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(shí)表壓的讀數(shù)應(yīng)為多少？解：1-6 為測(cè)得某容器內(nèi)的壓力，采用如圖所示的U形壓差計(jì)，指示液為水銀。已知該液體密度為900kg/m3,h=0.8m,R=0.45m。試計(jì)算容器中液面上方的表壓。解：1-10硫酸流經(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1831 kg/m3，體積流量為9m3/h,試分別計(jì)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。 解

2、: (1) 大管: (2) 小管: 質(zhì)量流量不變 或: 1-11 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(dòng)，設(shè)料液在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失為20J/kg（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(jiǎn)化: 題14 附圖1-14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），精餾塔內(nèi)操作壓力為1.3MPa（表壓）。塔內(nèi)丙烯管出口處高出貯槽內(nèi)液面3

3、0m，管內(nèi)徑為140mm，丙烯密度為600kg/m3?，F(xiàn)要求輸送量為40×103kg/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(guò)程是否需要泵。 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(jiǎn)化: 不需要泵,液體在壓力差的作用下可自動(dòng)回流至塔中1h題16 附圖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(dāng)閥門(mén)全關(guān)時(shí)，壓力表的讀數(shù)為78kPa。當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，壓力表的讀數(shù)為75 kPa，且此時(shí)水槽液面至壓力表處的能量損失可以表示為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(mén)全開(kāi)時(shí)水在

4、管內(nèi)的流量（m3/h）。解: (1) 閥門(mén)全關(guān),水靜止 (2) 閥門(mén)全開(kāi): 在水槽1-1面與壓力表2-2面間列柏努力方程: 簡(jiǎn)化: 解之: 流量: 題17 附圖1-17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 m3/h。管路的內(nèi)徑相同，鹽水從A流經(jīng)兩個(gè)換熱器至B的壓頭損失為9m，由B流至A的壓頭損失為12m，問(wèn)：（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(duì)于循環(huán)系統(tǒng): (2) 列柏努力方程: 簡(jiǎn)化: B處真空度為19656 Pa。1-23計(jì)算10水以2.7×103m

5、3/s的流量流過(guò)57×3.5mm、長(zhǎng)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）解: 10水物性: 查得 1-25如附圖所示，用泵將貯槽中20的水以40m3/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(zhǎng)為80m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。已知水的密度為998.2kg/m3，粘度為1.005×10-3Pa·s，試計(jì)算泵所需的有效功率。=0.2題23 附圖解: /d=0.2/100=0. 002在貯槽1截面到高位槽2截面間列柏努力方程: 簡(jiǎn)化: 而: 題26 附圖1-28如附圖所示，密度為80

6、0 kg/m3、粘度為1.5 mPa·s 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。液體在管內(nèi)的流速為1.5m/s，管路中閘閥為半開(kāi)，管壁的相對(duì)粗糙度0.002，試計(jì)算兩槽液面的垂直距離。 解: 在高位槽1截面到容器2截面間列柏努力方程: 簡(jiǎn)化: 由 ,查得 管路中: 進(jìn)口 90彎頭 2個(gè) 半開(kāi)閘閥 出口 1-31粘度為30cP、密度為900kg/m3的某油品自容器A流過(guò)內(nèi)徑40mm的管路進(jìn)入容器B 。兩容器均為敞口，液面視為不變。管路中有一閥門(mén)，閥前管長(zhǎng)50m，閥后管長(zhǎng)20m（均包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）

7、。當(dāng)閥門(mén)全關(guān)時(shí)，閥前后的壓力表讀數(shù)分別為8.83kPa和4.42kPa?，F(xiàn)將閥門(mén)打開(kāi)至1/4開(kāi)度，閥門(mén)阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度為30m。試求：管路中油品的流量。解：閥關(guān)閉時(shí)流體靜止，由靜力學(xué)基本方程可得：mm當(dāng)閥打開(kāi)開(kāi)度時(shí)，在AA與BB截面間列柏努利方程： 其中： (表壓)，則有 （a）由于該油品的粘度較大，可設(shè)其流動(dòng)為層流，則 代入式（a），有 m/s校核： 假設(shè)成立。油品的流量： 阻力對(duì)管內(nèi)流動(dòng)的影響：閥門(mén)開(kāi)度減小時(shí)：（1）閥關(guān)小，閥門(mén)局部阻力增大，流速u(mài),即流量下降。（2）在11與AA截面間列柏努利方程：簡(jiǎn)化得 或 顯然，閥關(guān)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

8、程，可得：閥關(guān)小后uB，pB，即閥后壓力減小。由此可得結(jié)論：（1） 當(dāng)閥門(mén)關(guān)小時(shí)，其局部阻力增大，將使管路中流量減小；（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(jiàn)，管路中任一處的變化，必將帶來(lái)總體的變化，因此必須將管路系統(tǒng)當(dāng)作整體考慮。題36 附圖121-36用離心泵將20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57×3.5mm的鋼管，吸入管路總長(zhǎng)為20m，壓出管路總長(zhǎng)155（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。用孔板流量計(jì)測(cè)量水流量，孔徑為20mm，流量系數(shù)為0.61，U形壓差計(jì)的讀數(shù)為00mmHg。摩擦系數(shù)可取為0.02

9、。試求：（1）水流量，m3/h；（2）每kg水經(jīng)過(guò)泵所獲得的機(jī)械能。 （3）泵入口處真空表的讀數(shù)。解：（1） （2）以水池液面為面，高位槽液面為面，在面間列柏努利方程： 簡(jiǎn)化: 而 其中： （3）以水池液面為面，泵入口為面，在面間列柏努利方程： 1-39在一定轉(zhuǎn)速下測(cè)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 m3/h時(shí)，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(cè)壓口間的垂直距離為0.4m，軸功率為3.45kW。試計(jì)算泵的壓頭與效率。 解： 在泵進(jìn)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(jì)算直

10、徑為30m的球形石英顆粒（其密度為2650kg/ m3），在20水中和20常壓空氣中的自由沉降速度。解：已知d=30m、s=2650kg/m3（1）20水 =1.01×10-3Pa·s =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=8.02×10-4m/s為所求（2）20常壓空氣 =1.81×10-5Pa·s =1.21kg/m3設(shè)沉降在滯流區(qū)校核流型：假設(shè)成立，ut=7.18×10-2m/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=

11、2150kg/m3 查20空氣 =1.81×10-5Pa.s =1.21kg/m3當(dāng)時(shí)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 所以3、直徑為10m的石英顆粒隨20的水作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)半徑R0.05m處的切向速度為12m/s，求該處的離心沉降速度和離心分離因數(shù)。 解：已知d=10m、 R=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。所以 6、有一過(guò)濾面積為0.093m2的小型板框壓濾機(jī)，恒壓過(guò)濾含有碳酸鈣顆粒的水懸浮液。過(guò)濾時(shí)間為50秒時(shí)，共得到2.27×10-3 m3的濾

12、液；過(guò)濾時(shí)間為100秒時(shí)。共得到3.35×10-3 m3的濾液。試求當(dāng)過(guò)濾時(shí)間為200秒時(shí)，可得到多少濾液？ 解：已知A=0.093m2 、t1=50s 、V1=2.27×10-3m3 、t2=100s 、V2=3.35×10-3m3 、t3=200s 由于 根據(jù)式（2-38a） 聯(lián)立解之：qe=4.14×10-3 K=1.596×10-5因此 q3=0.0525所以 V3=q3A=0.0525×0.093=4.88×10-3m3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

13、0.16w/(m.k),已測(cè)得絕熱層外側(cè)溫度為30,在插入絕熱層50mm處測(cè)得溫度為75.試求加熱器外壁面溫度. 解：t21=75, t3=30,=0.16w/(m.k)2. 設(shè)計(jì)一燃燒爐時(shí)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·)、0.14 W/(m·)和0.92 W/(m·)，已知耐火磚內(nèi)側(cè)為1000，普通磚外壁溫度為35。試問(wèn)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(guò)940，普通磚內(nèi)側(cè)不超過(guò)138。解：（a）將t2=940代入上

14、式，可解得b2=0.997m(b)將t3=138ºC 解得b2=0.250m將b2=0.250m代入(a)式解得：t2=814.4故選擇絕熱磚厚度為0.25m3. mm的不銹鋼管，熱導(dǎo)率1=16W/m·K；管外包厚30mm的石棉，熱導(dǎo)率為2=0.25W/(m·K)。若管內(nèi)壁溫度為350，保溫層外壁溫度為100，試計(jì)算每米管長(zhǎng)的熱損失及鋼管外表面的溫度；解：這是通過(guò)兩層圓筒壁的熱傳導(dǎo)問(wèn)題，各層的半徑如下,每米管長(zhǎng)的熱損失：W/m6. 冷卻水在f25´2.5mm、長(zhǎng)度為2m的鋼管中以1m/s的流速流動(dòng)，其進(jìn)出口溫度分別20和50，試求管內(nèi)壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)

15、。解：空氣的定性溫度：。在此溫度查得水的物性數(shù)據(jù)如下：， m/sl/d=2/0.02=1003-15載熱體流量為1500kg/h，試計(jì)算各過(guò)程中載熱體放出或得到的熱量。（1）100的飽和蒸汽冷凝成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。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(jìn)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

16、自15加熱至40，熱載體從120降至60.試計(jì)算換熱器中逆流和并流時(shí)冷熱流體的平均溫度差。解：逆流1204060153-20在一內(nèi)管為f25´2.5mm的套管式換熱器中，管程中熱水流量為3000kg/h，進(jìn)出口溫度分別為90和60；殼程中冷卻水的進(jìn)出口溫度分別為20和50，以外表面為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為2000W/(m2·),試求：（1）冷卻水的用量；（2）逆流流動(dòng)時(shí)平均溫度差及管子的長(zhǎng)度；（3）并流流動(dòng)時(shí)平均溫度差及管子的長(zhǎng)度。吸收2向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入純的CO2氣體，經(jīng)充分接觸后，測(cè)得水中的CO2平衡濃度為2.875×102kmol/m3，鼓泡器內(nèi)總

17、壓為101.3kPa，水溫30，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30，水的 稀溶液： 5用清水逆流吸收混合氣中的氨，進(jìn)入常壓吸收塔的氣體含氨6（體積），吸收后氣體出口中含氨0.4（體積），溶液出口濃度為0.012（摩爾比），操作條件下相平衡關(guān)系為。試用氣相摩爾比表示塔頂和塔底處吸收的推動(dòng)力。解： 塔頂： 塔底： 7.在溫度為20、總壓為101.3kPa的條件下，SO2與空氣混合氣緩慢地沿著某堿溶液的液面流過(guò)，空氣不溶于某堿溶液。SO2透過(guò)1mm厚的靜止空氣層擴(kuò)散到某堿溶液中，混合氣體中SO2的摩爾分率為0.2，SO2到達(dá)某堿溶液液面上立即被吸

18、收，故相界面上SO2的濃度可忽略不計(jì)。已知溫度20時(shí)，SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為0.18cm2/s。試求SO2的傳質(zhì)速率為多少？解 : SO2通過(guò)靜止空氣層擴(kuò)散到某堿溶液液面屬單向擴(kuò)散，可用式。 已知：SO2在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)D=0.18cm2/s=1.8×10-5m2/s 擴(kuò)散距離z=1mm=0.001m，氣相總壓p=101.3kPa氣相主體中溶質(zhì)SO2的分壓pA1=pyA1=101.3×0.2=20.27kPa氣液界面上SO2的分壓pA2=0所以，氣相主體中空氣（惰性組分）的分壓pB1=ppA1=101.320.27=81.06kPa氣液界面上的空氣（惰性組分）的分壓p

19、B2=ppA2=101.30=101.3kPa空氣在氣相主體和界面上分壓的對(duì)數(shù)平均值為：=代入式，得=1.67×10-4kmol/(m2·s)10 用20的清水逆流吸收氨空氣混合氣中的氨，已知混合氣體溫度為20，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773m3/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，若吸收劑用量為最小用的2倍，試求（1）塔內(nèi)每小時(shí)所需清水的量為多少kg？（2）塔底液相濃度（用摩爾分?jǐn)?shù)表示）。解：（1） 實(shí)際吸收劑用量L=2Lmin=2×23.8=47.6kmol/h 856.8

20、 kg/h（2） X1 = X2+V（Y1-Y2）/L=0+11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(jìn)塔混合氣體中組分A的濃度為0.04（摩爾分?jǐn)?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。試求操作液氣比是最小液氣比的倍數(shù)？解： 12用SO2含量為1.1×10-3(摩爾分?jǐn)?shù))的水溶液吸收含SO2為0.09（摩爾分?jǐn)?shù)）的混合氣中的SO2。已知進(jìn)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)的平衡關(guān)系為，求氣相總傳質(zhì)單元數(shù)。解： 吸收劑流量 惰性氣體流量13空氣中含丙酮2%（體積分?jǐn)?shù)）