化工基础学习知识原理习题集(含规范标准答案)

1、-流体流动部分1 .某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ,油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的孔，其中心距罐底1000 mm ,孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5 X106 Pa,问至少需要几个螺钉（大气压力为 101.3 X103 P a）?解：由流体静力学方程，距罐底 1000 mm 处的流体压力为P P gh 101.3 103 960 9.81 （9.5 1.0） Pa 1.813 103Pa （绝压）作用在孔盖上的总力为F （P Pa）A=（1.813 103101.3 10） 0

2、.762N =3.627 104N4每个螺钉所受力为F139.5n10 -4O.O142N 6.093 103N因此nF/F13.6271076.093 103 N 5.95 6（个）习题2附图习题1附图2 如本题附图所示，流化床反应器上装有两个 U管压差计。读数分别为Ri =500 mm ，R2=80 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=100 mm 。试求A、B两点的表压力。解：(1)A点的压力Pa水gR3汞gR21000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 104Pa （表）(2)B点的压力

3、PbPa1.165汞gR104 13600 9.81 0.5 Pa 7.836 104Pa（表）3、如本题附图所示,水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接 U管压差计,指示液为水银，读数R=100毫米，h=800mm 。为防止水银扩散至空气中，在水银液面上方充入少量水，其高度可忽略不计。已知当地大气压为101.3KPa试求管路中心处流体的压力。.4'解：设管路中心处流体的压力为PPa=P aP + p 水 gh + p 汞 gR = P 0P=p 0- p水 gh - p汞 gR（101.3 X10 3-1000 X9.8X0.813600 X9.8 X0.1 ）P=80.

4、132k pa4、如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m，水从0108 mm X4 mm 的管道中流1） A-A'截面处水的平均流速；（2）出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按刀hf=5.5 u2计算，其中u为水在管内的平均流速（m/s ）。设流动为稳态，试计算（ 水的流量（m3/h ）。解：（1 ） A- A'截面处水的平均流速在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程式中Z1=7 m ,Ub1 0 , P 1=0 （表压）Z2=1.5 m,P 2=0 （表压），Ub2 =5.5 u2代入式（1 ）得9.81 79.811.5 lub2 5.

5、522ub3.0m/s(2 )水的流量(以m 3/h 计）VsUb2 A 3.03.14 0.018 240.0040.02355m7s 84.78m7h5、如本题附图所示，用泵 2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133 10 5 Pa。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21105 Pa，进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道直径为068 mm4 mm ,进料量为20 m 3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ,求泵的有效功率。解：在截面A-A和截面B-B之间列柏努利方程式，得PiU1U2WeW

6、eNe2 2匕牛gZ1 We -詈1.0133 105Pa; P2 1.21 105 Pa; Z2 乙0；P2hf8.0m；hf 70 J/kgV20/3600:m.，snd23140.068 2 0.004 2442 2P1U2 U17.g Z2Z1hf 21.966 m/s1.21 1.0133 1051.9662 cc cc F .9.8 8.0 70 J kg800 2 '2.46 1.93 78.4 70 Jkg 175J/kgwsWe 20/3600 800 173W768.9W"OU-某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。若管长及液体物性不变，将管径减

7、至原来的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍?解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时Pf =hhf = Pf/L u,d 2式中因此又由于（丄）（学）（土）2hf!1 d2 Ub1d1=2 , ub2=（虫）2 =4d2Ub1d2匕=（二）（2）（4）2=32 丄hf1110.3160.25Re2 _/ Re .0.25_=（）1Re?（d1Ub1 ）0.25 d2Ub2（2 X丄）0.25= （ 0.5） 0.25 =0.8414hf=32 X0.84=26.9hf17、用泵将2 x104kg/h的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持 25.9 X103 P

8、a的真空度,高位槽液面上方为大气压。管道为76 mmX4 mm的钢管，总长为35 m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为 4）、五个标准弯头。反应器内液习题7附图面与管路出口的距离为 17 m。若泵的效率为0.7 ,求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073kg/m 3，黏度为6.3 10-4 Pa s。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm1-1 ,解：在反应器液面 1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列机械能衡算方程，以截面为基准水平面，得2 2"* R We gz U2P2hf4104式中Z1 =0 , Z2=17 m , Ub1 0Ub2 2m/s 1.43 m/

9、s/3600 0.785 0.06821073dp1=-25.9 X103 Pa （表）,p2=0（表）将以上数据代入式（1）,并整理得其中We g(Z2=9.81hf =(Re2Z1）守卫hf2X17+ 竺+ 25.9 103 +2Le+d10732)Ub22hf =192.0+hf0.068 皿 1073=1.656 X1050.63 103e/d 0.0044根据Re与e/d值，查得/=0.03，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为于是闸阀（全开）：标准弯头:hf =(0.03192.00.43 X2 m =0.86 m2.2 X5 m =11 mX35 0.86 11 +0.5+

10、4)0.068爭 Jkg =25.74J/kg25.74 J kg217.7 Jkg泵的轴功率为Ns= We w/217.7 23600 0.7垃 W=1.73kW8、如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与5n勺怖内径为100 mm的钢质放水管相连，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U管 压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接 管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为 20 m。mm、h=1400 mm（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。摩擦系数可取为0.025 ,管路入

11、口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管中流出多少水（m3）?（2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少Pa （表压）。（闸阀全开时Le/d - 15，摩擦系数仍可取 0.025。解：（1 ）闸阀部分开启时水的流量在贮槽水面1-1，与测压点处截面 2-2，间列机械能衡算方程，并通过截面2-2，的中心作基准水平面，得gz22Ub2TP2hf,12(a)式中 P 1=0(表)P2Hg gRH2O gR13600 9.81 0.41000 9.81 1.4 Pa 39630Pa (表)Ub2 =0， Z2=0Z1可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时,水静止不动，根据流体静力学基本方(b)

12、程知H2Og(Z1h)HggR式中 h=1.5 m, R=0.6 m将已知数据代入式（b ）得Z113600 0.61.5 m10006.66m1 21-2( - c普 2.13ub(0.025 150.10.5)Ub 2.13ub2将以上各值代入式（a），即9.81 X6.66= U2+ 39630 +2.132 1000Ub2解得 Ub 3.13m/sn 2水的流量为 Vs 3600 d Ub 360040.785 0.12 3.13 m3/s 1.43m7s（2）闸阀全开时测压点处的压力在截面1-1，与管路出口内侧截面3-3，间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面,苯的回收率（2

13、）保持馏出液组成 0.95不变，馏出液最大可能流量。2Ub1Plg乙22Ub3 P3gZ32hf,13式中Z1 =6.66 mZ3=o，Ub1 =0，pi= P3hf,13（Le d2）7=0.025（色 15）0.120.54.81U：将以上数据代入式（c），即9.812X6.66= U+4.812Ub2解得 u b3.13m/s再在截面1-1，与 2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得gz2Ub1P12gZ22UbL E hIf ,1 22（d）式中Z1 =6.66 mZ2=0， Ub1 0， Ub2=3.51m/s ，p 1=0 （表压力）hf,1 20.02唏0.5呼 j/kg22

14、6.2jkg将以上数值代入上式，则9.81 6.66 3.51-P22 100026.2解得p2=3.30 X104 Pa （表压）-蒸馏部分1、在一连续精馏塔中分离苯的含量为0。5 （苯的摩尔分数，下同）的苯 -甲苯混合液，其流量为100kmol/h 。已知馏出液组成为0。95 ,釜液组成为0.05，试求（1）馏出液流量及解：C I）協岀液的流量和茶的收率q,三 St X 100% 三竺竺 X IGO切-95% 仇"r100汇（）-5（2）餾出液的最大可能漏量当甘声100%吋、获得最尢可能流量，即10（ x（h5=knol/h-52.63 kniul/h0,95q m.DibaC2

15、、在连续精馏塔中分离 A、B两组分溶液。原料液的处理量为100 kmol/h ，其组成为0.45（易挥发组分 A的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为96 %，釜液的组成为 0.033。试求（1 ）馏出液的流量和组成；（2）若操作回流比为 2.65 ,写出精馏段的操作线方程；（3）提馏段的液相负荷。解：（1）馏出液的流量和组成由全塔物料衡算，可得qn,D xD 0.96qn,FxF0.96 100 0.45kmol/h 43.2 kmol/hqn,wXw1 0.96 100 0.45kmol/h 1.8kmol/hqn,W1 8-kmol/h=54.55 kmol/

16、h0.033qn,Dqn,F qn,W100 54.55 kmol/h=45.45 kmol/hXd上320.950545.45Ry R 1X R 1Xd（2）精馏段操作线方程265x 翼50.726X 0.26043.653.65（3）提馏段的液相负荷 qn,L qn,L qqn,F Rqn,D qn,F 2.65 45.45 100 kmol/h 220.4kmol/h液中易挥发组分的收率为94 %。已知精馏段操作线方程为y = 0.75X+0.238 ; q线方程为y = 2-3 X。试求（1 ）操作回流比及馏出液组成；（2）进料热状况参数及原料的总组成；（3）两操作线交点的坐标值 Xq

17、及yq ；（ 4）提馏段操作线方程。解：（1）操作回流比及馏出液组成由题给条件，得代 O.75及 & O.238解得R = 3， XD = 0.952（2 ）进料热状况参数及原料液组成由于旦 3及兄2q 11 q解得q = 0.75 （气液混合进料），XF = 0.5（3）两操作线交点的坐标值Xq及yq联立操作线及q线两方程，即y 0.75X 0.238y 2 3x解得Xq = 0.4699 及 yq = 0.5903（4）提馏段操作线方程其一般表达式为q n,Lqn,Wy x xwqn,Vqn,V式中有关参数计算如下:qn,D0.952皿 O.94 50 O.5 kmol/h 24.

18、68kmol/hXdqn,Wqn,Fqn,D50 24.68 kmol/h = 25.32 kmol/hXW1 A q n,F Xf1 O.9450 °5 0.0592qn,W25.32qn,LRqn,Dqqn,F3 24.68 0.75 50 kmol/h =111.54 kmol/hqn,Vqn,L qn,W111.54 25.32 kmol/h = 86.22 kmol/hy 11154x 竺32 0.0592 1.294X 0.0173986.22 86.22II.应常庄連把斛中.分爲网0分理Si&ft该諭余平的栢时挂岌/!为2底斥科液爲曇为igOkmMh、 iO诜狀

19、态多教尸h的it菽說i为WkrwWh釜皱浪组成为0.01 （芬握发俎舍的岸们Nt）.试求（H #作 找方程；由圾視下一层3论石轴尅価札心M：本麺为超塔，即斥卅由塔顶加人，0此该塔仅有提馆段（1）襟作线方程此为提饨段操作线方程，即式中% 1 二 % 卜1 f/n" = I (KI-601 kmoVh = 40 kiiml/hI (K)4()/ = =V X 0.() I = ) .667 J* - GXMX;-? 6060(2)最下层塔城下降液相纽版 由于再；*罢相当于一展理论板，故 1益寸鵲“ 回&,与yv符舍ft作关系則”< + O.Gf*67(M) 19X 4 (U

20、Mi67 ,=1.667X. = = U UI ?9'*1.667提熾塔的塔帧一般没有液相回;仁I(VIJnV* = a'X 0.01 = J *667/ 0.1X)67606011在常压连生特悔塔申分禹两组分理想涿紀谊扯果的丰均招对弄发皮为2$愿料浪红成为(35务春发蛆分的碟4：分粗下同)，fe和簾气*»林巳知扌点憎段换作穽5«为尸0徐机地试求(1)標作闻流比易 齐卜回址比的比他(2)若培顶第一放下fb勺液槪fl成为0工iiMR相玻希里效丰£的5、解：(1 )用与尺価的比值 由題给条件可铅解睜 R =耳A=Cl.20tZf>l) = 0.2>*4 = 0.»035对fe和蒸气进料* (f二= 0 j5V = h -5 “= U 1772y 片+I 一几)035+ 2.5< 1-035)'(2)气相默整里放率牝相默弗里效率的;t义式为M.V _5| -V;式+>'11 =心=()用V 上=O,75a + 0,20 = 0,75 x 0.7 + 0,20 = 0,725=2 弘 0+7 “7i 十血一 1)A； I + L5xG,7>1(XX将冇关龜据代入扎(I)，得r0.725八"1 CV 他£ V = = 0*5 苦 3 = 5S.5$i：O,K53