《化工基础》习题解答

1、化工基础习题解答(第二版张近主编)第3章流体流动过程及流体输送设备1、某合成氨工艺以煤为原料的气化法生产中，制得的半水煤气组成为：印42%,N221.5%,CO27.8%,CH41.5%,CO27.1%,020.1%(均为体积分数)，求表压为88.2kPa,温度为25c时，混合气体的密度。解：解法一：先求混合的摩尔质量；Mm=(My)H2+(My卜上+(M-y)co+(My)cH4+(My)co2+(My)s=2x042-28x0.215+28x0.278+16x0.015+44x0.07l+32xOJ001-18.04kg.tmolMP18,04x(101,3+88,2),y3p=二L38/

2、<?/阳RT8.314x(273+25)算出在操作温度和压力下各纯组分的密度，然后再按组分的摩尔分数叠加。解法略。6、套管换热器的内管为()25mm<2.5mm外管为()57mm<3.5mm的无缝钢管。液体以5400kg/h的流量流过环隙。液体的密度为1200kg/m3,粘度为2M0-3Pas。试判断液体在环隙流动时的流动解：设大管内径为d1,小管外径为d2流体在环隙流动当量直径为：de=d1-d25=0.057-0.0035父2=0.05iiuih由二0.025nun；dc=0.05-0.025=0.025111111W4印4x5400“二777-=z=0.8511Vs万诏

3、海；Md；d；)p3.14(x0.053-0,0252)X1200X36000一02"085x1200=12740>4000属湍流7、现要求将原油以一定流量，通过一条管道由油库送往车间，并保证原油在管道中呈层流流动，现分别提出如下措施：(1)管道长度缩短20%;(2)管径放大20%;(3)提高原油温度使原油粘度下降20%,而假设密度变化不大，可忽略不计。问上述措施分别可使由于管道沿程摩擦而损失的机械能比原设计降低百分之几？解：层流流动的摩擦损失为：叫=32坐dp(1)、:,1=0.8/：，工的=0.8£%A(三幼=£/;广工%=0.2X%(2)、7d=L2也

4、门=32"”=3694x(32半)=0一694£川:f(l.2dypd2pf(Ehf)=t%=/|门=0-306thf(3)xUi=0.8口；2xl0-3'+ZZyi=0.8Eh广(2h=2hpEa#=0.2E%8、欲建一水塔向某工厂供水，如图所示，从水塔到29工厂的管长（包括局部阻力当量长度）为500m,最大流量为0.02m3s-1。管出口处需保持10m水柱的压头（表压）。若摩擦系数入4023,求：（a）当管内流速为1.05ms、1,所需管径及塔高；（b）当管内流速为4ms-1,所需管径及塔高；由（a）、（b）计算结果，分析满足一定流量时，塔高与管径的关系。解：如

5、图选取1,2截面，计算基准面为管出口水平面。压力以表压表示。12 Pi rr12rT马+丁公 +4 + 乩=丁； +幺+”2g pg2g pg二i=hm：二2=0in； 产0；在1-2列柏努利方程，得：pi=O（表压）:P2=10m水柱（表压=L05nrs'1d=d=0+156ni；、314xL05八八”500L05-71r._=0.023xx-4.14in水柱04562x9.811£h-0+10+4.14=142%2x9.81i；，4x0.02八八。(b)"=4m，s,，=J-0.08m：Y3.14x4snnd.27Yf=0.023xx=117,23m水柱'

6、;0.082x9.819、用离心泵经（）57mnm<3.5mm的钢管，将敞口贮罐内的有机溶剂（粘度为20X10-3）Pas,密度为800kgm-3）,输送到反应器中，设贮罐内液面离反应器内液面高度保持16m,见附图。已知钢管总长度（包括局部阻力当量长度）为25m,反应器内压力恒定为4kgfm-2（表压），有机溶液输送量为6.6m3h-1,试确定泵提供的压头。解：如图选取截面1,2计算基准面为敞口贮罐液面，压力以表压表示。在1-2列柏努利方程，得：12Plu14H%HFH=H2gPg2gPgZi=0m；二2=16in：i=30：n=0（表压）；s=4k曰Fm（表压）:Re4Fnd1dup4

7、x6.63.14x0.052 x36000.05x0.934x800=0,934m s1=1868<2000Z=25m；20x1032_ 32x0,934x25x20xl0-3800x9.81x0.052=0,76m4x9.81xl04z少800x9.81H=16hk0.76=66.76（ni液柱）10、用泵将密度为850kgm-1的某液体从低位槽打到高位槽。低位槽据地面高2m,管子出口距地面高20m,管路阻力损失为30Jkg-1,泵入口流速为0.915ms,入口管径为489mme6mm,出口管径为（）60mm<4mm求泵的有效功率。解：如图选取低位槽液面为1-1面，高位槽为2-2

8、面，地面为计算基准面，在1一2列柏努利方程，得:12Plt12PivQZ.4IL4FW=H4+，W广121pe-2-pf二=2m；二2=20m："=2抡0；pi=pz=0（表压）；ity=30J-kg'1：代入上式得：吗=-zL）+（z/；）+&+Euy“2op，叫=9,81x（20-2）+30=206.58J-kg-1不b314F1m=rdup=x0.077-x0.915x850=3.62kgs-142乂=1小切$=206.58*3.62=747.79（W）11、如图所示，槽内水位维持不变，槽底部与内径为100mm的钢管联结，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端15

9、m,B处装有一个指示剂为汞的U型管压差计，测压点与管路出口端之间距离为20m。（1）当阀门关闭时读数R=600mm,h=1500mm。阀门部分开启时，测得R=400mm,h=1400mm,管路的摩擦系数取=0.02,入口处局部阻力系数取乒0.5,问管内流量为多少m3/h?（2）阀门全开时（取闸阀全开14d=15,.018）,问压差计测压点B处的静压强为多少kPa（表压）？解：（1）a、首先根据当阀门关闭时R,h求水槽液面到出口处的垂直距离H。根据流体静力学方程P4=Pg水（H+卜）；P4，=PgHgR,力4=。夕；得：pg水（H+卜）=pgHR；1000x（/1.5）=13600x0,6解得：H=6.66m。b、当阀门部分开启时B点的压力为PB=PgH/pg水/?=13600x9.81x0.4-1000x9.81x1,4=3,96x104Pa在1一B列而努利方程，0-0面为计算基准面12Pl12Pbv7+=ZBg+Hb+十£卜fiB2P2PZi=H；zb=0；ui=0；pi=0（表压）;pb=3,96><104Pa（表压）7