化工原理

化工原理

绪论P7 1,2

1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI 单位。 （1）水的黏度μ=0.00856 g/(cm·s) （2）密度ρ=138.6 kgf ·s 2/m 4

（3）某物质的比热容C P =0.24 BTU/(lb·℉) （4）传质系数K G =34.2 kmol/(m 2·h·atm)

（5）表面张力σ=74 dyn/cm （6）导热系数λ=1 kcal/(m·h·℃)

解：本题为物理量的单位换算。

（1）水的黏度 基本物理量的换算关系为1 kg=1000 g ，1 m=100 cm

则 )s Pa 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.04

4⋅⨯=⋅⨯=⎥⎦⎤

⎢⎣

⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅=--μ

（2）密度 基本物理量的换算关系为1 kgf=9.81 N ，1 N=1 kg·m/s 2

则 3

242m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=⎥⎦

⎤⎢

⎣⎡⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅=ρ （3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1 BTU=1.055 kJ ，l b=0.4536 kg

则 )C kg kJ 005.1C 95F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055.1F lb BTU 24.0︒⋅=⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡︒︒⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒=p c

（4）传质系数 基本物理量的换算关系为1 h=3600 s ，1 atm=101.33 kPa

则 ()kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.342

52G ⋅⋅⨯=⎥

⎦

⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⋅=-K （5）表面张力 基本物理量的换算关系为 1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm

则 m N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 742

5

--⨯=⎥⎦⎤⎢⎣

⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡=σ

o o 51F C 9

=

（6）导热系数 基本物理量的换算关系为1 kcal=4.1868×103 J ，1 h=3600 s

则 ()()C m W 163.1C s m J 163.13600s 1h 1kcal J 104.1868C h m kcall 13

2︒⋅=︒⋅⋅=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅⋅=λ 2． 乱堆25cm 拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即

()()()

L

L

3

10C

B

4E 3048.001.121078.29.3ραμZ D G A H -⨯=

式中 H E —等板高度，ft ； G —气相质量速度，lb/(ft 2·h)； D —塔径，ft ；

Z 0—每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft ； α—相对挥发度，量纲为一； μL —液相黏度，cP ； ρL —液相密度，lb/ft 3

A 、

B 、

C 为常数，对25 mm 的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1及1.24。 试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为SI 单位。

解：上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制，而其余诸物理量均为英制。

经验公式单位换算的基本要点是：找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系，导出物理量“数字”的表达式，然后代入经验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单位。具体换算过程如下： （1）从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为

m 3049.0ft 1= ()()s m kg 10356.1h ft lb 1232⋅⨯=⋅- （见1）

α量纲为一，不必换算 s Pa 101cp 13

⋅⨯=-

13lb ft =133lb 1kg 3.2803ft ft 2.2046lb 1m ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭

=16.01 kg/m 2

(2) 将原符号加上“′”以代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下面以H E 为例：

m ft E

E H H '= 则 同理 ()

G G G '=⨯'=-5.73710356.13

D D '=2803.3 ()3L

L 101-⨯'=μμ L L L 06246.001.16ρρρ'='= E

E E E 2803.3m

ft

2803.3ft m ft m H H H H '=⨯'='=0

02803.3Z Z '=

(3) 将以上关系式代原经验公式，得

()()()⎪⎪⎭

⎫

⎝

⎛

'''⨯⨯⨯

'⨯'⨯⨯⨯='-L

L

310 1.24-0.1

4E

0624.010002803.33048.02803.301.125.7371078.257.09.32803.3ρμα

Z D G H

整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即

()

()L

L 101.240.1

-4E 4.39205.010084.1ραμZ D G A H -⨯=

第一章 流体流动 P72-75 作业3,4,12,20 练习1,2

【练习】 1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。

解：气柜满载时各气体的总摩尔数()mol 4.246245mol 313

314.860000.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==

RT pV n 各组分的质量：kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =⨯⨯=⨯=M n m

kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =⨯⨯=⨯=M n m

kg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =⨯⨯=⨯=M n m

2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m

3

3122

1

1

21t m 157.0m 7106083060=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+

=

+=ρρm m V V V

33t t m m kg 33.764m kg 157

.0120===V m ρ 【作业】流体静力学