化学工程基础课后习题答案(武汉大学第二版)

1－４解：绝对压强＝740－100＝640 mmHg 由附录2查得1mmHg=133.32Pa 故640 mmHg＝8.53×104 Pa 表压强＝－真空度 故表压强＝－100mmHg＝－1.33×104 Pa 答：设备内的绝对压强是8.53×104 Pa。设备内的表压强是－1.33×104 Pa。
1－20一转子流量计，转子材料为铝，出厂时用20℃，0.1MPa 压强下的空气标定，得转子高度为100mm 时， 流量为10m3/h。今将该流量计用于测量 T=50℃，P=0.15MPa 下的氯气，问在同一高度下流量为多少？若将该 转子材料换为黄铜，问在同一高度下氯气和空气的流量各为多少？
1－21从设备送出的废气中含有少量可溶物质， 在放空之前令其通过一个洗涤塔， 以回收这些物质进行综合 利用，并避免环境污染。气体流量为3600 m3/h(操作条件下)，其物理性质与50℃的空气基本相同，如右图 所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的 U 形管压差计，其读数为30 mm。输气管与放空管 内径均为250 mm，管长、管件与阀门的当量长度之和为50 m（不包括进、出塔及管出口阻力）放空口与鼓 风机进口的垂直距离为20 m，已估计气体通过塔内填料层的压降为1961 Pa。管壁的绝对粗糙度ε可取为 0.15mm，大气压强为0.101 Mpa，求鼓风机的有效功率。
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1－５解：孔中心处静压强： ＝960×9.81×(9.6－0.8) ＝8.287×104 Pa
圆孔受力：F=P×A 孔=
= 3.76×104 N
每个螺钉受力极限：F 钉＝
＝6050 N
所需螺钉数：
答： 最少需要7个螺钉。 讨论：容器内孔盖中心处的压强考虑了大气压强，可又忽略了孔盖外的大气压，错误地得出14颗螺钉的结论。 这样其实是将空盖外的环境置于真空中。 1－6解： （1）1，2，3，3处虽然是在同一水平面上，也是静止的，但竖管内液体注入情况 不同，1，2，3，3处不 是连续、均一的流体，故压强不相等。 （2）4，5，6，3处是在同一水平面上的连续、均一、静止的的流体，故压强相等。 （3） Pa Pa 答： （1）1，2，3，3处压强不相等。 （2）4，5，6压强相等。 （3）B 上方压强 Pa，C 上方压强 Pa。
1－15用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。 各部分相对位置如右图所示， 管路 的直径均为φ76mm×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表读数为185mmHg，水流经吸入管（包括管入 口）与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按与计算，由于管径不变，故式中 u 为吸入或排出管的流 速 m/s，排水管与喷头连接处的压强为 9.81×104Pa（表压） 。 试求泵的有效功率。
1－13见右图，高位槽内水面高于地面8m，水从φ108mm×4mm 的管道中流出，管路出口高于地面2m。在 本题特定条件下，水流经系统的能量损失（不包括出口的能量损失）可按 计算，其中 u 为水在管内的流速 m/s。 试计算： （1）A-A’截面处水的流速； （2）水的流量（以 m3/h 计） 。
1－1420 ℃的水以2.5m/s 的流速流经φ38mm×2.5mm 的水平管。此管以锥形管与另 一φ53mm×3mm 的水平 管相连，如右图所示。在锥形管两侧 A,B 处各插入一垂直玻璃管以 观察两截面的压强，若水流经 A,B 两 截面间的能量损失为1.5J/kg， 求两玻璃管的水面差（以 mm 计） 。
化学工程基础课后习题答案
第一章 流体力学习题..................................................................................................................2 第二章 流体流动与输送..............................................................................................................14 第三章 传热过程......................................................................................................................... 19 第三章习题和答案....................................................................................................................... 26 第五章 吸收.................................................................................................................................38 第六章 精馏.................................................................................................................................47 第六章 精馏习题和答案..............................................................................................................49 第八章 化学反应工程基本原理.................................................................................................. 56 第九章 均相反应器..................................................................................................................... 58
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制的螺钉材料的作应力取为
1－6右图所示的测压管分别与3个设备 A，B，C 相连通。连通管的下部是水银，上部是水，3个设备内水 面在同一水平面上。问： （1）1，2，3，3处压强是否相等？ （2）4，5，6，3处压强是否相等？ （3）若 h1=100mm，h2=200mm，且知设备 A 直接通大气（大气压强为760mmHg） ，求 B，C 两设备 内水面上方的压强。
1－22用离心泵从井中抽水（如右图） ，吸水量为20m3/h，吸水管直径为φ108 mm×4 mm，吸水管路阻力损 失为4904 Pa，求泵入口处的真空度为多少？
1－23如右图所示，储槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100 mm 钢质放水管相连，管路上装有一个闸 阀。距管路入口端15 m 处安有以水银为指示液的 与管路出口端之间的直管长度为20 m。 (1) 当闸阀关闭时，测得 R=600 mm，h=1500 mm；当闸阀部分开启时，测得 R=400 mm，h=1400 mm。摩 擦系数λ可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为 0.5，问每小时从管中流出多少 m3的水； (2) 当闸阀全开时，le/d=15，摩擦系数仍可取0.025。问 U 形管压差计测点处的静压强为多少 Pa(表压)？ U 形管压差计，压差计连接管内充满了水，测压点
1－2解： 答：R 等于8.31 kJ/(kmol.K)
1－３解：对于一般气体来说，可以认为体积百分数＝摩尔分数， 所以 可由式（1－5）求得混合气体的平均摩尔 质量为：
答：该混合气体的密度0.455kg/m3。 讨论：误用（1－4）式计算，其中ρI 用非500℃，1atm 状态下的数据代进去计算。
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1－17内截面为1000 mm×1200 mm 的矩形烟囱的高度为30 m，平均分子量为30 kg/kmol，平均温度为400℃的 烟气自下而上流动， 烟囱下端维持49 Pa 的真空度。 在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值， 大气温度为20℃， 地面处的大气压强为0.101MPa。烟囱内壁的摩擦系数可取为0.05。 试求烟道气的流量为若干 kg/h。
第一章 流体力学习题
1－1试将下列物理量换算成指定的单位 质量：1.5 kgf·s2/m ＝_______kg； 密度：13.6 g/cm3 ＝_______kg/m3； 压强：35 kgf/cm2 ＝_______Pa； 4.7atm ＝________Pa； 670mmHg ＝_______Pa； 功率：10马力＝_______kW； 比热容：2 Btu/(Ib·℉) ＝______J/(kg·K)； 3 kcal/(kg·℃) ＝_______ J/(kg·K)； 流量：2.5 L/s ＝_______m3/h； 表面张力：70 dyn/cm ＝_______N/m； 5 kgf/m ＝_______N/m。
1－2在气体状态方程中
求用以 kJ/(kmol.K)表示时，R 等于多少？
1－3燃烧重油得到的燃烧气，经分析测知其中含8.5%CO2，7.5%O2，76％N2，8％H2O（体积百分数） 。 试求温度为500℃，压强为1atm 时，该混合气体的密度。 1－4某设备上真空表的读数为100mmHg， 试计算设备内的绝对压强与表压强各为多少。 （已知该地区大气压强为740mmHg） 1－5在右图所示的储油罐中盛有密度为960 kg/m3的油，油面距罐底9.6m，油面上方为常压，在 罐侧壁的 下部有一直径为760mm 的圆孔，其中心距罐底800mm，孔盖用 M14钢 3.93×10 N/m 。 问至少需要几个螺钉？
1－8根据右图所示的微差压差计的读数计算管路中气体的表压强 p0 压差计中以油和水为指示液， 其密度分 别为920 kg/m3及998 kg/m3，U 形管中油水交界面高差 R =300 mm。两扩大室的内径 D 为60 mm，U 形管 内径 d 为6 mm，当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐。
1－7用右图中串联的 U 型管压差计测量蒸汽锅炉上面上方的蒸汽压。 U 形管压差计的指示液为水银。 两U
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形管间的连接管内充满水。 已知水银面与基准面的垂直距离分别为： h1=2.3m， h2＝1.2m， h3=2.5m， h4=1.4m， 锅中水面与基准面间的垂直距离 h5=3m，大气压强 Pa=745 mmHg。试求锅炉上方水蒸汽的压强 p0。
1－1解：质量：14.71 kg； 密度：1.36×104kg/m3； 压强：3.43×106Pa； 4.76×105Pa； 8.93×104Pa； 功率：7.46kW； 比热容：8.37×103J/(kg·K)； 1.256×104J/(kg·K)； 流量： 9m3/h； 表面张力：0.07 N/m； 49.05N/m。
1－9平均压强为0.101 Mpa 的某气体在φ76 mm×3 mm 的管道内流动。当气体的平均压强变为0.505 Mpa 时， 若 要求气体以同样的温度、流速、质量流量在管道内流动，问此时管道的内径应为多少？
1－12如右图所示，密度为850 kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽内液面维持恒定，塔内表压强为 9.807×103 Pa，进料量为5 m3/h。连接管为φ38mm×2.5mm 的钢管，料液在连接管内流动时的能量损失为30 J/kg（不包括出口的能量损失） 。 问高位槽内的液面应比塔的进料口高出多少米。
1－29用离心泵由真空度为48 kPa 的容器中输送液体，所选用泵的需要气蚀余量为49 kPa。该液体在输送温度 下的饱和蒸汽压为26.66 kPa，密度为900 kg/m3，吸入管道因阻力损失的压头为0.20［米液柱］ ，试决定泵的安 装位置。若泵入口端容器改为敞口，该泵又应如何安装？
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第一章 流体力学习题解答
1－28在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26m3/h 时，泵出口压强表读数为0.152Mpa，泵入口处真空表 读数为24.66kPa，轴功率为0.24kW，转速为2900 r/min，真空表与压强表两测压口间的垂直距离为0.4 m ，泵 的进出口管径相等，两测压口间管路的流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。