化工原理习题解答

第一章 流体流动与输送机械

1. 某烟道气的组成为CO 2 13％，N 2 76％，H 2O 11％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。

解：混合气体平均摩尔质量

kg/mol 1098.2810)1811.02876.04413.0(33--⨯=⨯⨯+⨯+⨯=∑=i i m M y M ∴ 混合密度

33

3kg/m 457.0)

500273(31.81098.28103.101=+⨯⨯⨯⨯==

-RT pM ρm m 2．已知20℃时苯和甲苯的密度分别为879 kg/m 3和867 kg/m 3,试计算含苯40％及甲苯60％（质量％）的混合液密度。

解：

867

6

.08794.01

2

2

1

1

+=

+

=

ρρρa a m

混合液密度 3

kg/m 8.871=m ρ

3．某地区大气压力为101.3kPa ，一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？

解：

'

'表表绝＋p p p p p a a =+=

∴kPa 3.15675)1303.101)('

'=-==＋（

－＋真表a a p p p p 4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa ，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m ，其读数为58 kPa 。试计算液面到下方测压口的距离。

解：液面下测压口处压力 gh p z g p p ρρ+=∆+=10

m 36.255.081

.990010)4258(3

0101=+⨯⨯-=+ρ-=ρ-ρ+=∆∴h g p p g p gh p z

5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm 和600mm 。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800 kg/m 3和1000 kg/m 3。

（1）计算玻璃管内水柱的高度；

题4 附图

B D

h 1 h 2

A

C 题5 附图

（2）判断A 与B 、C 与D 点的压力是否相等。 解：（1）容器底部压力

gh p gh gh p p a a 水水油ρρρ+=++=21 m 16.16.07.01000

800

212

1=+⨯=

+ρρ=ρρ+ρ=

∴h h h h h 水

油水

水油 （2）B A p p ≠ D C p p =

6．为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压力计，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：如图，1-2为等压面。

gh p p ρ+=1 gR p p a 02ρ+= gR p gh p a 0ρρ+=+ 则容器内表压：

kPa 0.5381.98.090081.945.0136000=⨯⨯-⨯⨯=ρ-ρ=-gh gR p p a

7．如附图所示，水在管道中流动。为测得A -A ′、B -B ′截面的压力差，在管路上方安装一U 形压差计，指示液为水银。已知压差计的读数R ＝180mm ，试计算A -A ′、B -B ′截面的压力差。已知水与水银的密度分别为1000kg/m 3和13600 kg/m 3。

解：图中，1-1′面与2-2′面间为静止、连续的同种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即

'11p p =， '22p p =

又 gm p p A ρ-='1

gR

R m g p gR p gR p p B 002021)('ρρρρ++-=+=+=

所以 gR R m g p gm p B A 0)(ρρρ++-=-

整理得 gR p p B A )(0ρρ-=-

由此可见， U 形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数R 有关，而与U 形压差计放置的位置无关。

代入数据 Pa 2224918.081.9)100013600(=⨯⨯-=-B A p p

题7 附图

题6 附图

1

2

8．用U 形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差，指示液为水，密度为1000kg/m 3，读数R 为12mm 。为了提高测量精度，改为双液体U 管压差计，指示液A 为含40％乙醇的水溶液，密度为920 kg/m 3，指示液C 为煤油，密度为850 kg/m 3。问读数可以放大多少倍？此时读数为多少？

解：用U 形压差计测量时，因被测流体为气体，则有 021ρRg p p ≈- 用双液体U 管压差计测量时，有

)('

21C A g R p p ρρ-=-

因为所测压力差相同，联立以上二式，可得放大倍数

3.14850

9201000

0'=-=-=C A R R ρρρ

此时双液体U 管的读数为

mm 6.171123.143.14'

=⨯==R R

9．图示为汽液直接混合式冷凝器，水蒸气与冷水相遇被冷凝为水，并沿气压管流至地沟排出。现已知真空表的读数为78kPa ，求气压管中水上升的高度h 。

解: a p gh p =+ρ

水柱高度 m 95.781

.910107833

=⨯⨯=ρ-=

g p p h a 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1830 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⨯φ

kg/h 1647018309=⨯=ρ⋅=s s V m m/s 69.0068

.0785.03600/9785.02

2

1=⨯=

=

d

V u s

s)kg/(m 7.1262183069.0211⋅=⨯=ρ=u G (2) 小管: mm 5.357⨯φ

质量流量不变 kg/h 164702=s m

m/s 27.105.0785.03600/9785.02

22

2=⨯=

=

d V u s

题9 附图