化工基础课后习题答案(高教版)

流体流动和输送流体流动和输送 1 液体高度 器底所受的力 压强 指示液为 CCl4 其读数 2 人孔面积 压力 槽壁面积 槽壁所受压力 3 4 6 1 求空气的体积流量 流通截面 体 积流量 2 求质量流量 表压 绝压 空气的平均分子量 当时温度 空气密度 质量流量 7 对容器 A 孔口流速 体 积流量 流出的总体积 液体降至 0 5m 处所需时间 剩余部分为非稳定流动 所需时间 对于容 B 由于 B 下端有短管 管内流体在流动中有下拉液体的作用 故需时间短 8 以水平管中心线为基准面 在 1 1 2 2 间列柏式 在操作条件下 甲烷的密度 水柱压差计读数 9 10 对孔板流量计 流量与流速度关系 即 1 当读数为 80mmHg 时 即误差 1 2 2 读数为 20mmHg 时 即误差 4 9 3 指示液为四氯化碳时 流量的相对误差与以上 相同 11 体积流量 质量流量 导管中苯的流速 12 忽略阻力 将数据代入 得 体积流量 13 空气流量 质量流量 解得 体积流量 14 当量直径 流速 湍流 15 相对粗糙度 查图得 16 查图得 H1 0 H2 10 v1 0 v2 2 2 P2 0 17 用试差法求流量 f Re Re f v 难以直接求解 由 Re 图可见 对 0 001 的无缝钢管而言 Re 在 2 104 1 107 之间 值在 0 02 0 028 之间 设 0 025 H1 5 H2 0 P1 P2 0 表压 v1 0 查图得 0 0235 苯的体积流量 qv 1 47 0 785 0 0282 0 91L S 若设 0 024 qv 0 92L S 校核 基本相符 18 强烈湍流时 可看作常数 10 1 2764 10 6 d5 d5 1 2764 10 7 d 42mm 19 1 2 3 20 1 增加 3 倍 2 3 增加 1 倍 21 1 2 22 查图 0 034 P1 P2 0 H1 0 动压头可忽略 有效功率 轴功率 23 H1 0 v1 0 H2 15 v2 0 74 P1 P2 0 表压 理论功率 轴功率 24 主管中水的流量 支管中流量 25 支路管道 26 40mm 水柱 0 4kPa 表压 绝对压 101 3 0 4 101 4kPa 50 空气密度 空气在导管中流速 查图 0 026 输送功率 效率 27 1 更换后 输出量为 扬程 2 两台并联 两台并联后输出水量最多能达到 20m3 h 但是在 6 3m 的扬程下 而不是 25m 实际并联 两台的输出水量总小于 20m3 h 两台串联的水泵扬程最多为 12 5m 但是在流量为 10m3 h 时 实际串联两台的扬程总小于 12 5m 28 30 时水的蒸汽压 当地大气压 允许安装高度 现安装在水源上 3m 处 不能正常运转 29 允许安装高度 允许吸上高度 当地大气压低于标准大气压折算的压头 水蒸气压高 于 20 水蒸气压折算的压头 阻力 动压头 50 水蒸气压 12 23kPa 20 为 2 33kPa 蒸汽压之差 12 23 2 33 9 9kPa 1 01mH2O 大气压之差 101 3 100 1 3kPa 0 13mH2O 1 当流量为 20m3 h 时 允许安装高度 Hg 7 2 0 13 1 01 2 0 32 3 74m 2 流量为 30m3 h 允许安装高度 Hg 5 7 0 13 1 01 2 0 73 1 83m 30 流动型态由 Re 决定 要使流动型态相似 则两种情况下 Re 应相等 设 1 为设备条 件 2 为模型条件 31 1 2 3 传传 热热 1 a 散热速率 2 960 6 0 24 0 9 0 24 0 60700 m Wt A 交界面温度 444 24 0 9 0 960 700 1 1 12 A tt b 2 360 6 0 24 0 09 0 1 0 9 0 24 0 60700 m Wt A 2 根据 tt A 1 炉气温度 732 30 960 700 1 A tt 外界温度 12 20 960 60 2 33 A tt 4 设交界面温度为 t 308030 21 t 2303050 50 200 3050 2 1 t 6 设饱和蒸汽的 Km W 10000 2 304kPa 饱和蒸汽温度 134 2 21 24 1 2 r r mmrm5 22 2 2124 不保温时 m W rrr tt l m 257 024 0 15 1 0225 0 45 003 0 021 0 10000 1 2013414 3 2 11 2 2211 21 保温时 m W rrrr tt l mm 7 107 024 0 15 1 037 0 15 0 03 0 0225 0 45 003 0 021 0 10000 1 2013414 3 2 11 2 2222 2 11 1 11 21 7 1 1 2 ln 1 2 r r tl 57 1 30 60 ln 30 90 ln ln ln 1 2 1 2 r r r r 63 0 2 221 2 1 ln 1 2 rr r tl 342 1 06 010 1 30 60 ln 15 0 1 09 0 10 1 30 90 ln 15 0 1 1 ln 1 1 ln 1 221 2 221 2 rr r rr r 746 0 8 1 设绝热层外表面温度为 t 045 0 12 1 202 025 0 045 0 ln 15 0 1 3002 tltl 解得 t 110 2 045 0 12 1 202 045 0 045 0 ln 10 0 1 025 0 045 0 ln 15 0 1 3002 tltl 用试探法求得 0 02m 20mm 104 175200 25300 ln 175200 25300 m t 11 10 23 323 2 23 105 14 105 1 1201501018002 181 9 tgl Gr 22 15 0 105 1102 2 Pr 33 C 71010 1021031910 5 1422Pr Gr 为湍流 Km W Gr d 2 3 1 6 372Pr 135 0 釜壁温度认为 蒸汽温度 主要是因为新器壁的导热系数很大 即钢的导热系数大 13 79 10210Pr Gr 属于自然对流中的湍流传热 3 1 Pr 135 0 Gr d 其中 2 23 tgl Gr 小管下标为 1 大管为 2 则 3 1 2 223 1 22 3 2 1 2 l l tgl tgl Gr Gr 10 1 2 1 2 3 1 1 2 d d l l Gr Gr 1 Pr Pr 1 2 C C 因为温度和物系相同 d C t 均不变 因小管传热时 7 102Pr Gr 则大管 7 102Pr Gr 10 Pr Pr 3 1 11 22 1 2 Gr Gr tA 对单位面积而言 10 1 2 1 2 12 10 即单位面积的热损失不同 比值为 10 14 221 2 11 1 ln 11 2 rr r r tL 初始时 令分母 P1 05335 0 0125 015000 1 011 0 0125 0 ln 50 1 011 0 2000 1 1 p 积垢后 令分母 P2 1532 0 0125 0 15000 1 011 0 0125 0 ln 50 1 010 0 011 0 ln 1 1 010 0 2000 1 1 ln 1 ln 11 22211 22 122 11 111 2 rr r r r r p 8 34 1532 0 05335 0 1 1 1 2 1 2 p p 传热量为原来的 34 8 15 m tKA 2 74 103840225 0 14 3 mndlA 45 2 4050 m t 38 1 vAqm S J tCvAtCqm 644328 6090300012003802 0 785 0 5 038 2 1 Km J tA K m 2 1333 4574 10 644328 冷流体的质量流量 S kg tC qm 7 10 20403000 644328 17 并流 6 114 180220 100350 ln 180220100350 1 m t 逆流 6 143 100220 180350 ln 100220180350 2 m t 2211mm tKAtKA 25 1 6 114 6 143 1 2 2 1 m m t t A A 19 74 12 2 8 0 8 0 8 0 v v Km W K 2 5 317 1370 435000 50050074 1 50050074 1 20 221 tCqTTCq mm mm qq2 502120 22 tT 2 160 2 2 T t 2080002040001000002 0 20 222 tttCqm 20 120 ln 20120 20 5 317208000 2 2 22 2 T t Tt tKAt m 将 2 160 2 2 T t 代入 设 2 49 2 T 整理 4 35 2 29 6 64 ln 4 35 79375 0 4 35 方程两边相等 说明假设正确 热流体出口温度 49 2 21 下标 1 表示热 2 表示冷 285310 370420 2211 CqCq mm 5 0 22 11 Cq Cq m m 增长后 285 370420 22211 tCqCq mm 2 22 11 285 350420 t Cq Cq m m Kt320 2 原来的传热温差 Ktm 5 97 2 285370 310420 1 管长增长后 Ktm 5 82 2 285350 320420 2 下标 1 为原来 2 为增长后 4 1 285310 285320 1 2 1 2 tCq tCq m m 4 1 11 22 1 2 m m tKA tKA 655 1 5 82 5 97 4 1 1 2 A A rlA 2 655 1 1 2 l l 故增长 65 5 2 并流时 285310 370420 2211 CqCq mm 5 0 22 11 Cq Cq m m 增长后 285 350420 22211 tCqCq mm t2 320K 原来 Ktm 5 92 310370 285420 ln 310370285420 增长后 Ktm 8 69 320350 285420 ln 320350285420 855 1 8 69 5 92 4 1 1 2 A A 并流时换热器管长应增加 85 5 22 m tKA JtCqQ m 100000000 2060 25001000 Km W K 2 21 21 7 740 10000800 10000800 一侧恒温 Ktm7 57 40 80 ln 4080 mm tdlKtKA m tdK Q l m 6 8 7 57048 0 14 3741 1800 100000000 kg H Q D 3 44 3 2258 100000000 饱和蒸汽的汽化热100 H 把 10 吨 20 的盐水加热到 60 需饱和蒸汽 44 3kg 23 求换热面积 2 8 12022 014 3 13mdlnA 热量衡算 油释出热量 水吸收热量 tCqTCq mm 11 15 4200 3600 1400 90 2200 3600 1600 22 tT 22 67 1115tT 15 90 ln 105 15 90 ln 1590 2 2 22 2 2 22 T t tT T t Tt tm 未完 24 tCqtKA mm 2 22 1000180000 2 180 2000 2 100 20100 5400t tt 1920009600 20 200080012 05 0 2212 ttttCvAtCqm 19200096001000180000 22 tt 解得 t2 35 1 25 冷凝放热量 kJHDQ440000880000500 冷却放热量 kJtCpqQ m 67900 30 5 78 2800500 SJ QQ q 141100 3600 507900 3600 冷却水用量 tpCqm S kg pC qm68 1 204200 141100 1535 冷却段传热面积 A2 S kJ 9 18 3600 67900 2 15 的水吸收 q2 的热量温度变为 t2 68 2 68 14200 18900 pCq t m t2 t1 2 68 15 2 68 17 68 t1 T2 t2 78 5 17 68 60 82 t2 T3 t1 30 15 15 7 32 4 1 82 45 15 82 60 ln 1582 60 m t Km W K 2 21 21 8 411 1000700 1000700 22 2 4 1 7 328 411 18900 m tK A m 冷凝段传热面积 A1 SkJ 2 122 3600 440000 1 17 68 的水吸收 q1 的热量温度变为 t3 35 7 51 335 0 32 17 35 5 78 68 17 5 78 ln 35 5 78 68 17 5 78 m t Km W K 2 21 21 8 777 10003500 10003500 21 1 04 3 7 51 8 777 122200 m tK A m mdm022 0 22 2 2024 A A1 A2 4 44m2 根 12 32 2022 0 44 4 dl A n 化学反应器化学反应器 0 k 的单位 1331 hmkmolk nn 11 时间浓度 n C k 浓度 浓度 3 m kmol 0 级反应 hm kmol kC 3 1 级反应 11 0 SkC时间浓度 2 级反应 Skmol m S m kmol kC 3 1 1 3 1 1 时间浓度 SPk n aP 1 0 级反应 SPakP 1 级反应 1 SkP 2 级反应 11 SPakP Sm kmol r 3 时间 浓度 对于气相反应 n ApA pkr A r 的单位 Sm kmol 3 pA的单位 2 m N kp的单位 132 2 2 3 SmNkmol m N Sm kmol p r k nn n A A p kp与 kc的关系 n p n c pkCk p CRT RT p C n p n C pk RT p k n Cp RTkk 或 n pC RTkk 1 化学计量式 ZBA22 t 0 时 nA0 0 14 nB0 0 2 nZ0 0 08 t t 时 nA 0 08 43 0 14 0 08 0 14 0 0 0 A AA A n nn x nB nB0 nA0 xA 0 2 0 14 0 43 0 14 nZ nZ0 nA0 xA 0 08 0 14 0 43 0 14 反应进度 mol xn A AA 06 0 1 43 014 0 0 反应进行完全时的反应进度 mol xn B BB B 1 0 2 0 12 0 0 2 1 速率常数 kp 3 66 其单位为 hPSPP SP p r k aaa a A A p 11 22 2 hm mol hdt moldn mV r A A 1 33 hmol m m mol hm mol C r k A A 3 2 3 3 2 对于理想气体 RTnp AA RTCRT V n p A A A 2 66 3 A A p dt dp 变为 2 66 3 RTC dt RTCd A A 2 66 3 A A RTC dt dC hrkmol m K atm p Kkmol atmm hrp k a a c 3 7 3 10217 1 400 1 101325 08206 0 1 66 3 4 倍6 804 1 0002 0 314 8 75000 923 1 773 1 773 0 923 0 773 923 ee e eA eA r r RE RE RE 6 对于二级反应 11 1 0AA CCk t St5 116 1 1 01 0 1 85 0 1 1 St 4 117 5 1 01 0 1 85 0 1 2 讨论讨论 对于二级反应 若要求 CA很低时 虽然初始浓度相差甚大 但所需要的反应时间 却相差甚微 这是因为反应时间主要消耗在反应的后期 当 2 05 0 AA Cr 时 计算方法同上 St1980 1 1 01 0 1 05 0 1 1 St1996 5 1 01 0 1 05 0 1 2 停留时间分布停留时间分布 1 min119 9 01 1 ln 0193 0 1 1 1 ln 1 A xk t 2 同第七章 6 题 3 3 0 75 1 16097 4 74 750 m kmol CA 分子量 醋酸 60 丁醇 74 醋酸丁酯 116 h kmol FA724 1 5 011624 2400 0 h m C F v A A 3 0 0 985 0 75 1 724 1 3 3 245 1 85 0 058 1 058 1 60 30 5 34 985 0 60 mVV m tt vV RT R 4 1 3 3 0 447 1 2 041097 160 8 0171 0 1 m xkC xq V AfA AfV R 2 3 3 0 255 3 1 041097 160 9 0171 0 1 m xkC xq V AfA AfV R 3 3 3 0 723 0 2 081097 160 8 0171 0 1 m xkC xq V AfA AfV R 另解 00 1 1 A RR A C VVt C t 与 1 相比 CA0增大 1 倍 VR减小 1 倍 VR 1 447 2 0 723M3 5 3 0 1 4 2 0400278 0 60 8 0684 0 1 m xkC xq V AfA AfV R PFR 的长度 m A V L R 3 334 125 0 785 0 1 4 2 6 3 0 72 1 2 04006633 0 60 8 0684 0 1 m xkC xq V AfA AfV R m A V L R 7 146 125 0785 0 72 1 2 7 1 0 2 0 2 0 5 0 1 5 0 5 0 1 AAAA A kCkCxkC x t VR qVt VR2 6VR 6VR 6qVt qVt2 2 00 1 5 0 6 AA AV A V xkC xq kC q 01225 2 AA xx 75 0 A x 另解 2 0 1 6 AA A V R xkC x q V a 2 0 5 01 5 0 AV R kCq V b a b 2 1 12 A A x x 75 0 A x 2 对于 PFR 由于体积相同 其他条件不变 所以 t3 t1 kt3CA0 kt2CA0 2 因为流动情况不同 根据 PFR 的特点 有以下关系式 3 0 03 2 3 111 A A C CAAA A CCkkC dC t 21 3 0 03 A A A C C Ckt 3 1 0 3 A A C C 3 2 3 1 11 0 3 3 A A A C C x 8 2A B R 可写成 A 1 2B 1 2RxA 0 时 CA0 CB0 CR0 0 xA 0 6 时 CA CA0 1 xA CB CB0 1 2CA0 xA 3 2 00 22 0 0 146 0 6 025 03 6 01 20025 0 6060 028 0 5 0 1 m xCCxkC xCq V AABAA AAV R 9 1 3 0 0 496 0 8 01 0806 0 8 0 6024 4 14 1 m xkC xCq V AA AAV R 2 1 0 0 AA AAV R xkC xCq V 95 0 38 0496 0 6024 4 14 38 0 496 0 kVq kV x RV R A 3 3 0 0 117 1 9 01 0806 0 9 001 0 1 m xkC xCq V AA AAV R 4 3 1 2 0 8 01 1 ln 0806 0 01 0 1 1 lnm xk q V A V R 5 2 2 1 1 1 k xA 2 1 1 1 A x k min 8 260806 0 1 9 01 1 1 1 1 2 k xA 3 268 0 8 2601 0 mqV VR 总容积 0 268 2 0 536m3 10 1 3 0 75 1 16097 474 750 m kmol CA h kmol FA724 1 5 011624 2400 0 h m C F q A A V 3 0 0 985 0 75 1 724 1 h xkC x t AA A 55 0 60min33 5 075 1 10 4 17 5 0 1 3 0 3 034 1 05 1 985 0 5 000 0 mqV VR 2 3 0 539 0 5 01 75 10174 0 60 5 0985 0 1 m xkC xq V AA AV R 3 3 22 0 078 1 5 01 75 1 0174 060 5 0985 0 1 m xkC xq V AA AV R 4 3 22 1 2 0 10 1 38 0 323 0 1 75 1 0174 0 60 323 0 985 0 1 m xkC xCq V AA AAV R 3 22 2 2 0 120 2 38 0 5 01 75 1 0174