵時水在管內(nèi)的流量（m/h ）。解:（1） 閥門全關(guān),水靜止閥門全幵:在水槽1-1 '面與壓力表2-2

5、 '面間列柏努力方程:簡化:Wf解之:u21.414m/s流量:Vs 屮2u2O.7850.042 1.4 1 4 1.776 1 0 3 m3/s1-17 .附圖所示的是冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100 kg/m3，循環(huán)量為45 ni/h。管路的內(nèi)徑相同, 鹽水從A流經(jīng)兩個換熱器至 B的壓頭損失為9m由B題17附圖流至A的壓頭損失為12m,問:(1) 若泵的效率為70%，則泵的軸功率為多少?(2) 若A處壓力表的讀數(shù)為153kPa,則B處壓力表的讀數(shù)為多少?解:(1)對于循環(huán)系統(tǒng): A B列柏努力方程:簡化:巴匹Zb hfABg gB處真空度為19656 Pa。1-23 .計算

6、10C水以2.7 X 10-3m/s的流量流過©57X3.5mm 長20m水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。(設(shè)管壁的粗糙度為 0.5mm)3解：u島021.376m/s10 C水物性:查得入0.0381-25 如附圖所示，用泵將貯槽中20C的水以40m/h的流量輸送至高位槽。兩槽的液位恒定，且相差 20m輸送管內(nèi)徑為100mm管子總長為80m (包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。已知水的密度為998.2kg/m3,粘度為1.005 X 10-3Pa s，試/3600_ 1.415m/s計算泵所需的有效功率。£=0.2解:u 2nd20.785 0.14£ /d

7、=0.2/100=0. 002在貯槽1截面到高位槽2截面間列柏努力方題23附圖簡化:WeZ2gWf20.023竺皿0.1 218.42J / kg1-28 .如附圖所示，密度為800 kg/m3、粘度為1.5 mPa s的液體，由敞口高位槽經(jīng)© 114X 4mm的鋼管流入一密閉容器中，其壓力為0.16MPa （表壓），兩槽的液位恒定。液體在管內(nèi)的流速為1.5m/s，管路中閘閥為半幵，管壁的相對粗糙度/d = 0.002，試計算兩槽液面的垂直距離z。解:在高位槽1截面到容器2截面間列柏努力方程:題26附圖由/d0.002 ,查得0.026管路中:進口0.590C彎頭0.75半幵閘閥4.

8、5個2簡化:Zg理 Wf1-31粘度為30cP、出口密度為900kg/m3的某油品自容器 A流過內(nèi)徑40mm勺管路進入容器B。兩容器均為敞口，液面視為不變。管路中有一閥門，閥前管長50m閥后管長20m （均包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。當(dāng)閥門全關(guān)時，閥前后的壓力表讀數(shù)分別為8.83kPa和4.42kPa。現(xiàn)將閥門打幵至1/4幵度,閥門阻力的當(dāng)量長度為300。試求：管路中油品的流量。解：閥關(guān)閉時流體靜止，由靜力學(xué)基本方程可得:P1PaZa g8.83 10310m900 9.81P21 paZb g34.42 10 L5m9.81900當(dāng)閥打幵1/4幵度時，在與BB'截面間列柏努利方程:

9、其中:Pa pb 0(表壓)，Ua Ub 0(za ZB)gWfl le U2d 2由于該油品的粘度較大,可設(shè)其流動為層流，則代入式（a），有(ZaZB)g64 l leU2dud 232 (l le)uZB)g32 (l le)3咒 9003(；皐09；0) 0.736m/s校核:Re0.04 900 0.736330 10883.22000假設(shè)成立。油品的流量:響:阻力對管內(nèi)流動的影閥門幵度減小時:(1)閥關(guān)小，閥門局部阻力增大，流速UJ ,即流量下降。plPt程:簡化得Zig1 2Ua2PaWf1 AZigPa11d閥關(guān)小后Ua J,同理，在t.-=dL止B截面間列柏努利方PaT,即閥前

10、壓力增加。BB與22截面間列柏努利方程，可得:閥關(guān)小后ubJ, pbJ,即閥后壓力減小。由此可得結(jié)論:當(dāng)閥門關(guān)小時，其局部阻力增大，將使管路中流量減小;下游阻力的增大使上游壓力增加;上游阻力的增大使下游壓力下降。可見,管路中任一處的變化，必將帶來總體的變化，因此必須將管路系統(tǒng)當(dāng)作整體考慮。1-36 .用離心泵將20C水從水池送至敞口高位槽中，流程如附圖所示，兩槽液面差為12m輸送管為© 57X 3.5mm的鋼管，吸 入管路總長為20m壓出管路總長155m(包括所有局部阻力的當(dāng)量長度)。用孔板流量計測量水流量，孔徑為20mm流量系數(shù)為 0.61，U形壓差計的讀數(shù)為6OOmmH。摩擦系數(shù)

11、可取為0.02。試求:(1)水流量，m/h ；(2)每kg水經(jīng)過泵所獲得的機械能。(3) 泵入口處真空表的讀數(shù)。解: (1) Vs C0Aj2Rg( p p(2)以水池液面為1面，高位槽液面為2 2面，在1 1 2 2面間列柏努利方程:簡化:WeZgWf而WflldVs其中：u 0.785d232.331 10 21.19卩0.785 0.05/s(3)以水池液面為11面，泵入口為3 3面，在1 1 3 3面間列柏努利方程:1-39 .在一定轉(zhuǎn)速下測定某離心泵的性能， 吸入管與壓出管的內(nèi)徑分別為 70mm和50mm當(dāng)流量為30 m/h時，泵入口處真空表與出口處壓力表的讀數(shù)分別為40kPa 和2

12、15kPa，兩測壓口間的垂直距離為 0.4m，軸功率為3.45kW。試計算泵的壓頭與 效率。30/解:_q一丿 3600 22.166n20.785 0.072/s；d1在泵進出口處列柏努力方程，忽略能量損失;=27.07m第二章非均相物系分離1、試計算直徑為30 U m的球形石英顆粒（其密度為 2650kg/ m）,在20C水中和20C常壓空氣中的自由沉降速度。解：已知 d=30u m p s=2650kg/m3(1) 20 C 水u=1.01 X 10-3Pa sp =998kg/m3設(shè)沉降在滯流區(qū)，根據(jù)式（2-15 ） 校核流型假設(shè)成立，ut=8.02 X 10-4 m/s為所求（2）

13、20 C常壓空氣u =1.81 X 10-5 Pa sp =1.21kg/m33p =1.21kg/m當(dāng)Ret如2時是顆粒在空氣中滯流沉降的最大粒徑，根據(jù)式（2-15 )并設(shè)沉降在滯流區(qū) 校核流型: 假設(shè)成立，ut=7.18 X 10"2m/s為所求。2、密度為2150kg/ m的煙灰球形顆粒在20 C空氣中在層流沉降的最大顆粒直徑是多少?解：已知 p s=2150kg/m3查 20 C 空氣 u =1.81 X 10-5 Pa.s整理d3( s )g18 2dut所以R= 0.05m3、直徑為10 U m的石英顆粒隨20 C的水作旋轉(zhuǎn)運動，在旋轉(zhuǎn)半徑處的切向速度為12m/s,求該處

14、的離心沉降速度和離心分離因數(shù)。解：已知d=10u mR=0.05m、 Ui=12m/s設(shè)沉降在滯流區(qū)，根據(jù)式（2-15）g改為ui/ R即校核流型Ur=0.0262m/s 為所求。2所以 Kc Rg 02941226、有一過濾面積為0.093m2的小型板框壓濾機，恒壓過濾含有碳酸鈣顆粒的水懸浮液。過濾時間為50秒時，共得到2.27 X 10-3m的濾液；過濾時間為100秒時。共得到3.35 X 10-3 m3的濾液。試求當(dāng)過濾時間為 200秒時，可得到多少濾液?解：已知 A=0.093m2、ti=50s、Vi=2.27 X 10-3m、t2=100s、V=3.35 X 10-3m、t3=200

15、s3324.41 10出工V 2.27 10由于q1A 0.093根據(jù)式（2-38a）聯(lián)立解之：qe=4.14 X 10-3K =1.596 X 10-5因此q； 2 4.14 10 3q3200 1.596 10 5q3=0.052533所以M=q3A=0.0525 X 0.093=4.88 X 10- m第三章 傳熱1.有一加熱器，為了減少熱損失，在壁外面包一層絕熱材料，厚度為300mm導(dǎo)熱系 數(shù)為0.16w/（m.k）,已測得絕熱層外側(cè)溫度為 30C,在插入絕熱層50mn處測得溫度 為75C .試求加熱器外壁面溫度.解：t21=75 C , t3=30C，入=0.16w/(m.k)2.設(shè)

16、計一燃燒爐時擬采用三層磚圍成其爐墻，其中最內(nèi)層為耐火磚，中間層為絕熱磚，最外層為普通磚。耐火磚和普通磚的厚度分別為0.5m和0.25m，三種磚的導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.02 W/(m C )、0.14138C。W/(m C )和0.92 W/(m C )，已知耐火磚內(nèi)側(cè)為 1000C，普通磚外壁溫度為35C。試問絕熱磚厚度至少為多少才能保證絕熱磚內(nèi)側(cè)溫度不超過940C，普通磚內(nèi)側(cè)不超過解：q丄上b1 b2 b3b1100035"05b1.020.140.250.921000 t2075將t2=940 C代入上式，可解得b2=0.997mbt4t3 t4b1b2b3 b31000350.5b

17、20.2542331.020.140.92350.25092(b)將 t3=138oC 解得 b2=0.250m 將 b2=0.250m 代入(a)式解得：t2=8144C 故選擇絕熱磚厚度為0.25m管外包厚30m的石棉，熱導(dǎo)率3.50 5 mr的不銹鋼管，熱導(dǎo)率入1=16W/m- K;為入2=0.25W/(m K)。若管內(nèi)壁溫度為350C，保溫層外壁溫度為100C，試計算 每米管長的熱損失及鋼管外表面的溫度;解：這是通過兩層圓筒壁的熱傳導(dǎo)問題，各層的半徑如下管內(nèi)半徑r1 20mm0.02m,管外半徑225mm 0.025m每米管長的熱損失:Q 2說1 t3)I 1 ,r21 ,r3In I

18、n 入1A22 3.14 aO 蝕 397W/m1 , 251, 55In In 16200.22256.冷卻水在252.5mm、長度為2m的鋼管中以1m/s的流速流動，其進出口溫度分別20C和50C，試求管內(nèi)壁對水的對流傳熱系數(shù)。解：空氣的定性溫度:Cp 4.174kJ/kg K，入t 遼戲 35 C。在此溫度查得水的物性數(shù)據(jù)如下：262.57 10 W/m K， 口 7.28 10 5 Pas p 994kg/m3u 1 m/sl/d=2/0.02=1003-15載熱體流量為1500kg/h，試計算各過程中載熱體放出或得到的熱量。(1)100C的飽和蒸汽冷凝成100C的水；(2) 110C

19、的苯胺降溫至 10 C； (3)比熱容為 3.77kJ/(kg K)的NaOH溶液從370K冷卻到290K; (4)常壓下150C的空氣冷卻至20C； (5)壓力為147.1kPa的飽和蒸汽冷凝，并降溫至C。3-17在一套管式換熱器中，用冷卻水將1.25kg/s的苯由350K冷卻至300K,冷卻水進出口溫度分別為 290K和320K。試求冷卻水消耗量。3-18在一列管式換熱器中，將某液體自 流和并流時冷熱流體的平均溫度差。解：逆流15C加熱至40C，熱載體從120C降至60 C .試計算換熱器中逆解：逆流:t1tm并流tmt1In丄t2t1120t1 t2t2120 4080 45,80ln4

20、515105C,105 20,1052080C,350.5753t260 1545C60.8Ct260851.6584020C51.3C3-20在一內(nèi)管為25 2.5mm的套管式換熱器中，管程中熱水流量為3000kg/h，進出口 溫度分別為90C和60C ;殼程中冷卻水的進出口溫度分別為 20C和50C，以外 表面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為 2000W/(m C ),試求：(1)冷卻水的用量；(2)逆流 流動時平均溫度差及管子的長度；(3)并流流動時平均溫度差及管子的長度。吸收2.向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入純的CO氣體，經(jīng)充分接觸后，測得水中 的CO平衡濃度為 2.875 X 102kmol/

21、m3，鼓泡器內(nèi)總壓為 101.3k Pa，水溫30C, 溶液密度為1000 kg/m3。試求亨利系數(shù) E溶解度系數(shù)H及相平衡常數(shù)m 解:查得30C，水的ps 4.2kPa稀溶液：c M755.56kmol/m 35.用清水逆流吸收混合氣中的氨，進入常壓吸收塔的氣體含氨6%（體積），吸收后氣體出口中含氨相平衡關(guān)系為0.4 % （體積），溶液出口濃度為0.012 （摩爾比），操作條件下2.52X。試用氣相摩爾比表示塔頂和塔底處吸收的推動力。解:塔頂:丫2丫2丫20.004020.00402塔底：Y,Y1 Y* 0.064 0.03024 0.0347.在溫度為20 C、總壓為101.3kPa的條件

22、下，SQ與空氣混合氣緩慢地沿著某堿溶液的液面流過，空氣不溶于某堿溶液。SO透過1mn厚的靜止空氣層擴散到某堿 溶液中，混合氣體中SO的摩爾分率為0.2，SO到達某堿溶液液面上立即被吸收, 故相界面上SO的濃度可忽略不計。已知溫度 20C時，SO在空氣中的擴散系數(shù)為 0.18cm2/s。試求SO的傳質(zhì)速率為多少?解:SO通過靜止空氣層擴散到某堿溶液液面屬單向擴散，可用式DpN A( Pa1 Pa2 )。RTZP Bm已知：SQ在空氣中的擴散系數(shù) D=0.18cm7s=1.8 X 10-5ni/s擴散距離z=1mm=0.001m氣相總壓 p=101.3kPa氣相主體中溶質(zhì) SQ的分壓Pai二pyA

23、i=101.3 X 0.2=20.27kPa 氣液界面上SQ的分壓pA2=0所以，氣相主體中空氣（惰性組分）的分壓Pb1=p Pa1=101.3 20.27=81.06k Pa氣液界面上的空氣（惰性組分）的分壓Pb2=P Pa2=101.3 0=101.3k PapPb2PB1pBm In止Pb1Pb1 101.3 81.06空氣在氣相主體和界面上分壓的對數(shù)平均值為:90.8k Pa.101.3In81.06代入式Na盤（Pa1 Pa2）1.8 108.314 293 0.00190.8101 31013 (20.270)=1.67 X 10-4kmol/(m2 s)10.用20C的清水逆流吸

24、收氨一空氣混合氣中的氨，已知混合氣體溫度為20C,總壓為101.3 kPa,其中氨的分壓為1.0133 kPa,要求混合氣體處理量為773m/h ,水吸收混合氣中氨的吸收率為99 %。在操作條件下物系的平衡關(guān)系為 丫0.757X ,若吸收劑用量為最小用的 2倍，試求（1）塔內(nèi)每小時所需清水的量為多少kg? (2)塔底液相濃度（用摩爾分數(shù)表示）解:Y1_1.0133 0 01Pb101.3 1.0133實際吸收劑用量L=2Lmin=2 X 23.8=47.6kmol/h=856.8 kg/hX = X+V (丫-丫)/ L=0+31.8(0.01 0.0001)0.006647.611 .在一填料吸收塔內(nèi)，用清水逆流吸收混合氣體中的有害組分A,已知進塔混合氣體中組分A的濃度為0.04 （摩爾分數(shù)，下同），出塔尾氣中A的濃度為0.005,出塔水溶液中組分A的濃度為0.012，操作條件下氣液平衡關(guān)系為丫* 2.5X。試求操作液氣比是最小液氣比的倍數(shù)?SO2。解:12 .用SO2含量為1.1 X 10-3（摩爾分數(shù)）的水溶液吸收含 SO2為0.09 （摩爾分數(shù)）的混合氣中的已知進塔吸收劑流量為37800kg/h，混合氣流量為 100kmol/h，要求SO2的吸收率為 80%。在吸收操作條件下，系統(tǒng)的