化工原理(上冊)課后習(xí)題

1、某濕物料原含水量為10，在干燥器干燥至含水量為1.1（噸濕物料除去的水量。解：方法一：設(shè)G1=1t=1000Kg。已知w1=10%、w2=1.1%1物料衡算：G W(G W)1.1%11 1解：W=90Kg

)

W)1 1 1 2解：W=90Kg2、采用兩個連續(xù)操作的串聯(lián)蒸發(fā)器以濃縮NaOH1012%NaOH溶液送入第一個蒸發(fā)器，經(jīng)濃縮后的NaOH水溶液再送入第二個蒸發(fā)器進一步濃縮至50%的堿液（以上均為質(zhì)量%）排出。若每個蒸發(fā)器蒸發(fā)水量相等，試求送入第二個蒸發(fā)器的溶液量及其組成（用NaOH%表示。F0F0=104kg/h第一蒸發(fā)器F=F-W10第二蒸發(fā)器F=F-2W20ω=12%0ω1ω=50%2F解：不變組份衡算式0

F2

1040.12(1042W)0.5FF1

W3800kg/hW1000038006200kg/hF F1040.12以第一蒸發(fā)器為衡算圍：0

1 1 119.4%131500kg/h800C水的初溫為30C350試求冷卻水用量。解：C 4.186kJ(kg0C)o水o

kgC。1500Cp液

(to

t)WC

(t1水W3956Kg/h第一章1、試求氨在2.55MPa（表壓）和160C下的密度。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簭姙?00kPa。

103絕

1002650kPaMPM 絕

265017

18.75kg m3RT 8.3142892、某氣柜壓強為0.075Mpa(表壓)，溫度為400C，混合氣體中各組分的體積百分?jǐn)?shù)為：vvH2N2COCO2CH4i%40203271試求混合氣的密度。當(dāng)?shù)卮髿鈮簭姙?00kPa。

0.075103絕

10040220283228744116M100

16.8kgkmolPM 17518.6 1.25kg m3RT 8.3143133100kPa90kPa87kPakPa?P真真

PP大 絕PP大

100P絕77kPa

10kPa4、計算20°C液。解：20°C

879kg/m3 苯

867kg/m3 等體積時甲苯mm 879867 m 879867 1 2v

873kg/m3 M2

n 879

867

84.4kg/mol78 925、用普通U形管壓差計測量原油通過孔板時的壓降860kg/m318.7cm。計算原油通過孔板時的壓強降，kPa解P( -汞

）gR=(13600-860)9.810.18723.37kPa油6、一敞口燒杯底部有一層深度為51mm的常溫水，水面上方有深度為120mm的油層，大氣壓強為745mmHg 柱，溫度為30°C，已知油的密度為820kg/m3。試求燒杯底所受的絕對壓強解：PP P油P油gR油gh1水gh2136009.810.7458209.810.12995.79.810.0517、如圖所示，用連續(xù)液體分離器分離互相不溶的混合液。混合液由中心管進入，依靠兩的密度差在器分層，密度為 860kg/m3的有機液體通過上液面溢流口流出，密度1050kg/m3的水溶液通過U形管排出。若要求維持兩液層分界面離溢流口的距離為2m，問液封高度z為多少m?0PP0

gRP gR1 0 水 2

R 8609.8121.638m2 10509.818、用來測量氣體導(dǎo)管中某截面上的壓強，壓差計的一側(cè)與導(dǎo)管測點相連，另一側(cè)敞口。已知大氣壓強為750mmHg，指示液為水和輕油，它們的密度分別為1000kg/m3和860kg/m3，壓差計讀數(shù)為150mm。試求被測氣體導(dǎo)管截面上的絕對壓強？PP1

(

- gR）水 油P1

g0.75(1000860)g0.15100.268kPa汞9體積流量為15/,試分別計算水在大管和小管中的1））質(zhì)量流速。解：解: (1)大:W Vs s

15100015000kg/hu Vs 15/3600 /s1 0.785d2 0.7850.12G u1 1

0.5311000530.8kg/m2s(2)小管:質(zhì)量流量不變W 15000kg/hs2u Vs 15/3600 2.123m/s2 0.785d22d

0.7850.052100或: u2

u1

1)d2

)50

2.123m/sG u 2.12310002123kg/m2s2 210、水以17m3/h的流量經(jīng)一水平擴大管段，小官徑d1

40mm,大管徑d2

80mm,。如圖所示的倒U形管壓差計上的讀數(shù)R為170mm。求水流經(jīng)1、2截面間擴大管段的阻力損失為多少J/kg。u12

u2 p

u2 u2 pp解：gz 1gz 2 2 h

h 1 2 1 21 2

2 2

f 2 2 u 17/36001 0.785

3.76m/s u 2

17/36000.785

0.94m/s p p2 1

gR hf

3.7620.9422

9.810.174.96J/kg11、某一高位槽供水系統(tǒng)如附圖所示，高位槽高于地面8m，管子規(guī)格為φ108×4.0mm。埋于地面以下1m，出口管高出地面2m。能量損失可以表示為hf

45(u2)J/kg（u為水2在管的流速。試求：水在管的流量/h。欲使水量增加10%，應(yīng)將高位槽的液面增高多少解:(1)p 1 p 1Zg 1 u2Zg 2 u

h1 2 1 2 2 2 f1 169.810000 u245 u269.812369.8123

2 2 2 2

(2)69.8123Vs36000.78569.8123Vs'45.21.149.72m3/h49.72/3600

45.2m3/hu'

0.785

1.76m/s1.76

z9.81z7.26m23z7.26281.26m12、如圖所示水槽，頁面恒定，底部引出管為1084無縫鋼管。當(dāng)閥門A全閉時，近閥門處的玻璃管中水位高為h為1m，當(dāng)閥門調(diào)至一定開度時，h降為400mm，此時水在該系統(tǒng)中的阻力損失為300mm水柱，試求管中誰的流量，m3/h解：u0

z0 p 后z0 p 0.4m

hf/gg g20.39.81u 20.39.81V 36002.40.78568.7m3/hs13、25φ76×3mm的管道中流動，流量為流流動，則管最大平均流速應(yīng)為多少。解:查附錄25℃水物性:996.95kg/m3, 0.903cP303600303600u s 2.1665m/s0.785d2 0.7850.072Re

du

0.07996.952.16650.903103

1.671054000 為湍流2000du

0.07996.95uu0.0259m/s0.9031031520°C1022kg/m34.3cP。管子為熱軋無縫鋼管573.5/h，管子總長為10mJ/kg；②若改用無縫鋼管252.5J/kg？鋼管的絕0.2mm解：1022kg/m3d50mm0.05m

u4.3103Pas VS

1m3/h

L le10mV1/3600Vu S 0.14m/s0.785d2 0.7850.052①R

du

10220.05 136000.7850.0521681e 64

4.3103Re 1684 u2L u2h

0.038

100.142

0.0765J/kgf d 2 0.05 2S②u VS

1/3600 0.885m/s Re10220.020.88542050.785d

0.7850.022

4.3103/d

0.220

0.01 0.05 u2L u2h

0.25

100.8852

9.79J/kgf d 2 0.02 216、水以2.7103m3/s的流量流過徑為50mm的鑄造管。操作條件下的粘度為1.09mPas，密度為992kg/m3。求水通過75m水平管段的阻力損失，J/kgVS

2.7103m3/s d0.05m u1.09103Pas /m3L75m u

VS0.785d

2.7103 1.38m/s0.7850.052du 0.051.38992Re 6.28104 1.09103/d0.750.01查得0.04650 h f

lu2d 2

0.046

750.05

1.3822

65.7J/kg17、某液體流過普通普通熱軋無縫鋼管27311.0,管壁粗糙度為2.5mm，管長為150mm，允許阻力損失為5.3m液柱。已知該液體的運動粘度為2.3106m2

/s，試確定其體積流量，m3/h解：Hf

lu22g

5.3u20.174設(shè)0.02 則u2.95m/sdu 0.2512.95 2.5Re

2.3106

3.2105

0.01 查得0.038d 251進入完全平方0.038 則u2.14msV 36000.7850.25122.14381m3hh128.9m3/h流過一普通熱軋無縫鋼管53080J/kg，原油在操作條件下的密度為890kg/m33.8mPas。試選擇適宜的管子規(guī)格。u

28.936000.785d

0.01023 805300.010232d2 d 2d4

2886.64d5設(shè)0.025 d0.097m 則u1.1ms0.0971.1890Re 3.8103

2.5104 0.50.005 查得0.035d 97設(shè)0.035 d0.104m則u0.95s0.950.104890Re 3.8103

2.3104 0.5

0.005查得0.035d 104d104m 114419、如圖示用泵將貯槽中的某油品以40m3/h的流量輸送到高位槽。兩槽的液位差為20m。450890kg/m30.187Pas。40 0.11.4890u

36000.785

1.4m

R 673.65e 0.18764Re

0.95 hf

0.0955301.420.1 2

419Jkgz u2 u2 Pg W Zg

2h1 2

2 2 fW209.811.42419616Jkge 2Pwve e

61689040360020、用玻璃虹吸管將槽某酸溶液自吸出來，溶液密度1200kg/m3，粘度為6.5cP.玻璃吸管徑為25mm，總長為4m，其上有兩個90 標(biāo)準(zhǔn)彎頭。若要使輸液量不小于0.5103m3/s，高位槽液面至少要比出口高出多少m?設(shè)高位槽液面恒定。u

0.51030.7850.0252

1.02ms

R 0.0251.021200 e 6.5 0.31640.038 hf(lg)u23.96JkgR 0.25 d 2e1.0223.960.26h 2 0.483m9.8124問因流動阻力而產(chǎn)生的阻力損失為原來的多少倍？摩擦系數(shù)可用柏拉修斯公式計算。解： hf

lu2d 2

0.3164R0.15e

u SVAV

V US2 S1 2

2U1R 2R

1 hf

1 43.36e2第二章

2

20.15 1

h 20.15f111450r/min20°C240m3/h口真空泵的讀數(shù)為0.43MPa0.4m試求此時對應(yīng)的揚程值。解：998.2kg m3H e

P20.4(0.430.01)106O g 998.29.81

45.3m2n1450r/minQ=60m3/hH=52m，N=16.1kW80m3/h少？并估算此時相應(yīng)的揚程和功率（假設(shè)泵的功率不變）N解：N

QHhe

0.528

n1Q1

88

1933rminN N n2 Q2 6 2 ( ) H2 n2 ( )

92.4m

N2(n2)3

64

38.1kWH1 9 2 N1 27 23106mmd20°C的水溶液（其物性與水基本相同。管路中直管長度為0.03要求液體由低位槽送入高位槽，兩槽均敞口且液面維持恒定，兩液面見垂直距離為16m，試列出該管路的特性方程（流量Q以m3/h計。P解：Azg

16m(ll

) u2

0.03(18060) QH e ( )f d 2g 0.10629.81 36000.7850.10620.03240B0.106529.8136002H 163.43103Q2e

3.43103H27.015Q2式中Q為m3/min。1200kg/m314103m3/s。試求該泵在管路中的工作點。H10BQ22010B(1410360)2B14.17Q1014.17Q2①H27.015Q2②聯(lián)立①②解Q20.58Q45.8m3hH18.3m將密度為1500kg/m3的硝酸由地面貯槽送入反應(yīng)釜。流量為7m3/h，反應(yīng)器液面與貯槽液面間垂直距離為8，釜液面上方壓強為200kPa（表壓30kPa。試選擇一臺耐腐蝕泵，并估算泵的軸功率。(20030)103解: He

8

1500

23.6m依據(jù)Q7m3h H23.6m選40F26型7 15009.8123.6N3600 1.53kW0.4450C重油由地下貯油罐送往車間高位槽，流量為40t/h油管總長為300m()。輸送管采用無縫鋼管108450C890kg/m3187mPas。試選擇一臺適宜的油泵。40103 QQ

44.9m3h u 1.59ms890 36000.7850.01duR

756.4

640.085e u ReH 20

lu2

52.7m 所以應(yīng)選60e d 2第三章50m（2650kg/m320C20C常壓空氣中的自由沉降速度。gdp2( )

du解：在水中ut

p 0.0025ms 18ugdp2( )

0.112成立et udu在空氣中ut

p18u

0.2ms Ret

0.672成立uguug( pt2150kgguug( pt解：d p4．溫度為200C的常壓煙道氣，以1.6m3/s（操作狀態(tài)）的流量，送入長寬高為10m2m2m4880kg/m3189.81(189.81()pt181.81050.089.81(48801.205

V

1.6解；dPe

28 m

S 0.08tc BL 210 d tR p ctte

281060.81.2051.8105

0.142 成立0.093m2502.27103m3200秒時，共獲得多少濾液？2.27103 3.35103q1

0.093

2.44102

q 3.61022 0.093q 4.1103 k1.59105 200秒時q224.1103q2001.59105eq0.0526 VqA0.05260.0934.89103m3BMS50/810-25型板框壓濾機，濾框尺寸為36個框，現(xiàn)用來恒壓過濾某懸浮液。操作條件下的過濾常數(shù)K為2.72105m2/s，qe

3.451031m3濾液同時，生成0.148m3濾渣。求濾框充滿濾渣所需的時間.0.59解；V

0.108

3.986A

=23647.239m2總V =0.025360.59m3總

V22VVe

KA2t3.986223.9863.4510347.2392.7210547.2392tt283s第四章159mm,管外保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)0.110.0002tW/mC外壁溫度為150C。要求保溫層外壁溫度不超過50C，每米管長的熱損失不超過200W/m，問保溫層厚度應(yīng)為多少?解 ：tt1t

15050 1000C0.110.0002t0.110.0002100/mC2 2Q t

200

15050lnr21rl lnlnr21r159

/0.13ln159159

0.1340.1mm4．76330mm30mm的石棉。軟木和石棉的0.04W/mC0.16W/mC-110C10C求每米管道所損失的冷量。解 ：Q

tt1 4

2

11010

444.8W/m42rl lnr /ln3/2r

lnr/ ln38/45ln68/0.04ln98/0.16r 1 r1

2 r 3 35 38 68320mm20C100C12m/s，試求水與空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)。解：t60c 1.06kg/

cp1.005kj/kg /m2C2.0105Re

0.02121.060.01105

1.27104P1.0051032.011050.6975r 0.028960.028960.023

0.02

(1.27104)0.80.69750.455.3W/m2C水以1.0 m/s的流速在長3m的252.5的管由20C加熱至40C，試求水與管壁之間的對流給熱系數(shù)？若水流量增大50%，對流給熱系數(shù)為多少？解：995.7kg/m3 Cp0.8103Pas0.021.0995.7

4.17103J/(kgC) 0.6176W (m2C)R 0.8103 pr2.5 104 5.4ee0.61760.023 (2.5104)0.85.40.44.6103W/m2C0.0220C100C，空氣以60kg/h的流量流過套管環(huán)隙，已知管573.5mm，外管833.5mm，求空氣的對流給熱系數(shù)？20100t

60C查1.060kg/m3、2

1.005103J/(kgC)P0.02896W(m2C)、2.01105Pas、P 0.696r 19mm

u

60 de 3600d

79422300de d2 d1

Re de 4

(d

2 2)2.01105d2 1dPP CP

0.6975 f1

6105

0.943r 79421.8

0.02896 2

Re0.8P0.4f0.023de r

0.019

79420.80.69750.40.94337.7W (m

C)9．某種粘稠液體以0.3m/s的流速在徑為50mm，長4m的管流過，若管外用蒸汽加熱，試求管壁對流體的給熱系數(shù)。已知液體的物性數(shù)據(jù)為：900kg/m3，C 1.89kJ/kgC，/mC0.01Pas。pdu 0.050.3900

13502300e 0.01cP p

1.891030.01147.666700r 0.128d 0.05RP 1350147.66 249210e r l 411.86(R1

d 1 P )3( )0.141.86

0.128

249230.9561.3W/m2Cd e r l W

0.0511．溫度為52C的飽和蒸汽在長3m,外徑為32mm,的單根黃銅管表面上冷凝，銅管垂直放置，管外壁溫度為20C，試求每小時苯蒸氣的冷凝量？若將管水平放置，苯蒸氣的冷凝量為多少？解：已知t52C t 48C d 32mms W 05248t 50C 查得850kg(mC) 0.14W (m2C)m 2u0.45103Pas c1.8kJ(kgC)52C時，r394kJkgP2g3r1（1）水平放置：

dt0

)42462W(m2C)QWrW（2）垂直放置：假設(shè)R 2000e 1.13 d 1

24620.0323427.1kgh394103 0.725

)40.50.524621233.2W (m2C)l4ltR e r

333.92000（假設(shè)成立）W13.5kgh13．流體的質(zhì)量流量為1000kg/h，試計算以下各過程中流體放出或得到的熱量。130C40C，取煤油比熱容為2.09kJ/kgC；Q

10002.09103(13040)3600

5.23104W②比熱容為3.77kJ/kgC的NaOH 溶液，從30C加熱至100C;Q

10003.77103703600

7.33104W30C140C；解: Q

10001.015103(14030)3600

3.1104W100C的水汽化為同溫度的飽和水蒸氣；解; Q

100022581033600

6.27105W⑤100C的飽和水蒸氣冷凝，冷卻為50C的水。解: Q

1000(22581034.18610350)3600

6.85105W．在一套管換熱器中，管為 573.5的鋼管，流量為2500kg/h，平均比熱容為2.0kJ/kgC90C50C20C40C，200W/m2C/hm；③逆流流動時平均溫度差及所需的套管長度，m。解：①WCTWCth Ph h c Pc

25002.0(9050)W

4.186(4020)cW25002.0(9050)2390kghc 4.186(4020)②并流：t1

902070C 2

504010C

701030.83Cm ln7010Q

Ch Ph

h

25002.0(9050)103/3600A 9m220030.83A

ll A0 d0

93.14

50.5m

904050C 1 25002.040103

502030C

503040Cm 2l 3600 38.8m200403.140.057一列管式換熱器，管子直徑為252.5，管流體的對流給熱系數(shù)為W/m2K，管外流體的給熱系數(shù)為2000W/m2K，已知兩流體均為湍流換熱，取鋼管導(dǎo)熱系數(shù)/m2K，管外兩側(cè)污垢熱阻為0.00118m2K/W,K及各部分傳熱系數(shù)有何變化？解：1

dR

Rd d Si

1 0.001180.0025

25

25 0.0011825K d0 m

so di

d 2000i i

45 22.5 10020 20K63.6W (m2K) 0.023 i de

0.8Pe

n流量增加一倍，流速增加一倍,Rr

增加20.8倍，e所以20.i

174.1111 25 25

0.0104K1.51KK K 2000 174.1120 0.36

R0.55P

1(

)0.14

20.5 2928.17d ee1 1 1

r3 1 0.01554K1.01KK K 2000 2928.17一傳熱面積為15m2的列管換熱器，殼程用110C的飽和水蒸氣將管程某溶液由20C80C，溶液的處理量為2.5104kg/h4kJ/kgC下的傳熱系數(shù)？2.5104 9030Q

3600

4103(8020)1.67106W t m

ln9030

54.61CQ 1.67106K 2038.7W (m2C)1554.61m20．某換熱器的傳熱面積為30m2，用100C的飽和水蒸氣加熱物料，物料的進口溫度為30C2kg/s4kJ/kgC/m2C，求；①物料出口溫度，②水蒸氣的冷凝量，kg/h。Q24103t230)t (100t)(100t)

tt2121 1 t 2 70m 100ln100

1 2

100t2t 3 t

t3022Q2410(m

30)125302 ln 70tln 70100

12530 tt24103 t2

56.2C

1002Q24103(56.230)2.1105WQW

2258103Wh

0.93kgs334kghh21．363K的丁醇在逆流換熱器中被冷卻至323K，換熱器的面積為30m2，傳熱系數(shù)為/m2k。已知丁醇流量為2000kg/h，冷卻水的進口溫度為303K量和出口溫度。解 ：Q

C Th Ph 1

20002.97103(36332