化工原理作业答案

1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 流体流动流体的重要性质2若将密度为830 kg/ m3的油与密度为710 kg/ m3的油各60 kg混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。解： 流体静力学 4某储油罐中盛有密度为960 kg/m3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39.5×106 Pa，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa）？ 解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm处的流体压力为 作

2、用在孔盖上的总力为 每个螺钉所受力为 因此 习题5附图 习题4附图 5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R1=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 （2）B点的压力 8. 密度为1800 kg/m3的某液体经一内径为60 mm的管道输送到某处，若其平均流速为0.8 m/s，求该液体的体积流量（m3/h）、质量流量（kg/s）和质量通量kg/(m2·s)。解： 11如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m，

3、水从108 mm×4 mm的管道中流出，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hf=5.5u2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（1）A-A'截面处水的平均流速；（2）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,得 （1）式中 z1=7 m，ub10，p1=0（表压） z2=1.5 m，p2=0（表压），ub2 =5.5 u2代入式（1）得 （2）水的流量（以m3/h计） 习题11附图 习题13附图 习题14附图习题13附图13如本题附图所示，用泵2将储

4、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. Pa。流体密度为800 kg/m3。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68 mm 4 mm，进料量为20 m3/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：在截面和截面之间列柏努利方程式，得 14本题附图所示的贮槽内径D=2 m，槽底与内径d0为32 mm的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度h1为2 m（以管子中心线为基准）。液体在管内流动时的全部能量损失可按hf=20 u2计算，式中的u为液体在管内的平均流速（m/s）。

5、试求当槽内液面下降1 m时所需的时间。 解：由质量衡算方程，得 （1） （2） （3）将式（2），（3）代入式（1）得 即 （4）在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程 即 或写成 （5）式（4）与式（5）联立，得 即 i.c. =0，h=h1=2 m；=，h=1m 积分得 动量传递现象与管内流动阻力 习题19附图 19用泵将2×104 kg/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25.9×103 Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为76 mm×4 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

6、4）、五个标准弯头。反应器内液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1073 kg/m3，黏度为6.310-4 Pas。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm。） 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1-1，为基准水平面，得 （1）式中 z1=0，z2=17 m，ub10 p1=-25.9×103 Pa (表)，p2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得 =9.81×17+=192.0+其中 =（+） =1.656×105 根据Re与e/d值，查得=0.03，并由教材可查得各管件

7、、阀门的当量长度分别为 闸阀（全开）： 0.43×2 m =0.86 m 标准弯头： 2.2×5 m =11 m故 =(0.03×+0.5+4)=25.74J/kg于是 泵的轴功率为 =1.73kW流体输送管路的计算 习题20附图 20如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为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。 （1）当闸阀关闭时，测得R=600 mm、h=1500 mm；当闸阀部分开启

8、时，测得R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系数可取为0.025，管路入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/d15，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 （a）式中 p1=0(表) ub2=0，z2=0 z1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程知 （b）式中 h=1.5 m, R=0.6 m将已知数据代入式（b）得

9、 将以上各值代入式（a），即 9.81×6.66=+2.13 ub2 解得 水的流量为 （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，得 （c）式中 z1=6.66 m，z3=0，ub1=0，p1=p3 =将以上数据代入式（c），即 9.81×6.66=+4.81 ub2解得 再在截面1-1，与2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得 （d）式中 z1=6.66 m，z2=0，ub10，ub2=3.51 m/s，p1=0（表压力） 将以上数值代入上式，则 解得 p2=3.30×104 Pa（表

10、压） 习题23附图 23本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从BC与BD两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离均为11 。AB管段内径为38 m、长为58 m；BC支管的内径为32 mm、长为12.5 m；BD支管的内径为26 mm、长为14 m，各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。AB与BC管段的摩擦系数均可取为0.03。试计算（1）当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量为多少（m3/h）；（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量各为多少（m3/h）？（BD支管的管壁绝对粗糙度，可取为0.15 mm，水的密度为1000 kg/m3，黏度为。） 解：（1）当BD

11、支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量 在高位槽水面1-1，与BC支管出口内侧截面C-C,间列机械能衡算方程，并以截面C-C,为基准平面得 式中 z1=11 m，zc=0，ub10，p1=pc故 =9.81×11=107.9J/kg （a） （b） （c） （d） （e）将式（e）代入式（b）得 （f）将式（f）、（d）代入式（b）,得 ubC=ub,BC，并以hf值代入式（a），解得 ub,BC=2.45 m/s故 VBC=3600××0.0322×2.45 m3/h=7.10 m3/h （2）当所有阀门全开时，两支管的排水量根据分支管路流动规律，有

12、（a）两支管出口均在同一水平面上，下游截面列于两支管出口外侧，于是上式可简化为 将值代入式（a）中，得 （b） 分支管路的主管与支管的流量关系为 VAB=VBC+VBD 上式经整理后得 （c）在截面1-1，与C-C间列机械能衡算方程，并以C-C为基准水平面，得 （d）上式中 z1=11 m，zC=0，ub10，ub, C0上式可简化为 前已算出 因此 在式（b）、（c）、（d）中，ub,AB、ub,BC、ub,BD即均为未知数，且又为ub,BD的函数，可采用试差法求解。设ub,BD=1.45 m/s，则 查摩擦系数图得=0.034。将与ub,BD代入式（b）得 解得 将ub,BC、ub,BD值

13、代入式（c），解得 将ub,AB、ub,BC值代入式（d）左侧，即 计算结果与式（d）右侧数值基本相符（108.4107.9），故ub,BD可以接受，于是两支管的排水量分别为 第二章 流体输送机械 1用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前A、C两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39 m3/h，此时泵的压头为38 m。已知输油管内径为100 mm，摩擦系数为0.02；油品密度为810 kg/m3。试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。习题1 附图解：（1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作1

14、-1与2-2截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到 由于启动离心泵之前pA=pC,于是=0则 又 mh2/m5=2.5×102 h2/m5则 （qe的单位为m3/h）（2）输油管线总长度m/s=1.38 m/s于是 m=1960 m2用离心泵（转速为2900 r/min）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60 kPa和220 kPa，两测压口之间垂直距离为0.5 m，泵的轴功率为6.7 kW。泵吸入管和排出管内径均为80 mm，吸入管中流动阻力可表达为（u1为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为2.5 m，实验是在20

15、，98.1 kPa的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到将有关数据代入上式并整理，得m/s则 m3/h=57.61 m3/h(2) 泵的扬程(3) 泵的效率=68%在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW =68%4用离心泵（转速为2900 r/min）将20 的清水以60 m3/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4 m和0.61 m。规定泵入口的真空度不能大于64 kPa。泵的必需气蚀余量为3.5 m。试求（1）

16、泵的安装高度（当地大气压为100 kPa）；（2）若改送55 的清水，泵的安装高度是否合适。解：(1) 泵的安装高度在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得即 m（2）输送55 清水的允许安装高度55 清水的密度为985.7 kg/m3，饱和蒸汽压为15.733 kPa则 =m=2.31m原安装高度（3.51 m）需下降1.7 m才能不发生气蚀现象。第三章 非均相混合物分离及固体流态化1颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m3，直径为0.04 mm的球形石英颗粒在20 空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m3，球形度的非

17、球形颗粒在20 清水中的沉降速度为0.1 m/ s，颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7 900 kg/m3，直径为6.35 mm的钢球在密度为1 600 kg/m3的液体中沉降150 mm所需的时间为7.32 s，液体的黏度是多少？解：（1）假设为滞流沉降，则： 查附录20 空气，所以，核算流型： 所以，原假设正确，沉降速度为0.1276 m/s。（2）采用摩擦数群法依，查出：，所以：（3）假设为滞流沉降，得： 其中 将已知数据代入上式得： 核算流型 2用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m，宽5 m，高4.2 m，固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m3。气体的处理量为3

18、000（标准）m3/h。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。（1）若操作在20 下进行，操作条件下的气体密度为1.06 kg/m3，黏度为1.8×10-5 Pas。（2）若操作在420 下进行，操作条件下的气体密度为0.5 kg/m3，黏度为3.3×10-5 Pas。解：（1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为： 设沉降在斯托克斯区，则： 核算流型： 原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985×10-5 m。（2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为： 设沉降在斯托克斯区，则： 核算流型： 原设滞流区正确，能够完全

19、除去的最小颗粒直径为4.132×10-5 m。5用标准型旋风分离器处理含尘气体，气体流量为0.4 m3/s、黏度为3.6×10-5 Pas、密度为0.674 kg/m3，气体中尘粒的密度为2 300 kg/m3。若分离器圆筒直径为0.4 m，(1) 试估算其临界粒径、分割粒径及压力降。（2）现在工艺要求处理量加倍，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大为多少？此时临界粒径是多少？（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），应采取什么措施？解：临界直径式中 ， Ne=5 将有关数据代入，得 分割粒径为 压强降为 （2）不变所以，处理量加倍后，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增

20、大，同时临界粒径也会增大，分离效率降低。（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），可采用两台圆筒直径为0.4 m的旋风分离器并联使用。 8在0.04 m2的过滤面积上以1×10-4 m3/s的速率进行恒速过滤试验，测得过滤100 s时，过滤压力差为3×104 Pa；过滤600 s时，过滤压力差为9×104 Pa。滤饼不可压缩。今欲用框内尺寸为635 mm×635 mm×60 mm的板框过滤机处理同一料浆，所用滤布与试验时的相同。过滤开始时，以与试验相同的滤液流速进行恒速过滤，在过滤压强差达到6×104 Pa时改为恒压操作。每获得1 m

21、3滤液所生成的滤饼体积为0.02 m3。试求框内充满滤饼所需的时间。 解：第一阶段是恒速过滤，其过滤时间与过滤压差之间的关系可表示为： 板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与试验时相同，且过滤速度也一样，因此，上式中a，b值可根据实验测得的两组数据求出： 3×104=100a+b 9×104=600a+b解得 a=120，b=1.8×104即 恒速阶段终了时的压力差，故恒速段过滤时间为 恒速阶段过滤速度与实验时相同 根据方程3-71， 解得： ， 恒压操作阶段过滤压力差为6×104 Pa，所以 板框过滤机的过滤面积 滤饼体积及单位过滤面积上的滤液体积

22、为 应用先恒速后恒压过滤方程 将K、qe、qR、q的数值代入上式，得： 解得 11在Pa压力下对硅藻土在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数K=5×10-5 m2/s，qe=0.01 m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比=0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机在Pa压力下过滤上述悬浮液。试求：（1）过滤至滤框内部全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕以相当于滤液量1/10的清水洗涤滤饼，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15 min，求过滤机的生产能力（m3滤液/h）。解：（1）硅藻土，可按不可压缩滤饼处理，与无关时，代入恒压过滤方程式求过滤时间（2）洗涤 （3）生产能力第五章 传热过程基础 2某平壁燃烧炉由一层400 mm厚的耐火砖和一层200 mm厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ，外表面温度为100 ，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为，绝缘砖的导热系数为，。两式中的t可分别取为各层材料的平均温度。 解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 （5-32）或 （5-32a）式中 代入1、2得 解之得 则 6在一传热面积为40 m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30 000kg/