化工基础课后习题答案(高教版)

流体流动和输送1、液体高度：, 器底所受的力：压强：指示液为CCl4,其读数：2、人孔面积：压力：槽壁面积：槽壁所受压力：3、4、6、（1）求空气的体积流量流通截面：体积流量：（2）求质量流量表压：绝压：空气的平均分子量：当时温度：空气密度：∴质量流量：7**、对容器A 孔口流速：体积流量：流出的总体积：液体降至处所需时间：剩余部分为非稳定流动，所需时间：对于容B|由于B下端有短管，管内流体在流动中有下拉液体的作用，故需时间短。

8、以水平管中心线为基准面，在1－1，，2－2，间列柏式，在操作条件下，甲烷的密度：水柱压差计读数：!9、10、对孔板流量计：流量与流速度关系：，即，(1)当读数为80mmHg时，，即误差＝%(2)读数为20mmHg时，，即误差＝%(3)指示液为四氯化碳时，∴流量的相对误差与以上相同。

11、体积流量：质量流量：导管中苯的流速：12、忽略阻力，《，，，将数据代入，得体积流量：13、，，, , ∴＝，空气流量：质量流量：，∵，，，|解得，，体积流量：14、当量直径：流速：湍流15、相对粗糙度：，查图得16、，，，查图得H1=0，H2=10，v1=0，v2=，P2=0，17、用试差法求流量，∵λ＝f(Re),Re=f(v),难以直接求解。

由Re～λ图可见，对ε＝的无缝钢管而言，Re在2×104～1×107之间，λ值在～之间，设λ＝，H1=5，H2=0，P1=P2=0（表压），v1=0《，查图得λ＝，苯的体积流量：qv=××=S（若设λ＝，qv=S）校核：基本相符。

18、强烈湍流时，λ可看作常数。

，,,10=×10-6/d5d5=×10-7，∴d=42mm19、（1）、（2）、（3）、20、（1）、，增加3倍（2）、（3）、，增加1倍;21、（1）、, ,,,∴（2）、，，，，…22、，查图，λ＝,∵P1=P2=0，H1=0，动压头可忽略有效功率：轴功率：23、,H1=0，v1=0，H2=15，v2=，P1=P2=0（表压）∴理论功率：轴功率：；24、，∴主管中水的流量：支管中流量：25、支路管道26、40mm水柱＝(表压)，绝对压：+= 50℃空气密度：空气在导管中流速：, , 查图λ＝,输送功率：效率：27、（1）、更换后，输出量为：扬程：（2）、两台并联两台并联后输出水量最多能达到20m3/h，但是在的扬程下，而不是25m。

实际并联两台的输出水量总小于20m3/h。

两台串联的水泵扬程最多为，但是在流量为10m3/h时，实际串联两台的扬程总小于。

28、30℃时水的蒸汽压：当地大气压：允许安装高度：现安装在水源上3m处，不能正常运转。

29、允许安装高度＝允许吸上高度－当地大气压低于标准大气压折算的压头－水蒸气压高于20℃水蒸气压折算的压头－阻力－动压头50℃水蒸气压：，20℃为蒸汽压之差＝大气压之差＝－100==(1)、当流量为20m3/h时]，允许安装高度：Hg=(2)、流量为30m3/h，允许安装高度：Hg=30、流动型态由Re决定，要使流动型态相似，则两种情况下Re应相等。

设1为设备条件，2为模型条件，31、（1）、:（2）、，（3）、传热1、a、散热速率：29606.024.09.024.060700mW tA=+-=∆=Φ∑λδ交界面温度：℃44424.09.0960700/1112=-=Φ-=δλAtt}b、23606.024.009.01.09.024.060700mW tA=++-=∆=Φ∑λδ2、根据，()ttA-'=Φ1α炉气温度：℃73230960700/1=+=Φ+='αAtt外界温度：℃122096060/233=-=Φ-='αAtt4、设交界面温度为t()()30803021-=-=Φδλδλt ∴℃230305050200305021=+⨯=+⨯=δδt6、设饱和蒸汽的K m W.100002=α，304kPa 饱和蒸汽温度＝134℃∵2212412<=r r ，∴mm r m 5.2222124=+= 不保温时：()()m W r r r t t l m 257024.01510225.045003.0021.01000012013414.32112221121=⨯+⨯+⨯-⨯⨯=++-=Φαλδαπ保温时：()()mWr r r r t t lm m 7.107024.0151037.015.003.00225.045003.0021.01000012013414.32112222221111121=⨯+⨯+⨯+⨯-⨯⨯=+++-=Φαλδλδαπ）7、(1)、12ln 12r r t l λπ∆=Φ，57.13060ln 3090ln ln ln 1212==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛''=Φ'Φr r r r ，∴Φ=Φ'63.0（2）、22121ln 12r r r tl αλπ+∆=Φ342.106.01013060ln 15.0109.01013090ln 15.011ln 11ln122122212=⨯+⨯+='+'+=Φ'Φr r r r r r αλαλ，∴Φ=Φ'746.08、(1)、设绝热层外表面温度为t()()045.0121202025.0045.0ln15.013002⨯-=-t l t l ππ，解得t=110℃（2）、()())045.0(121202045.0045.0ln10.01025.0045.0ln 15.013002δπδπ+⨯-=++-t l t l 用试探法求得δ＝=20mm ℃10417520025300ln)175200()25300(=-----=∆m t11、()1023323223105.14)105.1(1201501018002.181.9⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯=∆=--μβρtgl Gr>2215.0105.1102.2Pr 33=⨯⨯⨯==-λμC7101010210319105.1422Pr ⨯>⨯=⨯⨯=⨯Gr ，为湍流∴K m W Gr d.2316.372Pr)(135.0==λα釜壁温度认为＝蒸汽温度，主要是因为新器壁的导热系数很大，即钢的导热系数大。

13、∵7910210Pr ⨯>=⨯Gr ，属于自然对流中的湍流传热。

31Pr)(135.0Gr dλα=，其中223μβρtgl Gr ∆=，小管下标为1，大管为2，则3122231223212//⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆∆=l l t gl t gl Gr Gr μβρμβρ，1012123112===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛d d l l Gr Gr ，1//Pr Pr 12==λμλμC C因为温度和物系相同，λ、d 、C 、μ、ρ、β、Δt 均不变，因小管传热时7102Pr ⨯>⨯Gr ，则大管7102Pr ⨯>>⨯Gr ，10Pr Pr 31112212=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=Gr Gr αα，>∵t A ∆=Φα，对单位面积而言，101212==ΦΦαα∴1210Φ=Φ，即单位面积的热损失不同，比值为10。

14、2212111ln 112r r r r t L αλαπ++∆=Φ初始时，令分母＝P105335.00125.0150001011.00125.0ln 501011.0200011=⨯++⨯=p积垢后，令分母＝P21532.00125.0150001011.00125.0ln 501010.0011.0ln 11010.0200011ln 1ln 112221122122111112=⨯+++⨯=+++=r r r r r r p αλλα∴%8.341532.005335.0111212===ΦΦp p 传热量为原来的%15、mt KA ∆=Φ，274.103840225.014.3m n dl A =⨯⨯⨯=⨯=π{℃4524050=+=∆m t ，381⨯=ρvA q m()SJt C vA t C q m 6443286090300012003802.0785.05.03821=-⨯⨯⨯⨯⨯=∆⨯⨯=∆=ΦρK m Jt A K m 213334574.10644328=⨯=∆Φ=冷流体的质量流量：()S kgt C q m 7.1020403000644328=-=∆Φ=17、并流：()()℃6.114180220100350ln1802201003501=-----=∆m t逆流：()()℃6.143100220180350ln1002201803502=-----=∆m t2211m m t KA t KA ∆=∆=Φ25.16.1146.1431221==∆∆=m m t t A A19、()74.1228.08.08.0==='v v ααK m W K 25.317137043500050050074.150050074.1==+⨯⨯⨯= ()()20221-''='-t C q T T C q mm ρρ，m mq q 2='，50212022-'='-t T ∴，216022T t '-='()()()2080002040001000002.020222-'=-'⨯⨯=-''t t t C q mρ()()()20120ln 20120205.31720800022222-''--'-'-⨯⨯=∆=-'T t T t t KA t m将216022T t '-='代入，设℃2.492='T ，整理4.352.296.64ln4.3579375.04.35=⨯=方程两边相等，说明假设正确，∴热流体出口温度＝℃。

21、下标1表示热，2表示冷。

)285310()370420(2211-=-C q C q m m ，∴5.02211=C q C q m m?增长后：)285()370420(22211-'=-t C q C q m m22211285)350420(t C q C q m m '=+-，∴K t 3202='原来的传热温差：()Kt m 5.972)285370(3104201=-+-=∆管长增长后：()Kt m 5.822)285350(3204202=-+-=∆下标1为原来，2为增长后4.12853102853201212=--=∆∆=ΦΦt C q t C q m m ，4.1112212=∆∆=ΦΦm m t KA t KA ，655.15.825.974.112=⨯=A A∵rl A π2=，655.112=l l ，故增长%(2)、并流时）)285310()370420(2211-=-C q C q m m ，5.02211=C q C q m m增长后：)285()350420(22211-=-t C q C q m m ，∴t2=320K原来：()()Kt m 5.92310370285420ln310370285420=-----=∆增长后：()()Kt m 8.69320350285420ln320350285420=-----=∆855.18.695.924.112=⨯=A A∴并流时换热器管长应增加％22、mt KA ∆=ΦJt C q Q m 100000000)2060(25001000=-⨯=∆=⨯Φ=τ`K m WK 221217.7401000080010000800=+⨯=+=αααα，一侧恒温，K t m 7.574080ln 4080=-=∆mm t dl K t KA ∆=∆=Φτm t d K Ql m 6.87.57048.014.37411800100000000=⨯⨯⨯=∆=πτkg H Q D 3.443.2258100000000==∆=，()℃饱和蒸汽的汽化热100--∆H∴把10吨20℃的盐水加热到60℃，需饱和蒸汽23、求换热面积：28.12022.014.313m dl n A =⨯⨯⨯==π热量衡算：油释出热量＝水吸收热量·tC q T C q m m ∆=∆11)15(420036001400)90(22003600160022-⨯=-⨯t T 2267.1115t T -=()()1590ln1051590ln 159022222222----=-----=∆T t t T T t T t t m（未完）24、tC q t KA m m ∆=∆()2221000180000218020002)100(201005400t t t -=-=-+-⨯1920009600)20(200080012.05.0)(2212-=-⨯⨯⨯=-=∆t t t t C vA t C q m ρ—1920009600100018000022-=-t t解得t2=℃25、冷凝放热量：kJH D Q 440000880000500=⨯=∆=冷却放热量：kJt Cp q Q m 67900)305.78(2800500=-⨯=∆='S J Q Q q /14110036005079003600=='+=冷却水用量：t p C q m '∆'=ΦS kgp C q m 68.1204200141100)1535(=⨯=-'Φ=冷却段传热面积A2：S kJ9.183600679002==Φ，,15℃的水吸收q2的热量温度变为t2℃68.268.1420018900=⨯='Φ=∆p C q t mt2=t1+=15+=℃ Δt1=T2-t2=Δt2=T3-t1=30-15=15℃℃7.324.182.451582.60ln1582.60==-=∆m tK m W K 221218.41110007001000700=+⨯=+=αααα2224.17.328.41118900m t K A m =⨯=∆Φ=.冷凝段传热面积A1:S kJ /2.12236004400001==Φ℃的水吸收q1的热量温度变为t3=35℃℃7.51335.032.17355.7868.175.78ln)355.78()68.175.78(==-----=∆m tK m W K 221218.7771000350010003500=+⨯=+=αααα21104.37.518.777122200m t K A m =⨯=∆Φ=m d m 022.02222024==+=A=A1+A2=~根＝12.322022.044.4ππ⨯⨯==dl A n化学反应器0、k 的单位： 1331-+--=h mkmol k n n ()()11--=时间浓度nC k ，浓度＝3-m kmol0级反应：h m kmolk C 3=1级反应：()110)(--==S k C时间浓度 2级反应：()S kmol m S m kmol k C .)(311311=⎪⎭⎫ ⎝⎛==----时间浓度 S P k na P -=1 0级反应：S Pa k P /= 1级反应：1-=S k P 2级反应：11--=S Pa k P S m kmolr 3＝时间浓度=@对于气相反应，n Ap A pk r =-，A r -的单位＝S m kmol 3，p A 的单位＝2m N ，k p 的单位＝132223...---=⎪⎭⎫⎝⎛=-=S m N kmol m N S m kmolp r k n n n A A pk p 与k c 的关系：np nc pk C k =，p=CRT ，∴RT pC =n p nC p k RT p k =⎪⎭⎫ ⎝⎛，()n C p RT k k -=，或()n p C RT k k =1、化学计量式：Z B A 22→+ t=0时，n A0=，n B0=，n Z0=，t=t 时，n A =，43.014.008.014.000=-=-=A A A A n n n x∴，n B =n B0－n A0×x A =－×＝—n Z =n Z0+n A0×x A =+×=反应进度：mol x n AAA 06.0143.014.00=⨯==νξ反应进行完全时的反应进度：mol x n BBB B 1.02.12.00=⨯==νξ2、（1）、速率常数k p = 其单位为，h P S P P S P p r k a a a a A A p .11/22===-=(2)、h m molh dt mol dn m V r A A .)()()(133=-=hmol m m mol h m mol C r k A A ..32332=⎪⎭⎫ ⎝⎛==对于理想气体，RT n p A A =，RT C RT V n p A AA ==，266.3A A p dt dp =-变为 ()()266.3RT C dt RT C d A A =-，∴ 266.3A A RTC dt dC =-∴⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯=⨯⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯=hr kmol m K atm p K kmol atm m hr p k a a c 37310217.1400110132508206.0166.3(4、()倍6804.10002.0314.8/75000)92317731(/773/0923/0773923=====⨯---e ee eA e A r r R E R E RE6、对于二级反应，)11(10A A C C k t -=S t 5.1161101.0185.011=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=，S t 4.1175101.0185.012=⎪⎭⎫⎝⎛-=讨论：对于二级反应，若要求C A 很低时，虽然初始浓度相差甚大，但所需要的反应时间却相差甚微。