最新化工原理第二版上册答案

绪 论

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 o o 51F C 9

=

则

()C kg kJ 005.1C 5F 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 （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 E

E E

E 2803.3m

ft

2803.3ft m ft m H H H H '=⨯'='= 同理 ()

G G G '=⨯'=-5.73710356.13

D D '=2803.3 002803.3Z Z '= ()3L

L 101-⨯'=μμ L L

L 06246.001.16ρρρ'='=

(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

0第一章 流体流动

流体的重要性质

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

314.86000

0.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==

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 3

3t t m m kg 33.764m kg 157

.0120===

V m ρ 流体静力学

3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()

kPa 3.65Pa 1020103.8533=⨯-⨯ （2）真空表读数

真空度=大气压-绝压=()

kPa 03.36Pa 103.651033.10133=⨯-⨯