化工原理王晓红版习题答案
(完整版)化工原理课后答案
3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。
若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？解：KPa.1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。
已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。
试计算容器中液面上方的表压。
解：kPaPa gmρgR ρp ghρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.13300==-=⨯⨯-⨯⨯⨯=-==+1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。
已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h ,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。
解: (1) 大管: mm 476⨯φh kg ρq m V s /1647918319=⨯=⋅= s m d q u V /69.0068.0785.03600/9785.0221=⨯==s m kg u G ⋅=⨯==211/4.1263183169.0ρ (2) 小管: mm 5.357⨯φ质量流量不变 h kg m s /164792=s m d q u V /27.105.0785.03600/9785.02222=⨯==或: s m d d u u /27.1)5068(69.0)(222112=== s m kg u G ⋅=⨯=⋅=222/4.2325183127.1ρ1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。
现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。
化工原理第二章习题及答案
第二章流体输送机械一、名词解释（每题2分）1、泵流量泵单位时间输送液体体积量2、压头流体输送设备为单位重量流体所提供的能量3、效率有效功率与轴功率的比值4、轴功率电机为泵轴所提供的功率5、理论压头具有无限多叶片的离心泵为单位重量理想流体所提供的能量6、气缚现象因为泵中存在气体而导致吸不上液体的现象7、离心泵特性曲线在一定转速下，离心泵主要性能参数与流量关系的曲线8、最佳工作点效率最高时所对应的工作点9、气蚀现象泵入口的压力低于所输送液体同温度的饱和蒸汽压力，液体汽化，产生对泵损害或吸不上液体10、安装高度泵正常工作时，泵入口到液面的垂直距离11、允许吸上真空度泵吸入口允许的最低真空度12、气蚀余量泵入口的动压头和静压头高于液体饱和蒸汽压头的数值13、泵的工作点管路特性曲线与泵的特性曲线的交点14、风压风机为单位体积的流体所提供的能量15、风量风机单位时间所输送的气体量，并以进口状态计二、单选择题（每题2分）1、用离心泵将水池的水抽吸到水塔中，若离心泵在正常操作范围内工作，开大出口阀门将导致（）Ａ送水量增加，整个管路阻力损失减少Ｂ送水量增加，整个管路阻力损失增大Ｃ送水量增加，泵的轴功率不变Ｄ送水量增加，泵的轴功率下降 A2、以下不是离心式通风机的性能参数( )Ａ风量Ｂ扬程Ｃ效率Ｄ静风压 B3、往复泵适用于( )Ａ大流量且流量要求特别均匀的场合Ｂ介质腐蚀性特别强的场合Ｃ流量较小，扬程较高的场合Ｄ投资较小的场合 C4、离心通风机的全风压等于( )Ａ静风压加通风机出口的动压Ｂ离心通风机出口与进口间的压差Ｃ离心通风机出口的压力Ｄ动风压加静风压 D5、以下型号的泵不是水泵( )ＡＢ型ＢＤ型ＣＦ型Ｄｓｈ型 C 6、离心泵的调节阀( )Ａ只能安在进口管路上Ｂ只能安在出口管路上Ｃ安装在进口管路和出口管路上均可Ｄ只能安在旁路上 B 7、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后以下能量的增加值( )Ａ包括内能在内的总能量Ｂ机械能Ｃ压能Ｄ位能（即实际的升扬高度）B8、流体经过泵后，压力增大∆p N/m2，则单位重量流体压能的增加为( )A ∆pB ∆p/ρC ∆p/ρgD ∆p/2g C9、离心泵的下列部件是用来将动能转变为压能( )A 泵壳和叶轮B 叶轮C 泵壳D 叶轮和导轮 C10、离心泵停车时要( )Ａ先关出口阀后断电Ｂ先断电后关出口阀Ｃ先关出口阀先断电均可Ｄ单级式的先断电，多级式的先关出口阀 A11、离心通风机的铭牌上标明的全风压为100mmH2O意思是( )A 输任何条件的气体介质全风压都达100mmH2OB 输送空气时不论流量多少，全风压都可达100mmH2OC 输送任何气体介质当效率最高时，全风压为100mmH2OD 输送20℃，101325Pa空气，在效率最高时，全风压为100mmH2O D12、离心泵的允许吸上真空高度与以下因素无关( )Ａ当地大气压力Ｂ输送液体的温度Ｃ流量Ｄ泵的吸入管路的长度 D13、如以∆h,允表示汽蚀余量时，p1,允表示泵入口处允许的最低压力，p v为操作温度下液体的饱和蒸汽压，u1为泵进口处的液速，则( )A p1,允= p v + ∆h,允B p1,允/ρg= p v/ρg+ ∆h,允－u12/2gC p1,允/ρg= p v/ρg+ ∆h,允D p1,允/ρg= p v/ρg+ ∆h,允＋u12/2g B14、以下种类的泵具有自吸能力( )Ａ往复泵Ｂ齿轮泵与漩涡泵Ｃ离心泵Ｄ旋转泵与漩涡泵 A15、如图示，列1--1与2--2截面的伯努利方程，为：H e＝∆z＋∆p/ρg＋∆(u2/2g)＋∑H f,1-2，则∆h f,1-2为( )A 泵的容积损失，水力损失及机械损失之和B 泵的容积损失与水力损失之和C 泵的水力损失D 测压点1至泵进口，以及泵出口至测压点2间的阻力损失D16、离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )Ａ气缚现象Ｂ汽蚀现象Ｃ汽化现象Ｄ气浮现象A17、某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因( )Ａ水温太高Ｂ真空计坏了Ｃ吸入管路堵塞Ｄ排出管路堵塞C18、由阀门全开的条件算出在要求流量为V时所需扬程为H e/。
化工原理课后题答案
化工原理课后题答案(部分)(总20页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--化工原理第二版第1章蒸馏1.已知含苯（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。
苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。
t（℃） 85 90 95 100 105x解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B*，P A*，由于总压P = 99kPa，则由x = (P-P B*)/(P A*-P B*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。
以t = ℃为例 x =（99-40）/（）=同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当x = 时，相应的温度为92℃2.正戊烷（C5H12）和正己烷（C6H14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 下该溶液的平衡数据。
温度 C5H12K C6H14饱和蒸汽压(kPa)解：根据附表数据得出相同温度下C5H12（A）和C6H14（B）的饱和蒸汽压以t = ℃时为例，当t = ℃时 P B* =查得P A*=得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表t(℃) 248 251 279 289P A*(kPa)利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以℃时为例当t= ℃时 x = (P-P B*)/(P A*-P B*)=（）/（）= 1平衡气相组成以℃为例当t= ℃时 y = P A*x/P = ×1/ = 1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃) 279 289x 1 0y 1 0根据平衡数据绘出t-x-y曲线3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。
解：①计算平均相对挥发度理想溶液相对挥发度α= P A*/P B*计算出各温度下的相对挥发度：t(℃)α - - - - - - - -取℃和279℃时的α值做平均αm= （+）/2 =②按习题2的x数据计算平衡气相组成y的值当x = 时，y = ×[1+×]=同理得到其他y值列表如下t(℃) 279 289αx 1 0y 1 0③作出新的t-x-y'曲线和原先的t-x-y曲线如图4.在常压下将某原料液组成为（易挥发组分的摩尔）的两组溶液分别进行简单蒸馏和平衡蒸馏，若汽化率为1/3，试求两种情况下的斧液和馏出液组成。
化工原理王晓红版习题答案第二章资料
第2章1．锅炉钢板壁厚mm 201=δ，其导热系数()K m W/5.461⋅=λ。
若粘附在锅炉内壁上的水垢层厚度为1mm 2=δ，其导热系数()K m 162W/.12⋅=λ。
已知锅炉钢板外表面温度为523K 1=t ，水垢内表面温度为473K 3=t ，求锅炉每平方米表面积的传热速率，并求钢板内表面的温度2t 。
（原题1）解：该题为圆筒壁的热传导问题，如果设锅炉的半径为r ，则02.01+=r r ，r r =2，001.03-=r r ，根据题意，可以得到321r r r ≈≈，所以21m m S S ≈ 由圆筒壁的导热速率方程：22211131111m m ni mii in S b S b t t S b t t Q λλλ+-=-=∑=+ 其中，K 5231=t ，K 4733=t ，()K m W/5.461⋅=λ，()K m W/162.12⋅=λ，m 02.01=b ，m 001.02=b ，S S S m m =≈21。
所以22221131W/m 874.3W/m 162.15.46473523=+-=+-==λλt t S Q q根据圆筒壁的导热速率方程：11121111m i mii in S t t S b t t Q λλ-=-=∑=+ 可以得到：)K (3.5065.46002.0874.3523-1112=⨯-==λqb t t2．在一φ60×3.5mm 的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm 的氧化镁粉，平均导热系数()℃m 07W/.0⋅=λ；外层为20mm 的石棉层，平均导热系数()℃m 15W/.0⋅=λ。
现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃。
已知钢管的平均导热系数()℃m W/45⋅=λ，试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。
（原题2）解：根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式：33322211141333222111411112m m m m m m ni mii in r b r b r b t t πL S b S b S b t t S b t t Q λλλλλλλ++-=++-=-=∑=+ 式中：t 1=500℃，t 4=80℃，r 1=60/2-3.5=26.5(mm)，r 2=60/2=30(mm)，r 3=30+40=70(mm)，r 4=70+20=90(mm)，b 1=3.5mm ，b 2=40mm ，b 3=30mm ，λ1=45W/( m·℃)，λ2=0.07W/( m·℃)，λ3=0.15W/( m·℃)。
化工原理完整答案
第一章 流体流动一、名词解释（每小题2分）31、法定计量单位：由国家以命令形式规定允许使用的计量单位。
62、稳定流动：流动系统中各截面上的流速、压强、密度等各有关物理量仅随位置变化不随时间变化。
63、不稳定流动：流动系统中各截面上的流速、密度、压强等随位置及时间而变。
64、流动边界层：流体流过壁面时，如果流体润湿壁面，则必然形成速度梯度很大的流体层叫流动边界层。
35、边界层分离：流体在一定条件下脱离壁面的现象叫边界层的分离。
66、速度梯度：dudy速度梯度，即在与流动方向垂直的y 方向上流体速度的变化率。
37、牛顿黏性定律：dyduμτ= 68、当量长度e l ：把流体流过某一管件或阀门的局部阻力折算成相当于流过一段与它直径相同、长度为e l 的直管阻力。
所折算的直管长度称为该管件或阀门的当量长度。
69、因次分析法：用维数不多的无因次数群代替较多的变量，对一个复杂的物理现象可简化实验工作，该方法称为因次分析法。
310、相对粗糙度 ：ε /d—相对粗糙度。
611、黏性：运动流体内部产生的阻碍流体向前运动的特性。
612、黏度：S yu F ∆∆=μ，μ—比例系数，流体的黏性愈大，其值愈大，所以称为粘滞系数或动力。
黏度，简称黏度。
312、点速度：流通截面上某一点的速度，可直接测量m/S 。
313、绝压：以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。
314、表压：表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。
315、真空度：真空度等于大气压强减去绝对压强。
二、单选择题（每小题2分）1.B 2B ；D ；C ；A 3A 4 D 5A 6C 7 B 8C 9 D 10B 11 B ；G 12 C 13 C 14 B B 15 E ；A 16 B 17 B 18 C 19 A 20 C 21 B 22 C 23 A 24 A 25 A 26 C 27 B 28 A 29 D 30 A 31 B 32 A 33 B三、填空题（每小题2分）1 e/d2 τ=μdu/dy ；牛顿3 动静压头之和；静压头4 位置；时间 5连续；垂直流动方向或流体流线平行 6 2；1/4 7滞流边界层厚度；湍流边界层厚度；滞流内层；主流区流速 8 MT -2L -1；MT -3L 2 9 增大；降低 10 u 1A 1ρ1 = u 2A 2ρ2= 常数；u 1d 12 =u 2d 22= 常数 12 1m/s ；20Pa 13 大；2.84 m 3/h 14 ()21122u Rg ρρρζ-=15 Pa 1＝0；Pa 2＝ 100mmH 2O ；Pb 1＝300mmH 2O ；Pb 3=340mmH 2O16 Pa ⋅s 或N ⋅s/m 2；m 2/s 17 1.6m ；0.4m 18.1/1619∑+++=++hfu P gz u P gz 2222222111ρρ∑+++=++ρρρρρhf u P g Z u P g Z 2222222111 20 2)(2u gR i ρρρζ-=21 0.5；0.8 22 2.8m/s ；连续性23 下降无黏性25 10；126 相等；流量之和27 大；0.295～2.95 28 增加；不变 29. 2 30 绝对压强 四、问答题 （每小题2分）31、如何判断一流体的流动类型?答：Re≤2000的流动称为层流流动，Re ＞4000的流动称为湍流流动。
化工原理-王晓红-习题答案
第一章1．在一个容器中，盛有苯和甲苯的混合物。
已知苯的质量分率为0.4，甲苯为0.6 ，求293K 时容器中混合物的密度？（原题1）解：在293K 时，3m /879kg =苯ρ，3m /867kg =甲苯ρ。
在293K 时，苯和甲苯的混合物的密度为：8676.08794.01+=+=BwBAwAmx x ρρρ 所以，()3m /kg 872=m ρ2．已知某混合气体的组成为18%N 2、54%H 2和28%CO 2（均为体积分率），试求100m 3的混合气体在温度为300K 和1MPa 下的质量？（原题2） 解：混合气体可以视为理想气体，则：mol 10403003144.810010136⨯=⨯⨯⨯==RT pv n混合气体的平均摩尔质量为：kmol /44kg .1828.04454.0218.028=⨯+⨯+⨯=++=C C B B A A m y M y M y M M 混合气体的质量为：kg kmol M n m m 6.737kmol /44kg .1840=⨯=⨯=3．某设备进出口测压仪表的读数分别为45mmHg （真空度）和700mmHg （表压），求两处的绝对压强差是多少kPa ？ （原题3）解：4501-=p p ，70002+=p p所以kPa Pa mmHg p p p 3.993.133********=⨯==-=∆4．如图所示的储槽内盛有密度为800 kg/m 3的油，U 型管压差计中的指示液为水银，读数R=0.4m ，设容器液面上方的压强P 0 =15kPa （表压），求容器内的液面距底面的高度h ？（原题4）解：对于U 型管压差计：gh 0a 油左ρ++=p p p ，gR a 汞右ρ+=p p 所以可以得到：m m p h 88.48.9800150004.08.913600g -gR 0=⨯-⨯⨯==油汞ρρ5．如图所示，用U 形管压差计测量某容器内水上方气体的压强，指示液为水银，读数R=4cm ，H=80cm ，试计算容器内水上方的真空度为多少kPa ？现在由于精度需要，希望读数增大到原来的20倍，请问应该选择密度为多少的指示液？（U 型管左端的液位可以认为不变）。
化工原理课后习题答案上下册
化工原理课后习题答案上下册第一章流体流动习题解答1－1 已知甲城市的大气压为760mmHg乙城市的大气压为750mmHg某反应器在甲地操作时要求其真空表读数为600mmHg若把该反应器放在乙地操作时要维持与甲地操作相同的绝对压真空表的读数应为多少分别用mmHg和Pa表示[590mmHg 786×104Pa]解P甲绝对 760-600 160mmHg750-160 590mmHg 786×104Pa1－2用水银压强计如图测量容器内水面上方压力P0测压点位于水面以下02m处测压点与U形管内水银界面的垂直距离为03m水银压强计的读数R＝300mm 试求1容器内压强P0为多少2若容器内表压增加一倍压差计的读数R为多少习题1－2 附图[ 1 351×104N m－2 表压 2 0554m]解根据静压强分布规律PA＝P0＋HPB＝gR因等高面就是等压面故PA＝ PBP0＝gR－gH＝13600×981×03－1000×981 0203 351×104N㎡设P0加倍后压差计的读数增为R＝R＋△R容器内水面与水银分界面的垂直距离相应增为H＝H＋同理1－3单杯式水银压强计如图的液杯直径D＝100mm细管直径d＝8mm用此压强计测量容器内水面上方的压强p0测压点位于水面以下h＝05m处试求1当压强计读数为R＝300mm杯内水银界面测压点A与细管的垂直距离a＝04m容器内压强p0等于多少2表压p0增加一倍并忽略杯内界面高度的变化读数R为多少3表压p0增加一倍并考虑杯内界面位置的变化读数R为多少习题1－3 附图[ 1 312×104N m－2表压 2 0534m 3 0536m]解因AB两点位于同一平面pA pBP0＝gR－gh＋a＝13600×981×03－1000×98105＋04＝312×104N㎡表压表压加倍后设压强计读数为R若忽略杯内水银界面的变化则与1相比表压加倍后杯内水银面下降了管内水银面上升压强计读数的增加量为由以上两式可得根据等高面即等压面的原理＝此结果表明使用单杯压强计因 h1 h2完全可以忽略杯内界面高度的变化既方便又准确1－4 水从倾斜直管中流过在断面A和断面B接一空气压差计其读数R＝10㎜两测压点垂直距离a＝03m试求1AB两点的压差等于多少2若采用密度为830kg m－3的煤油作指示液压差计读数为多少3管路水平放置而流量不变压差计读数及两点的压差有何变化习题1－4 附图[ 1 304kPa 2 588mm 3 981Pa]解首先推导计算公式因空气是静止的故p1＝p2即pA- gh1 pB- gh2 gR - 1在等式两端加上若忽略空气柱的重量＝981×001×1000＝981N㎡若采用煤油作为指示液管路流量不变不变压差计读数R亦不多变管路水平放置ZA-ZB＝0故1－5在图示管路中水槽液面高度维持不变管路中的流水视为理想流体试求1管路出口流速2管路中ABC各点的压强分别以N㎡和m H2O表示3讨论流体在流动过程中不同能量之间的转换习题1－5 附图[ 1 99m s-1 2 PA -3924kPa -4mH2O PB 981kPa 1mH2O PC -2943kPa -3mH2O 3 略]解1以大气压为压强基准以出口断面为位能基准在断面1-1和2-2间列机械能守恒式可得2相对于所取基准水槽内每kg水的总机械能为W＝Hg＝5gJkg理想流体的总机械能守恒管路中各点的总机械能皆为W因此A点压强PA＝-4×1000×981＝-3924×104Nm2或-4m H2OC点压强由于管内流速在1中已经求出从断面1-1至ABC各断面分别列机械能守恒式亦可求出各点的压强3相对于所取的基准水槽内的总势能为5gJkg水槽从断面1-1流至断面2-2将全部势能转化为动能水从断面1-1流至断面A-A获得动能但因受管壁约束流体从断面1流至断面A所能提供的位能只有gz1－zA＝1gJkg所差部分须由压强能补充故A点产生4m H2O的真空度水从断面A流至断面B总势能不变但同样因受管壁的约束必有gzA－zB＝5g 的位能转化为压强能使B点的压强升至1m H2O同理水从断面B流至断面C总势能不变但位能增加了gzC－zB＝4gJkg压强能必减少同样的数值故C点产生了3m H2O的真空度最后流体从断面C流至出口有gzC－z2＝3g的位能转化为压强能流体以大气压强流出管道1－6用一虹吸管将水从池中吸出水池液面与虹细管出口的垂直距离为5m虹吸管出口流速及虹吸管最高点C的压强各为多少若将虹吸管延长使池中水面与出口垂直距离增为8m出口流速有何变化水温为30℃大气压强为760㎜Hg习题1－6 附图[99 m s-1 327kPa124 m s-1]解1在断面1－12－2之间列机械能守恒式得在断面1-1和C-C之间列机械能守恒式并考虑到uC＝u2可得2虹吸管延长后假定管内液体仍保持连续状态在断面1-1和2-2之间列机械能守恒式得因C点的压强小于水在30oC的饱和蒸气压Pv 4242Nm2故水在C点已发生气化C点压强不能按上述算而应保持为流体的饱和蒸气压故在断面1-1和C-C之间列机械能守恒式得出口流速 u2 uC1－7如图水通过管线Φ108x4 mm 流出管线的阻力损失不包括出管子出口阻力可以用以下公式表示hf 65u2式中u式是管内的平均速度试求1水在截面A－A处的流速2水的体积流率为多少m3 h-1习题1－7 附图[ 1 29 m s-1 2 82 m3 h-1]解对槽液面与管出口列BE方程u 0 p p z 6m z 0h 65u6981 u uA 29msv uA1－8高位槽内贮有20℃的水水深1m并维持不变高位槽底部接一长12m直径100mm的垂直管若假定管内的阻力系数为002试求1 管内流量和管内出现的最低压强各为多少2 若将垂直管无限延长管内流量和最低点压强有何改变习题1－8 附图[ 1 634 10－2 m3 s-1619kPa 2 77 10－2 m3 s-1376kPa]解在断面1-1和2-2间列机械能衡算式得从管入口点B至管出口没有任何局部阻力故B点压强最低在断面1-1和B-B 间列机械能衡算式以断面B-B为基准面＝619×104Nm220℃水饱和蒸汽压PV＝2338Nm2故水在断面1-1和2-2之间是连续的以上计算结果有效当管长H无限延长上式中水深h入口损失和出口动能皆可忽略V＝此时管内最低压强1－9 精馏塔底部用蛇管加热如图所示液体的饱和蒸汽压为1093×105N m-2液体密度为950kg m-3采用形管出料形管顶部与塔内蒸汽空间有一细管相连试求1为保证塔底液面高度不低于1m形管高度应为多少2为防止塔内蒸汽由连通管逸出形管出口液封h高度至少应为多少习题1－9 附图[ 1 1m 2 086m]解假设液体排出量很小塔内液体可近似认为处于静止状态由于连通管的存在塔内压强PA等于形管顶部压强PB在静止流体内部等压面必是等高面故形管顶部距塔底的距离H＝1m塔内蒸汽欲经形管逸出首先必须将管段BC内的液面压低降至点C此时C点的压强PC＝PA＝Pa＋为防止蒸汽逸出液封的最小高度＝1－10 两容器的直径分别为D1＝1000mmD2＝400mm容器A水面上方维持不变的真空度HV＝100mmHg容器B为敞口容器当阀门F关闭时两容器的水面高度分别为Z1＝25mZ2＝15m试问1当阀门开启时两液面能否维持不变2若不能维持原状当重新达到平衡时液面高度各有何变化习题1－10 附图[ 1 液面不能维持不变 2 容器A水面上升了005m 容器B水面下降031m] 解阀门开启后若液体仍保持静止状态液体面将维持不变液体仍处于静止状态的条件是其中任何两点例如A点和B点的单位重量流体总势能相等分别取地面和大气压为位能和压强势能的基准则B点单位重量的总势能为A点单位重量的总势能为因＞水将从容器2流向容器1液面不能维持不变设液体重新静止时容器1水面上升了h1容器2水面下降了h2则由以上两式得在不可压缩的同一种静止流体内部各点的单位总势能处处相等在重力场内单位总势能由位能和压强势能两部分组成若以单位体积为基准则式中各项的单位为Jm2或Nm3刚好与压强相同故可称为虚拟压强若以单位质量为基准则式中各项的单位为Jkg若以单位重量为基准则式中各项的单位为JN或m具有长度因次以上诸式是在流体为静止的前提下推导出来的方程式得到成立的条件是流体为静止否则流体将由高势能向低势能流动1－11高位槽内的甘油＝1260kg m-3 沿直径为10mm的管道送至某容器甘油温度为60℃管内流量为196× 10-5m3 s-1若其他条件不变将甘油升温至100℃管内流量为多少 [151 10-4m3 s-1]解已知甘油的密度＝1260kgm360℃甘油的粘度＝100cp100℃时的粘度＝13cp60℃时管内流速设温度升为100℃仍为层流因管路两端的总势能差不变因故以上计算结果有效1－12如图两敞口储罐的底部在同一水平面上其间由一内径为75mm长为200m的水平管和局部阻力系数为017的全开阀门连接一储罐直径为7m盛水深为7m另一储罐直径为5m盛水深3m若阀门全开问大罐内水降低到6m时需多长时间设管道流体摩擦系数＝002忽略进出口局部阻力[95434s]习题1－12 附图[略]1－13试从Navier Stokes方程出发推导出牛顿型流体在圆管内稳定层流时的速度分布速度与半径的关系流体压降与平均速度的关系式[略]1－14水粘度为1cp密度1000kg m-3以平均速度为1m s-1流过直径为0001m 的水平管路水在管路的流动是层流还是湍流水流过管长为2m时的压降为多少mH2O求最大速度及发生的位置求距离管中心什么位置其速度恰好等于平均速度[ 1 层流 2 653 mH2O 3 2m s-1在管中心 4 354 10-4m]解1Re 1×1000×00010001 1000 2000 层流2 P 32 lud2 32×0001×2×100012 64000Pa 653m3 u 2u 2 m s-1 在管中心4 由u u[1- rri 2]得1 2[1- r00005 2]r 354 10-4m1－15如图水 H2O 1000kg m－3从水槽沿内径为100 mm 的管子流出A 当阀门关闭时U型压力计读数 R 600 mmHg此时h＝1500 mm当阀门部分开启时R 400mmHg而h 1400mm 管路的摩擦系数 0025出口的局部阻力系数 04 求水的体积流量为多少m3 h-1B 当阀门全开2－2面的压强为多少Pa 假设仍为0025阀门的当量长度为15 m Hg 13600kg m－3[ 1 885 m3 h-1 2 32970Pa]习题1－16 附图解 1 阀门部分开启对1-12-2面由BEP1 0 表压p2 g 981 13600-1000 39630Nm2 表压U1 0z2 0hf阀门关闭则Z1 可求得h 15mR 06mu 313msVh2 阀门全开对1-13-3面有Z3 0 z1 666mu1 0p1 p3U 351ms对 1-12-2P1 0 表压 z1 666mz2 0u1 0u2 351msp2 32970Nm2 表压1－16如图某液体密度为 900 kg m－3粘度为 30 cp通过内径为44mm的管线从罐1流到罐2 当阀门关闭时压力计A和B的读数分别为882 104 N m－2 和441 104 N m－2 当阀门打开时总管长包括管长与所有局部阻力的当量长度为100m假设两个罐的液面高度恒定求1液体的体积流率m3 h－12当阀门打开后压力表的读数如何变化并解释提示对于层流 64Re对于湍流 03145Re025习题1－16 附图[ 1 487 m3 h－1 2 压力表A的读数减少压力表B的读数增加]解1当阀门关闭时罐1和2的液面高度为Z1 882 104 900 981 10mZ2 441 104 900 981 5m当阀门打开时假设流动为层流对罐1和2的液面列BEZ1g Z2g64Re ld u22解得u 089ms验证Re u d 089 900 0044003 1175 2000 假设成立V uA 487 m3 h－12通过罐1液面与阀A以及罐2的液面与阀B列BE分析可知压力表A的读数减少压力表B的读数增加1－17如图所示用一高位槽向一敞口水池送水已知高位槽内的水面高于地面10 m管路出口高于地面2 m管子为Ф48×35mm钢管在本题条件下水流经该系统的总阻力损失∑hf 34u2 J kg-1 未包括管出口阻力损失其中u为水在管内的流速m s-1试计算 1AA′截面处水的流速m s-12水的流量以m3 h-1计3若水流量增加20可采用什么措施计算说明或高位槽液面应提高多少米[ 1 449m s-1 2 2133m3 h-1 3 提高354m]习题1－17 附图解1对1-1和2-2面列BE8g 34 u2 12u2U 449ms2 V uA 2133m3 h-13 水流量增加20水的流速为u 12 449 539ms对新液面1-1和2-2面列BE8z g 34 5392212 539 2z 354m1－18用泵将密度为850kgm-3粘度为0190Pas的重油从贮油池送至敞口高位槽中升扬高度为20m输送管路为108×4mm钢管总长为1000m包括直管长度及所有局部阻力的当量长度管路上装有孔径为80mm的孔板以测定流量其油水压差计的读数R＝500mm孔流系数C0＝062水的密度为1000kgm-3试求1 输油量是多少m3h-12 若泵的效率为055计算泵的轴功率习题1－18 附图[ 1 1476 m3 h-1 2 3609W]解 1 uo Co[2Rg o- ]12 062[2 05 98 1000-850 850] 12 081ms 输油量为V 081 0785 0082 41 10-3m3s 147 m3 h-1u uo AoA 081 00801 2 052ms2 Re 052 01 850019 232 2000 层流管线阻力为hf 64Re ld u22 64232 100001 05222 373Jkg泵的有效功为W 20 981hf 5695Jkg轴功率为N 5695 41 10-3 850055 361kW1-19用离心泵将某溶液由反应槽送往一密闭高位槽如图示两槽液面的高度可认为不变高度差10m管路总当量长度为200m包括所有直管和局部阻力的当量长度管路均为 57 35mm钢管已知孔板流量计流量系数为061孔截面积与管道截面积比为025U型压差计读数为R 600mm指示液为水银管路摩擦系数取为0025反应槽上真空表的读数为200mmHg高位槽上压强计读数为05kgf cm－2表压泵的效率65试求 1 流体流量多少kg s-12泵的输出功3泵的轴功率溶液密度近似取为1000kg m-3水银密度为13600 kg m-3[ 1 364kg s-1 2 3461J kg-1 3 194kw]1 uo Co[2Rg o- ]12 061[2 06 98 13600-1000 1000] 12 742msw 742 0785 025 0052 1000 364kgsu uo AoA 742 025 186ms2 H Z2-Z1 P2-P1 ghfZ2-Z1 10mP2-P1 g 05 98 10000200 1013 100000760 1000 98 772mhf 0025 200 1862 2 98 005 176mH 10772176 353mW Hg 3461JkgN Hwg 3461 364065 194kw1－20在直径D＝40mm的管路中接一文丘里管如图所示文丘里管的上游接一压力表压力表的读数为1373 104N m-2压力表轴心与管中心的垂直距离为05m 管内水的流量为151L s-1管路下面有一水池池内水面与管中心的垂直距离为3m 文丘里喉部直径为10mm喉部接一细管细管一端插入水池中若忽略文丘里管的阻力损失池水能否被吸入管中习题1－20 附图[池水将被吸入管内]解取断面1－1和2－2如图所示两断面的平均流速为在两断面间列伯努利方程式若以水池液面和大气压为基准则池水单位重量的总势能断面2－2处单位总势能因＞故池水将被吸入管内1－21 15oC的水在经过内径为7mm的钢管内流动流速为015 m s-1试问1流动为层流还是湍流2如上游压强为6867kPa问流经多长的管子流体的压强下降到2943kPa这里的压强均为绝对压3在距离管壁何处的点速度等于平均速度水的密度和粘度分别取1000 kg m-3和0001cP[ 1 层流 2 400m 3 1026mm]解1Re 015×1000×00070001 1050 2000 层流2 686700-294300 1000 641050 l0007 01522L 400m3 12 [1- r00035 2]R 247mm距离管壁y 35-247 1026mm1－22 水由具有固定水位的水槽中沿直径内径为100mm的输水管流入大气中管路是由L＝50m的水平管和倾斜管段组成水平管段在水面下2m倾斜管段的高度Z＝25m为了使得水平段末端曲折出的真空度为7mH2O安装在倾斜管的阀门局部阻力系数应为多少此时水的流量为多少直管的摩擦系数＝0035大气压为10H2O忽略进口和曲折出的局部阻力习题1－22 附图[197875 m3 h-1]解对液表面和管曲折处列BE2 -7u22g0035 5001 u22gU 309ms V uA 875 m3 h-1对管曲折处与管出口列BE25-7 0035 5001 30922g 30922g1971－23 有一输水管系统如下图所示出水口处管子直径为Φ55 25mm设管路的压头损失为16u22u指出水管的水流速未包括出口损失求水的流量为多少m3 h-1 由于工程上的需要要求水流量增加20此时应将水箱的水面升高多少m假设管路损失仍可以用16u22u指出水管的水流速未包括出口损失表示习题1－23 附图[221m3 h-135 m]解对液面和管出口处列BE8g 16u22 所以管内流速 u 313ms流量为V u d24 313 00524 00614m3s 221m3h提高水量20后zg 16u22 因为 u 12u 376ms所以 z 115m 水箱的水面升高为 115 – 8 35 m1－24在图示并联管路中支路ADB长20m支路ACB长为5m包括管件但不包括阀门的当量长度两支管直径皆为80mm直管阻力系数皆为003两支路各装有闸门阀一个换热器一个换热器的局部阻力系数皆等于5试求当两阀门全开时两支路的流量之比习题1－24 附图[134]解以下标1和2分别表示支路ACB和ADB因并联支路的阻力损失相等因管内径相等1－25如图所示用某离心泵将水从一敞口水池输送到另一高位槽中高位槽的压力为02kgf m-2表压要求送水量为每小时50 m3管路总长包括所有局部阻力的当量长度为150m吸入管和排出管路均Ф108×4mm的光滑管当Re 3000106时管路的摩擦系数λ 03164 Re-025试求1流体流经管道阻力损失2该泵有效功已知水的密度为1000kg m-3水的粘度为1×10-3Pa s习题1－25 附图[13619J kg-12252J kg-1]1λ 03164Re025 03164177000025 001543两液面列柏努利方程z1 0 z2 20 p1 0 p2 02×981×104Nm2 u1 u2 03619 J kg-12 泵的有效功为 W He g 2569 981 252 J kg-11－27 水 1000kg m－3 在1 atm 下由泵以0012 m3 s－1 从低位槽送往高位槽如图泵前的吸入管长和管径分别为6m和80mm 管内的摩擦系数为002泵后的排出管长和管径分别为13m和60mm管内的摩擦系数为003管路的阀门阻力系数为64弯头的阻力系数为075两液面的高度差H＝10m泵的吸入口比低位槽的液面高2m 求1 泵的有效功W J kg－12 泵的吸入口A和排出口B的压强绝对压N m－2习题1－27 附图[ 1 2376 J kg－1 2 PA 70900 N m－2 PB 302500N m－2]解 1 泵吸入管内的流速为u1＝泵压出管内的流速为u2＝在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式并移项整理得2以断面1-1为基准在断面1-1和A之间列机械能衡算是可得在断面B和2-2之间列机械能衡算式可得1－28 如图转子流量计安装在如图的管路测量其流量若管路A的总管长包括管线与局部阻力当量长度为10 m 流量计的读数为272 m3 h－1 问这时管路B 的流量为多少m3 h－1已知管路A和管路B的摩擦系数分别为003和0018 习题1－28 附图[600 m3 h－1]解对并联管路Vtotal VAVBUB 236ms VB uBAB1－29 以水标定某转子流量计转子材料的密度为11000kg m-3现将转子换成形状相同密度为1150kg m-3的塑料用来测量压强为730mm Hg温度为100℃的空气流量设流量系数CR不变在同一刻度下空气流量为水流量的若干倍[112]解空气的密度在同一刻度下1－30 一转子流量计的锥形玻璃管在最大和最小刻度处的直径为d1＝28mmd2＝265mm转子的形状如附图所示其最大直径d＝26mm试求1该转子流量计的最大与最小可测流量之比2若采用切削转子最大直径的方法将最大可测流量提高20％转子最大直径应缩小至多少此时最大与最小可测流量之比为多少假设切削前后CR基本不变习题1－30 附图[ 1 41 2 256mm 274]解1切削前2设切削后转子直径为d最大可测流量为V据题意因切削量很小故CR基本不变的假定符合实际情况切削后转子流量计的可测流量比为可见转子切削后最大可测流量增大而流量计的可测范围缩小了第四章传热及换热设备1．用平板法测定材料的热传导系数主要部件为被测材料构成的平板其一侧用电热器加热另一侧用冷水将热量移走同时板的两侧用热电偶测量表面温度设平板的热传导面积为003m2厚度为001m测量数据如下电热器材料表面温度℃安培数A伏特数V高温面低温面282314011530020010050试求1该材料的热传导系数该材料热传导系数与温度的关系为线性 1 0at λλ则0λ和a值为多少解 1 tAbQΔλ650 100300 030010140821 ××× λwmk590 50200 03001051322 ××× λwmk2 21λλλ 2 065059 062wmk2 0λλ 1at065 0λ 1200a 059 0λ 1125a解得 0λ 049 a 163×10-32．平壁炉的炉壁由三种材料组成其厚度和热导热系数如下序号材料厚度bmm热导热系数λWm-1℃-11内层耐火砖2001072绝缘砖1000143钢645若耐火砖内层表面的温度t1为1150℃钢板外表面温度t2为30℃又测得通过炉壁的热损失为300Wm-2试计算热传导的热通量若计算结果与实测的热损失不符试分析原因并计算附加热阻 1钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理解 12424500601401007120301150 Δ∑∑RtAQ wm2计算比测量大存在附加热阻由于层与层之间接触不好有空气设附加热阻为Ri 则300Ri4500601401007120301150Ri 283mkw3．设计一燃烧炉拟用三层砖即耐火砖绝热砖和普通砖耐火砖和普通砖的厚度为05m和025m三种砖的热传导系数分别为102Wm-1 ℃-1014 Wm-1 ℃-1和092 Wm-1 ℃-1已知耐火砖内侧为1000℃外界温度为35℃试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖温度不超过940℃普通砖不超过138℃解 222111btbtAQΔΔλλ1λ 102wm℃ b1 05m 94010001 Δt2λ 014wm℃ b2 1389402 Δt解得 b2 092m4．有一外径为150mm的钢管为减少热损失今在管外包以两层绝热层已知两种绝热材料的热传导系数之比212 λλ两层绝热层厚度相等皆为30mm试问应把哪一种材料包在里层时管壁热损失小设两种情况下两绝热层的内外温度不变解λ1小的导热系数包在内层热损失小由 2221111mmiiAbAbtRtQλλΔΔ∑∑ 2mA2323ln 2rrrrL π及 222111mmAbAbtQλλΔ′ 1mA1212ln 2rrrrL π常数 b1 b2 tΔ可以证明 21XXXXXXXXXXmmmmAAAAλλλλ 122λλ第一种热阻大所以热损失少 2钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理5 外径为50mm的管子其外包扎有一层厚度为40mm热传导系数为013 Wm-1℃-1的绝热材料管子外表面的平均温度t1为800℃现拟在绝热材料外再包扎一层热传导系数为009 Wm-1℃-1的氧化镁绝热层使该层的外表面温度t3为87℃设管子的外表面温度仍为800℃外界环境温度tα为20℃试求氧化绝热层的厚度假设各层间接触良好解t1 800℃ t2 t3 87℃ ta 20℃r1 25mm r2 65mm r3 r2x 65x mmλ1 013 wm2k λ2 009 wm2k hT 940052×87-20 1288wm2Kq 12211ln 2rrttLλπ 2087 ln 223322 LdhrrttLTπλπd 0050082×10-3 x 0132×10-3 x解得x 18mm6．试用量纲分析法推导壁面和流体间强制对流传热系数h的准数关联式已知h为下列变量的函数 luCfhpμρλ式中λCpρμ分别为流体的热传导系数比定压热容密度粘度u为流体流速l为传热设备定型尺寸解设 1 gfecdpbLuCQhμρλ由量纲式 TMh3θ TML3θλθLU θμLM KLCp22θ 3LMρ []LL 代入1 两边的量纲相同可以解得 yxafNuPrRePr Re′a′x为常数由试验确定 y7．苯流过一套管换热器的环隙自20℃升至80℃该换热器的内管规格为φ19×25mm外管规格为φ38×3mm苯的流量为1800kgh-1试求苯对内管壁的对流表面传热系数解 t 8020 2 60℃由附表得苯在60℃的物性830 ρkgm3 PaS 310320× μ2 PCkJkgk 1360 λwm2℃环隙当量直径 1319320 iedddmm环隙中苯的流速 5483001304360018002 ×××πρAwums 451010521Re ×μρdu 3180PrRe0230 Nu 3钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理74136010320102Pr33 ×××λμpC 8535 Nu 5605013013608535 ×deNuhλwm2℃8． 2atm20℃下60m3h-1的空气在套管换热器的管内被加热到80℃内管直径为Φ57×35mm长度为3m试求管壁对空气的对流表面传热系数解 5028020 t℃在此温度下空气的物性参数 192323082050292 ×× RTPMρkgm3 0171 pCkJkgk2108262× λwmk PaS 510961× μ6980Pr 5805043600602 ×× πAVums ××× 51096105019258Reμρdu47×1041043080PrRe0230 Nu＝ 1126980 1074 023030804 ×××3630501082621122 ×× dNuhiλwm2℃9．温度为90℃的甲苯以1500 kgh-1的流量通过蛇管而被冷却至30℃蛇管的直径为Φ57×35mm弯曲半径为06m试求甲苯对蛇管的对流表面传热系数解 6023090 t℃在此温度下甲苯的物性参数380 μ×10-3 PaS 18 kJkgk pC1260 λwmk 830 ρkgm3 ×××× 3210380050050436001500Reπμρdu279×104 104 4351260103801081Pr33 ××× λuCp直管hi 3180Pr0Re0230idλ0023×0501260× 279×104 08 ×31435365wm2k4钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理蛇管 hi＝hi直管4395 600501 365 531 ××ciddwm2kcd 弯曲半径管半径 id10．有一双管程列管换热器由96根φ25×25mm的钢管组成苯在管内流动由20℃被加热到80℃苯的流量为95 kgs-1壳程中通入水蒸气进行加热试求1壁对苯的对流表面传热系数2苯的流率增加一倍其它条件不变此时的对流表面传热系数3管径降为原来12其它条件与1相同此时对流表面传热系数又为多少解 28020 t 50℃在此温度下甲苯的物性参数91 pCkJkgk μ037×10-3PaS 840 ρkgm31380 λwmk 750 ρAWms ××× 310370020840750Reμρud34×104104 0951380103701091Pr33 ××× λuCp 3080PrRe0230 Nu1581 1091 dNuhiλwm2k2流率增加一倍 12WW 12uu 2因此 121uuhhii 08 208 174189810917411 × ihwm2k3 半径减半 12uu 212112ddAAAWAW ρρ22 12dd 124uu 121uuhhii 08 21dd02 348 379948310911 × ihwm2k5钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理1112．饱和温度为100℃的水蒸气在长为25m外径为38mm的竖直圆管外冷凝管外壁温度为92℃试求每小时蒸气冷凝量又若将管子水平放置每小时蒸气冷凝量又为多少解 962100922 wsttt℃定性温度下的物性0168 λ×10-2 wmk 960 ρkgm3 6829 μ×10-5 PaS082268 γkJkg L 25m冷凝传热膜系数4132] [9430wsttLgh μλγρ代入以上数据得 h54136 wm2kwrthAq ×××× Δ 92100 52038065413π226808×103 ww57×10-3kgs 205kgh当管子水平放置管外径do 0038m传热膜系数41094307250 ′dLhh 219h′ 219×54136 118536wm2kwrtAhq Δ′310082268 92100 520380611853×××××πw 125×10-2kgs 45kgh13在下列的各种列管换热器中每小时将29400kg的某种溶液从20℃加热到50℃溶液在列管内流动加热介质的进口温度为100℃出口温度为60℃试求下面情况下的平均温度差1 壳方和管方流体均为单程的换热器假设两流体呈逆流流动2 壳方和管方流体分别为单程和四程的换热器3 壳方和管方流体分别为二程和四程的换热器解1 kgh 29400 W201 t℃→502 t℃601 T℃←1002 T℃401 Δt℃ 502 Δt℃4525040 Δmt℃ 24512 ΔΔtt或者＝448℃′Δmt6钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理2由＝448℃′Δmt3750201002050 P 331205060100 R由图4-40a 940 Δtψ mtΔ 142844940 ×′Δ×Δmttψ℃3同理由图4-40b 970 Δtψ mtΔ 543844970 ×′Δ×Δmttψ℃14一列管换热器管外用20×105Pa的饱和水蒸气加热空气使空气温度从20℃加热到80℃流量为2000kgh-1现因生产任务变化如空气流量增加50％进出口温度仍维持不变问在原换热器中采用什么方法可完成新的生产任务解 28020 t 50℃空气在50℃下的物性参数0931 ρkgm3 6980Pr 0171 pCkJkgk 0280 λwmk水蒸气在5Pa的饱和温度102× P2120 sT℃1211ttCwqp 11mtAhΔ 11222ttCwqp 12mtAhΔ 2设为强制湍流在新的空气流量下饱和蒸汽温度为Ts1由1和2式得51121212 ΔΔtmthhwwm0812mmttΔΔ15 8012020120ln20801 Δmt 8020ln2080112 ΔTsTstm解得 125℃使蒸气饱和温度提高到125℃即可 1ST15在一套管式换热器内管为φ180×10mm的钢管用水冷却原油采用逆流操作水在内管中流动冷却水的进口温度为15℃出口温度为55℃原油在环隙中流动流量为500 kgh-1其平均比定压热容为335kJkg-1℃-1要求从90℃冷却至40℃已知水侧的对流表面传热系数为1000Wm-2℃-1油侧的对流表面传热系数为299 Wm-2℃-1管壁热阻及垢阻忽略不计试求1所需冷却水用量水的比热取418 kJkg-1℃-1忽略热损失2总传热系数3套管换热器的有效传热长度4若冷却水进口温度变为20℃问此时会出现什么情况解1 21221211TTCwttCwqpp×418×55-15 500×335×90-40 1w500kgh 1w7钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理2 Ko 2242991XXXXXXXXXX11000 hdhdiwm2k3 151 t℃→552 t℃401 T℃←902 T℃251 Δt℃ 352 Δt℃mtAKqΔ 00 7292535ln2535 Δmt℃ 1555 1843600500×××103 224×018×L×297×πL 617m4 201 t℃a 若维持水的流量及其它的条件不变则水的出口温度 6020184500 4090 3535002 ××× t℃水的出口温度过高导致结垢b 若水的出口温度不变则必须增加水的流率由 572 2050 184 4090 3535002 ××× wkgh此时换热器的管长也变化即需要换一个热交换器16在并流的换热器中用水冷却油水的进出口温度分别为15℃和40℃油的进出口温度分别为150℃和100℃现因生产任务要求油的出口温度降至80℃设油和水的流量进口温度及物性均不变若原换热器的管长为1m试求将此换热器的管长增至若干米后才能满足要求设换热器的热损失可以忽略解在原冷却器中对油 100150 11 pCwq 1对水 1540 22 pCwq 2并流时 135151501 Δt℃60401002 Δt℃59260135ln60135 Δmt℃mtAKqΔ 00 100150 11pCw 8钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理在新的冷却塔中对油 80150 111 pCwq 3对水 15 2221 tCwqp 4解上述方程得 50℃ 2t10101mtAKqΔ 80150 11pCw135151501 Δt℃3050802 Δt℃86950135ln30135 Δmt℃ 5928691XXXXXXXXXX11LL 1L 185L 185m 下册第一章蒸馏1 苯酚 C6H5OH A 和对甲酚 C6H4 CH3 OH B 的饱和蒸气压数据为温度T℃苯酚蒸气压kPa 对甲酚蒸气压kPa 温度t℃苯酚蒸气压kPa 对甲酚蒸气压 kPa 1137 1146115411631170 10010410811191158 7707948285876 11781186119412001199124312851326906939970100试按总压P 75mmHg 绝压计算该物系的t-x-y数据此物系为理想体系解总压 P 75mmHg 10kp由拉乌尔定律得出 xA＋xB P所以xA yA因此所求得的t-x-y数据如下t ℃ x y1137 1 11146 0837 08711154 0692 07481170 0440 05091178 0321 03851186 0201 02491194 0095 01221200 0 02 承接第一题利用各组数据计算1在x 0至x 1范围内各点的相对挥发度取各的算术平均值为算出对的最。
化工原理课后习题答案(全)
绪论1解：换算因数： 1.010********/==⋅=⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅sm kg s m s cm g sN m scm g spa scm g∴1g ⋅cm -1⋅s -1=0.1pa ⋅s 2.解：51001325.1Paatm ⨯= 1m N Pa 2=⋅- 1m N J =⋅ 3310m L -= ∴2321001325.1m J m N m N atm L ⨯=⋅⋅⋅⋅⋅⋅-∴21001325.1J atm L ⨯=⋅以J ·mol -1·K -1表示R 的值R =0.08206×1.01325×102 J ﹒mol -1﹒K -1=8.315 J ﹒mol -1﹒K -1第一章 流体流动1. 表压=－真空度=－4.8×104Pa 绝压=5.3×104 Pa2.解：设右侧水面到B ′点高为h 3，根据流体静力学基本方程可知P B =P B ′ 则ρ油gh 2=ρ水gh 3mm mkg mmm kg h 4921000600820h 3323=⋅⨯⋅==--水油ρρ h=h 1+h 3=892mm5解:以图中截面a-a ′为等压面，则P 啊=Pa ′ρ油g(h 1+h 0)=ρ油g(h 2-R+h 0) + ρ水银gR （h 0为水银压差计高液面与容器底部的高度差） ∴ h 2=h 1 + R - ρ水银R/ρ油 = 4 +0.2-13600*0.2/860 = 1.04m6解：h=P(表压)/ ρ水g =81.9*10001000*10 =1.02 m7.解：由公式AVsu =可得 Vs=uA=u πd 2/4=0.8×π×(57-3.5×2)2×10-6/4=1.57×10-3m 3/sWs=Vs ρ=1.57×10-3×1840=2.89kg/ss m kg u AWsG ⋅=⨯===2/147218408.0ρ 9解：以地面以下的水管所在的平面为基准水平面，则：fh Pu gz u P gz ∑+++=++ρρ2222211122Z 1=9m, u 1=0, P 1=P 2=P 0 ,Z 2=4m,u 2=u∴9.81*9=9.81*4+222u +40*222u∴u=1.55m/s,Vs=uA=1.55*3.1415926*0.0252=10.95m3/h 若Vs'=Vs*(1+25%)=1.25Vs,则u'=1.25u=1.9375m/s ∴Z 1-Z 2=7.86m,即将水箱再升高7.86-5=2.86m 10解:Vs=8m3/h 时，该系统管路中水的流速为u 1=4Vs/3600πd 2=4*8/3600*3.1415926*0.0532=1.008m/s以压力表处为截面1-1'，水箱液面为截面2-2'，并以截面1-1'为基准水平面，则：f h Pu gz u P gz ∑+++=++ρρ2222211122Z2-Z1=24m P2=0 u2=0∴P1=(234.93+∑h f )*1000而3424.5001.01000*008.1*053.0Re===μρduε/d=0.2/53=0.00377查表得λ=0.0282 ∴∑h f = （h f + ξ）﹒u 12/2 =（0.0282*100/0.053 + 1）* 1.0082/2 =27.54J/Kg ∴P 1=(234.93+27.54)*1000=0.262MPa即压力表的读数为0.262MPa 时才能满足进水量为8m3/h 的需要。
化工原理课后习题解析
第2章 流体输送2-1．某离心泵以C 150水进行泵性能实验，体积流量为13h 540m -⋅，泵出口压力表读数为kPa 350，泵入口真空表读数为30kPa 。
若压力表和真空表测压截面间的垂直距离为350mm ，吸入管和压出管内径分别为350mm 及310mm ，试求泵的扬程。
（ 答：39.2m ） 解：1313s m 15.0h m 540--⋅=⋅=V q ，()1222s m 99.131.015.04-⋅=⨯⨯==πA q u V ， ()1211s m 56.135.015.04-⋅=⨯⨯==πA q u V ， gu u g P g P h g u u H H h H 2221222102122210-+++=-+++=ρρ m 2.398.9256.199.18.9100010308.910001035035.02233=⨯-+⨯⨯+⨯⨯+=。
2-2．在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一个高位槽。
已知高位槽液面比贮水池液面高出10m ，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m ，管内径为75mm ，换热器的压头损失为gu 2322，在上述条件下摩擦系数可取为03.0，离心泵在转速1min r 2900-⋅=n 时的q H -特性曲线数据如下表所示。
13s 0.0045m 20m,H -⋅==V q ）解：设管路特性曲线为2V Bq A H +=，2228.9108.9232075.040003.010232u ug u d l Z H +=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎪⎭⎫ ⎝⎛++∆=∴λ， ()2075.04⨯⨯==πVV q A q u 代入上式得：()254221003.510075.0168.910V Vq q H ⨯+=⨯⨯+=π，由图可以看出，泵的工作点为两条特性曲线的交点。
工作点：m 20=H ，13s m 0045.0-⋅=V q 。
2-3．某离心泵的额定流量为13h 16.8m -⋅，扬程为18m 。
化工原理课后题答案
化工原理课后题答案1. 请解释化学反应速率的概念，并列举影响化学反应速率的因素。
化学反应速率是指单位时间内反应物消耗或生成物产生的量。
影响化学反应速率的因素包括温度、浓度、压力、催化剂等。
温度升高会加快分子的运动速度，增加碰撞频率和能量，从而提高反应速率。
浓度的增加会增加反应物分子之间的碰撞频率，也会提高反应速率。
压力的增加对气相反应有影响，因为增加压力会使气体分子的密度增加，碰撞频率增加，反应速率也会增加。
催化剂是一种可以改变反应速率但本身不参与反应的物质，可以提高反应速率，降低活化能，加速反应的进行。
2. 请说明化学平衡的概念，并列举影响化学平衡的因素。
化学平衡是指在封闭容器中，当化学反应达到一定条件时，反应物和生成物的浓度不再发生变化的状态。
影响化学平衡的因素包括温度、压力、浓度、催化剂等。
温度的变化会影响平衡位置，对吸热反应和放热反应的影响不同。
压力的增加对气相反应有影响，根据Le Chatelier原理，增加压力会使平衡位置移向摩尔数较少的一侧。
浓度的变化也会影响平衡位置，增加某一种物质的浓度会使平衡位置移向另一侧。
催化剂可以影响反应速率，但不影响平衡位置。
3. 请解释原子结构中原子核的构成和特点。
原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电荷。
原子核的直径约为10^-15米，占据整个原子体积的极小部分，但质子和中子的质量占据了原子质量的绝大部分。
原子核带正电荷，因此原子核周围围绕着带负电的电子云，形成了原子的结构。
4. 请解释化学键的概念，并列举化学键的种类。
化学键是指原子之间通过共用电子或者电子转移而形成的连接。
化学键的种类包括离子键、共价键、金属键等。
离子键是通过正负电荷之间的静电作用形成的化学键，通常是金属和非金属之间的化合物。
共价键是通过原子之间共用电子而形成的化学键，常见于非金属之间的化合物。
金属键是金属原子之间通过电子海模型相互连接而形成的化学键。
5. 请解释化学反应的热力学基本概念，并列举热力学基本定律。
化工原理课后习题答案详解
《第一章 流体流动》习题解答1某敞口容器内盛有水与油。
如图。
已知水及油的密度分别为1000和860kg/m 3，解：h 1=600mm ，h 2=800mm ，问H 为多少mm ？m h h h m kg m kg mm h mm h 32.181.91080.081.91060.081.9860?,/860/10,800,6003333321=∴⨯=⨯⨯+⨯⨯===== 油水ρρ2.有一幢102层的高楼，每层高度为4m 。
若在高楼范围内气温维持20℃不变。
设大气静止，气体压强为变量。
地平面处大气压强为760mmHg 。
试计算楼顶的大气压强，以mmHg 为单位。
⎰⎰=∴-=⨯⨯⨯-=⨯⨯-=⎩⎨⎧---⨯=⨯⨯=----=---127.724,04763.040810190.181.9)760/(10190.181.910190.1)2.2938314/(29151408055P P p m mHg P p Ln dz pdp p p gdz d ②代入①，得②①解：ρρ3.某水池，水深4米，水面通大气，水池侧壁是铅垂向的。
问：水池侧壁平面每3米宽度承受水的压力是多少N ？外界大气压为1atm 。
Ndz gz P F 5423501045.12/481.9103410013.13)(3⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=⎰水ρ4．4．外界大气压为1atm ，试按理想气体定律计算0.20at （表压）、20℃干空气的密度。
空气分子量按29计。
345/439.12.293831429)1081.020.010013.1(m Kg RT PM =⨯⨯⨯⨯+⨯==ρ解：5．5．有个外径为R 2、内径为R 1为的空心球，由密度为ρ’的材料制成。
若将该球完全淹没在某密度为ρ的液体中，若球能在任意位置停留，试求该球的外径与内径之比。
设球内空气重量可略。
3/1'1232'3132)/1(/)3/4())3/4(--=∴=-ρρρπρπR R g R g R R （解：6．6．为放大以U 形压差计测气体压强的读数，采用倾斜式U 形压差计。
化工原理课后答案解析
化工原理课后答案解析(总22页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--3．在大气压力为的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。
若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少解：KPa.1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。
已知该液体密度为900kg/m 3,h=,R=。
试计算容器中液面上方的表压。
解：kPaPa gmρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.13300==-=⨯⨯-⨯⨯⨯=-==+1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×。
已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。
解: (1) 大管: mm 476⨯φh kg ρq m V s /1647918319=⨯=⋅= s m d q u V /69.0068.0785.03600/9785.0221=⨯==s m kg u G ⋅=⨯==211/4.1263183169.0ρ (2) 小管: mm 5.357⨯φ质量流量不变 h kg m s /164792=s m d q u V /27.105.0785.03600/9785.02222=⨯==或: s m d d u u /27.1)5068(69.0)(222112=== s m kg u G ⋅=⨯=⋅=222/4.2325183127.1ρ1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。
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第
3章 1．计算甲醇在30℃的水中的扩散系数。
解：扩散系数()6.0A S 21
8AS V T
aMs 104.7D μ-⨯=
其中水的缔合参数为a=1.9，水的分子量Ms=18g/mol ，T=303K ，s mPa 1007.802S ⋅⨯=-μ，甲醇在正常沸点下的摩尔体积V A =25.8cm3/mol 。
所以甲醇在30℃的水中的扩散系数为2.37×10-5m 2/s 。
2．正庚烷（A ）和正辛烷（B ）所组成的混合液，在388K 时沸腾，外界压力为101.3kPa ，
根据实验测定，在该温度条件下的kPa p A
1600=，kPa p B 8.740=，试求相平衡时气、液相中正庚烷的组成。
（原题 8） 解：311.08
.741608.743.1010B 0A 0B A =--=--=p p p P x
想物系。
解：计算结果
t Pa Pb x y
113.7 10 7.7 1 1
114.6 10.4 7.94 0.837398 0.870894
115.4 10.8 8.2 0.692308 0.747692
116.3 11.19 8.5 0.557621 0.623978
117 11.58 8.76 0.439716 0.509191
117.8 11.99 9.06 0.320819 0.384662
118.6 12.43 9.39 0.200658 0.249418
119.4 12.85 9.7 0.095238 0.122381
120 13.26 10 0 0
绘图
4．将含苯摩尔分数为0.5，甲苯摩尔分数为0.5的溶液加以汽化，汽化率为1/3，已知物系的相对挥发度为2.47，试计算：
（1）作简单蒸馏时，气相与液相产物的组成；
（2）作平衡蒸馏时，气相与液相产物的组成；
解：（1）作简单蒸馏时，设液相产物的组成为x 2。
通过试差法，可以求得x 2=0.4117。
再通过物料衡算，可以得到6766.03
214117.032-0.51W W x W x W y 212211=-⨯⨯=-⋅-⋅= （2）作平衡蒸馏时，残液率3
2311q =-= 物料横算式为5.12x 1
q x x 1-q q y F +-=--= 相平衡方程为：()47x
.1147x .2x 1-1x y +=+=αα 联立上述两个方程，可以得到x=0.426，y=0.648。
5．每小时将15000kg 含苯40%和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离。
操作压力为101.3kPa ，要求馏出液能回收原料中的97.1%的苯，釜液中含苯不高于2%（以上均为质量百分数）。
求馏出液和釜液的摩尔流率及摩尔组成。
（原题 10）
解：根据质量衡算与回收率的定义： 所以h kg h kg F W W
F /8700/02.04.015000029.0'029.0'=⨯⨯=⨯=ωω 所以()h kg h kg W F D /6300/87001500'''=-=-= 所以9248.06300
4.015000971.0''971.0=⨯⨯=⨯=D F F D ωω 所以摩尔流率为
6．在一连续精馏塔中分离某二元理想混合液。
原料液流量为100kmol/h,浓度为0.4(摩尔分率，下同)。
要求塔顶产品浓度为0.9，塔釜浓度为0.1。
试求：（1）馏出液与釜残液的流量；（2）若每小时从塔顶采出50kmol 馏出液，工艺要求应作何改变？（原题 11）
解：根据⎩⎨⎧+=+=W D F
Wx Dx Fx W D F 如果每小时从塔顶采出50kmol 馏出液，则由W D F Wx Dx Fx +=
得W D x x 50504.0100+=⨯
即W D x x +=8.0
由于，0>D x 所以8.0<W x
7．某液体混合物易挥发性组分含量为0.6，在泡点状态下连续送入精馏塔，加料量为1001-⋅h kmol ，易挥发性组分的回收率为99%，釜液易挥发性组分含量为0.05，回流比为3，以上均为摩尔分数。
试求：（1）塔顶产品与塔底产品的摩尔流率；（2）精馏段和提馏段内上升蒸汽及下降液体的摩尔流率；（3）精馏段和提馏段的操作线方程。
解：（1）根据题意99.0==
F D Fx Dx η，所以0.0199.011=-=-=ηF
W Fx Wx 所以
（2）h kmol h kmol RD L /264/883=⨯== (3)精馏段操作线方程：169.075x .01
313311+=+++=+++=
D D x x R x x R R y 提馏段操作线方程：0017.0034.112
36405.01212364364-=-⨯--=---=x x W L'Wx x W L'L'y W 8．采用常压连续精馏塔分离苯-甲苯混合物。
原料中含苯0.44（摩尔分数，下同），进料为气液混合物，其中蒸汽与液体量的摩尔比为1:2。
已知操作条件下物系的平均相对挥发度为2.5，操作回流比为最小回流比的1.5倍。
塔顶采用全凝器冷凝，泡点回流，塔顶产品液中含苯0.96。
试求：（1）操作回流比；（2）精馏段操作线方程；（3）塔顶第二层理论板的汽液相组成。
解：⑴根据题意q =2/3，故进料线方程：
相平衡线方程：()()x
x x x x α-αx y 1.512.51-2.51 2.511+=+=+= 联立上述两式，可以求得x q =0.365，y q =0.59
则最小回流比：
操作回流比：R =1.5R min =1.5×1.644=2.466
⑵精馏段操作线方程：
⑶塔顶第二层理论板的气液相组成
由0.961.512.51
11==+=D x x x y 得到x 1=0.9057 由0.92141.512.5222=+=
x x y ，得到x 2=0.8242 9．用一精馏塔分离苯-甲苯溶液，进料为气液混合物，气相占50%（摩尔分数），进料混合物中苯的摩尔分率为0.60，苯与甲苯的相对挥发度为2.5，现要求塔顶、塔底产品组成分别为0.95和0.05（摩尔分率），回流比取最小回流比的1.5倍。
塔顶分凝器所得的冷凝液全部回流，未冷凝的蒸气经过冷凝冷却后作为产品。
试求：（1）塔顶塔底产品分别为进料量的多少倍？（2）塔顶第一理论板上升的蒸气组成为多少？
解：（1）对全塔做总物料衡算以及对全塔做组分A 的物料衡算，可以得到：
其中，60.0=F x ，95.0=D x ，05.0=W x
所以()()F F x x x x F D W D W F 611.005
.095.005.06.0=--=--= （2）气液平衡方程为：()()x
x x x x x y 5.115.215.215.211+=-+=-+=αα 进料线方程为：2.11
5.06.015.05.011+-=---=---=x x q x x q q y F 联立上述方程，得⎩⎨⎧==708
.0492.0e e y x ，故进料线与相平衡线的交点为（0.492, 0.708）。
最小回流比：12.1492
.0708.0708.095.0min =--=--=e e e D x y y x R 所以回流比为：68.112.15.15.1min =⨯==R R
分凝器相当于一块理论板，设离开分凝器的液相组成为x 0：
则()()95.015.215.2110
0000=-+=-+==x x x x y x D αα 可以得到884.00=x
精馏段的操作线方程为：
所以，塔顶第一块理论板上的蒸汽组成为：
10．如图所示，常压连续精馏塔具有一层实际塔板及一台蒸馏釜，原料预热到泡点由塔顶加入，进料组成20.0=F x （易挥发性组分的摩尔分率，下同）。
塔顶上升蒸汽经全凝器全部冷凝后作为产品，已知塔顶馏出液的组成为0.28，塔顶易挥发性组分的回收率为
80%。
系统的相对挥发度为2.5。
试求釜液组成及塔板的默弗里板效率。
解：（1）对全塔做总物料衡算以及对全塔做组分A 的物料衡算，可以得到：
其中，2.0=F x ，28.0=D x ，
由于塔顶易挥发组分的回收率为80%，所以，8.0=⋅⋅=
F D x F x D η 可定义得到
571.028.02.08.08.0=⨯=⨯=D F x x F D 所以，
429.0571.011=-=-=F D F W 由于8.0=⋅⋅F D x F x D ，所以2.08.011=-=⋅⋅-=⋅⋅F
D F W x F x D x F x W 所以0932.0429
.02.02.02.0=⨯=⨯
=F
W x x F W （2）由于蒸馏釜可以视为一层理论板，所以离开该釜的气液两相呈平衡状态，即： 对塔板做易挥发组分的物料衡算，塔板上下可以视为恒摩尔流，可得 或()()11x x F y y D F W -⋅=-⋅ 所以()()157.0204.028.0571.02.011=-⨯-=-⋅-
=W F y y F
D x x 对于气相莫弗里板效率，与x 1呈平衡的气相组成为： 所以，664.0204
.0318.0204.028.0*11=--=--=W W MV y y y y E 对于液相莫弗里板效率，与y 1呈平衡的液相组成为：
所以，662.0135.02.0157.02.0*11=--=--=x x x x E F F ML。