化工基础（第四版）课后答案-福建师范大学编

化工基础（第四版）课后答案--福建师范大学编

1流体流动和输送

1、液体高度：,器底所受的力：

压强：

指示液为CCl4,其读数：

2、人孔面积：压力：

槽壁面积：

槽壁所受压力：

3、4、

6、（1）求空气的体积流量流通截面：体积流量：

（2）求质量流量表压：

绝压：

空气的平均分子量：当时温度：

空气密度：∴质量流量：

7**、对容器A孔口流速：体积流量：

流出的总体积：

液体降至0.5m处所需时间：

剩余部分为非稳定流动，所需时间：

对于容

B

由于B下端有短管，管内流体在流动中有下拉液体的作用，故需时间短。

8、以水平管中心线为基准面，在1－1，，2－2，间列柏式，

在操作条件下，甲烷的密度：

水柱压差计读数：

9、

10、对孔板流量计：流量与流速度关系：，即，

(1)当读数为80mmHg时，，即误差＝1.2%

(2)读数为20mmHg时，，即误差＝4.9%

(3)指示液为四氯化碳时，∴流量的相对误差与以上相同。

11、

体积流量：质量流量：

导管中苯的流速：

12、忽略阻力，

，，，

将数据代入，得

体积流量：

13、，，,,∴

＝，空气流量：

质量流量：

，

∵，，，

解得，，体积流量：

14、当量直径：

流速：

湍流

15、

相对粗糙度：，查图得

16、

，，查图得

H1=0，H2=10，v1=0，v2=2.2，P2=0

，

17、用试差法求流量，∵λ＝f(Re),Re=f(v),难以直接求解。

由Re～λ图可见，对ε＝0.001的无缝钢管而言，Re在2×104～1×107之间，λ值在0.02～0.028之间，

设λ＝0.025，H1=5，H2=0，P1=P2=0（表压），v1=0

，查图得λ＝0.0235，

苯的体积流量：qv=1.47×0.785×0.0282=0.91L/S

（若设λ＝0.024，qv=0.92L/S）

校核：基本相符。

18、强烈湍流时，λ可看作常数。

，

,

10=1.2764×10-6/d5

d5=1.2764×10-7，∴d=42mm

19、（1）、

（2）、

（3）、

20、（1）、，增加3倍

（2）、

（3）、，增加1倍

21、（1）、,,

,

,

∴

（2）、，，

，，

22、，

查图，λ＝0.034,

∵P1=P2=0，H1=0，动压头可忽略

有效功率：

轴功率：

23、

,

H1=0，v1=0，H2=15，v2=0.74，P1=P2=0（表压）

∴理论功率：

轴功率：

24、

，∴主管中水的流量：

支管中流量：

25、支路管道

26、40mm水柱＝0.4kPa(表压)，绝对压：101.3+0.4=101.4kPa50℃空气密度：

空气在导管中流速：

,,查图λ＝0.026

输送功率：

效率：

27、（1）、更换后，输出量为：扬程：

（2）、两台并联

两台并联后输出水量最多能达到20m3/h，但是在6.3m的扬程下，而不是25m。实际并联两台的输出水量

总小于20m3/h。两台串联的水泵扬程最多为12.5m，但是在流量为10m3/h时，实际串联两台的扬程总

小于12.5m。

28、30℃时水的蒸汽压：当地大气压：

允许安装高度：

现安装在水源上3m处，不能正常运转。

29、允许安装高度＝允许吸上高度－当地大气压低于标准大气压折算的压头－水蒸气压高于20℃水蒸气压

折算的压头－阻力－动压头50℃水蒸气压：12.23kPa，20℃为2.33kPa

蒸汽压之差＝12.23-2.33=9.9kPa=1.01mH2O

大气压之差＝101.3－100=1.3kPa=0.13mH2O

(1)、当流量为20m3/h时

，

允许安装高度：Hg=7.2-0.13-1.01-2-0.32=3.74m

(2)、流量为30m3/h

，

允许安装高度：Hg=5.7-0.13-1.01-2-0.73=1.83m

30、流动型态由Re决定，要使流动型态相似，则两种情况下Re应相等。设1为设备条件，2为模型条件

，

31、（1）、

（2）、，

（3）、

传热

t70060W

960

A0.240.24m2

1、a、散热速率：0.90.6

/A960

t2t1700444℃

10.9

0.24

交界面温度：1

t70060W

360

A0.240.10.24m2

b、0.90.090.6

/A960

tttt700732℃

130

2、根据，A炉气温度：1

/A960

tt6012℃

3320

外界温度：2

0.24

R10.24R226.667

11.020.152

3、各层砖的热阻：12

0.24

R30.267

30.9

3

tttt

1334

70015015060

123

0.246.6670.267

123，2

0.267

0.246.66725501.632

90，∴20.21m

4、设交界面温度为t

200

t308030t150305030230℃

50

12∴2

5、求散热速率

2t23.1412030W

49

l1d10.04810.08810.128m

lnn1lnlnln

d450.0420.150.0480.050.088

nn

求界面温度，设管外壁温度仍＝30℃不变。

1d2493

t2t1ln1202.9710120℃

2ld12

1d1d49

tt（ln2＋ln3)120(2.971034.04)88.5℃

312ldd2

1122求散热速

率,(只包石棉40mm，管外壁温度仍＝30℃不变。)

2tt23.1412030W

1486.4

l1d10.04810.128m

lnn1lnln

d450.0420.150.048

nn求散热速率,(只包软木40mm，

管外壁温度仍＝30℃不变)。

565.5W

28.8

l310.128m

2.9710ln

0.050.048

W

100002

6、设饱和蒸汽的m.K，304kPa饱和蒸汽温度＝134℃

r2242421

2r22.5mm

r21m

∵1，∴2不保温时：

2tt23.1413420W

12257

l1110.0031m

rrr100000.021450.0225150.024

11m22

2tt

12

l11

12

1r11rm12rm22r2

23.1413420W

107.7

10.0030.031m

保温时：100000.021450.02250.150.037150.024

r

ln290

ln

2ltr130

1.57

1rr60

ln2ln2ln

rr30

7、(1)、1，1，∴0.63

2lt

1r1

ln2

rr

（2）、122

1r211901

lnln

rr

1220.1530100.091.342

1r11601

ln2ln

rr0.1530100.06

122，∴0.746

8、(1)、设绝热层外表面温度为t

2l300t2lt20

10.0451

ln

0.150.025120.045，解得t=110℃

2l300t2lt20

10.04510.0451

lnln

（2）、0.150.0250.100.04512(0.045)用试探法求得δ＝0.02m=20mm

(30025)(200175)

t104℃

m30025

ln

200175

9、（1）、并流

(20025)(300175)

t149℃

m20025

ln

（2）、逆流300175

0.0221.2850

Re11220

10、用狄丢斯公式计算0.002

2.510000.002

Pr41.7

0.12，符合应用范围（Re>10000，0.7<Pr<120）∵流体被加热

0.80.40.120.80.4W

0.023RePr0.0231122041.7969.22

∴d0.022m.K

gl32t9.811.2380021103150120

Gr14.51010

2(1.5103)2

11、

C2.21031.5103

Pr22

0.15

10107

PrGr2214.51031910210，为湍流

1

3W

0.135(GrPr)372.62.

∴dmK

釜壁温度认为＝蒸汽温度，主要是因为新器壁的导热系数很大，即钢的导热系数大。

2080

t50℃

12、定性温度：2，定性尺寸＝0.02m

kg3kg

988.130.54910

该温度下的物性参数：m，m.S，Pr3.54

kJ

Cp4.175W0.020.4988.1

0.648Re3144004000

kg.K，m.K.0.54910，为湍流

0.6480.80.4W

0.023144003.5426222

0.02m.K

97

13、∵PrGr10210，属于自然对流中的湍流传热。

1gl32t

3

0.135(GrPr)Gr2

d，其中，小管下标为1，大管为2，则

1

33

Grgl2t/2lGr3ldPrC/

2222221021

Grgl32t/2lGrldPrC/

111，111，1

7

因为温度和物系相同，λ、d、C、μ、ρ、β、Δt均不变，因小管传热时PrGr210，则大管

1

GrPr3

22210

7GrPr

PrGr210，111，

2210

∵At，对单位面积而言，11

∴2101，即单位面积的热损失不同，比值为10。

2Lt

11r1

ln2

rrr

14、11122

110.01251

p1ln0.05335

初始时，令分母＝P120000.011500.011150000.0125

积垢后，令分母＝P2

11r111r221

p2lnln

1r11r221r112r22

110.01110.01251

lnln0.1532

20000.01010.010500.011150000.0125

1

p0.05335

2234.8%

110.1532

∴p1传热量为原来的34.8%

KAt2

15、m，Adln3.140.022543810.74m

5040

t45℃

mqvA38

2，m1

2

qmCtvA138Ct0.50.7850.0238120030009060

J

644328

S

644328J

K1333

At10.7445m2K

m

644328kg

qm10.7

冷流体的质量流量：Ct30004020S

KAtKAt

16、mm600×2×（121－t）=10×5（t-20）解得t=117℃

350100220180

t114.6℃

m1350100

ln

17、并流：220180

350180220100

t143.6℃

m2350180

ln

逆流：220100

At143.6

1m21.25

KAtKAtAt114.6

1m12m22m1

18、（1）、稳定传热12，冷热流体qm、ρ、C相等。

qC120TqCt20KAt

1m22m2∴t2=140-T2，m

5002W

K12250

1000m2K

12

T220120t2

25020qmCt0.00110004000(120T2)

2

5000T220120t2T2100(140T2)

120T21.25

400022

2402T21.25(2T240)2.5T250

∴热流体出口温度：T2=64.4℃冷流体出口温度：t2=140-T2=140-64.4=75.6℃

0.8

2v0.8

0.80.821.74

（2）、冷、热流体的流量都增大1倍∵v，v

1.745002756900W

K4352

1.7450021740mK

tt

qCTT0.00210004000(120T)4352012

m1222

T220120t2

8000120T28700

2

℃

由第一问知，t2140T2，解得T267.9

℃

t2140T272.1

0.8

2v0.81.74500500435000W

0.821.74K317.52

19、v1.745005001370mK

qCTTqCt20q2q

m12m2，mm

160T

t2

2

120T22t250∴，2

qCt200.00210004000t208000t20

m222

120tT20

8000t20KAt317.52022

2m120t

ln2

T20

2

℃

将代入，设T249.2，整理

35.4

35.40.7937535.4

64.6

ln

29.2

方程两边相等，说明假设正确，∴热流体出口温度＝49.2℃。

20、

21、下标1表示热，2表示冷。

qC

m110.5

qC(420370)qC(310285)qC

m11m22，∴m22

qC(420370)qC(t285)

增长后：m11m222

qC

m11(420350)285t

qC2

m22，∴t2320K

420310(370285)

tm197.5K

原来的传热温差：2

420320(350285)

tm282.5K

管长增长后：2

下标1为原来，2为增长后

qCt320285KAtA97.5

2m21.422m21.421.41.655

qCt310285KAtA82.5

1m1，11m1，1

l

21.655

l

∵A2rl，1，故增长65.5%

(2)、并流时

qC

m110.5

qC(420370)qC(310285)qC

m11m22，m22

qC(420350)qC(t285)

增长后：m11m222，∴t2=320K

420285370310

t92.5K

m420285

ln

原来：370310

420285350320

t69.8K

m420285

ln

增长后：350320

A92.5

21.41.855

A69.8

1

∴并流时换热器管长应增加85.5％

KAt

22、m

QqCt10002500(6020)100000000J

m

80010000W

K12740.7

80010000m2K

12，

8040

t57.7K

m80

ln

一侧恒温，40

KAtKdlt

mm

Q100000000

l18008.6m

Kdt7413.140.04857.7

m

Q100000000

D44.3kg

℃饱和蒸汽的汽化热

H2258.3，H100

∴把10吨20℃的盐水加热到60℃，需饱和蒸汽44.3kg

2

23、求换热面积：Andl133.140.02221.8m

热量衡算：油释出热量＝水吸收热量

qCTqCt

mm11

16001400

2200(90T2)4200(t215)

36003600

T21151.67t2

90tT15105Tt

t2222

m90t90t

ln2ln2

T15T15

22

（未完）

KAtqCt

24、mm

10020(100t2)180t2

400520001800001000t2

22

qCtvAC(tt)0.50.128002000(t20)9600t192000

m2122

1800001000t29600t2192000

解得t2=35.1℃

25、冷凝放热量：QDH500880000440000kJ

QqCpt5002800(78.530)67900kJ

冷却放热量：m

QQ507900

q141100J/S

36003600

qCpt

冷却水用量：m

141100kg

q1.68

m

Cp(3515)420020S

67900kJ

218.9

冷却段传热面积A2：3600S，

15℃的水吸收q2的热量温度变为t2

18900

t2.68℃

qCp42001.68

m

t2=t1+2.68=15+2.68=17.68℃

Δt1=T2-t2=78.5-17.68=60.82℃

Δt2=T3-t1=30-15=15℃

60.821545.82

t32.7℃

m60.821.4

ln

15

7001000W

K12411.8

7001000m2K

12

18900

A21.4m2

2Kt411.832.7

m

冷凝段传热面积A1:

440000

1122.2kJ/S

3600

17.68℃的水吸收q1的热量温度变为t3=35℃

(78.517.68)(78.535)17.32

t51.7℃

m78.517.680.335

ln

78.535

35001000W

K12777.8

35001000m2K

12

122200

A13.04m2

1Kt777.851.7

m

2420

dm220.022m

2

A=A1+A2=4.44m2

A4.44

n＝32.12根

dl0.0222

吸收

1、30℃水的饱和蒸气压＝4.24kPa,(p268,表五（一）)

4.24

x0.042

求湿空气中水蒸气的体积分数；101.3

0.04218

xm0.0265

求水蒸气的质量分数：0.042180.95829

0.042180.95829273kg

1.153

求湿空气的密度：22.427330m

*

2、亨利定律为pEx

28600

x0.0515%

1000p*101.3

E4197MPa

18，x5.1510

E197000

m1945

相平衡常数；p101.3

p*101.30.43

x0.0232%

3、根据，,pPyE188000（mol%）

0.0232%44

x0.057%

质量分数：0.0232%4499.976818

p*0.03202.6

x2.28%

4、E267(mol%)质量分数：

2.2817

x2.2%

2.281797.7218

5、进入水的最高含氧量

水的最高含氧量是空气中氧（21％）相平衡的含氧量。

*

p0.211013006

x95.2410

E4.0610

5.2410632kgOg

5.241069.3210629.32

18kgHO3

2m

脱氧后的最低含氧量：

脱氧后水的最低含氧量是与吹扫地氮气中含氧相平衡的含氧量。

*6

p0.0210130060.4991032g

x90.499100.8873

E4.061018m

y0.12

Y0.1360.01

1Y20.0101

6、1y10.12，10.01

被吸收到氨量：