化工原理课后习题解答

化工原理课后习题解答

（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.）

第一章流体流动

1.某设备上真空表的读数为13.3 x 103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已

知该地区大气压强为98.7 x 103 Pa。

解：由绝对压强二大气压强-真空度得到：

设备内的绝对压强P绝二98.7 x 103 Pa -13.3 x 103 Pa

=8.54 x 103 Pa

设备内的表压强P表二-真空度二-13.3 x 103 Pa

2.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960 kg/?的油品，油面高于罐底6.9 m

油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的圆孔，其中心距罐底800

mm孔盖用14mm勺钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23 x 106 Pa ,

问至少需要几个螺钉?

分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即

解: P螺二p gh x A = 960 x 9.81 x (9.6-0.8) x 3.14 x 0.76

150.307 x 103 N

x 10 x 3.14 x 0.014 x n

=39.03 3 2

P油w 彷螺得n》6.23

取n min二 7

至少需要7个螺钉

3 .某流化床反应器上装有两个U型管压差计，如本题

附图所示。测得R i = 400 mm , R 2 = 50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸汽

向空气中扩散，于右侧的U型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R= 50 mm试求A、B两处的表压强。

分析：根据静力学基本原则，对于右边的U管压差计， a - a为等压面，对于左边

的压差计，b-b为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。

解：设空气的密度为p g,其他数据如图所示

a - a 处P A + p g g

b = p 水gR + p 水银cf^

由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记

3 3

即: P A = 1.0 X 10 X 9.81 X 0.05 + 13.6 X 10 X 9.81 X 0.05

=7.16 X 103 Pa

b-b 处P B + p g gh3 = P A + p g gh2 + p 水银gR

3 3

P B = 13.6 X 10 X 9.81 X 0.4 + 7.16 X 10

分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1—T

和4 —4’为等压面，2—2’和3—3’为等压面，

且1 — 1 '和2 —2’的压强相等。根据静力学基本

3

=6.05 X 10 Pa

4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分

相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出

口的距离H二1m，U管压差计的指示液为水银，

煤油的密度为820Kg/ ?。试求当压

习题4琳图

口距离h。差计读数R=68mm寸，相界面与油层的吹气管出水

一压陥空气

方程列出一个方程组求解

在1 - 1’与2-2’截面之间

P i = P2 + p 水银gR

■/ P i = P4 , F2 = P 3

且P3 = p 煤油g A h , F 4 = p 水g (H-h) + p 煤油g ( A h + h )

联立这几个方程得到

p 水银gR = p 水g (H-h)+ p 煤油g ( A h + h )- p 煤油g A h即

p水银gR = p 水gH + p煤油gh - p水gh 带入数据

1.03 X 103X 1 - 13.6 X 103X 0.068 = h(1.0 X 103-0.82 X 103)

h = 0.418 m

5. 用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，U管压差计的指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：h 1 = 2.3m,h 2=1.2m, h 3=2.5m, h 4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直

3

距离h 5=3m。大气压强p a= 99.3 X 10 p a 0 试求锅炉上方水蒸气的压强P。

分析：首先选取合适的截面用以连接两个U管，本题应选

取如图所示的1-1截面，再选取等压面，最后根据静力学基

本原理列出方程，求解

解：设1 - 1截面处的压强为P 1

对左边的U管取a - a等压面，由静力学基本方程

P 0 + p 水g(h 5-h 4) = P 1 +

p水银g(h 3-h 4)代入数据

P0 + 1.0 X 103X 9.81 X (3-1.4)

3

=P 1 + 13.6 X 10 X 9.81 X (2.5-1.4)

g(h i-h2) + p a代入数据

3 3

P i + 1.0 X 10 X 9.81 X( 2.5-1.2) = 13.6 X 10 X 9.81 X( 2.3-1.2 ) + 99.3

X 103

解着两个方程得

P 0 = 3.64 X 105Pa

6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强p。压差计

中以油和水为指示液，其密度分别为920 kg/m 3 ,998 kg/m 3, U管中油、水交接

面高度差R = 300 mm,两扩大室的内径D均为60 mm,

U管内径d为6 mm。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。

分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，

另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解

解：由静力学基本原则，选取1—1 ‘为等压面,

对于U管左边p表+ p油g(h1+R) = P1

对于U管右边P 2 = p水gR + p油gh2

p 表=p 水gR + p 油gh2 - p 油g(h 1+R)

p 水gR - p 油gR + p 油g (h2-h 1)

2 2

当p表二0时，扩大室液面平齐即n ( D/2) (h2-h1)= n (d/2 ) R

h 2-h1 = 3 mm

p表二 2.57 X 102Pa

7. 列管换热气的管束由121根© X 2.5mm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50C、压强为196X 103Pa(表压)，当地大气压为