化工原理课后答案

1、3.在大气压力为101.3kPa的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa。若 在大气压力为75 kPa的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作, 则此时表压的读数应为多少?沏P绝Pa P 表 101.3 130 231.3K Pa解：P表 P绝 Pa 231.3 75 1563.KPa1-6为测得某容器内的压力，采用如图所示的U形压差计，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。P pghpgh解.P pgR pgm13.6 103 9.81 0.45 900 9.81 0.860037.2 7063.2529

2、74 Pa 53k Pa1-10 .硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为（h 76 X 4mn和©57 X3.5mn。已知硫酸的密度为1831 kg/m3,体积流量为9卅巾，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。大管:76 4mm小管:57 3.5mm质量流量不变 ms2 16479 kg / hs2u25()20.69(68)21.27m/sd2501-11.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 （

3、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:简化:H （1u|Wf）/g1-14 .附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，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11塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m管内径为题14附图为2.0MPa（表压），精馏塔内操作压力为1.3MPa（表压）。140mm丙烯密度为 600kg/m3。现要求输送量为40 X 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

4、 是否需要泵。解:在贮槽液面1-1 '与回流管出口外侧2-2 '间列柏努力方程:简化:旦We Z2g理如Wf不需要泵，液体在压力差的作用下可自动回流至塔中1-16 .某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为©45X 2.5mm当阀门全th1 $水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为1题16附图关时，压力表的读数为78kPa。当阀门全幵时，压力表的读数为75 kPa ,且此时Wf u2 J/kg （u为水在管内的流速）。试求:（1）高位槽的液面高度;（2）阀门全幵时水在管内的流量（m/h ）。解:（1） 阀门全关,水静止阀门全幵:在水槽1-1 '面与压力表2-2

5、 '面间列柏努力方程:简化:Wf解之:u21.414m/s流量:Vs 屮2u2O.7850.042 1.4 1 4 1.776 1 0 3 m3/s1-17 .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 ni/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题17附图流至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: A B列柏努力方程:简化:巴匹Zb hfABg gB处真空度为19656 Pa。1-23 .计算

6、10C水以2.7 X 10-3m/s的流量流过©57X3.5mm 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)3解：u岛021.376m/s10 C水物性:查得入0.0381-25 如附图所示，用泵将贮槽中20C的水以40m/h的流量输送至高位槽。两槽的液位恒定，且相差 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）。已知水的密度为998.2kg/m3,粘度为1.005 X 10-3Pa s，试/3600_ 1.415m/s计算泵所需的有效功率。£=0.2解:u 2nd20.785 0.14£ /d

7、=0.2/100=0. 002在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方题23附图简化:WeZ2gWf20.023竺皿0.1 218.42J / kg1-28 .如附图所示，密度为800 kg/m3、粘度为1.5 mPa s的液体，由敞口高位槽经© 114X 4mm的钢管流入一密闭容器中，其压力为0.16MPa （表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s，管路中闸阀为半幵，管壁的相对粗糙度/d = 0.002，试计算两槽液面的垂直距离z。解:在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程:题26附图由/d0.002 ,查得0.026管路中:进口0.590C弯头0.75半幵闸阀4.

8、5个2简化:Zg理 Wf1-31粘度为30cP、出口密度为900kg/m3的某油品自容器 A流过内径40mm勺管路进入容器B。两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门，阀前管长50m阀后管长20m （均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为8.83kPa和4.42kPa。现将阀门打幵至1/4幵度,阀门阻力的当量长度为300。试求：管路中油品的流量。解：阀关闭时流体静止，由静力学基本方程可得:P1PaZa g8.83 10310m900 9.81P21 paZb g34.42 10 L5m9.81900当阀打幵1/4幵度时，在与BB'截面间列柏努利方程:

9、其中:Pa pb 0(表压)，Ua Ub 0(za ZB)gWfl le U2d 2由于该油品的粘度较大,可设其流动为层流，则代入式（a），有(ZaZB)g64 l leU2dud 232 (l le)uZB)g32 (l le)3咒 9003(；皐09；0) 0.736m/s校核:Re0.04 900 0.736330 10883.22000假设成立。油品的流量:响:阻力对管内流动的影阀门幵度减小时:(1)阀关小，阀门局部阻力增大，流速UJ ,即流量下降。plPt程:简化得Zig1 2Ua2PaWf1 AZigPa11d阀关小后Ua J,同理，在t.-=dL止B截面间列柏努利方PaT,即阀前

10、压力增加。BB与22截面间列柏努利方程，可得:阀关小后ubJ, pbJ,即阀后压力减小。由此可得结论:当阀门关小时，其局部阻力增大，将使管路中流量减小;下游阻力的增大使上游压力增加;上游阻力的增大使下游压力下降。可见,管路中任一处的变化，必将带来总体的变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。1-36 .用离心泵将20C水从水池送至敞口高位槽中，流程如附图所示，两槽液面差为12m输送管为© 57X 3.5mm的钢管，吸 入管路总长为20m压出管路总长155m(包括所有局部阻力的当量长度)。用孔板流量计测量水流量，孔径为20mm流量系数为 0.61，U形压差计的读数为6OOmmH。摩擦系数

11、可取为0.02。试求:(1)水流量，m/h ；(2)每kg水经过泵所获得的机械能。(3) 泵入口处真空表的读数。解: (1) Vs C0Aj2Rg( p p(2)以水池液面为1面，高位槽液面为2 2面，在1 1 2 2面间列柏努利方程:简化:WeZgWf而WflldVs其中：u 0.785d232.331 10 21.19卩0.785 0.05/s(3)以水池液面为11面，泵入口为3 3面，在1 1 3 3面间列柏努利方程:1-39 .在一定转速下测定某离心泵的性能， 吸入管与压出管的内径分别为 70mm和50mm当流量为30 m/h时，泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为40kPa 和2

12、15kPa，两测压口间的垂直距离为 0.4m，轴功率为3.45kW。试计算泵的压头与 效率。30/解:_q一丿 3600 22.166n20.785 0.072/s；d1在泵进出口处列柏努力方程，忽略能量损失;=27.07m第二章非均相物系分离1、试计算直径为30 U m的球形石英颗粒（其密度为 2650kg/ m）,在20C水中和20C常压空气中的自由沉降速度。解：已知 d=30u m p s=2650kg/m3(1) 20 C 水u=1.01 X 10-3Pa sp =998kg/m3设沉降在滞流区，根据式（2-15 ） 校核流型假设成立，ut=8.02 X 10-4 m/s为所求（2）

13、20 C常压空气u =1.81 X 10-5 Pa sp =1.21kg/m33p =1.21kg/m当Ret如2时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15 )并设沉降在滞流区 校核流型: 假设成立，ut=7.18 X 10"2m/s为所求。2、密度为2150kg/ m的烟灰球形颗粒在20 C空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少?解：已知 p s=2150kg/m3查 20 C 空气 u =1.81 X 10-5 Pa.s整理d3( s )g18 2dut所以R= 0.05m3、直径为10 U m的石英颗粒随20 C的水作旋转运动，在旋转半径处的切向速度为12m/s,求该处

14、的离心沉降速度和离心分离因数。解：已知d=10u mR=0.05m、 Ui=12m/s设沉降在滞流区，根据式（2-15）g改为ui/ R即校核流型Ur=0.0262m/s 为所求。2所以 Kc Rg 02941226、有一过滤面积为0.093m2的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。过滤时间为50秒时，共得到2.27 X 10-3m的滤液；过滤时间为100秒时。共得到3.35 X 10-3 m3的滤液。试求当过滤时间为 200秒时，可得到多少滤液?解：已知 A=0.093m2、ti=50s、Vi=2.27 X 10-3m、t2=100s、V=3.35 X 10-3m、t3=200

15、s3324.41 10出工V 2.27 10由于q1A 0.093根据式（2-38a）联立解之：qe=4.14 X 10-3K =1.596 X 10-5因此q； 2 4.14 10 3q3200 1.596 10 5q3=0.052533所以M=q3A=0.0525 X 0.093=4.88 X 10- m第三章 传热1.有一加热器，为了减少热损失，在壁外面包一层绝热材料，厚度为300mm导热系 数为0.16w/（m.k）,已测得绝热层外侧温度为 30C,在插入绝热层50mn处测得温度 为75C .试求加热器外壁面温度.解：t21=75 C , t3=30C，入=0.16w/(m.k)2.设

16、计一燃烧炉时拟采用三层砖围成其炉墙，其中最内层为耐火砖，中间层为绝热砖，最外层为普通砖。耐火砖和普通砖的厚度分别为0.5m和0.25m，三种砖的导热系数分别为1.02 W/(m C )、0.14138C。W/(m C )和0.92 W/(m C )，已知耐火砖内侧为 1000C，普通砖外壁温度为35C。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖内侧温度不超过940C，普通砖内侧不超过解：q丄上b1 b2 b3b1100035"05b1.020.140.250.921000 t2075将t2=940 C代入上式，可解得b2=0.997mbt4t3 t4b1b2b3 b31000350.5b

17、20.2542331.020.140.92350.25092(b)将 t3=138oC 解得 b2=0.250m 将 b2=0.250m 代入(a)式解得：t2=8144C 故选择绝热砖厚度为0.25m管外包厚30m的石棉，热导率3.50 5 mr的不锈钢管，热导率入1=16W/m- K;为入2=0.25W/(m K)。若管内壁温度为350C，保温层外壁温度为100C，试计算 每米管长的热损失及钢管外表面的温度;解：这是通过两层圆筒壁的热传导问题，各层的半径如下管内半径r1 20mm0.02m,管外半径225mm 0.025m每米管长的热损失:Q 2说1 t3)I 1 ,r21 ,r3In I

18、n 入1A22 3.14 aO 蚀 397W/m1 , 251, 55In In 16200.22256.冷却水在252.5mm、长度为2m的钢管中以1m/s的流速流动，其进出口温度分别20C和50C，试求管内壁对水的对流传热系数。解：空气的定性温度:Cp 4.174kJ/kg K，入t 辽戲 35 C。在此温度查得水的物性数据如下：262.57 10 W/m K， 口 7.28 10 5 Pas p 994kg/m3u 1 m/sl/d=2/0.02=1003-15载热体流量为1500kg/h，试计算各过程中载热体放出或得到的热量。(1)100C的饱和蒸汽冷凝成100C的水；(2) 110C

19、的苯胺降温至 10 C； (3)比热容为 3.77kJ/(kg K)的NaOH溶液从370K冷却到290K; (4)常压下150C的空气冷却至20C； (5)压力为147.1kPa的饱和蒸汽冷凝，并降温至C。3-17在一套管式换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K,冷却水进出口温度分别为 290K和320K。试求冷却水消耗量。3-18在一列管式换热器中，将某液体自 流和并流时冷热流体的平均温度差。解：逆流15C加热至40C，热载体从120C降至60 C .试计算换热器中逆解：逆流:t1tm并流tmt1In丄t2t1120t1 t2t2120 4080 45,80ln4

20、515105C,105 20,1052080C,350.5753t260 1545C60.8Ct260851.6584020C51.3C3-20在一内管为25 2.5mm的套管式换热器中，管程中热水流量为3000kg/h，进出口 温度分别为90C和60C ;壳程中冷却水的进出口温度分别为 20C和50C，以外 表面为基准的总传热系数为 2000W/(m C ),试求：(1)冷却水的用量；(2)逆流 流动时平均温度差及管子的长度；(3)并流流动时平均温度差及管子的长度。吸收2.向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO气体，经充分接触后，测得水中 的CO平衡浓度为 2.875 X 102kmol/

21、m3，鼓泡器内总压为 101.3k Pa，水温30C, 溶液密度为1000 kg/m3。试求亨利系数 E溶解度系数H及相平衡常数m 解:查得30C，水的ps 4.2kPa稀溶液：c M755.56kmol/m 35.用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨6%（体积），吸收后气体出口中含氨相平衡关系为0.4 % （体积），溶液出口浓度为0.012 （摩尔比），操作条件下2.52X。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。解:塔顶:丫2丫2丫20.004020.00402塔底：Y,Y1 Y* 0.064 0.03024 0.0347.在温度为20 C、总压为101.3kPa的条件

22、下，SQ与空气混合气缓慢地沿着某碱溶液的液面流过，空气不溶于某碱溶液。SO透过1mn厚的静止空气层扩散到某碱 溶液中，混合气体中SO的摩尔分率为0.2，SO到达某碱溶液液面上立即被吸收, 故相界面上SO的浓度可忽略不计。已知温度 20C时，SO在空气中的扩散系数为 0.18cm2/s。试求SO的传质速率为多少?解:SO通过静止空气层扩散到某碱溶液液面属单向扩散，可用式DpN A( Pa1 Pa2 )。RTZP Bm已知：SQ在空气中的扩散系数 D=0.18cm7s=1.8 X 10-5ni/s扩散距离z=1mm=0.001m气相总压 p=101.3kPa气相主体中溶质 SQ的分压Pai二pyA

23、i=101.3 X 0.2=20.27kPa 气液界面上SQ的分压pA2=0所以，气相主体中空气（惰性组分）的分压Pb1=p Pa1=101.3 20.27=81.06k Pa气液界面上的空气（惰性组分）的分压Pb2=P Pa2=101.3 0=101.3k PapPb2PB1pBm In止Pb1Pb1 101.3 81.06空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为:90.8k Pa.101.3In81.06代入式Na盘（Pa1 Pa2）1.8 108.314 293 0.00190.8101 31013 (20.270)=1.67 X 10-4kmol/(m2 s)10.用20C的清水逆流吸

24、收氨一空气混合气中的氨，已知混合气体温度为20C,总压为101.3 kPa,其中氨的分压为1.0133 kPa,要求混合气体处理量为773m/h ,水吸收混合气中氨的吸收率为99 %。在操作条件下物系的平衡关系为 丫0.757X ,若吸收剂用量为最小用的 2倍，试求（1）塔内每小时所需清水的量为多少kg? (2)塔底液相浓度（用摩尔分数表示）解:Y1_1.0133 0 01Pb101.3 1.0133实际吸收剂用量L=2Lmin=2 X 23.8=47.6kmol/h=856.8 kg/hX = X+V (丫-丫)/ L=0+31.8(0.01 0.0001)0.006647.611 .在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收混合气体中的有害组分A,已知进塔混合气体中组分A的浓度为0.04 （摩尔分数，下同），出塔尾气中A的浓度为0.005,出塔水溶液中组分A的浓度为0.012，操作条件下气液平衡关系为丫* 2.5X。试求操作液气比是最小液气比的倍数?SO2。解:12 .用SO2含量为1.1 X 10-3（摩尔分数）的水溶液吸收含 SO2为0.09 （摩尔分数）的混合气中的已知进塔吸收剂流量为37800kg/h，混合气流量为 100kmol/h，要求SO2的吸收率为 80%。在吸收操作条件下，系统的