化工原理課后答案解析

1、3在大氣壓力為101.3kPa 的地區(qū)，一操作中的吸收塔表壓為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)應為多少？p絕pap表101.3 130231.3KPa解：p絕pa231.3 75 1563.KPap表1-6 為測得某容器的壓力，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3900kg/m ,h=0.8m,R=0.45m 。試計算容器中液面上方的表壓。p gh0ghp 0gR gm解：10313.69.810.459009.810.860037.27063.252974 Pa53kPa1-10 硫

2、酸流經(jīng)由大小管組成的串聯(lián)管路，其尺寸分別為76×4mm和57×3.5mm。已知硫酸的密度為3，體積流量為3試分別計算硫酸在大管和小管中的（1）質量流1831 kg/m9m/h,量；（ 2）平均流速；（ 3）質量流速。解 : (1)大管 : 76 4mmmsqV 9183116479 kg / hu1qV9 / 36000.69m / s0.785d20.7850.0682G1 u10.6918311263.4kg / m2 s(2) 小管 : 57 3.5mm質量流量不變ms216479kg / hu2qV9/ 36001.27 m / s0.785d220.7850.05

3、2或 :d1268 2msu2u1 ( d 2)0.69(50)1.27/G 2u21.2718312325.4kg / m 2 s1-11 如附圖所示，用虹吸管從高位槽向反應器加料，高位槽與反應器均與大氣相通，且高位槽中液面恒定?，F(xiàn)要求料液以1m/s 的流速在管流動，設料液在管流動時的能量損失為20J/kg （不包括出口） ，試確定高位槽中的液面應比虹吸管的出口高出的距離。解 : 以高位槽液面為 1-1 面 , 管出口側為 2-2 面 , 在 1-1 2-2 間列柏努力方程 :Z1 gp11 u12Z 2 gp21 u22W f22簡化 :12H (2u2W f ) / g1120) 9.8

4、1 2.09m(21-14 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，其液面上方的壓力為2.0MPa（表壓），精餾塔操作壓力為 1.3MPa（表壓）。塔丙烯管出口處高出貯槽液面30m，33，管徑為 140mm，丙烯密度為 600kg/m ?，F(xiàn)要求輸送量為40×10 kg/h管路的全部能量損失為150J/kg （不包括出口能量損失） ，試核算該題 14附圖過程是否需要泵。解 : 在貯槽液面 1-1 與回流管出口外側 2-2間列柏努力方程 :Z1gp11 u12WeZ 2 gp21 u22W f22簡化 :p1p212WeZ 2 g2u2W fWep2p1

5、1 2Z 2 gW fu22ms40103600u236001.2m / s0.785d 20.7850.142We(1.32.0)10611.22309.81 1506002721.6J / kg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 45×2.5mm。當閥門全關時，壓力表的讀數(shù)為 78kPa。當閥門全開時，壓力表的讀數(shù)為75 kPa，且此時水槽液面至壓力表處的能量損失可以表示為W fu 2J/kg （ u 為水在管的流速） 。試求：1（ 1）高位槽的液面高度；h（ 2）閥門全開時水在管的流量（m3/h ）。解: (1)

6、閥門全關 , 水靜止題 16附圖pghp78103h10 37.95mg9.81(2) 閥門全開 :在水槽 1-1 面與壓力表 2-2 面間列柏努力方程 :Z1 gp11 2Z 2 gp212W fu12u22簡化 :p212Z1 g2u2W f7.959.8175 1031 u22u2210002解之 :u21.414m / s流量 :Vsd 2u20.7850.0421.4141.776 10 3 m3 / s46.39m 3 / h1-17 附圖所示的是冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100kg/m3，循環(huán)量為45 m3 /h 。管路的徑相同，鹽水從A 流經(jīng)兩個換熱器至 B 的壓頭損失為

7、9m，由 B 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) :題17附圖H ehf91221mPeH eVsg21451100 9.81 2.83kW3600軸功率 :PPe2.834.04kW0.7(2) A B 列柏努力方程 :pA1u A2Z ApB1uB2Z Bh fABg2gg2g簡化 :pApBZ Bh fABgg153 103pB1100 9.81 (7 9)pB19656 pa (表 )B 處真空度為 19656 Pa 。1-23 計算

8、10水以 2.7 ×10 3 3m/s 的流量流過 57×3.5mm、長 20m 水平鋼管的能量損失、壓頭損失及壓力損失。（設管壁的粗糙度為0.5mm）解:uVs2.710 31.376m / s0.7850.0520.785d 210水物性 :999.7kg / m3 ,1.30510 3 pa sRedu0.05999.7 1.3765.271041.30510 30.50.01d50查得 0.038W flu 2201.376214.47 J / kg20.0382d0.05hfW f / g1.475mPfWf 14465.7 Pa1-25 如附圖所示，用泵將貯槽中

9、20的水以3的流量輸送至高位槽。兩槽的液40m/h位恒定， 且相差 20m，輸送管徑為 100mm，管子總長為80m（包括所有局部阻力的當量長度） 。已知水的密度為3-3·998.2kg/m ，粘度為 1.005 ×10Pa s，試計算泵所需的有效功率。=0.2qV40解 : u36001.415m / s20.785 0.12d4du0.1 998.2 1.415140542 2000Re1.005 10 3 /d=0.2/100=0. 002題23附圖 0.023在貯槽 1 截面到高位槽2 截面間列柏努力方程:p112WeZ 2 gp212W fZ1 g2u12u2簡化

10、 :WeZ2 gW f而 :W flle u 20.023801.4152d20.1218.42 J / kgWe209.8118.42214.6J / kgNe We msWe Vs214.62403600998.2 2380W 2.4kW1-28 如附圖所示，密度為3、粘度為 1.5 mPa·800 kg/ms 的液體，由敞口高位槽經(jīng)114×4mm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。液體在管的流速為1.5m/s ，管路中閘閥為半開，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

11、柏努力方程:p11 2Z2 gp212W fZ1 gu12u22簡化 :p2W fZg題26附圖Redu0.106800 1.58.4810 41.510 3由0.002 , 查得0.026d管路中 :進口0.590彎頭0.75 2 個半開閘閥4.5出口1lu 230 1601.52W f ()(0.0260.5 2 0.75 4.5 1)d20.106260.87 J / kgZ ( p2W f ) / g ( 0.16 10660.87) / 9.81 26.6m8001-31 粘度為 30cP、密度為 900kg/m3 的某油品自容器A 流過徑 40mm的管路進入容器 B 。兩容器均為敞

12、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量長度）。當閥門全關時，閥前后的壓力表讀數(shù)分別為8.83kPa 和 4.42kPa 。現(xiàn)將閥門打開至1/4 開度，閥門阻力的當量長度為 30m。試求： 管路中油品的流量。解： 閥關閉時流體靜止，由靜力學基本方程可得：p1pa8.8310310 mzAg9009.81p21pa4.421035 mzBg9009.81當閥打開 14 開度時，在 AA與 BB截面間列柏努利方程：12pA12p BW fz A gu AzB gu B22其中：pA pB 0 ( 表壓 ) ， u AuB0則有l(wèi)l e u 2(

13、 zA zB )gW f2d（ a）由于該油品的粘度較大，可設其流動為層流，則6464Red u代入式（ a），有( zA64 ll e u 232 (ll e )uzB )gd2d 2d u校核：假設成立。d 2(zAzB ) g0.04 2900(105)9.81u(lle )32 3010 3(50300.736 m/s3220)d u0.04 9000.736883.22000Re30103油品的流量：qV2u20.736 9.244 1043/s3.328m3/hd0.785 0.04m4阻力對管流動的影響：閥門開度減小時：（ 1）閥關小，閥門局部阻力增大，流速u, 即流量下降。（

14、2）在 11 與 AA截面間列柏努利方程：z1 g1 u1p1zA g1 uA2p AW f 1 A222z1 g2p AW f 1簡化得1 u AA2或z1 gpA( l11) u12d2顯然，閥關小后uA， pA，即閥前壓力增加。（ 3）同理，在 BB與 22截面間列柏努利方程，可得：閥關小后 uB， pB，即閥后壓力減小。由此可得結論：（ 1） 當閥門關小時，其局部阻力增大，將使管路中流量減?。唬?2） 下游阻力的增大使上游壓力增加；（ 3）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)當作整體考慮。1-36 用離心泵將20水從水池送至敞口

15、高位槽中，流程如附圖所示，兩槽液面差為12m。輸送管為 57×3.5mm 的鋼管，吸入管路總長為20m，壓出管路總長155（包括所有局部阻力的當量長度） 。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 00mmHg。摩擦系數(shù)可取為 0.02 。試求：3（ 1）水流量， m/h ；（2）每 kg 水經(jīng)過泵所獲得的機械能。2（3）泵入口處真空表的讀數(shù)。1解：（ 1） VsC02Rg( 0 )A0題 36附圖0. 61 0.785 0.022 2 0.6 9.81 (13600998.2)998.22.331103 m38.39 m3sh（ 2）以水池

16、液面為 11 面，高位槽液面為 22面，在1 122 面間列柏努利方程：p11 u12Z1g Wep21 u22Z 2 gWf22簡化 :WeZgWflleu 2而W fd2其中： uVs2.3311031.19 m0.785d 20.7850.052sW f0.022201.19249.7J0.052kgWe 129.8149.7167.4Jkg（3）以水池液面為11 面，泵入口為33 面，在 1 1 33 面間列柏努利方程：p112Z1gp312Z3 gW fu12u32Z10, u10, Z31.5m, u31.19m / sW fl120.02201.1925.66 J / Kgu0.

17、052d 2p1p31 u32Z3gW f 21.1921.59.815.6621.023J / kg2p1p321.0239.8120.6kPa1-39 在一定轉速下測定某離心泵的性能，吸入管與壓出管的徑分別為70mm和 50mm。3當流量為 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 215kPa，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。解： u1qV3036002.166 m20.7850.072s4 d1304.246mu236000.7850.052s在泵進出口處列柏努力方程，忽略能量損失；p11 u12Z1H

18、ep21 u22Z2g2 gg2gH ep2p11 (u22u12 )Zg2g(21540)10 321(4.24622.116 2 ) 0.410 39.819.81=27.07mN eQH g301039.8127.072.213kW3600 Ne 100%2.213100%64.1%N3.45第二章非均相物系分離1、試計算直徑為30 m的球形石英顆粒（其密度為2650kg/ m 3），在 20水中和20常壓空氣中的自由沉降速度。解：已知=30 m、s=2650kg/m3d（1） 20水=1.01 ×10-3Pa·s=998kg/m3設沉降在滯流區(qū)，根據(jù)式（2-15 ）

19、utd 2 (s)g(3010 6)2(2650998)9.818.0210 4 m/s18181.01103校核流型Retdut3010 68.02 1049982.38102(1041.0110 3 2)假設成立，ut =8.02 ×10-4m/s 為所求（2） 20常壓空氣=1.81 ×10-5 Pa·s=1.21kg/m 3設沉降在滯流區(qū)utd 2 (s)g(3010 6)2(2650 1.21) 9.817.1810 2 m/s18181.8110 5校核流型：Retdut3010 67.18 1021.210.144 (104 2)1.8110 5假設

20、成立， ut =7.18 ×10-2 m/s 為所求。2、密度為 2150kg/ m3的煙灰球形顆粒在20空氣中在層流沉降的最大顆粒直徑是多少？解：已知s=2150kg/m3查 20空氣=1.81 ×10-5 Pa.s=1.21kg/m3當 Retdu t2 時是顆粒在空氣中滯流沉降的最大粒徑，根據(jù)式（2-15 ）并整理d 3 ( s) gdut2所以18236236(1.8110 5)25m 77.3md 337.73 10( s) g(21501.21)9.811.213、直徑為 10 m的石英顆粒隨20的水作旋轉運動， 在旋轉半徑 0.05m 處的切向速R度為 12m

21、/s，求該處的離心沉降速度和離心分離因數(shù)。解：已知 d=10 m、R=0.05m 、 u i =12m/s設沉降在滯流區(qū)，根據(jù)式（2-15 ） g 改為 ui / R即d 2 ( s) ui210 10(2650 998)1220.0262 m/s 2.62cm/surR181.01 10 30.0518校核流型dur10 50.0262998(104 2)Ret1.0110 30.259ur =0.0262m/s 為所求。ui2122294所以K cRg0.05 9.816、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-33-3350 秒時，共

22、得到 2.27 ×10m 的濾液； 過濾時間為100 秒時。共得到 3.35 ×10m的濾液。試求當過濾時間為200 秒時，可得到多少濾液？解：已知 A=0.093m211×10-3 322×10-3 33=200s、t=50s 、V=2.27m、t =100s 、V =3.35m、tV12.27 10由于 q10.093AV23.35 10q20.093A324.4110336.021033根據(jù)式（ 2-38a ）q122qeq1Kt1(24.4110 3)2224.4110 3 qe50Kq222qeq2Kt 2(36.0210 3)2236.021

23、0 3 qe100K聯(lián)立解之： qe=4.14 ×10-3K =1.596 ×10-5因此q322 4.14 10 3 q3200 1.59610 5q3=0.0525-33所以V3=q3A=0.0525 ×0.093=4.88 ×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,導熱系數(shù)為0.16w/(m.k),已測得絕熱層外側溫度為30, 在插入絕熱層50mm處測得溫度為75. 試求加熱器外壁面溫度.解： t2 1=75 , t3=30 , =0.16w/(m.k)qt1t2t2t3b1b2t

24、17575300.250.050.160.16t1455753002. 設計一燃燒爐時擬采用三層磚圍成其爐墻，其中最層為耐火磚，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，三種磚的導熱系數(shù)分別為1.02W/(m· ) 、0.14 W/(m · ) 和0.92 W/(m · ) ，已知耐火磚側為1000，普通磚外壁溫度為35。試問絕熱磚厚度至少為多少才能保證絕熱磚側溫度不超過940，普通磚側不超過138。解： qt 1 t 4t 1t 21000 351000 t 2（ a）b1b2b3b10.5b20.250.512311.

25、020.140.921.02將 t 2=940代入上式，可解得b2=0.997mqt1t4t 3t4100035t 335(b)b2b3b30.5b20.250.25b112331.020.140.920.92將 t 3=138oC 解得 b2=0.250m將 b2=0.250m 代入 (a) 式解得： t 2=814.4 故選擇絕熱磚厚度為 0.25m3. 50 5 mm的不銹鋼管，熱導率1=16W/m·K；管外包厚 30mm的石棉，熱導率為2=0.25W/(m ·K) 。若管壁溫度為350，保溫層外壁溫度為100，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

26、層圓筒壁的熱傳導問題，各層的半徑如下管內半徑 r120mm 0.02m ,管外半徑 r 225mm 0.025m管外半徑保溫層厚度 r30.025 0.030.055mQ2(t1t3 )23.14(350100)每米管長的熱損失：r21r31251397 W/ml155lnlnlnlnrr216200.2225112Q2(t1t 3 )l1r21r3lnlnrr2112t1t2t2t3359t2t21001ln r21lnr21ln251ln551r11r116200.2225t 23496. 冷卻水在 25 2.5mm、長度為 2m 的鋼管中以 1m/s 的流速流動，其進出口溫度分別20和

27、50，試求管壁對水的對流傳熱系數(shù)。解：空氣的定性溫度：t205035 。在此溫度查得水的物性數(shù)據(jù)如下：2cp 4.174kJ/kg K， 62.57 10 2 W/m K ， 7.28 10 5 Pa s 994kg/m 3u1 m/sRedu 0.021 99427307 1000072.810 5Prcp 4.87l/d=2/0.02=100 0.0230.8Pr0.462.5710 20.80.4Re0.0230.02273074.87d0.719535401.884788W /(m2)3-15 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）100的飽和蒸

28、汽冷凝成100的水；（ 2）110的苯胺降溫至10；（ 3）比熱容為 3.77kJ/(kg·K)的 NaOH溶液從 370K 冷卻到 290K；（ 4）常壓下150的空氣冷卻至20；（ 5）壓力為147.1kPa 的飽和蒸汽冷凝，并降溫至。(1)qm1500r2258kJ / kgkg / s,3600QqmW3600( 2)Tm383283cp2.19kJ /(kg K )2333KQqmc p (T1T2 )15002.19(383283)91.3kW3600( 2) NaOHc p3.77kJ /( kgK )Qqmc p (T1T2 )15003.7

29、7 (370 290 ) 126kW3600( 4)t m20150c p1.009kJ /( kg )285Qqmc p ( t1t2 )15001.009(15020)54.7kW3600(5) p 147.1kPat s 111,r2230kJ / kgt 25011150t m280.5c p4.2kJ /(kg )Qqm r cp (t11500(22304.2 61)1035.9kW .t 2 )36003-17 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。解：350300c

30、 p11.83kJ /( kg K )Tm2325KQqm1cp1(T1 T2 )1.25 1.83(350300) 114.3kW290320cp 4.174kJ /( kg )t m3052Q114.30.91kg/sqmt2 ) 4.174 30c p2 (t13-18 在一列管式換熱器中，將某液體自15加熱至 40 ，熱載體從 120降至 60 . 試計算換熱器中逆流和并流時冷熱流體的平均溫度差。解：逆流解：逆流：t11204080,t2 60 15 45t1t280453560.8t mt1800.5753lnt2ln45并流 t112015 105,t 2 6040 20t1t21

31、05208551.3t mt11051.658lnt2ln201206040153-20 在一管為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 90和 60；殼程中冷卻水的進出口溫度分別為 20和 50，以外表面為基準的總傳熱系數(shù)為 2000W/(m2·), 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。解：Q qm1cp1 (T1T2 ) qm2 cp 2 ( t1t2 )c p14.19 kJ / kg , c p24.174kJ / kg30004.19(90 60)qm24.174 (50 20)qm 2 3011kg/h逆流：t1905040, t2602040t m40QKS t mSKQ3000 4.19103301.309m2tm36002000 40sdlls1.30910 32.315md3.1418