化工基础课后习题答案讲解(武汉大学版)

化工基础课后习题

第二章.P69

2.解:

与2_42

J1A2

de=4x44=（4-&）=70

7rd}+7rd2

3.解：对于稳定流态的流体通过圆形管道，有

若将直径减小一半，即2

=4

即液体的流速为原流速的4倍.

4.解:

r2

H=A---

fd2g

r2

；L?U2

心一二，

Hfi

42g

u2=4wpL]=L"d[=2d2

64〃L2%?

2P42g

2

He64〃L}u]

4MM42g

2

64〃L2u2

2g

Hed2u2pd2

J、2

)

64〃J"2

2d22g

2d2-u2p

九二1

11116

Hf,~

.记

4

"16H”

即产生的能量损失为原来的16倍。

6.解：1）雷诺数Re=a4

A

3

其中p=1OOOkg-m9u=1.0加•『

d=25mm=25x10-3m

M=\cp=10-3P5-5

故Re=@

1000xl.0x25xlQ-3

IO-3

=25000

故为湍流。

2)要使管中水层流，则Re42000

即Re二幽咨萼工2000

炉

解得“<0.08/n15-'

7.解：取高位水槽液面为『1’，

A—A'截面为2-2,截面，由伯努利方程

P.U2-pU72__

Z]+—+—L=Z+—2+—+H

Pg2g-2pg2g

其中zt=10m,z2=2m;

Pi=P2；%=0；Hf=Z^

g

16.15〃2

则10=2+——+--------

2x9.89.8

解得

1)A-A'截面处流量u=u2

u=2.17加,『

2)qv=Aup

其中A」乃笛=lx3.14x(100xl(r3)2

44

、、'0

u=2.17m7

qi=7.85xl0-x2.17x3600=61.32-%

15.解：选取贮槽液面为1-1'截面，高位槽液面为2-2,截面,

由伯努利方程得

22

其中：Z[=2m,Q=10根；/=%=°

P,=pvac=-100mmHg

3

=-13.6X10X9.8X0.1=-13332.2pa

p,=0

0-13332.2„〃、19.61000、

2+-------+H=10+(——+44x----)

pge9.8980

H,=\2.08+吆+13332,2=14.08+1.388=15.468

"9.8980xg

„15.468X2X-X(53X10-3)2X980

P==---------4---------------=0.655kw

102102

17.解：取水池液面为1T'截面，高位截面为2-2，截面,

由伯努利方程得

p.U,2〃p,U.2〃

Pg2g~pg2g

其中：….=50m;Pi-P2=°

Hi%8

H=50+—=52.05

e'9.8

7=签箸翳…

19.解：取贮槽液面为1-1‘截面,

蒸发器内管路出口为2-2,截面,

由伯努利方程得

9-)

一+方吁2曦电包

其中，Z]=0,Z]=15〃?;

Pi=0，

-33

p,=-200X10X13.6X10X9.8=-26656pa

“)2%8

”=15+---26656=24.97

09.89.8x1200

P=生”空变头理"632kw

102102x3600

20.解：1)取贮水池液面为1-了截面,

出口管路压力表所在液面为2-2,截面,

由伯努利方程得

22

p,u.p、U.〃

z+—+-L+HTT=z+—+-1-+H

iPg2ge-2pg2g

其中,Z,=0*2=5.0/M；

2

Pi=Q,p2=2.5kgf.cm~

2.5x9.8

2.45x1()5pa

0.0L

忽略出水管路水泵至压力表之间的阻力损失,

则：衡算系统的阻力损失主要为吸入管路的阻力损失:

H-0.2/

“f~/9.8

36

U=----------------7--=---2--.--2----------

3600x%(76X10-3)2

52

„「2.45xlO2.20.2

H„=5.0+---------+------+—

1000x9.82x9.89.8

=5.0+25+0.25+0.02=30.27

0/4"=3。.27><36乂1。。。=3刎

102102x3600

2）

八片梦啜=49

3）取贮槽液面为i-r截面,

水泵吸入管路上真空表处液面为2-2,截面,

由伯努利方程得

22

p,U.p、U.

z+—+—=z+-L^-+—+rHr

iPg2g-2pg2g

其中：Z]=0*2=4.8m;

Pi=0,P?=?

忽略进水管路水泵中真空表至水泵之间的阻力损失,

则：衡算系统的阻力损失为吸入管路的阻力损失:

-0.2/

”H厂79.8

22202

p=-(4.8+-+—)x1000x9.8=-49600pa

22x9.89.8

得真空表的读数为pac=49600P”

23.解：1）取低位槽液面为IT'截面

高位槽液面为2-2,截面

由伯努利方程得

22

%+0+5+〃”％+乙+5+/

pg2g-pg2gf

其中，z,=0,z2=20/72；px=0,p2=0

H『=5,He=20+5=25

w0=25x9.8=245J/kg

2）在管路A、B截面间列伯努利方程得:

6

+乙+喧=%+&+匹+”/

Pg2gPg2gf

三

PgPgd2g

j=2gx会喘啜f+Z.）

PA-PB=3也~PHIO"gR+PH20'gx6

PAPB=30一。〃2。）XR+Pll2。X6

PH20gPH20

Ld%20）xR+「H2°x6

〃=J2gx7Tx（―-------------------------------6）

VLAPHio

=」2gx.005x0.504=2.03〃z•『

V6x0.02

25X2.03X-X0.052X1000

3）P=----------------------=0.976kw

102

4）根据静力学基本方程式：

PB+P〃20g（6+H）=PnggR'+Po

=>PB=PtagR'+Po-0，2og（6+"）

6hRR

PA+PH20gh=+PH2O8+Pn2og（-）+Png8

NPA=PB+PH20g6-pH2OgR+PHKgR

NPA=PHggR'+Po-pH20g（6+H）

+夕〃2og6—P〃2ogR+PtlggR

「0,2

=PPq=PHSgRPH20gH+（pflg-。）gR

=[13.6xl.2-lxl+（13.6-l）x0.04]x9.8xl000

5

=1.55xl0pa

第三章传热过程

pl05

exl解:

z-，41150-30

q"02~0J~0.006

XR--------1-----------1----

4441.070.1445

_______1420________1120=1243卬//

0.187-0.714-0.0001-0.901

q'=300=―1120nZR+4=3.73℃■m2•卬与

Z（R+/?（））

2

/?0=3.73-0.901=2.83℃m”

Ex4解：空气的定性温度T=22°+18。=200℃

2

200℃时空气的物性参数为：p=0.746Kg/m3

%=3.91x10-2W•〃尸KT

〃=2.6、10-55.$q=1.034刈心，℃

u-I5m-s',

dup0.0254x15x0.746

R，.=1.09xl04

2.6xW5

C^J-034X10-X2.6X10-=068

r23.931x10-2

2

a=0.023々R,严（匕严

d

=0.023x3・931xl0二x（1.09xl04）。*x0.6803

0.0254

=53.SW/m2-K

ex5解：水的定性温度T=40-2°=30℃

2

30℃时水的物性参数为：p=995.7Kg/向

8

2=0.61761Vm-1/r-1

〃=80.07x10-56.s

Cp^4.n4KJKg-'-℃

J

a=0.023—(R«)°8(C)°4

d

当〃=\m-s~l时，

%J02xlx995.7=24868.6

〃80.07x10-5

Cm4.174X103X80.07X10^5

P---------------------------------------=5Cz

r20.6176

a=0.023x0-6176x(24868.6)1x(5.41)04

0.002

=4583.5W/—K

当〃=0.3时

凡=%=>7460.58，止匕时，2000<Re<10000

A

6x10

a=0.023x38.85x1.965x7460.58°$x(1-,R)

7460.58'8

=1638W/m2-℃

ex7解：甲烷的定性温度：1=空网=75^

2

0℃条件下：p=0.717Kg/而/l=0.03W•〃尸

〃=1.03xl()TgjsCp=1.7KJKgT.K

由于甲烷是在非圆形管内流动，定性尺寸取de

,,流体截面积

a=4------------

‘润湿周边

-X0.192-37X-X0.0192

4x4------------------------=0.0255

%x0.19+37x乃xO.019

dup_0.0255x10x0.717

R,17728.7

1.03x105

C必_Lxl()3xi.O3xl(r5

P,=0.584

~1~~0.03

由于甲烷被冷却，n=0.3

2

&=0.023—(a)°8(匕产

d.

=0.023x-0-03x(17728.7度x(O.584)03

0.0255

=0.023xl.l76x2505.77x0.851

=57.1W"2.K-I

若甲烷在管内流动:

dup_0.015x10x0.717

=10441.75

R,~i.03xi(r5

a^64.2W-m-2-K-'

Ex8A7；=40-15=25。。，

然=130-33=97°。

AT；-AT,浮3」。。（逆流）

l坐

725

在按照折流校正

P=33T5

=0.16

130-15

130-40u

-5

33-15

6=0.97

△7；=0.97x53.1=51.5℃

10

ex9

(1)

。=4“(工-心)

=1.25xl.9xlO3x(8O-3O)

=118750/f

(2)=30-20=10℃，

AT2=80—40=40°。

40-10

=21.64°C

/.4

(3)

11岗+R+R

R=—=------F玩"‘°

K«0。油4

10.0250.0025x0.025+0.21x10-3+0.176x10-3

3+3+

1.7x100.85xIOx0.02v0.025-0.02

4",01)25

"0.07

0.00251〃产KWT

K=工=398.91卬m-2/t

R

(4)

,th118750

-

-K\tm395.91x21.64

=13.74m2

若近似按平面壁计算，则

仔+凡+凡。

[1+^^+0.21X10-3+0.176X10-3

1.7xlO3885x1()345

K=453.26

A=12.11〃/

exlO

(1)〃=16xl0-3机,4=13x10-3m,

5=1.5x10-3用

1.5x10-3x161]

-------------------------F—

*1森65+40x14.590J

=1/(1.231x10-3+0.0414x10-3+0.011)

=81.5卬,加"・右1

⑵

勺=1/(4+空+-!-、

71aHW«oj

161.5X10-3X161)

+------1--------

13x100040x14.5180J

146.6卬mHKT

exll解:

(1)

a=q“G，（T「Tj=q£（T「T）

50q,“g=25q：“C；

q“Cp=2q“,Cp

-135-60…

△n"=7^r=92.5

3kRm

⑵

a=q“Ep&-G=q；Cp&Y)

70/£,=心，，-2)

4—，2=359tj=50

135-30(P，70^C

M,69.81，A2=—^—=—应上

135右△，,“左2A一

〃30

又流量及物性不变，匕=心

70心1/

A2_九纯,=70x92.5_6475

X-50%“―/-50x69.8—3490.7

7kM,

IA

」=2=1.855，L,=1.855加

44-

exl2解：⑴

c

a=Qn,dPd(1F)=KA',“

193288

=%600x-xUx(90-50)=230x6x\tm

=61.76x1()3=230X6XZV,“

\tm=44.75℃

90-Z-32

AT,”=44.75

90T

"32

t=29.5℃

9、=50%£,

kN”,k^Tm

^1=(lmdCpd(4一A)=4,"/曲(乙一’2)

6L76xlO3=q,“/42x(29.5-18)

q,汕=1.279x103=4.6////

吸收

pl87

巴解:

(1)

8=2026匕

「7.821x10-3/100x10-3一3

C=--/(—―)=2.300mol.m

以A34/1000

8=Cin”=5=空2=].]35、1()-3机o//3p-i

AHK2026"

⑵

P_______1000

=4.895xlO7P,

^A7-1.135xlO-3xl.8xlO-2

g=4.895x1O,x.

E4.895xlO7

m=—=-=--4-8-3-.-2-2-

(3)5

P&1.013xl0

(4)总压提高一倍，E、H值均不变

E4.895x1()7

=242

鼠2.026x1()5

ex9.解:

14

5

y=潦$4a=0.02329

—I—

2964

yy,0.02329

-1-y,-1-0.02329

=0.02329

第一解法:

(3min=仁

q*BX：-X?

又设公q”,c._\-Y

min-2

Cln.B?

X?=0/26.7

X：=

又佃=七2=1.65

Z,BXl7

/2o.7

匕=1.65X1

26.71

002385=000054

126.7x1.65

▽512„.

乂---=Ginol

64

。”,。区=8

qnC=14814.8bno///i=266.66〃%

第二解法:

设吸收率为〃则,%=(1-〃)X

进气量设为a.kg/h

512

77—

a.5%

_a.x95%kmol/

””方29x10-3/h

乂-力」-(注

（佃）min1-77=26.7〃

（佃）=1.65（如）min=1.65x26.7x

q“.Bq“.B25%

q“cx29x10-3

a.95%

qnC=14814.8h”。///?=266.0，%

exlO.（1）=0.02

丫2=匕（1一99%）=0.0002X2=0

当液气比为2.2时，

0.02-0.0002.

—qn―C=--Y--.---Y--,=-------------------=2

「、

qn,Bxx?x

X1=0.009

△x=X-K*=0.02-0.009=0.011

轨=八一与=0.0002

△匕一轨_0.011—0.0002

0.002695

ln^In9

的0.0002

鼻=。。2-°.。°°2=7.35

△工.0.002695

(2)当液气比为1.25时,

”巫迫=0.01584

X1

1.25

NOG=15.17

（3）当X2=0.00011时

16

X1=±(Y—19+X2

0.01584+0.00011=0.01595

(4)当液气比为0.8,溶质的最大回收率时溶液出口达到气液平衡,

Y-Y0.02-^

}20.8

X

r2=0.004

y,-r_0.02-0.0016^

n2g0%

0.02

exll.y.=0,03=0.03093

'1-0.03

X='(1_98%)=0.03093X0.02=0.0006

X?0

1-67273_

:----------x----x(l-3%)=65.16moist

22.4xlO-3303

min==1.28〃=1.28X98%=1.2544

%,8>―1___x

1.282

q.=1.2544x65.16=81.74zno/.5-1

Nn,rCmin

l

qnC=81.74x1.5=122.6mol.s~

X^^-(Y]-Y2)+X2

q“.B

x(0.03093-0.0006)=0.016

122.6

△E7*

=0.03093-1.28x0.016=0.01045

△U七*=00006

AK=竺:些.

AK,

0.01045-0.0006

=0.003465

,0.01045

In

0.0006

N-X

OG轨，

0.03093-0.0006。。

=----------------=0.0

0.003465

q”.B65.16

HOG0.6503

易产60x⑷

1.0

H=HUnCr/xN(n7r0=8.8x0.6503=5.72m

12.⑴

0.05

=0.0526

If1-0.05

y20.00263

y2=0.002637

l-y2-1-0.00263

61.2/58

=0.02033

(1000-61.2)/

718

X?=0

18

y*=2.ox

△H*

=0.0526-2.0x0.02023=0.01214

=与—咚=0.002637

竺-^Y2_0.01214-0.002637

,AK,~,0.01214

In——LIn-------------

\Y20.002637

0.0095

=0.0062

1.527

N-X

0GM,

0.0526-0.002637

=8.06

0.0062

0.556八—273

qR=------------7x0.95x-----

n'B22.4乂10-3298

=21.602mol.s~]

21.602

“OG=-^-=—：=0.744

)xO.8?

^Yax-----------

4

KYa=57J9mol.m-\s-'

(2)

XE

0.0526-0.0026369

=2.4698

0.02023

q“c=2.4698x21.602=53.35mol.s''

4,-53.35x3600

11=0.02023X53.35X3600=3885.37mol

m=58X3885.37=225.4kg

(1)另解：

q，、,c=f

q“.BX]—X2

0.0526-0.0026369

0.02023

气相传质单元数：

N℃=1Ji一厘/-*+厘

丫丫

]mq“,B_QnC2_"12Qn.c

q..c

1，「八2,0.0526-02

]2「2.46980.0026372.4698

2.4698

=8.028

0.7474X—

4

(3)若填料层增加3m,则:

0.0526

N=------——In(1-----------)x----------1----------

。。]212.4698y2'2.4698

-2.4698

r2'=0.0011

又液气比一定，则：

X*=2.4698,XJ=0.02085

XJ

n'=X,'qnB=0.02085x53.35x3600

=4004.45mr?Z

।m=58〃'=232.26kg

WnU：

=232.26—225.4=6.9依

13解：⑴

20

雪22.4

y-^W0—=00753

1000--X22.4

32

Y2=0.0753x(1-0.98)=0.0015

X,=0.0196

X2=0

0.278x1000c,_I

q.,=---------------=12Almol.s

K22.4

々—(XT)

12.41x(0.0753-0.0015)

=q,,c(0.0196-0)

l

qnC=46.72mol.s~'=0.S4kg.s~

(2)

H=HOGNOG

Y]=0.073Y2=0.0015

X]=0.0196X2=0

Y]*=L15X]=0.0225Y2=1,5X2=0

MJi?

丁a

—

0.073-0.0025-0.0015

=0.018

-,0.073-0.0025-

In-------------

0.0015

NOG

0.0753-0.0015一

-------------------=4.1

0.018

0.5x1000

22.4

H°G=0.845m

26.41

H=4.1x0.845=3.46m

14解:

H

(1)HOG

NOG

Yj=O.025Y2=0.0045

Xj=O.008X2=0

Y1*=1.5Xi=0.012Y2=1.5X2=0

,AK=5?

mY-Y

In

-2*

0.025-0.012-0.0045_

,0.025-0.012-=U

In----------------

0.0045

N=j

0.025-0.0045-

-------------------=2.56

0.008

迫=3.91〃z

HOG

2.56

(2)当打'=0.003时

K-匕工一匕

X1

0.025-0.00450.025-0.003

0.008X1

X1=0.0086

22

0.025-1.5x0.0086=0.0121

AK2=Y2-Y2=0.003

Ay=2空

M,AK.

In——L

物

0.0121-0.003

0.0065

,0.0121

In

0.003

N

°G一包,

0.025-0.003

3.38

0.0065

H'=H°G-NOG

=3.91x3.38=13.2〃?

H=13.2-10=3.2〃?

第六章精储

P244

ex2.(l)

^n,F=%,。+

《

ioo=q“Q+%w

100x0.3=qnDx095+qnWx0.05

]

qnD=27.78•kmol-h~

qnW=72.22•kmol7—'

(2)%£=%/+%,产

qnL=RD=27.78x3.5=9723kmol*h-'

3=1

q“L，=97.23+100=197.234

qnV=q,hL+q„,D=97.23+27.78=125.0

qnV.=q“v=125.0lkmol.h~'

+

⑶=Qn,l)Qn.W

CX+CX

ln,FF=%.0XDin,Ww

235=/0+q“w

235x0.84=0.98%。+0.002%"

qnD=201.4

kmol.h'

w=33.6

/?=1,<5=1

=201.4

=q»L+q“.F=4364&机。〃尸

qn.v=q”.L+q“.D=4°2用

qnV=qnV,=402.8•h7?o/.//T

外,(75.3-30)(04x2.68+0.6x4.19)+0.4x1055+0.6x232.

(4)1=----------------------------------------------------------------------------

0.4x1055+0.6x2320

=1.094

⑸精:

RX

y=-----x+-~—d

R+lR+1

3o9

=-x+—=0.75x+0.225

44

sxf

y=x

3-\3-\

进：俗=0.8

=M=i.o

J=1.2

24

y=一4x+0.25

<y=xf=0・5

y=6x-2.5

(6)

1.5x

y=---------

l+0.5x

1.20.4

y=—x------

-0.20.2

4=0.42%=0.521

Rmm0.95-0.521

居仙-10.95-0.42

L=4.30

(8)

y=0.75x+0.21

y=-0.5x+0.66

S1

=-0.5d>=-

=>8-\3

l.5xf-=0.66xf=0.44

交点X：=0.36y=0.48

(10)

y=0.833x+0.15

y{=xd=0.898

3.Ox：

以一2.0x：+l

3.0X；

0.898=

2.0x*+1

X0.746

XQ—X]0.898—%(06

x0-x；-0898-0.746-,

x}=0.806

y=0.833x0.806+0.15=0.821

26

第八章化学反应工程基本原理

P340

(1)

-也=2.58x10%近

dt4

令[阮

h4

[]=PQT

pv—nRt

n_p

vRt

(_"(C心))=.R)2

at

(-d(J))=kc2Rt=kc?

dtC4

kCc=kPRt=2.58xIO"*8.314x450

=9.65x10-3m3-kmol-h~x

k<2=kmol./T

cA1

「],kmol、2jj-3j-i

[]•(———)=kmol-m-h

m

[}=m3-kmol'-h'

(2)

J,-CH,+H

yA.o=1.0000

)~=0.0900

%,o一九

力.0(1+S.)

1一0.09

=83.5%

1x(1+1x0.09)

或

28