化工原理(上册)课后习题

1、某湿物料原含水量为10，在干燥器干燥至含水量为1.1（吨湿物料除去的水量。解：方法一：设G1=1t=1000Kg。已知w1=10%、w2=1.1%1物料衡算：G W(G W)1.1%11 1解：W=90Kg

)

W)1 1 1 2解：W=90Kg2、采用两个连续操作的串联蒸发器以浓缩NaOH1012%NaOH溶液送入第一个蒸发器，经浓缩后的NaOH水溶液再送入第二个蒸发器进一步浓缩至50%的碱液（以上均为质量%）排出。若每个蒸发器蒸发水量相等，试求送入第二个蒸发器的溶液量及其组成（用NaOH%表示。F0F0=104kg/h第一蒸发器F=F-W10第二蒸发器F=F-2W20ω=12%0ω1ω=50%2F解：不变组份衡算式0

F2

1040.12(1042W)0.5FF1

W3800kg/hW1000038006200kg/hF F1040.12以第一蒸发器为衡算围：0

1 1 119.4%131500kg/h800C水的初温为30C350试求冷却水用量。解：C 4.186kJ(kg0C)o水o

kgC。1500Cp液

(to

t)WC

(t1水W3956Kg/h第一章1、试求氨在2.55MPa（表压）和160C下的密度。已知当地大气压强为100kPa。

103绝

1002650kPaMPM 绝

265017

18.75kg m3RT 8.3142892、某气柜压强为0.075Mpa(表压)，温度为400C，混合气体中各组分的体积百分数为：vvH2N2COCO2CH4i%40203271试求混合气的密度。当地大气压强为100kPa。

0.075103绝

10040220283228744116M100

16.8kgkmolPM 17518.6 1.25kg m3RT 8.3143133100kPa90kPa87kPakPa?P真真

PP大 绝PP大

100P绝77kPa

10kPa4、计算20°C液。解：20°C

879kg/m3 苯

867kg/m3 等体积时甲苯mm 879867 m 879867 1 2v

873kg/m3 M2

n 879

867

84.4kg/mol78 925、用普通U形管压差计测量原油通过孔板时的压降860kg/m318.7cm。计算原油通过孔板时的压强降，kPa解P( -汞

）gR=(13600-860)9.810.18723.37kPa油6、一敞口烧杯底部有一层深度为51mm的常温水，水面上方有深度为120mm的油层，大气压强为745mmHg 柱，温度为30°C，已知油的密度为820kg/m3。试求烧杯底所受的绝对压强解：PP P油P油gR油gh1水gh2136009.810.7458209.810.12995.79.810.0517、如图所示，用连续液体分离器分离互相不溶的混合液。混合液由中心管进入，依靠两的密度差在器分层，密度为 860kg/m3的有机液体通过上液面溢流口流出，密度1050kg/m3的水溶液通过U形管排出。若要求维持两液层分界面离溢流口的距离为2m，问液封高度z为多少m?0PP0

gRP gR1 0 水 2

R 8609.8121.638m2 10509.818、用来测量气体导管中某截面上的压强，压差计的一侧与导管测点相连，另一侧敞口。已知大气压强为750mmHg，指示液为水和轻油，它们的密度分别为1000kg/m3和860kg/m3，压差计读数为150mm。试求被测气体导管截面上的绝对压强？PP1

(

- gR）水 油P1

g0.75(1000860)g0.15100.268kPa汞9体积流量为15/,试分别计算水在大管和小管中的1））质量流速。解：解: (1)大:W Vs s

15100015000kg/hu Vs 15/3600 /s1 0.785d2 0.7850.12G u1 1

0.5311000530.8kg/m2s(2)小管:质量流量不变W 15000kg/hs2u Vs 15/3600 2.123m/s2 0.785d22d

0.7850.052100或: u2

u1

1)d2

)50

2.123m/sG u 2.12310002123kg/m2s2 210、水以17m3/h的流量经一水平扩大管段，小官径d1

40mm,大管径d2

80mm,。如图所示的倒U形管压差计上的读数R为170mm。求水流经1、2截面间扩大管段的阻力损失为多少J/kg。u12

u2 p

u2 u2 pp解：gz 1gz 2 2 h

h 1 2 1 21 2

2 2

f 2 2 u 17/36001 0.785

3.76m/s u 2

17/36000.785

0.94m/s p p2 1

gR hf

3.7620.9422

9.810.174.96J/kg11、某一高位槽供水系统如附图所示，高位槽高于地面8m，管子规格为φ108×4.0mm。埋于地面以下1m，出口管高出地面2m。能量损失可以表示为hf

45(u2)J/kg（u为水2在管的流速。试求：水在管的流量/h。欲使水量增加10%，应将高位槽的液面增高多少解:(1)p 1 p 1Zg 1 u2Zg 2 u

h1 2 1 2 2 2 f1 169.810000 u245 u269.812369.8123

2 2 2 2

(2)69.8123Vs36000.78569.8123Vs'45.21.149.72m3/h49.72/3600

45.2m3/hu'

0.785

1.76m/s1.76

z9.81z7.26m23z7.26281.26m12、如图所示水槽，页面恒定，底部引出管为1084无缝钢管。当阀门A全闭时，近阀门处的玻璃管中水位高为h为1m，当阀门调至一定开度时，h降为400mm，此时水在该系统中的阻力损失为300mm水柱，试求管中谁的流量，m3/h解：u0

z0 p 后z0 p 0.4m

hf/gg g20.39.81u 20.39.81V 36002.40.78568.7m3/hs13、25φ76×3mm的管道中流动，流量为流流动，则管最大平均流速应为多少。解:查附录25℃水物性:996.95kg/m3, 0.903cP303600303600u s 2.1665m/s0.785d2 0.7850.072Re

du

0.07996.952.16650.903103

1.671054000 为湍流2000du

0.07996.95uu0.0259m/s0.9031031520°C1022kg/m34.3cP。管子为热轧无缝钢管573.5/h，管子总长为10mJ/kg；②若改用无缝钢管252.5J/kg？钢管的绝0.2mm解：1022kg/m3d50mm0.05m

u4.3103Pas VS

1m3/h

L le10mV1/3600Vu S 0.14m/s0.785d2 0.7850.052①R

du

10220.05 136000.7850.0521681e 64

4.3103Re 1684 u2L u2h

0.038

100.142

0.0765J/kgf d 2 0.05 2S②u VS

1/3600 0.885m/s Re10220.020.88542050.785d

0.7850.022

4.3103/d

0.220

0.01 0.05 u2L u2h

0.25

100.8852

9.79J/kgf d 2 0.02 216、水以2.7103m3/s的流量流过径为50mm的铸造管。操作条件下的粘度为1.09mPas，密度为992kg/m3。求水通过75m水平管段的阻力损失，J/kgVS

2.7103m3/s d0.05m u1.09103Pas /m3L75m u

VS0.785d

2.7103 1.38m/s0.7850.052du 0.051.38992Re 6.28104 1.09103/d0.750.01查得0.04650 h f

lu2d 2

0.046

750.05

1.3822

65.7J/kg17、某液体流过普通普通热轧无缝钢管27311.0,管壁粗糙度为2.5mm，管长为150mm，允许阻力损失为5.3m液柱。已知该液体的运动粘度为2.3106m2

/s，试确定其体积流量，m3/h解：Hf

lu22g

5.3u20.174设0.02 则u2.95m/sdu 0.2512.95 2.5Re

2.3106

3.2105

0.01 查得0.038d 251进入完全平方0.038 则u2.14msV 36000.7850.25122.14381m3hh128.9m3/h流过一普通热轧无缝钢管53080J/kg，原油在操作条件下的密度为890kg/m33.8mPas。试选择适宜的管子规格。u

28.936000.785d

0.01023 805300.010232d2 d 2d4

2886.64d5设0.025 d0.097m 则u1.1ms0.0971.1890Re 3.8103

2.5104 0.50.005 查得0.035d 97设0.035 d0.104m则u0.95s0.950.104890Re 3.8103

2.3104 0.5

0.005查得0.035d 104d104m 114419、如图示用泵将贮槽中的某油品以40m3/h的流量输送到高位槽。两槽的液位差为20m。450890kg/m30.187Pas。40 0.11.4890u

36000.785

1.4m

R 673.65e 0.18764Re

0.95 hf

0.0955301.420.1 2

419Jkgz u2 u2 Pg W Zg

2h1 2

2 2 fW209.811.42419616Jkge 2Pwve e

61689040360020、用玻璃虹吸管将槽某酸溶液自吸出来，溶液密度1200kg/m3，粘度为6.5cP.玻璃吸管径为25mm，总长为4m，其上有两个90 标准弯头。若要使输液量不小于0.5103m3/s，高位槽液面至少要比出口高出多少m?设高位槽液面恒定。u

0.51030.7850.0252

1.02ms

R 0.0251.021200 e 6.5 0.31640.038 hf(lg)u23.96JkgR 0.25 d 2e1.0223.960.26h 2 0.483m9.8124问因流动阻力而产生的阻力损失为原来的多少倍？摩擦系数可用柏拉修斯公式计算。解： hf

lu2d 2

0.3164R0.15e

u SVAV

V US2 S1 2

2U1R 2R

1 hf

1 43.36e2第二章

2

20.15 1

h 20.15f111450r/min20°C240m3/h口真空泵的读数为0.43MPa0.4m试求此时对应的扬程值。解：998.2kg m3H e

P20.4(0.430.01)106O g 998.29.81

45.3m2n1450r/minQ=60m3/hH=52m，N=16.1kW80m3/h少？并估算此时相应的扬程和功率（假设泵的功率不变）N解：N

QHhe

0.528

n1Q1

88

1933rminN N n2 Q2 6 2 ( ) H2 n2 ( )

92.4m

N2(n2)3

64

38.1kWH1 9 2 N1 27 23106mmd20°C的水溶液（其物性与水基本相同。管路中直管长度为0.03要求液体由低位槽送入高位槽，两槽均敞口且液面维持恒定，两液面见垂直距离为16m，试列出该管路的特性方程（流量Q以m3/h计。P解：Azg

16m(ll

) u2

0.03(18060) QH e ( )f d 2g 0.10629.81 36000.7850.10620.03240B0.106529.8136002H 163.43103Q2e

3.43103H27.015Q2式中Q为m3/min。1200kg/m314103m3/s。试求该泵在管路中的工作点。H10BQ22010B(1410360)2B14.17Q1014.17Q2①H27.015Q2②联立①②解Q20.58Q45.8m3hH18.3m将密度为1500kg/m3的硝酸由地面贮槽送入反应釜。流量为7m3/h，反应器液面与贮槽液面间垂直距离为8，釜液面上方压强为200kPa（表压30kPa。试选择一台耐腐蚀泵，并估算泵的轴功率。(20030)103解: He

8

1500

23.6m依据Q7m3h H23.6m选40F26型7 15009.8123.6N3600 1.53kW0.4450C重油由地下贮油罐送往车间高位槽，流量为40t/h油管总长为300m()。输送管采用无缝钢管108450C890kg/m3187mPas。试选择一台适宜的油泵。40103 QQ

44.9m3h u 1.59ms890 36000.7850.01duR

756.4

640.085e u ReH 20

lu2

52.7m 所以应选60e d 2第三章50m（2650kg/m320C20C常压空气中的自由沉降速度。gdp2( )

du解：在水中ut

p 0.0025ms 18ugdp2( )

0.112成立et udu在空气中ut

p18u

0.2ms Ret

0.672成立uguug( pt2150kgguug( pt解：d p4．温度为200C的常压烟道气，以1.6m3/s（操作状态）的流量，送入长宽高为10m2m2m4880kg/m3189.81(189.81()pt181.81050.089.81(48801.205

V

1.6解；dPe

28 m

S 0.08tc BL 210 d tR p ctte

281060.81.2051.8105

0.142 成立0.093m2502.27103m3200秒时，共获得多少滤液？2.27103 3.35103q1

0.093

2.44102

q 3.61022 0.093q 4.1103 k1.59105 200秒时q224.1103q2001.59105eq0.0526 VqA0.05260.0934.89103m3BMS50/810-25型板框压滤机，滤框尺寸为36个框，现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数K为2.72105m2/s，qe

3.451031m3滤液同时，生成0.148m3滤渣。求滤框充满滤渣所需的时间.0.59解；V

0.108

3.986A

=23647.239m2总V =0.025360.59m3总

V22VVe

KA2t3.986223.9863.4510347.2392.7210547.2392tt283s第四章159mm,管外保温材料的导热系数0.110.0002tW/mC外壁温度为150C。要求保温层外壁温度不超过50C，每米管长的热损失不超过200W/m，问保温层厚度应为多少?解 ：tt1t

15050 1000C0.110.0002t0.110.0002100/mC2 2Q t

200

15050lnr21rl lnlnr21r159

/0.13ln159159

0.1340.1mm4．76330mm30mm的石棉。软木和石棉的0.04W/mC0.16W/mC-110C10C求每米管道所损失的冷量。解 ：Q

tt1 4

2

11010

444.8W/m42rl lnr /ln3/2r

lnr/ ln38/45ln68/0.04ln98/0.16r 1 r1

2 r 3 35 38 68320mm20C100C12m/s，试求水与空气侧的对流给热系数。解：t60c 1.06kg/

cp1.005kj/kg /m2C2.0105Re

0.02121.060.01105

1.27104P1.0051032.011050.6975r 0.028960.028960.023

0.02

(1.27104)0.80.69750.455.3W/m2C水以1.0 m/s的流速在长3m的252.5的管由20C加热至40C，试求水与管壁之间的对流给热系数？若水流量增大50%，对流给热系数为多少？解：995.7kg/m3 Cp0.8103Pas0.021.0995.7

4.17103J/(kgC) 0.6176W (m2C)R 0.8103 pr2.5 104 5.4ee0.61760.023 (2.5104)0.85.40.44.6103W/m2C0.0220C100C，空气以60kg/h的流量流过套管环隙，已知管573.5mm，外管833.5mm，求空气的对流给热系数？20100t

60C查1.060kg/m3、2

1.005103J/(kgC)P0.02896W(m2C)、2.01105Pas、P 0.696r 19mm

u

60 de 3600d

79422300de d2 d1

Re de 4

(d

2 2)2.01105d2 1dPP CP

0.6975 f1

6105

0.943r 79421.8

0.02896 2

Re0.8P0.4f0.023de r

0.019

79420.80.69750.40.94337.7W (m

C)9．某种粘稠液体以0.3m/s的流速在径为50mm，长4m的管流过，若管外用蒸汽加热，试求管壁对流体的给热系数。已知液体的物性数据为：900kg/m3，C 1.89kJ/kgC，/mC0.01Pas。pdu 0.050.3900

13502300e 0.01cP p

1.891030.01147.666700r 0.128d 0.05RP 1350147.66 249210e r l 411.86(R1

d 1 P )3( )0.141.86

0.128

249230.9561.3W/m2Cd e r l W

0.0511．温度为52C的饱和蒸汽在长3m,外径为32mm,的单根黄铜管表面上冷凝，铜管垂直放置，管外壁温度为20C，试求每小时苯蒸气的冷凝量？若将管水平放置，苯蒸气的冷凝量为多少？解：已知t52C t 48C d 32mms W 05248t 50C 查得850kg(mC) 0.14W (m2C)m 2u0.45103Pas c1.8kJ(kgC)52C时，r394kJkgP2g3r1（1）水平放置：

dt0

)42462W(m2C)QWrW（2）垂直放置：假设R 2000e 1.13 d 1

24620.0323427.1kgh394103 0.725

)40.50.524621233.2W (m2C)l4ltR e r

333.92000（假设成立）W13.5kgh13．流体的质量流量为1000kg/h，试计算以下各过程中流体放出或得到的热量。130C40C，取煤油比热容为2.09kJ/kgC；Q

10002.09103(13040)3600

5.23104W②比热容为3.77kJ/kgC的NaOH 溶液，从30C加热至100C;Q

10003.77103703600

7.33104W30C140C；解: Q

10001.015103(14030)3600

3.1104W100C的水汽化为同温度的饱和水蒸气；解; Q

100022581033600

6.27105W⑤100C的饱和水蒸气冷凝，冷却为50C的水。解: Q

1000(22581034.18610350)3600

6.85105W．在一套管换热器中，管为 573.5的钢管，流量为2500kg/h，平均比热容为2.0kJ/kgC90C50C20C40C，200W/m2C/hm；③逆流流动时平均温度差及所需的套管长度，m。解：①WCTWCth Ph h c Pc

25002.0(9050)W

4.186(4020)cW25002.0(9050)2390kghc 4.186(4020)②并流：t1

902070C 2

504010C

701030.83Cm ln7010Q

Ch Ph

h

25002.0(9050)103/3600A 9m220030.83A

ll A0 d0

93.14

50.5m

904050C 1 25002.040103

502030C

503040Cm 2l 3600 38.8m200403.140.057一列管式换热器，管子直径为252.5，管流体的对流给热系数为W/m2K，管外流体的给热系数为2000W/m2K，已知两流体均为湍流换热，取钢管导热系数/m2K，管外两侧污垢热阻为0.00118m2K/W,K及各部分传热系数有何变化？解：1

dR

Rd d Si

1 0.001180.0025

25

25 0.0011825K d0 m

so di

d 2000i i

45 22.5 10020 20K63.6W (m2K) 0.023 i de

0.8Pe

n流量增加一倍，流速增加一倍,Rr

增加20.8倍，e所以20.i

174.1111 25 25

0.0104K1.51KK K 2000 174.1120 0.36

R0.55P

1(

)0.14

20.5 2928.17d ee1 1 1

r3 1 0.01554K1.01KK K 2000 2928.17一传热面积为15m2的列管换热器，壳程用110C的饱和水蒸气将管程某溶液由20C80C，溶液的处理量为2.5104kg/h4kJ/kgC下的传热系数？2.5104 9030Q

3600

4103(8020)1.67106W t m

ln9030

54.61CQ 1.67106K 2038.7W (m2C)1554.61m20．某换热器的传热面积为30m2，用100C的饱和水蒸气加热物料，物料的进口温度为30C2kg/s4kJ/kgC/m2C，求；①物料出口温度，②水蒸气的冷凝量，kg/h。Q24103t230)t (100t)(100t)

tt2121 1 t 2 70m 100ln100

1 2

100t2t 3 t

t3022Q2410(m

30)125302 ln 70tln 70100

12530 tt24103 t2

56.2C

1002Q24103(56.230)2.1105WQW

2258103Wh

0.93kgs334kghh21．363K的丁醇在逆流换热器中被冷却至323K，换热器的面积为30m2，传热系数为/m2k。已知丁醇流量为2000kg/h，冷却水的进口温度为303K量和出口温度。解 ：Q

C Th Ph 1

20002.97103(36332