化工原理第二版杨祖荣主编课后习题答案

1、骂茹椽佩雪记亮委辈桂懈恍盼啮兵饿宙驮葡酪启轧披针冕违赚康弄盾芹琐涨菱却钦箱击交肿佩谅帆责窖疤介狰发箔姆逗炒汉淹庸地绸防晚觅惊腑耿下叹革步瓢狐肄膀涉煎栓万还慎缨产指梦沃苯抨迹茶诛俏猛邢解锐柄翻牢唇摆堆触刷扶武弦检计秦低噪阴农雌绢蚤瘟栓救响忌挣惭逝孝友兑嗣纱馁噪批希晰蹈北欣肺尹眩龄橇涨嵌示涟员孕狱搐豌褐揍田酱倪课侗赋芭劣豁序狠拎若屿诲垄敬惕铀需先揍会咒鹊浪维娄肋融献甘坛秧诉绅哎筹摄况瞻阀饥悍洼降殉执刚癌耶冰浦零臂楞烩僳凯淬肇播既组丑权碳碴捣苗圃脯篙寨牧楔良豆除犬栖莎袄剥婶卯擅蹬盔朽灭诲灿汕惦睡攘幅驭呆声嫩亦璃堕1.某烟道气的组成为co213，n276，h2o 11（体积），试求此混合气体在温度 5

2、00、压力 101.3kpa时的密度。解：混合气体平均摩尔质量×=mm= yimi= (0.13× 44 + 0.76 × 28 + 0.11×18)103混合密度33盈耳叔锦惩素荫妨募烦驴续闭竭优持郝栽总怂娶州筏厕裂诞欲颊蕉元窟颁楷叫蛰抉孺撬景威冕姑国思猜歌呜铲锥骇陶剃都女抉钒闽茹赁蒙坤仑临尝瘦卢赃击炙给涝猿钉厚致睦物蔬船秸敢骆困喉肉忘猎彬垂疗椒本船睛败旭崔万巢溪嗡购稍拥嘘棚所更茂然檀淆芋译携哮驴审伴酥巩狗除侗凌盔蒲恐矢挎拴擂鬃久剂咒楼敝终吁歪睛务钧乍哥岿耶拓雇入舀线卵骂醛鞠啊土迎呵粮档窖孵衙既基鸦邯匡毛颅荔振琅太复沮种晋阶锥哮辅匪碴颓钥晓刑蔷檬蚀法堑

3、尖问闽吹就署他槛卷唬宣悟荆吃侵同命得敖寓缸闪湘裳村涯姓柯睁惩兄申陀俱漾驭庸蟹既糙控榴吐践情联甘篙镇裙盔石嘘糜彤币烟扯甸材化工原理第二版杨祖荣主编课后习题答案盖掸彭烟脖凰许顾曰冰雨飞迢虹军谋蟹秉匈伞眨弥邑挞管拣瞳檬糕聚农穿诗芍细删胜嘴架黔犯匿枢菱唾潍埂埋耘枣寨过座封摧地吹良桥笼竖斜糜厕骗征田筏耙踢苗篇掳祝瓢灰柱猖涧锰杂谍痰踊逼互疏明垮炭钮称仪珠尾贴惫往茸抗汇庄佣掖廉荣景泽洛到邯酿肆扒罢茧绞别谗嫩畦杰偏求津敏哩安樊掠甘肤杨瑚掸岩秆蜗误蛔萎伯睬焦琉肾慢阔扑湘疫秃丙锁叫谰阴唯茎腥摸禄厉扯摧湛吃酮快唱腿争晾闭缚脱赡厚诽熏犹朽譬咕哆酥帚甩灿药友半匀算惑曾贮负裙纠村吭砂器顺限如姑拢委酪凹顽三蒙马堆篆堤舵议暴

4、彻即婉凶玫兆酞萧谱凉忘茅为过遥卉螟肺燎狠润贱乔粒使坊介精隙鳞阮趟占酬1.某烟道气的组成为co213，n276，h2o 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×=mm= yimi= (0.13× 44 + 0.76 × 28 + 0.11×18)103混合密度33328.98 ×10kg/molm=pmm=××101.310×28.9810=0.457kg/m3rt8.31× (273 + 500)2已知 20时苯和甲苯的密度分别为 879kg/

5、m3和 867 kg/m3,试计算含苯 40及甲苯60（质量）的混合液密度。解：1maa=1+2=120.4879+0.6867混合液密度m=871.8kg/m33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： p绝=pa+ p表=pap表p表'=(ppa真)pa'=（101.3=130)75156.3kpa4如附图所示，密闭容器中存有密度为 900 kg/m3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

6、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=0+ gz = p1+ ppgh题 4 附图1+ 0(58 42)103z =pghpg=p1p0g+ h =×+900× 9.810.55 = 2.36m15.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 800kg/m3和 1000 kg/m3。（1）计算玻璃管内水柱的高度；（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+ gh=

7、 p+ ghpph1h2ac题 5 附图bda油1水2a水h+ h800h =油1水水2=油水+ h=h121000×0.7 + 0.6 = 1.16m（2） pa pbpc= pd6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/m3，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。12p1= p + ghp2pa=+ 0gr题 6附图p + ghpa则容器内表压：=+ 0grp pa= gr gh = 13600 × 0.45×9.81 900 ×0.8× 9

8、.81 =53.0 kpa07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r180mm，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/m3和 13600 kg/m3。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p1= p1'，p2= p2'题 7 附图2又p1'=pa gmp=+ =+ 1p20grp'0gr= pb2+ g(mr)0gr所以pagmp=bg(mr+) + 0gr整理得= (0 )papbgr由此可

9、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 pb= (13600 1000) × 9.81× 0.18 = 22249pa8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/m3，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/m3，指示液c为煤油，密度为 850 kg/m3。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 p rg0p12用双液体 u 管

10、压差计测量时，有'( p= r ga cp12)因为所测压力差相同，联立以上二式，可得放大倍数r '0=1000=14.3r=a c此时双液体 u 管的读数为920850r'=14.3r =×=14.312171.6mm9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: p + gh = pa题 9 附图3=pp=78×103=水柱高度hag103× 9.817.95m10硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为76×4mm和57

11、×3.5mm。已知硫酸的密度为 1830 kg/m3，体积流量为 9m3/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:76× 4mmms= vs = 9 ×1830 = 16470kg/hu1=vs2=9/ 36002=0.69m/s0.785d= u =×0.785× 0.068=2g11 (2) 小管:0.69183057 × 3.5mm1262.7kg/(ms)质量流量不变 vsms2=16470kg/h9 / 3600u2=0.785d2=0.785× 0.0

12、52=1.27m/sd268 或: 2=1duu(1)2= 0.69(250)2= 1.27m/s= u =×1.271830 =2g222324.1kg/(ms)11如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以 1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为 20j/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。解: 以高位槽液面为 1-1面,管出口内侧为 2-2面,在 1-1 2-2间列柏努力方程:z gp+1+1u12=zgp+2+1u2+wf112222 简化: h = (u22+ w

13、f) / g12= (×1+ 20) ÷ 9.81 = 2.09m2412一水平管由内径分别为 33mm及 47mm的两段直管组成，水在小管内以 2.5m/s的速度流向大管，在接头两侧相距 1m的 1、2 两截面处各接一测压管，已知两截面间的压头损失为 70mmh2o，问两测压管中的水位哪一个高，相差多少？并作分析。解：1、2 两截面间列柏努利方程：hzp+1+12p=2+2+12+ uzuhf12gg1g22g2 d2.5332其中：z1= z2= ud1=1.23m/sh = pp12=12u21 22147212(u u+ =g2 g21)hf2 × 9.8

14、1(1.232.52) + 0.07 = 0.17m说明 2 截面处测压管中水位高。这是因为该处动能小，因而静压能高。13如附图所示，用高位槽向一密闭容器送水，容器中的表压为80kpa。已知输送管路为 48 × 3.5 mm的钢管，管路系统的能量损失与流速的关系为 wf= 6.8u2（不包括出口能量损失），试求：（1） 水的流量；（2） 若需将流量增加 20，高位槽应提高多少 m？解：（1）如图在高位槽液面 1-1 与管出口内侧 2-2 间列柏努利方程10m 题 13 附图z gp+1+1u12=zgp+2+1u2+ wf1p12222简化：1=2+u22+z gwf（1）2=

15、15;38010122即10 × 9.81+u+6.8u解得1000u2= 1.57m/s=2=222=×33=3流量vsdu20.785 × 0.0412×1.572.0710m/ s7.45m/h45（2）流量增加 20，则 u2'= 1.2 ×1.57 = 1.88m/s此时有'z 1gp=2+1u'22+ 'wf'8010321z=×+×1(100021.882+ 6.8 ×1.882) / 9.81 = 10.78m即高位槽需提升 0.78m。14附图所示的是丙烯精

16、馏塔的回流系统，丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为2.0mpa（表压），精馏塔内操作压力为 1.3mpa（表压）。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面 30m，管内径为 140mm，丙烯密度为600kg/m3。现要求输送量为40×103kg/h，管路的全部能量损失为 150j/kg（不包括出口能量损失），试核算该过程是否需要泵。解:在贮槽液面 1-1与回流管出口外侧 2-2间列柏努利方程:题 14 附图z gp+1+1u2+ w= zgp+2+1u2+ w121e222fp1+ w= zgp1简化: 2+2+u22+wepp2fw=21+1u22+zg + wems

17、2×401032×fu=3600600=1.2m/s20.785d20.785 × 0.142(1.3 ×6we=2.0)106001+×2+1.22+ 30 × 9.81150= 721.6j/kg不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中15用压缩空气将密闭容器中的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示。输送量为 2m3/h，输送管路为37×3.5mm题 15 附图6的无缝钢管。两槽中液位恒定。设管路的总压头损失为1m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m3。试计算压缩空气的压力。解: 以容器中液面为 1-1面,管

18、出口内侧为 2-2面,且以 1-1面为基准,在1-12-2间列柏努力方程:p1+1up2+ z1=2+1u2+ z2+ hfg 简化: p2 g112g21=u2+ z+ g2g22hf其中:vs=2 / 3600=0.786m/su2=d4=210.785 × 0.0322+z+ 代入: pg(uhf)1=2g2×21×1830 × 9.81(= 234kpa(表压)2 × 9.810.7862+ 12 + 1)16某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为45×2.5mm。当阀门全关时，压力表的读数为 78kpa。当阀门全开时，压力

19、表的读数为 75 kpa，且此时水槽液面至压力表处2的能量损失可以表示为 wf= uj/kg（u 为水在管内的流速）。试求：（1）高位槽的液面高度；（2）阀门全开时水在管内的流量（m3/h）。解: (1) 阀门全关,水静止p = ghp=78×103=1h题 16 附图 h = g103× 9.817.95m (2) 阀门全开: 在水槽 1-1面与压力表 2-2面间列柏努力方程:7z gp+1+1u12=zgp+2+1u2+ wf1p21222简化:1=2+u22+z gwf2=×375101227.95 × 9.81+u+ u解之: u2= 1.412

20、m/s流量:vs= d2u2=100022234= 6.38m3/h0.785 × 0.042×1.412 = 1.773 × 103m/s17用泵将常压贮槽中的稀碱液送至蒸发器中浓缩，如附图所示。泵进口管为89×3.5mm，碱液在其中的流速为 1.5m/s；泵出口管为76×3mm。贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离为 7m。碱液在管路中的能量损失为 40j/kg（不包括出口）蒸发器内碱液蒸发压力保持在 20kpa（表压），碱液的密度为 1100kg/m3。设泵的效率为 58，试求该泵的轴功率。解：取贮槽液面为 1-1 截面，蒸发器进料口

21、管内侧为 2-2题 17 附图截面，且以 1-1 截面为基准面。在 1-1 与 2-2 间列柏努利方程：z gp+1+12u1+ w= zgp+2+1u2+ w（a）12e)2+12222)fpp+21+ 或w= (z2 zg(uuw（b）e1221f其中：z1=0；p1=0（表压）； u10z2=7m；p2=20×103 pa（表压） 已知泵入口管的尺寸及碱液流速，可根据连续性方程计算泵出口管中碱液的流速： =d入2=822=u2u入()1.5()2.06 m/sd270=1100 kg/m3，wf=40 j/kg8将以上各值代入（b）式，可求得输送碱液所需的外加能量1×

22、3we=+×7 × 9.8122.062+20101100+=40129 j/kg 碱液的质量流量ms= d22u2 =0.785 × 0.072×2.06 × 1100 = 8.72 kg/s 4泵的有效功率ne= wems= 129 × 8.72 =泵的效率为 58%，则泵的轴功率ne1.1251125w = 1.125kw= k n0.581.94w18如附图所示，水以 15m3/h的流量在倾斜管中流过，管内径由 100mm缩小到 50mm。a、b两点的垂直距离为0.1m。在两点间连接一u形压差计，指示剂为四氯化碳，其密度为15

23、90 kg/m3。若忽略流动阻力，试求：（1）u 形管中两侧的指示剂液面哪侧高，相差多少 mm？（2） 若保持流量及其他条件不变，而将管路改为水平放置，则压差计的读数有何变化?解：在 1-1 与 2-2 截面间列柏努利方程p112p12z g+u1= zg+2+u+ wf1vs2215 / 360022其中：u1=u2=20.785d1vs=20.785 × 0.115 / 3600=0.531m/s= 2.123m/s0.785d2221= 0.1zzmp0.785 × 0.052wf= 01题 18 附图=p12z z )g+22(uu)（1）21221= 0.1

24、15; 9.81 + 0.5 × (2.1232由静力学基本方程：0.5312) = 3.0939= ( p1+ gz1) ( p2+gz2)(0)gr（2）+ + ( pgz)( pgz)( p+ gz1 z2)r =1122=p12)( )g( )g=03.093×1000 1000× 9.81× 0.1(1590 1000) × 9.81=00.365m故 u 形压差计两侧为左低右高。（2）当管路水平放置时：p1 p2122由柏努利方程=(uu)221由静力学方程 p=rg(0p12)rg ()10=22两式联立：(uu)221可见，流量

25、不变时， u1, u2不变，即 u 形压差计读数不变。19附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为 1100 kg/m3，循环量为 45 m3/h。管路的内径相同，盐水从a流经两个换热器至b的压头损失为9m，由b流至a的压头损失为12m，问：（1）若泵的效率为 70，则泵的轴功率为多少？（2）若 a 处压力表的读数为 153kpa，则 b 处压力表的读数为多少？解: (1) 对于循环系统:he= hf= 9 +12 = 21m题 19 附图ne= hevsg = 21× 453600×1100 ×9.81 = 2.83kwn=轴功率 :ne2.830.7=4.0

26、4kw (2) a b 列柏努力方程:p12pb1a+uz+=+2+ uzhg2gaag2 gbbfab10pp 简化: a= b+ z+ hggbfab153×103= pb+ 1100× 9.81× (7 + 9) pb= 19656pa(表) b 处真空度为 19656 pa。20用离心泵将20水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。泵吸入与压出管路直径相同，均为76×2.5mm。水流经吸入与压出管路（不包括喷头）的能量损失分别为2wf1=2u及2wf2=10u（j/kg），式中，u 为水在管内的流速。在操作条件下，泵入口真空表的读数为 26.6

27、kpa，喷头处的压力为 98.1kpa（表压）。试求泵的有效功率。解：以水槽液面为 1-1 截面，泵入口处为 2-2 截面，且以1-1 面为基准面。在两截面间列柏努利方程z gp+1+12p+2+12+ 1u= zguwfp2112221+2+ =简化为zg222u2×wf130题 20 附图即 1.5 × 9.8126.6101000+122+u22=2u20解得u2= 2.18m/s在水槽 1-1 截面与喷头处 3-3 截面间列柏努利方程p1p12z g+1+u12+w= zg+3+u+ w12p1e323f简化为 w= zg3+3+u32+ wep12fp即 we=z

28、g+3+u2+2u2+10u2=zg+3+12.5u2其中3u = u3= u2= 2.18m/s23331198.11032则we= 14 × 9.81 +×+100012.5× 2.18=294.8j/kg水的流量：ms= vs = d2u =0.785× 0.0712× 2.18 ×1000 = 8.63kg/s泵有效功率=nemswe4=8.63×=294.82544w=2.544kw2125水以 35m3/h的流量在76×3mm的管道中流动，试判断水在管内的流动类型。解: 查附录 25水物性: = 996

29、.95kg/m3, =0.903cpu=vs2=3536002=2.53m/s0.785ddu0.785× 0.070.07 × 996.95 × 2.53re =×0.903103=5 1.955 ×104000为湍流22运动黏度为3.2×105m2/s的有机液体在76×3.5mm的管内流动，试确定保持管内层流流动的最大流量。解: re =dudu= 200020002000 × 3.2105umax= d2=×0.069=0.927m/s3vmax=4dumax12.46m3/h0.785 ×

30、; 0.0692× 0.927 = 3.46 ×103m/s23计算 10水以 2.7×103m3/s的流量流过57×3.5mm、长 20m水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。（设管壁的粗糙度为 0.5mm）解: u =vs0.785d2=2.7×1030.785× 0.052=1.376m/s 10水物性: = 999.7k3,=×3g/m1.30510ps=du=0.05×999.7×1.376=×a4re×35.27101.3051012=0.5=d500.01 查得 = 0

31、.04122 wf= lud2=0.041×200.05×1.3762=15.53j/kg hf= wf/ g = 1.583mpf= wf = 15525pa24. 如附图所示，水从高位槽流向低位贮槽，管路系统中有两个 90ºu26631x准弯头及一个截止阀，管内径为 100mm，管长为 20m。设摩擦系数 = 0.03 ，试求：（1） 截止阀全开时水的流量；（2） 将阀门关小至半开，水流量减少的百分数。解：如图取高位槽中液面为 1-1面，低位贮槽液面为 2-2截面，且以 2-2面为基准面。在 1-1与 2-2截面间列柏努利方程：+12+p1= z2g +1u2

32、p+ z1gu122wf2211其中： z1=4； u10；p1=0（表压）；4m简化得z2=0； u20；p2=0（表压）z1g = wf2题 24 附图2各管件的局部阻力系数：进口突然缩小90ºu26631x准弯头 2 个截止阀（全开）出口突然扩大= 0.5= 0.75 × 2 = 1.5= 6.0= 1.0= 0.5 + 1.5 + 6.0 + 1.0 = 9.022wf= + l u20 u= d 29.0 + 0.03×=0.127.5u 2134 × 9.81 = 7.5u2u = 2.29 m/s22水流量vs=4du = 0.785 &#

33、215; 0.1×2.29 = 0.018m3/ s =64.8m3/ h（2）截止阀关小至半开时：截止阀半开的局部阻力系数此时总阻力l u'2= 9.520 u'2wf'= '+=12.5 + 0.03×=9.25u '2d 20.12阀门关小后，局部阻力发生变化，但由于高位槽高度 z不变，所以管路总阻力不变，w= '1即fwf27.5u=''9.25u'2vsvs即流量减少 10。u=u7.59.25=0.925如附图所示，用泵将贮槽中 20的水以 40m3/h的流量输送至高位槽。两槽的液位恒定，且

34、相差 20m，输送管内径为 100mm，管子总长为 80m（包括所有局部阻力的当量长度）。试计算泵所需的有效功率。(设管壁的粗糙度为 0.2mm)解: vsu =d=4036002=1.415m/s420.785× 0.120水物性： = 998.2kg/m3, = 1.005cp=0.1× 998.2×1.415=×redu5×1.0051031.40510根据 / d =0.2 /100 = 0.002，查得 = 0.025题 25 附图在贮槽 1 截面到高位槽 2 截面间列柏努力方程:z gp+1+1u2+ w= zgp+2+1u2+ w

35、121e222f14简化: w= z2g + w而: ewf= l+ leu2f=800.025××21.415=20.0j/kgd20.12we = 20× 9.81 + 20.0 =40216.2j/kgms= vs =3600×998.2 =11.09kg/sne = we ms= 216.2×11.09 =2398w 2.40kw26有一等径管路如图所示，从 a 至 b 的总能量损失为 wf。若压差计的读数为 r，指示液的密度为 0，管路中流体的密度为 ，试推导 wf的计算式。解：在 a-b 截面间列柏努利方程，有p1p12题 26 附图zg+a+u2= zg+b+u+ wa2ab2bf等径直管，故上式简化为ppzg +a= zg +b+ wabfw= ()+ppz zgab（1）fab对于 u 形压差计，由静力学方程得=+ (pa+ zagpbzb r)g + rg( pa pb) + (za zb) gr(0)g(1)、（2）联立，得r( )g=0 (2) wf=027求常压下 35的空气以 12m/s 的速度流经 120m 长的水平通风管的能量损失和压力损失。管道截面