制药化工原理课后习题答案

绪论2.解：LatmNm1.01325102∴Nm2Jm3∴Latm1.01325102J-1-1表示R的值以J·mol·K=××102J﹒mol-1﹒K-1J﹒mol-1﹒K-1第一章流体流动表压=－真空度=－×104Pa绝压=×104Pa解：设右边水面到B′点高为h3，依据流体静力学基本方程可知PB=PB′则ρ油gh2=ρ水gh3h=h1+h3=892mm解：正U型管水银压差计由图可知PA=P1＋(x＋R1)ρ水gPB=P2＋xρ水gP1－P2=∴PA－PB=＋ρ水gR1又有P=PCP=P＋ρgRACBHg1∴ρgR=＋ρgRHg1水1∴R12.472kPa0.0200m20.00mm1000)kgm39.81ms2(13600倒U型压差计设右边管内水银高度为M∵指示流体为空气∴PC=PDP1=PC＋ρ水g(R2＋M)P2=PD＋ρ水gM2.472kPa0.2520m252.0mm∴R29.81ms21000kgm34.(1)PB=－(表)(2)R′=0.178m7.解：由公式uVs可得A2×π××2)2-6-33Vs=uA=uπd/4=×10=×10m/sWs=Vsρ=×10-3×1840=2.89kg/s解：由题可知：1—1′截面：P1=×105Pau=0以2—2′截面为基准水平面∴z1=3m2—2′截面：设管内流速为uz2=03—3′截面：u,z3=3m4—4′截面：u,z4=3＋=3.5m5—5′截面：u,z5=3m6—6′截面：u,z6=2m,P6=×105Pa依据伯努利方程：We=0,∑hf=0Pu2P1gz66有gz12∵P1=P6∴u2/2=g(z1－z6)=P1u2P2有gz1gz22×3＋×105/1000=＋P2/1000∴P2=×105Pa×105/1000=＋P3/1000∴P3=×105Pa×3＋×105/1000=×＋＋P4/1000∴P4=×105Pa∴P5=×105Pa(1)u=1.55m/sVh=10.95m3/hz=2.86mNe解：NNe=We﹒Ws取釜内液面为1—1′截面，高位槽内液面为2—2′截面依据伯努利方程：gz1P1u12Weu22P2hf2gz221—1′截面：z1=0,P1=－×104(表压),u1=02—2′截面：z2=15m,P2=0(表压),u2WsA2×π×-32-32A=πd/4=[(76－4×2)×10]=×10m∴u221045247.3m/h1.46m/s10310503.63du681031.461050173740＞4000湍流Re6104又ε/d=×10-3/68×10-3=×10-3查图得λ=查表1—3得，ξ全开闸阀=ξ半开截止阀=ξ90°标准弯头=ξ进=ξ出=1∴hf′=＋＋3×＋×2=kg∴∑hf=＋=kgWe=kgNe=×2×104/3600=N==解：1—1′：高位槽液面2—2′：出口管内侧列伯努利方程P1u12u22P2hfgz1Wegz222z2=0,z1=4m,P1=P2=0(表)，u1=0,We=0∴∑hf＋u22/2=4g∑hf=hf＋hf′查表1—3得，ξ半开截止阀=ξ90°标准弯头=hf′=∑ξ﹒u22/2=＋＋×u22/2=×u22/2∴u22202(110.75)4gd化简得(400λ＋×u22/2=20℃时μ水=λ=f(Re)=f(u)需试差du49.75u21032假定u0Reλ→u00.01d766307960082588∴截止阀半开时该输水系统的u0=1.66m/sVs=uA=×π×=0.00326m3/s∴Vs=11.73m3/h第二章流体输送设施1、解：分别取离心泵的进、出口截面为1-1′截面和2-2′截面，由伯努力方程得：此中，Z2Z1=0.4m；p11.9104Pa(表压)；p24.7105Pa(表压)；u1u2；Hf,12=0；20℃时水的密度998.2kgm3。H0.44.71051.9104050.34m998.29.8103、解：Hgp0pvhHf,01ρg(1)20℃时：由附录2及附录7知，水的密度998.2kgm3，饱和蒸气压pv0.2335104Pa。Hg9.811040.23351042.54.28m998.29.813(2)85℃时：由附录2及附录7知，水的密度968.6kgm3，饱和蒸气压pv0.5788105Pa。Hg9.811040.57881052.51.27m968.69.813p0pvhHf,014、解：Hgρg=-2.21m<-1.5m故该泵不可以正常工作。6、解：HeZ2Z1p2p1u22u12ρgHf,122g1006.9104=17m09.811000因为输送介质为水，联合Qe100m3h1和He17m，查附录21选IS100-80-125型泵，主要性能参数为：Q100m3h1,H20m,n2900rmin1,0.78,N7.0kW故泵实质运转时的轴功率为N7.0kW，此中因阀门调理所多耗费的功率为第四章沉降与过滤2、解：VSbLutc设颗粒沉降位于层流区，故dc2(s)gutc18dcutc1.751050.0251.060.0232核算流型Ret2105故假定建立，即颗粒沉降位于层流区。所以，可完整除掉的最小颗粒直径为1.75105m。3、解：在操作温度下，气体量VS21602734271.54m3s1＝m3h13600273设8μm颗粒沉降位于层流区，则由VSNbLutcVS1.5451层(需50块隔板)N1.84.14.1103bLutcH4.20.082mh51N核算流型Retdcutc81064.11030.54.810423.4105故假定建立，得降尘室内隔板间距和层数分别为0.082m和51层。注：本题原始数占有点问题。在该组数据下，气流在降尘室内已达到湍流。5、解：依据恒压过滤方程V22VeVKA2得Ve7104m3；K8107m2s1由下式可算得，15min采集到的总滤液量，即故再过5min所得的滤液量V2.071031.61030.47103m3＝0.47L6、解：(1)过滤面积A0.81223849.86m2滤框总容积8120.025380.623m3滤饼充满滤框时滤液体积V0.6237.79m30.08过滤终了时qV7.790.156m3m2A49.86恒压过滤方程q2qeqK2(2)清洗时间WVW8(qqe)VW8(0.1560.01)0.17.79＝416sdVKA510549.86dW(3)Q3600V36007.790.081.2m3h1WD5504161560(4)因为s0，故KK(p)1s2K。所以，由q22qeqK可知p0.5550275s2第五章传热2.某焚烧炉的平壁由三种资料构成。最内层为耐火砖，厚度b1=200mm，导热系1-1o-1；中间层为绝热砖，厚度22-1o-1；最外层为普数?=?m?Cb=100mm，导热系数?=?m?C-1o-1。已知炉内壁表面温度o通钢板，厚度b3=6mm，导热系数?3=45W?m?Ct1=1000C，钢板表面面温度t4=30oC，试计算：(1)经过焚烧炉平壁的热通量；(2)耐火砖与绝热砖以及绝热砖与一般钢板之间的界面温度。假定各层接触优秀。解：(1)qQb1t1t4b31000301076.2(Wm2)Sb20.20.10.0061231.070.1445(2)qq1q2q3q1t1t2，t2q1(b1)t110001076.20.2798.8oCb111.071q2t2t3，t2q2(b2)t2798.81076.20.130.1oCb220.142在直径为?89?4.5mm的蒸汽管道外包扎有两层绝热资料。已知管壁资料的导热系-1o-1；内层绝热资料的厚度为-1o-1；外层绝热资料数为45W?m?C40mm，导热系数为?m?C-1o-1。现测得蒸汽管的内壁温度为180℃，最外层绝的厚度为20mm，导热系数为?m?C热资料的表面面温度为50℃。试计算每米管长的热损失及两绝热层间的界面温度。解：t1180oC，t450oC，r140mm，r244.5mm，r384.5mm，r4104.5mmQ32(t3t4)，t367.45oCL1r4lnr3蒸汽管道外包扎有两层导热系数不一样而厚度同样的绝热层。已知外层的均匀直径和导热系数均为内层的两倍。现保持其余条件不变，而将两绝热层的资料交换，试问：(1)每米管长的热损失是本来的多少倍？(2)在本题条件下，哪一种资料包扎在内层较为适合？解：设管道半径为x，绝热层厚度br1xb3x，r2x2b5x(1)交换前Q2tr2t5x1.4771tL1r11213x1lnlnln21ln1x2r11x3x交换后(Q)12tr212t1.8871tLr11lnln3x15xlnr121xln3x2x11(Q)1.887L1.275倍(Q)1.477L小的包在内层较好5.水在套管式换热器的内管中流动。已知内管的直径为?25?2.5mm，长度为6m；水3-1，温度由15℃高升至35℃，试计算管壁对水的对流传热系数。若水的流量为2m?h的流量降落为0.4m3?h-1，则管壁对水的对流传热系数又为多少？解：由题意可得，定性温度t153525℃，查附表得水的物性参数为260.89102Wm1k1，902.75106Pas，Pr6.22(1)u2(0.02)21.77ms136004Redu0.021.7710003.9104>10000(湍流)902.75106又<Pr<120，L630060，n0.4(被加热)di0.02(2)当Vs0.4m3/h时，u0.4(0.02)20.354ms136004Redu0.020.35410007842.710000(过渡流)902.75106试计算：(1)120℃的饱和水蒸气冷凝为120℃的水时所放出的热量。(2)120℃的饱和水蒸气冷凝为60℃的水时所放出的热量。(3)常压下，空气由20℃升温至80℃时所汲取的热量。解：质量流量w均取1kg/s(1)当t120oC，2205kJ/kg(2)120oC蒸汽60oC水t90oC，Cp4.208103(3)空气20oC80ot50oC，Cp1.00510310.在列管式换热器顶用水冷却油。已知换热管的直径为?19?2mm，管壁的导热系-1o-1；水在管内流动，对流传热系数-2o-1；油在管间流动，数?=45W?m?C?i=3500W?m?C-2o-1-42o-1对流传热系数?=250W?m?C；水侧的污垢热阻R=?10m?C?W，油侧的污垢热阻osi-42o-1(2)因污垢热阻R=?10m?C?W。试计算：(1)以管表面面为基准的总传热系数。so而使总传热系数降落的百分数。解：(1)11RsobdoRsido1dokoodmdiidi(2)污垢前11bdo1do0.0044koodmidi苯在逆流换热器内流动，流量为2000kg?h-1，温度由70℃降落至30℃。已知换热2-2o-1；冷却介质为器的传热面积为6m，热损失可忽视不计；总传热系数为300W?m?C20℃的水，定压比热为?kg?℃-1。试计算：(1)冷却水的出口温度；(2)冷却水的3-1表示。耗费量，以m?h解：(1)QwhCph(T1T2)wcCpc(t2t1)kStmtmQ(2000/3600)1.79103(7030)3.9810422.11oCkS3006180070－t210oCQwpc4.178(28.620)在逆流换热器内，用20℃的水将流量为4500kg?h-1的液体由80℃冷却至30℃。已知换热管由直径为?25?2.5mm的钢管构成；液体走壳程，对流传热系数为1700-2o-1-1-3；水走管程，对流传热系数为W?m?C，定压比热为?kg?℃，密度为850kg?m-2o-1850W?m?C。若水的出口温度不超出50℃，换热器的热损失及污垢热阻均可忽视不计，试计算换热器的传热面积。解：QwhCph(T1T2)koSotm若取45Wm1C1第八章精馏解：本题中,正戊烷为易发组分,以A表示，正己烷犯难挥发组分，以B表示。(1)pAo159.16pBo2.94554.04(2)xAP-pBo101.354.040450xB0.55pAo-pBo159.1654.04.或许yAxA2.9450.450.7071(-1)xA11.9450.45解：(1)正戊烷用A表示正己烷为B表示进料液的均匀摩尔质量MxiMi0.4720.68680.4kg/kmol进料量F500062.19kmol/h80.4己知xD0.98xF0.4由＝DxD97%得DFxF0.9762.190.424.62kmol/hFxFxD0.98由F=D+W得W=F-D=依据FxFDxDWxW得5.解：原题改为y=0.5x+由精馏段操作线方程y=+可知(2)由操作线方程可得xD0.2075将R＝3代入R1得xD0.83由进料方程y=+得q＝0.5q1,过热蒸汽进料(4)由进料方程可知－xF0.15将q=－1代入得xF＝0.3q16.解：(1)进料的均匀摩尔质量MxM...kg/kmolii04720686804500062.19kmol/h进料量F80.4己知xD＝0.98xW0.03xF0.4依据

FxFDxDWxWFDW得：

62.190.40.98D0.03W62.19DW解得：D=kmol/hW=kmol/h精馏段操作线方程塔内第二块塔板上涨蒸气构成已知：y1xD0.98由气液均衡方程y1x11(-1)x1＝2.92x1解得x1=1.92x11由操作线方程得：提馏段操作线方程已知LRD2.9224.2270.72kmol/hW=kmol/hxW0.03泡点进料q=1提馏段操作线方程：斜率为，截距为精馏段内上涨蒸气及降落液体的流量提馏段内上涨蒸气及降落液体的流量L’＝L＋qF=+=h解：xD－yq最小回流比Rminyq－xq泡点进料：xq＝xF0.4第九章汲取2.解：mE＝3.81106＝3.76103P101.35.解：依据NADP(pA1－pA2)RTzpBm己知z＝，D2.56105，P=，pA20，25℃时，pA13.168kPapB1101.33.16898.132，pB2101.36.解：据111KGkGHkLE＝mpHSS1030017mpMS32101.3EMS18气膜阻力112.89105kG3.4610-6液膜阻力111043.9105HkL0.0171.511kGKG1.47101kG3.4610KG

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42.5%，即气膜阻力占总阻力的％∴该汲取过程为气膜和液膜阻力共同控制9.解：E5.5104代入上式，得(L0.0310.00155.17102,L1.3(L)672.1V)mi