《化工基礎(chǔ)》習題解答

1、化工基礎(chǔ)習題解答(第二版張近主編)第3章流體流動過程及流體輸送設(shè)備1、某合成氨工藝以煤為原料的氣化法生產(chǎn)中，制得的半水煤氣組成為：印42%,N221.5%,CO27.8%,CH41.5%,CO27.1%,020.1%(均為體積分數(shù))，求表壓為88.2kPa,溫度為25c時，混合氣體的密度。解：解法一：先求混合的摩爾質(zhì)量；Mm=(My)H2+(My卜上+(M-y)co+(My)cH4+(My)co2+(My)s=2x042-28x0.215+28x0.278+16x0.015+44x0.07l+32xOJ001-18.04kg.tmolMP18,04x(101,3+88,2),y3p=二L38/

2、<?/陽RT8.314x(273+25)算出在操作溫度和壓力下各純組分的密度，然后再按組分的摩爾分數(shù)疊加。解法略。6、套管換熱器的內(nèi)管為()25mm<2.5mm外管為()57mm<3.5mm的無縫鋼管。液體以5400kg/h的流量流過環(huán)隙。液體的密度為1200kg/m3,粘度為2M0-3Pas。試判斷液體在環(huán)隙流動時的流動解：設(shè)大管內(nèi)徑為d1,小管外徑為d2流體在環(huán)隙流動當量直徑為：de=d1-d25=0.057-0.0035父2=0.05iiuih由二0.025nun；dc=0.05-0.025=0.025111111W4印4x5400“二777-=z=0.8511Vs萬詔

3、海；Md；d；)p3.14(x0.053-0,0252)X1200X36000一02"085x1200=12740>4000屬湍流7、現(xiàn)要求將原油以一定流量，通過一條管道由油庫送往車間，并保證原油在管道中呈層流流動，現(xiàn)分別提出如下措施：(1)管道長度縮短20%;(2)管徑放大20%;(3)提高原油溫度使原油粘度下降20%,而假設(shè)密度變化不大，可忽略不計。問上述措施分別可使由于管道沿程摩擦而損失的機械能比原設(shè)計降低百分之幾？解：層流流動的摩擦損失為：叫=32坐dp(1)、:,1=0.8/：，工的=0.8£%A(三幼=£/;廣工%=0.2X%(2)、7d=L2也

4、門=32"”=3694x(32半)=0一694£川:f(l.2dypd2pf(Ehf)=t%=/|門=0-306thf(3)xUi=0.8口；2xl0-3'+ZZyi=0.8Eh廣(2h=2hpEa#=0.2E%8、欲建一水塔向某工廠供水，如圖所示，從水塔到29工廠的管長（包括局部阻力當量長度）為500m,最大流量為0.02m3s-1。管出口處需保持10m水柱的壓頭（表壓）。若摩擦系數(shù)入4023,求：（a）當管內(nèi)流速為1.05ms、1,所需管徑及塔高；（b）當管內(nèi)流速為4ms-1,所需管徑及塔高；由（a）、（b）計算結(jié)果，分析滿足一定流量時，塔高與管徑的關(guān)系。解：如

5、圖選取1,2截面，計算基準面為管出口水平面。壓力以表壓表示。12 Pi rr12rT馬+丁公 +4 + 乩=??； +幺+”2g pg2g pg二i=hm：二2=0in； 產(chǎn)0；在1-2列柏努利方程，得：pi=O（表壓）:P2=10m水柱（表壓=L05nrs'1d=d=0+156ni；、314xL05八八”500L05-71r._=0.023xx-4.14in水柱04562x9.811£h-0+10+4.14=142%2x9.81i；，4x0.02八八。(b)"=4m，s,，=J-0.08m：Y3.14x4snnd.27Yf=0.023xx=117,23m水柱'

6、;0.082x9.819、用離心泵經(jīng)（）57mnm<3.5mm的鋼管，將敞口貯罐內(nèi)的有機溶劑（粘度為20X10-3）Pas,密度為800kgm-3）,輸送到反應(yīng)器中，設(shè)貯罐內(nèi)液面離反應(yīng)器內(nèi)液面高度保持16m,見附圖。已知鋼管總長度（包括局部阻力當量長度）為25m,反應(yīng)器內(nèi)壓力恒定為4kgfm-2（表壓），有機溶液輸送量為6.6m3h-1,試確定泵提供的壓頭。解：如圖選取截面1,2計算基準面為敞口貯罐液面，壓力以表壓表示。在1-2列柏努利方程，得：12Plu14H%HFH=H2gPg2gPgZi=0m；二2=16in：i=30：n=0（表壓）；s=4k曰Fm（表壓）:Re4Fnd1dup4

7、x6.63.14x0.052 x36000.05x0.934x800=0,934m s1=1868<2000Z=25m；20x1032_ 32x0,934x25x20xl0-3800x9.81x0.052=0,76m4x9.81xl04z少800x9.81H=16hk0.76=66.76（ni液柱）10、用泵將密度為850kgm-1的某液體從低位槽打到高位槽。低位槽據(jù)地面高2m,管子出口距地面高20m,管路阻力損失為30Jkg-1,泵入口流速為0.915ms,入口管徑為489mme6mm,出口管徑為（）60mm<4mm求泵的有效功率。解：如圖選取低位槽液面為1-1面，高位槽為2-2

8、面，地面為計算基準面，在1一2列柏努利方程，得:12Plt12PivQZ.4IL4FW=H4+，W廣121pe-2-pf二=2m；二2=20m："=2掄0；pi=pz=0（表壓）；ity=30J-kg'1：代入上式得：嗎=-zL）+（z/；）+&+Euy“2op，叫=9,81x（20-2）+30=206.58J-kg-1不b314F1m=rdup=x0.077-x0.915x850=3.62kgs-142乂=1小切$=206.58*3.62=747.79（W）11、如圖所示，槽內(nèi)水位維持不變，槽底部與內(nèi)徑為100mm的鋼管聯(lián)結(jié)，管路上裝有一個閘閥，閥前離管路入口端15

9、m,B處裝有一個指示劑為汞的U型管壓差計，測壓點與管路出口端之間距離為20m。（1）當閥門關(guān)閉時讀數(shù)R=600mm,h=1500mm。閥門部分開啟時，測得R=400mm,h=1400mm,管路的摩擦系數(shù)取=0.02,入口處局部阻力系數(shù)取乒0.5,問管內(nèi)流量為多少m3/h?（2）閥門全開時（取閘閥全開14d=15,.018）,問壓差計測壓點B處的靜壓強為多少kPa（表壓）？解：（1）a、首先根據(jù)當閥門關(guān)閉時R,h求水槽液面到出口處的垂直距離H。根據(jù)流體靜力學方程P4=Pg水（H+卜）；P4，=PgHgR,力4=。夕；得：pg水（H+卜）=pgHR；1000x（/1.5）=13600x0,6解得：H=6.66m。b、當閥門部分開啟時B點的壓力為PB=PgH/pg水/?=13600x9.81x0.4-1000x9.81x1,4=3,96x104Pa在1一B列而努利方程，0-0面為計算基準面12Pl12Pbv7+=ZBg+Hb+十£卜fiB2P2PZi=H；zb=0；ui=0；pi=0（表壓）;pb=3,96><104Pa（表壓）7