化工原理第三版（管国峰赵汝溥主编）
课后习题答案汇总
上学期（一~四章）
绪论
1）含水份52%的木材共120kg，经日光照晒，木材含水份降至25%，问：共失去水份多少
千克？以上含水份均指质量百分数。
120(1-0.52)=(120-w)(1-0.25)
w=43.2kg
2）以两个串联的蒸发器对NaOH水溶液予以浓缩，流程及各符号意义如图所示，F、G、E皆为NaOH水溶液的质量流量，x表示溶液中含NaOH的质量分数，
W表示各蒸发器产生水蒸汽的质量流量。若，，，
，问：W
1、W
2
、E、x
1
各为多少？
W
1kg/s W
2
kg/s
NaOH
F=6.2Kg/s
2
=0.30
X 0=0.105
W 1:W 2=1:1.15 , X---(Wt),x 1,w 1,w 2,D,E=? 对控制体I ，NaOH 物料衡算：Fx 0=Ex 2
即 6.2×0.105=E ×0.30 ∴E=2.17 kg/s
W 1+W 2=F-E=6.2-2.17=4.03 kg
W 1=4.03/2.15=1.87 kg/s ，W 2=4.03-1.87=2.16 kg/s 对控制体II ，总的物料衡算：G=F-W 1=6.2-1.87=4.33 kg/s Fx 0=Gx 2 即6.2×0.105=4.33x 1,∴x 1=0.15
3)某连续操作的精馏塔分离苯与甲苯。原料液含苯0.45（摩尔分率，下同），塔顶产品含苯0.94。已知塔顶产品含苯量占原料液中含苯量的95%。问：塔底产品中苯的浓度是多少？按摩尔分率计。 [解]：
0.95=
F D FX DX =45
.094
.0?F
D
0413
.0545.094.045.045.094.045.0545.0,445.0=∴?+?=+?=?==∴
W W W
X X WX D F F
W
F D 即又
4)导热系数的SI 单位是W/(m ·℃)，工程制单位是kcal/(m ·h ·℃)。试问1kcal/( m ·h ·℃)相当于多少W/(m ·℃)？并写出其因次式。
1kcal/(m.h.0C)=?J/(m.s.0C)写出导热系数的因次式。 ∵1kcal=4.187×103J,1h=3600s ∴
1
320030../.163
.1..360010187.4..1--===?=T ML T L L L M T L M C
m W C s m J C h m kcal ττττ）（导热系数因次式—时间。——温度，——长度，——质量，—令各基本因次为：
5)已知理想气体通用常数
物理大气压·升/(摩尔·K)，试求采
用J/(kmol ·K)时R 的数值。
解：写出以J/（kmolk ）的单位为理想气体通用常数R 之值。 ∵1物理大气压=1.0133×105N/m 2，1升=10-3m 3
∴R=0.08205
K
kmol J
k kmol m m N K .8314
.)/1010100133.108205.0.3
23
35=???
=?--（摩尔，，升物理大气压
6） 水蒸汽在空气中的扩散系数可用如下经验公式计算：
式中 D ——扩散系数，英尺2/h ；
p ——压强，atm ； T ——绝对压强，
。
试将上式改换成采用SI 单位的形式。各物理量采用的单位是：D —m 2/s ，p —Pa ，T —K 。
解:经验公式的单位换算:
441
1046.15
.24+??=-T T P D
∵1英尺2/h=0.30482/3600m 2/s=2.58×10-5m 2/s,1atm=1.0133×105pa, 温差 1k=1.80R
245
')'(
'10218.9'441
)'8.1()8.1()
100133.11(
'1046.1)10
58.21
(5
.245
.2'545
'
+=
?=+?
??=?---T T P D T T P D
7） 在冷凝器中蒸汽与冷却水间换热，当管子是洁净的，计算总传热系数的
经验式为：
式中 K ——总传热系数，Btu/(ft 2·h ·℉)；
u ——水流速，ft/s 。
试将上式改换成采用SI 单位的形式。各物理量采用的单位是：K —W/(m ·℃)，u —m/s 。
解：经验公式的单位换算：
8.0
100040.01+= ∵1BUT/(ft .h.F)=5.678W/(m .K),1ft/s=0.3048m/s
8
.058.0)'(3937110045.7'1)3048.0/'(2681
00040.0)678.5/1('1u K u K +?=∴+
=-
第1章 流体流动
1某敞口容器内盛有水与油。如图。已知水及油的密度分别为1000和860kg/m 3，解：h 1=600mm ，h 2=800mm ，问H 为多少mm ？
m
h h h m kg m kg mm h mm h 32.181.91080.081.91060.081.9860?
,/860/10,800,6003
3
33
321=∴?=??+??===== 油水ρρ
2.有一幢102层的高楼，每层高度为4m 。若在高楼范围内气温维持20℃不变。设大气静止，气体压强为变量。地平面处大气压强为760mmHg 。试计算楼顶的大气压强，以mmHg 为单位。
??=∴-=???-=??-=???
---?=??=----=---12
7.724,04763.040810190.181.9)760/(10190.181.910190.1)2.2938314/(291514080
5
5
P P p m mHg
P p Ln dz p
dp p p gdz d ②代入①，得
②①解：ρρ
3.某水池，水深4米，水面通大气，水池侧壁是铅垂向的。问：水池侧壁平面每3米宽度承受水的压力是多少N ？外界大气压为1atm 。
N dz gz P F 54
023501045.12/481.9103410013.13)(3?=???+???=+=?水ρ
4．外界大气压为1atm ，试按理想气体定律计算0.20at （表压）、20℃干空气的密度。空气分子量按29计。
345/439.12
.293831429
)1081.020.010013.1(m Kg RT PM =????+?==ρ解：
5．有个外径为R 2、内径为R 1为的空心球，由密度为ρ’的材料制成。若将该球完全淹没在某密度为ρ的液体中，若球能在任意位置停留，试求该球的外径与内径之比。设球内空气重量可略。
3
/1'123
2'3132)/1(/)3/4())3/4(--=∴=-ρρρπρπR R g
R g R R （解：
6．为放大以U 形压差计测气体压强的读数，采用倾斜式U 形压差计。如图。指示液是ρ=920kg/m 3的乙醇水溶液。气体密度为1.20kg/m 3。读数R=100mm 。问p 1与p 2的差值是多少mmHg ？
mmHg 31.23.308
20sin 1.081.9)20.1920(20sin )(:0
021＝解Pa gR P P i =??-=-=-ρρ采用微差U 形压差计测压差。如图。已知U 形管内直径d 为6mm ，两扩大室半径均为80mm ，压差计中用水和矿物油作指示液，密度分别为1000及860kg/m 3。当管路内气体压强p 与外界大气压p 0相等时，两扩大室油面齐平，U 形管两只管内油、水交界面亦齐平。现读得读数R=350mm ，试计算：（1）气体压强p （表）。（2）若不计扩大室油面高度差，算得的气体压强p 是多少？（3）若压差计内只有水而不倒入矿物油，如一般U 形压差计，在该气体压强p 值下读数R 0为多少？
m
R R gR P P Pa
gR P P Pa
D d gR gR P P 0493.081.910008.4847.48035.081.9)8601000()(8.484160/6(35.081.986035.081.9)8601000()/()(000
101202
2
1120=∴?==-=??-=-≈-=??+??-=+-=-即③②）解：①ρρρρρρ
7．某倾斜的等径直管道内有某密度ρ的液体流过。如图。在管道的A 、B 截面设置了两套U 形压差计测压差，下测用的是一般U 形压差计，上测用的是复式U 形压差计，所用的指示液均为密度是ρ1的同一种液体。复式压差计中两段指示液之间的流体是密度为ρ的流过管道内的液体。试求读数R 1与R 2、R 3的关系。
3
213
21)()()(R R R gR gR gR i i i +=∴-+-=-ρρρρρρ 解：
9)将水银倒入到图示的均匀管径的U 形管内，水银高度h 1=0.25m 。然后将水从左支管倒入，测得平衡后左支管的水面比右支管的水银面高出0.40m 。试计算U 形管内水与水银的体积比。
解：
1
习题9附图
如图所示1--1为等压面, ∴p
1=p
1
’
∴ρ水g(R1+R2) = ρ水银gR2 103?(0.4+R2) = 13.6?103R2∴ R2 = 0.0317m
V
水银=
π
4
d2(2h
1
+L)
V
水=
π
4
d2(R
1
+R
2
)
∴ V水银/ V水= (2h1+L)/ (R1+R2) = (2?0.25+0.015)/(0.4+0.0317) = 1.19 10) 一直立煤气管，在底部U形压差计h
1
=120mm，在H=25m高处的U形压差计
h
2
=124.8mm。U形管指示液为水。管外空气密度为1.28kg/m3。设管内煤气及管外空气皆静止，求管内煤气的密度。
2
’
解：
1
’
p 1－p
1
’= ρ
水
?gh
1
??(1)
p 2－p
2
’= ρ
水
?gh
2
??(2)
(1)减(2)，得
(p
1－p
2
)－(p
1
’－p
2
’) = ρ
水
?g(h
1
－h
2
) ??(3)
其中 p
1－p
2
= ρ
煤
?gH，p
1
’－p
2
’ = ρ
空
?gH，代入(3)式,得：
ρ煤?gH－ρ空?gH = ρ水?g(h1－h2)
即ρ
煤= ρ
水
?(h
1
－h
2
)/H＋ρ
空
= 103(0.120－0.1248)/25＋1.28
= 1.088 kg/m3
11．以2”的普通壁厚的水煤气钢管输送15℃的清水，水在管内满流。已知水流速u=1.5m/s，求水的质量流量、质量流速和体积流量。
s
Kg s m uA V m Kg m A mm /306.3999102076.25.1UA W /10309.310206.25.1/99910206.2)0035.02060.0()4/(,6033333
232=???==?=??===?=?-?=----ρρπ质量流量体积流量水的密度壁厚横截面积解：管子，查得外径)/(14999995.12m s kg u G ?=?==ρ质量流速
12．如图所示，质量为3.5kg ，面积为40×46cm 2的一块木板沿着涂有油的斜面等速向下滑动。已知v=1.2m/s ，ζ=1.5mm （油膜厚度）。求滑油的粘度。
从受力分析 Gsin α = τA mg sin α = τA
∴τ = mg A sin α=3.5?9.81?5
13
/(40?46?10-4) = 71.77 N/m 2
τ = μ
dv
dy
= μV δ
∴μ =
τδ
V
= 71.77?1.5?10-3/1.2 = 0.0897 Pa ?s
13．以压缩空气将某液体自储槽压送到高度H=5.0m 、压强p 2为2.5at （表压）
的容器内，如图。已知液体密度ρ=1800kg/m 3，流体的流动阻力为4.0J/kg 。问：所需的压缩空气压强p 1至少为多少at （表压）？
Pa
P u h u P gH P P kg J h
m kg at P m H f f
5412
2
222
1
13
210407.3)
0.41800
1081.95.20.581.9(1800)()2
(2?
,/0.4/1800,(5.2,0.5?=+??+?=∴+++======∑∑表略去表）解：ρρρ
14．水以70m 3/h 的流量流过倾斜的异径管通。如图。已知小管内径d A =100mm ，大管内径d B =150mm ，B 、A 截面中心点高度差h=0.3m ，U 形压差计的指示液为汞。若不计AB 段的流体流动阻力，试问：U 形压差计哪一支管内的指使液液面较高？R 为多少？
支管内的高。
左支管内指示液位比右可见，（即（由①，②式得②
①
解： ,020.0248.210.110
81.910)0.16.132
) /10.1)
15.0)(4/(3600
/70/48.2)15.0)(4/(3600/70)()()(2
)(2)(2
23
32
22
22
2m R R U U gR s m U s m U gR P P U P U P A
B B A i B m A m B B m A A m i -=∴-=??--=
-====
-----=----+=+ρρρππρρρρ
15．水以6.4×10-4m 3/s 的流量流经由小至大的管段内。如图。小管内径d 1=20mm ，大管内径d 2=46mm 。欲测1、2两截面处水的压差，为取得较大的读数R ，采用倒U 形压差计。已知压差计内水面上空是ρ=2.5kg/m 3的空气，读数R=100mm 。求水由1至2截面的流动阻力∑h f 。
kg
J U U P P h
Pa gR P P s m U s m U m m f
i m m /02.12385.0037.2105.978()(5.97810.081.9)5.21000()()(/385.0)046.0)(4/(104.6/037.2)
020.0)(4/(104.62
23
22212
11224
22
4
1=-+-=+-=
=??-=-=-
=?==?=∑--ρ
ρρππ）（）解：
16．水从喷嘴口1-1截面垂直向上喷射至大气。如图。设在大气中流束截面保持
圆形，已知喷嘴内直径d 1=20mm ，出喷嘴口水流速u 1=15m/s 。问：在高于喷嘴出口5m 处水流的直径是多大？忽略摩擦阻力。
解：1--1与2--2之间列柏努利方程 2 2
gz 1＋u 12/2＋p 1/ρ = gz 2＋u 22/2＋p 2/ρ z 1 = 0，z 2 = 5m ，p 1 = p 2 ∴ u 12/2 = gz 2＋u 22/2
∴152/2 = 9.81×5＋u 22/2 1 1
∴ u 2 = 11.26m/s
又， u 1d 12 = u 2d 22 习题16附图 ∴d 2 = (u 1/u 2)1/2d 1 = 151126/.?0.020 = 0.0231 m
17．高、低水库的水面高度差H=42m ，水流量为30m 3/s ，水流的总阻力为4.5mH 2O 。如图。已知透平的效率η=0.78，试计算透平的输出功率。
解：u 1=u 2=0，p 1=p 2，z 2=0，
z 1=H=42m
1--1与2--2间列柏努利方程gz 1+u 12/2+p 1/ρ+W s = gz 2+u 22/2+p 2/W s =－gz 1+∑h f =－9.81?42＋4.5?9.81?103=－368 J/kg
N a = W s ?V ρ =－368?30?103=1.10?107 W
∴N e = N a ?η = 1.10?107?0.78=8.61?106 W=8.61?103 kW 18．某水溶液在圆直、等径管内层流动。管内半径为R 。设测点流速的探针头位置与管轴线的距离为r 。问：测点相对位置 R r /1为多少时该点的点流速等于平均流速？
707
.02/2/])/(1[2/2//])/(1[121max max max 112max ==∴-===-=R r R r V V V U V R r R r V V 即时，令解：一般式：
19．以水平圆直管输送某油品。管内径为d 1，管两段压差为 。因管道腐蚀，拟更换管道。对新装管道要求如下：管长不变，管段压降为原来压降的0.75，而流量加倍。设前后情况流体皆为层流。问：新管道内径d 2与原来管内径d 1之比为多少？
28.1)(75.0321
2
4
2112124
2
=∴
?==??∝
=?d d d d
V V P P d v d ul
P
μ解：层流
20．在机械工程中常会遇到流体在两平行固体壁的间隙中作一维定态流动的情况。如图。设流动为层流。设间隙厚为2y 0，试证流体沿y 轴向点流速呈如下抛物线规律分布：
解：对长度L ，高度y ，宽度为1的流体元作受力与运动分析:
0)()(=---L dy dV Ly dx dP m μ ydy dx dP dV m μ1)(=即： C y dx dP V m +--=∴2
)(1μ
))((21))((1,0,22
02200y y dx
dP V y y dx
dP C V y y m m --=
∴--===μμ又
21．粘度为μ，密度为ρ的液体沿铅垂向平壁膜状流下。如图。设液体层流流动，液膜厚度为δ，平壁宽度为B 。试推导任一流动截面上液体点流速v 随y 的变化
规律，并证明平均流速 μδρ33
g ?
解：取宽为B,长为dx ,高为y 的流体元作受力与运动分析:
0)()(=??--???dx B dy
dV
g y dx B μρ
C y g V ydy g dV +??-=?-=2
.:2
μρμρ即
)(22,0,22
2
y g V g C V y -?=
∴?=
==δμ
ρδμ
ρδ又 3332
23)3(2)(2δ
μ
ρδδμρδμρgB gB V dy y gB dy B V dV ?=-?=?-?=??=
μ
δρδ33
g B V U m ?=
=∴
22)串联两管1、2，d
1=d
2
/2，L
1
=80m，Re
1
=1600，∑h
f1
= 0.54m液柱，∑h
f2
= 56mm
液柱，求L
2
。局部阻力可略。
解：∵Re = 4V
d
ρ
πμ
∝
1
d
，Re
,2
/ Re
,1
= d
1
/ d
2
=1/2，
∴ Re,2 = Re,1 /2 = 1600/2 = 800，两管内皆为层流
又，∑h
f = 32μul / (ρgd2) ∝ 32μVl / (
π
4
d2ρgd2) ∝ l/d4
∑h f,2 /∑h f,1 = (d1/d2)4?l2/l1即 56/540 = (1/2)4?l2/80 ∴l2 = 133 m
23)原ρ
1=920kg/m3，μ
1
=1.30P，现ρ
2
=860kg/m3，μ
2
=1.15P，层流，W
2
/W
1
=1.30
求：?p
f1/?p
f2
。局部阻力不计。
解：层流，?p
f = 32μul / d2= 32μWl / (
π
4
d2?ρ?d2) ∝
μ
ρ
W
∴?p f,2 / ?p f,1 = (μ2/μ1)?(W2/W1)?(ρ1/ρ2) = 115
130
.
.
?1.30?
920
860
= 1.23
24)某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，在管截面上的速度分布可表达为
v=24y-200y2，式中：y ?截面上任一点至管壁的径向距离，m；v ?该点的点流速，m/s。试求：(1)管半径中点处的流速。
(2)管壁处的剪应力。该流体的粘度为0.045P
a
?s。
解：若为层流，v = v
max [1－(r/R)2] = v
max
[(R2－r2)/ R2] = v
max
(R－r)(R+r)/R2
= v
max y(2R－y) / R2 = 2 v
max
y /R－v
max
y2/R2
可见，该流型为层流
∵2v
max / R = 24，v
max
/ R2 = 200，二式相除，得
(v
max / R2) / (2v
max
/ R) = 1/(2R) = 200/24
∴R = 0.06m
i . y = 0.06/2 = 0.03m，v = 24y－200y2 = (24?0.03)－(200?0.032)
=0.54m/s
ii. dv/dy = 24－400y , dv/dy ∣
y=0
= 24
∴τw = μ( dv/dy )y=0 = 0.045?24 = 1.08 N/m2
25) W= 35T/h，H= 20m，?108?4mm，μ = 2840cP，ρ = 952kg/m3，η = 50%， N= 85kW，求包括局部阻力当量管长的总管长。
解： W = 35T/h = 35?103kg/h
d = 108－4?2 = 100mm = 0.1m ，μ = 2840cP = 2.84Pa?s
N
e
= Nη = 85?103?0.5 = 4.25?104 W
W s = N
e
/W = 4.25?104?3600/(35?103) = 4371 J/kg
1--1与2--2间列柏努利方程
gz
1+u
1
2/2+p
1
/ρ+ W
s
= gz
2
+ u
2
2/2+p
2
/ρ+∑h
f
z 1 = 0，z
2
= H = 20m，u
1
= u
2
= 0，p
1
= p
2
∴ W s = gH+∑h f
∴∑h f = W s－gH = 4371－9.81?20 = 4175 J/kg
u =
V A =W A ρ=35?103/ (3600?952?π4
?0.12) = 1.30 m/s Re =du ρ
μ
=
010130952
284
...??= 43.6 < 2000 ∴层流
λ=
64Re =64436
.= 1.47 ∵∑h f = λ?l le d +∑?u 2
/2
∴l le +∑=∑hf d ?λ?2/u 2 = 4175010147?.
.
?2/1.302 = 336 m
26．某有毒气体需通过一管路系统。现拟用水在按1/2尺寸缩小的几何相似的模
型管路系统中做实验予估实际气流阻力。实际气体流速为20.5m/s ，密度为1.30kg/m 3，运动粘度为0.16cm 2/s 。实验用水的密度为1000kg/m 3，运动粘度为0.01cm 2/s 。为使二者动力相似，水流速应为多少？若模型实验测得流动阻力为15.2J/kg ，实际气体的流动阻力是多少？
欲满足动力相似，必须R e,其=R e,水，设气体管径为d, 即水水气（（)01
.0)2/)16.05.20(
U d d ?=? s m U /56.2=∴水 ∑∑∑=∴==?==kg kJ h h U h U P E E E f f
f
m U U U /7.974)56..22
.15()5
.20(
,2
22
2
,,气水气
水气即，动力相似，必ρ
27．某实验室拟建立流体通过圆直、等径管内的阻力测试装置，有两个方案，一个方案是采用20℃清水为工质，水流速不超过3.0m/s ；另一方案以p=1atm 、20℃空气（按干空气计）为工质，流速不超过25.0m/s ，要求最大
。问：两方案需要的管内径各为多少？若管子绝对粗糙度皆为0.1mm ，二者管长与管内径之比都是150，采用以上算得的管径（需按无缝钢管选接近的规格），问：二者最大流速时管路阻力各为多少？
∑∑=??==∴=?=???==?==?=∴???===??===??==∴=?=??==?==?=∴??=====------kg
J U d h R s m U d m m m
d d R s
m u s Pa m kg kg
J u d h R s m U d m m m
d d R s
m u CP m kg f e e f e e /11252
25150024.021024
.0 1003.1)1081.1/(205.125062.0/251061.162/1.0/,368060.01081.1205
.12510/25,1081.1,/205.1/4.182
31500274.0210274
.01002.110/100.3034.0 /0.31094.234/1.0/ ,1360333.0001
.01000
0.310/0.3,1,/10002
2553
5
5532
2533353λλε?μρλλε?μρ查得时，无缝钢管，采用②方案二：查得，时，无缝钢管采用①方案一：
28．试证明流体在圆管内层流时，动能校正系数
。
)(1233
R A A dA V A
U πα=--=
?
流动面积，解： 2/],)/(1[max 2max V U R r V V =-=层流：
?
?-=
-=
R
R
rdr R r A
U V rdr R r V A U 0
3233
max
3
2
max 0
3])/(1[22]})/(1[{1
ππα
2
8)2(28
/12
/0
82))(sin (22
/,;0,0,)/(1,sin /2
32
382/07323
max 6
2/033
max 22=?=∴==?-=?=∴=====-=???R U R U Cos dCos Cos A
U R V d RCos R Cos A
U V R r r Cos R r R r ππαπθθθπθθθθπαπθθθθππ其中当则令
29．试按
规律推导湍流的
值。
60
49
12049212049
1578701]15787[)7/8(2))(1(21(,/1)/1(22max 2max 7/157/81
7/1max 20
1
71
max 0
max 71
=?===
-=-=-=--=∴-=-==--=?=?????
V R V V U x x dx x x V R Rdx x R x V V Rdx
dr x R r x R r rdr
R r V rdr V V S S R R
S πππππ则
其中），令
30．某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，管子内半径为50mm 。在管截面上的流速分布可表达为
，式中：y ——截面上任一点至管壁的径向距离，m ；v ——该点的点流速，m/s 。试求：（1）流型；（2）最大点流速v max 。
解：设v = v max (1－r/R)1/6= v max (
R r R
-)1/6
= (v max /R 1/6)?y 1/6，故该流型为湍流。 又 ∵v max /R 1/6 = v max /(0.050)1/6
= 2.54 ∴v max = 1.54 m/s
31．某直管路长20m ，管子是1”普通壁厚的水煤气钢管，用以输送38℃的清水。新管时管内壁绝对粗糙度为0.1mm ，使用数年后，旧管的绝对粗糙度增至0.3mm ，若水流速维持1.20m/s 不变，试求该管路旧管时流动阻力为新管时流动阻力的倍数。
041
.0 ,1070.327/1.0/1072.4)106814.0/(9.99220.1027.03
4
3=?==?=???=--λε查得解：①新管：d R e
∑=?=kg J h f /8.15220.1027.0200296.02
39
.18.15/9.21//9.212
20.1027.020041.0041.0.011.027/3.0/,1072.4:2
4==∴=?====?=∑新管阻力旧管阻力查得②旧管kg
J h d R f e λε
32．某流体在光滑圆直管内湍流流动，设摩擦系数可按布拉修斯公式计算。现欲使流量加倍，管长不变，管内径比原来增大20%，问：因摩擦阻力产生的压降为原来的多少倍。
41.12.12)()(.2.1,28)4(3164.0875
.475.175.42175.1121
21
2
1275.475
.152225.0522
=====∝
??=
?=∑∑∑d d V V h
h d d V V d V d lV d V d lV h f f f 则当解：
πμ
πρπλ
33．如图所示，某液体在光滑管中以u=1.2m/s 流速流动，其密度为920kg/m 3，粘度为0.82cP 。管内径为50mm ，测压差管段长L=3m 。U 形压差计以汞为指示液。试计算R 值。
解：在1--1与2--2间列柏努利方程：
gz 1+u 12/2+p 1/ρ = gz 2+ u 22/2+p 2/ρ+∑h f 或(p m,1－p m,2)/ρ = ∑h f (u 1= u 2)
∴(ρi －ρ)gR/ρ = (0.3164/Re 0.25)?l
d
?u 2/2
其中Re =
du ρ
μ
= 0.05?1.2?920/(0.82?10-3) = 6.73?104
则(13.6-0.92)?103?9.81R/920=[0.3164/(6.73?104)0.25]?(3/0.050)?(1.22/2)
∴R = 6.28?10-3 m 34．有一高位水槽，其水面离地面的高度为H 。如图。水槽下面接有2”普通壁厚水煤气钢管130m 长，管路中有1只全开的闸阀，4只全开的截止阀，14只标准 90°弯头。要求水流量为10.5m 3/h ，设水温20℃，ε=0.2mm ，问：H 至少需多少米？
432100.7001.0/1032.1053.0,/32.1)053.0(4
3600/5.1053,5.360?=??====?e R s m U m m
d m m π
?解：管子规格：
m 71.92
32.15.175.0144.6417.0232.1053.01300292.0g m 93.102
32.1053.06.11417434.01300292.0232.15.1g 5
.00/m
6.1l 75.090m
34.0l 17.0m 17l 4.60292.01077.353/2.0/2
222e 0e e 3=?
?+?+?==?
?+?++?+?=≈=?==-H H H H A A d ）＋＋（方法二：方法一：＝）
突然缩小（＝，
＝标准弯头
＝，＝阀（全开）闸＝，＝截止阀（全开），查得大小ξξξξλε
35．承第34题，若已知H=20m ，问水流量多少m 3/h ？
h
m V d R s
m U U e /2.14360079.1)053.0(4
029.0.1077.353/2.0/,1049.9001.0/1079.1053.0/79.1,2)053.06.11417434.0130029.05.1(2081.9029
.0323
432
=??=
=?==?=??==?+?+++=?=-π
λλελ正确，计算有效。所设查得解：设 36．有两段管路，管子均为内径20mm 、长8m 、绝对粗糙度0.2mm 的直钢管，其中一根管水平安装，另一根管铅垂向安装。若二者均输送20℃清水，流速皆为1.15 m/s 。竖直管内水由下而上流过。试比较两种情况管两端的额修正压强差与压强差。要用计算结果说明。
∑=====?=??=（与管向无关）
查得解：kg J h d f e /7.10215.1020.080405.00405
.0,01.020/2.0/,103.2001.0/1015.1020.0R 2
43λε 212,1,P P P P m m -=-①水平管：
Pa
Z Z g P P P P gZ P gZ P P P Pa P P P h P P P P U U h U P U P m m m m m m a f m m f m m 434122,1,2122112.,1,42,1,4212,1,212
2
2,211
,1092.8881.9101007.1)()()
()((1007.11007.107.17.101000)
(2
2?=??+?=-?+-=-∴?+-?+=-?=-?==?==-=-∴=++=+∑∑ρρρρρρ 计算同①）动：
②铅垂管。流体向上流
37．有A 、B 两根管道并联。已知：l A =8m ，d A =50mm ，l B =12m ，d B =38mm （上述l 中包含了局部阻力，d 指内径）。流体工质是常压、20℃的空气（按干空气计）。总流量是200kg/h 。问：B 管的质量流量是多少？分支点与汇合点的局部阻力可略。ε皆为0.2mm 。
h
Kg W h Kg W R R h kg W h Kg W W W d R h kg W d R h
Kg W l d l d W W d B d A s
Pa m kg B A B A B B e A e B A B A B A B B B e B A A e A A
A B B
B A B
A
B A B B A A /56,/144,034
.0,1088.2,
0302.0,1063.5,/56,/14458.2/,034.0,0302.0034.0,1026.5/,1091.21081.1038.03600/5.564/5.565.1432000302.0 ,004.0/,1061.51081.1050.03600/5.1434/5.14354.3/54.2(20054
.28
0285.012
031.0)89/50(031.0,0285.0031.0,1026.538/2.0/0285.0,004.050/2.0/1081.1,/205.1]['4,4,'
345
,'
45
,55
5353===?==?=======?=?=????=
=-===?=????=
===???=????====?=====??==-----值与原设的一致，故因核算得的查得查得算得再设查得查得）设在阻力平方区，管：在阻力平方区，管：空气：解‘λλλλλλλεπλεπλλλλλλελεμρ
38．某水塔供水流程如附图的a)图所示，管长为L 。现需增加50%的流量，拟采用b)流程。b)流程中各管管径均与a)流程的相同，其L/2管长为两管并联。设局部阻力不计，所有管内流体流动的摩擦系数λ值均相等且为常数。问：b)方案能否满足要求。
52218)(gd lV H A πλ=解： 522
25222)2/1(8)2/)(2/1(8)(gd V gd V H B πλπλ+
= 的要求。
不满足流量增加001
22
2222
1
50)(265.1,2
1421B V V V V V =+?=∴ 39．某七层的宿舍楼，第四至第七层楼生活用水均来自房顶水箱。如图。若总输
水管为 ''211普通壁厚水煤气钢管，各层楼自来水支管为 ''2
1
普通壁厚水煤气钢
管。所用的阀皆为截止阀。水箱内水深2m 。有关尺寸示于附图。试计算：（1）只开七楼的阀且阀全开时，V 7为多少？（2）当四楼及七楼的阀都全开，五、六楼的阀全关，V 4及V 7及各为多少？计算支管阻力时只计入局部阻力，直管阻力可略。设λ皆为0.040。
s
m V s m V V
V V V V V V V V s
m V s m U U U U U U m
L m L A A m m d m m m m d m m e e /10348.5,/10035.110411.110376.18.111)(1059.704.15301575.0(8)101575.02
.104.04.6()041.0(8)041.035.034.1104.0()
4.1181.9()0157
5.0(8)101575.02
.104.04.6()041.0()(8)
041.02.204.05.0()6.1581.9(:
./1047.5/81.22
)1476
.0()
041.02.204.05.0(2)101575.02.104.04.6(2.481.91476.0)41/75.15(35.0;2.1,,5.00/;4.6,75.15,75.225.21.41,5.34834733424
8
2
7
8
27454
2
2442244
2274
22743477277
27
72---?=?=?=?+=+?-+++?+=?+++=++-??==∴++++=?=====≈==?=?经试差得：化简，得）七楼的阀②只开四总管①只开七楼得阀：
三通（直通），三通（直入旁出）），
突然缩小（全开阀门阀，支管为解：总管为大小总ππππζζφφ
40．用离心泵将水由水槽送至水洗塔内。水槽敞口。塔内表压为0.85at 。水槽水面至塔内水出口处垂直高度差22m 。已知水流量为42.5m 3/h ，泵对水作的有效功为321.5J/kg ，管路总长110m （包括局部阻力当量管长），管子内径100mm 。试计算摩擦系数λ值。
解：1--1与2--2间列柏努利方程：
gz 1+u 12/2+p 1/ρ+W s = gz 2+ u 22/2+p 2/ρ+∑h f z 1= 0，z 2= 22 m ，u 1= 0，p 1(表)= 0
u 2= V A =42.5/(π
4?0.12?3600) = 1.50 m/s
p 2= 0.85at = 0.85?9.81?104 = 8.34?104 Pa
∴W s = gz 2+u 12/2+p 2/ρ+∑h f 即321.5= 9.81?22+1.502/2+8.34?104/103+∑h f ∴∑h f = 21.2 J/kg
∑h f = λl le d +?u 2/2 = λ110
01.
?1.502/2 = 21.2 ∴λ= 0.0171
1 1
41．35℃的水由高位槽经异径收缩管向下流动。如图。若不考虑流动阻力，为保证水在流经收缩管时不发生汽化现象，收缩管的管径应限制在多大尺寸以上？当地大气压为1atm ，35℃的水的密度为994kg/m 3，饱和蒸汽压为5.62kPa 。H=12m ，h=8m ，d=150mm （内直径）。
习题41附图
解：1] “1--1”至“3--3”列柏努利方程
gz 1+ p 1/ρ+u 12/2= gz 3+ p 3/ρ+ u 32/2 ∵p 1= p 3，z 3 = 0，u 1 = 0
∴u 3 =21gz =298112??.= 15.3 m/s
2] “2--2”至“3--3”列柏努利方程
gz 2+ p 2/ρ+u 22/2= gz 3+ p 3/ρ+ u 32/2
2截面刚液体汽化时，p 2= 5.62kPa ，则
9.81?8+5.62?103/994+u 22/2 = 1.013?105/994+15.32/2 ∴u 2 = 16.4 m/s
3] ∵u 3d 32 = u 2d 22 即 15.3?1502 = 16.4d 22 ∴d 2 = 145 mm
42．如附图所示，水泵抽水打进B 、C 水槽。已知各管内径相等，且A —B 段、A
—C 段和OA 段（不包括泵内阻力）的管道长与局部阻力当量管长之和 相
等。设摩擦系数λ值皆相同，过程定态。求
。
C
化工原理知识 绪论 1、单元操作：（Unit Operations）： 用来为化学反应过程创造适宜的条件或将反应物分离制成纯净品，在化工生产中共有的过程称为单元操作（12）。 单元操作特点： ①所有的单元操作都是物理性操作，不改变化学性质。②单元操作是化工生产过程中共有的操作。③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用设备也是通用的。单元操作理论基础：（11、12） 质量守恒定律：输入=输出+积存 能量守恒定律：对于稳定的过，程输入=输出 动量守恒定律：动量的输入=动量的输出+动量的积存 2、研究方法： 实验研究方法（经验法）：用量纲分析和相似论为指导，依靠实验来确定过程变量之间的关系，通常用无量纲数群(或称准数)构成的关系来表达。 数学模型法（半经验半理论方法）：通过分析，在抓住过程本质的前提下，对过程做出合理的简化，得出能基本反映过程机理的物理模型。（04） 3、因次分析法与数学模型法的区别：（08B） 数学模型法（半经验半理论）因次论指导下的实验研究法 实验：寻找函数形式，决定参数
第二章：流体输送机械 一、概念题 1、离心泵的压头（或扬程）： 离心泵的压头（或扬程）：泵向单位重量的液体提供的机械能。以H 表示，单位为m 。 2、离心泵的理论压头： 理论压头：离心泵的叶轮叶片无限多，液体完全沿着叶片弯曲的表面流动而无任何其他的流动，液体为粘性等于零的理想流体，泵在这种理想状态下产生的压头称为理论压头。 实际压头：离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：1）叶片间的环流，2）流体的阻力损失，3）冲击损失。 3、气缚现象及其防止： 气缚现象：离心泵开动时如果泵壳内和吸入管内没有充满液体，它便没有抽吸液体的能力，这是因为气体的密度比液体的密度小的多，随叶轮旋转产生的离心力不足以造成吸上液体所需要的真空度。像这种泵壳内因为存在气体而导致吸不上液的现象称为气缚。 防止：在吸入管底部装上止逆阀，使启动前泵内充满液体。 4、轴功率、有效功率、效率 有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne 表示。 效率： 轴功率：电机输入离心泵的功率,用N 表示，单位为J/S,W 或kW 。 二、简述题 1、离心泵的工作点的确定及流量调节 工作点：管路特性曲线与离心泵的特性曲线的交点，就是将液体送过管路所需的压头与泵对液体所提供的压头正好相对等时的流量，该交点称为泵在管路上的工作点。 流量调节： 1）改变出口阀开度——改变管路特性曲线； 2）改变泵的转速——改变泵的特性曲线。 2、离心泵的工作原理、过程： 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在此作用下，从叶轮中心被抛向 g QH N e ρ=η/e N N =η ρ/g QH N =
化工原理（上）各章主要知识点 三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算 第一节 流体静止的基本方程 一、密度 1. 气体密度：RT pM V m = = ρ 2. 液体均相混合物密度： n m a a a ρρρρn 22111+++=Λ （m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组 分密度） 3. 气体混合物密度：n n m ρ?ρ?ρ?ρ+++=Λ2211（m ρ—混合气体的密度，?—各组分体积分数） 4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）；若有显著的改变则称为可压缩流体（气体）。 二、.压力表示方法 1、常见压力单位及其换算关系： mmHg O mH MPa kPa Pa atm 76033.101013.03.10110130012===== 2、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准）、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出） 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压 三、流体静力学方程 1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1）从各方向作用于某点上的静压力相等； （2）静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面； （3）在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。 2、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体） )(2112z z g p p -+=ρ )(2121z z g p g p -+=ρρ p z g p =ρ（容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头”—液位高度，p z —位压头 或位头） 上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。 四、流体静力学方程的应用 1、U 形管压差计 指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。 测量液体：)()(12021z z g gR p p -+-=-ρρρ 测量气体： gR p p 021ρ=- 2、双液体U 形管压差计 gR p p )(1221ρρ-=- 第二节 流体流动的基本方程 一、基本概念 1、体积流量（流量s V ）：流体单位时间内流过管路任意流量截面（管路横截面）的体积。单位为13 -?s m 2、质量流量（s m ）：单位时间内流过任意流通截面积的质量。单位为1 -?s kg
化工原理课程设计终稿 成绩华北科技学院环境工程系《化工原理》课程设计报告设计题目分离乙醇-正丙醇二元物系浮阀式精馏塔的设计学生姓名张帆学号200801034215指导老师孙春峰专业班级化工B082班教师评语设计起止日期：2011年6月14日至2011年6月26日化工原理课程设计化工原理课程设计任务书 1.设计题目：分离乙醇—正丙醇二元物系浮阀式精馏塔的设计 2.原始数据及条件：进料：乙醇含量45%，其余为正丙醇分离要求：塔顶乙醇含量99%；塔底乙醇含量% 生产能力：年处理乙醇-正丙醇混合液25000吨，年开工7200小时操作条件：间接蒸汽加热；塔顶压强(绝压)；泡点进料；R=5 3.
设计任务：完成该精馏塔的各工艺设计，包括设备设计及辅助设备选型。画出带控制点的工艺流程图、塔板版面布置图、精馏塔设计条件图。写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。- 2 - 化工原理课程设计目录第一章绪论 4 第二章塔板的工艺设计 5 精馏塔全塔物料衡算5 有关物性数据的计算 5 理论塔板数的计算12 塔径的初步计算14 溢流装置15 塔板分布、浮阀数目与排列1 6 第三章塔板的流体力学计算18 、气相通过浮阀塔板的压降18 、淹塔19 、雾沫夹带20 、塔板负荷性能图20 物沫夹带线20 液泛线21 相负荷上限21 漏液线
22 相负荷下限22 浮阀塔工艺设计计算结果23第四章塔附件的设计25 接管............................................................... ............................................... 25 筒体与封头............................................................... ................................... 27 除沫器............................................................... ........................................... 27 裙座............................................................... ............................................... 27 人孔............................................................... ............................................... 27 第五章塔总体高度的设计............................................................... ........................ 28 塔的顶部空间高度............................................................... ....................... 28 塔的顶部空间高度............................................................... ....................... 28 塔总体高
第一章绪论 1.单元操作：不同化工行业生产过程中所共有的基本的物理操作过程成为单元操作。。 2.单元操作的特点：（1）单元操作都是纯物理操作过程，这些操作只改变物料的状态和物 理性质，并不改变物料的化学性质。（2）单元操作是所有化工生产过程所共有的操作。 （3）某单元操作作用于不同化工生产过程，其所遵循的原理是相同的，进行该操作所用的设备是相同、相似的。 3.单位制：基本单位制，导出单位制，辅助单位制，再加上有关规则，即可构成一种单位 制。 4.过去常用单位制长度时间质量重量 Cgs（物理单位制）cm s g MSK制m s kg 重力制（工程制）m s kgf 5.国际单位制的基本量与基本单位：长度m 时间s 质量kg 物质的量mol 电流 A 热力学温度K发光强度cd(坎德拉) 6.国际单位制的优越性（SI）:(1)通用性：包括所有领域的计量单位。（2）一贯性：是使用 国际单位制导出单位时，不用引入比例系数，而且国际单位制中的任何一个物理量都只有一个单位。 7.目前我国使用《法定计量单位制》：国际单位制和我国制定的若干非国际单位制。 8.单位换算：（1）经验公式单位换算：若已知物理量的单位与经验公式的单位不相符，则 换成经验公式中的指定单位。（2）物理量单位换算：物理量由一种单位制换算成另一种单位制时，不仅单位改变，其数值也改变，即换算时需要引进换算因数。 9.重力单位制与其他单位制的本质区别：在重力单位制中，重力（重量）为基本单位，质 量为导出单位；在其他单位制中，质量为基本单位，重力（重量）为导出单位。1kgf=9.81N 在国际单位制中无重量这物理量. 第二章流体流动 1.流体：液体和气体统称流体。 2.流体的特点：（1）具有流动性，即抗剪和抗张的能力很小。（2）无固定形状，随容器的形状而变化。（3）在外力作用下发生相对运动。 3.流体的密度和粘度：（1）密度：密度是指单位体积流体所具有的质量.是物理性质之一。其影响因素有物性、温度、压力。可压缩流体——密度随温度和压强的变化而变化的流体（气体）。不可压缩流体——密度只随温度变不随压强变的流体（液体）。液体的密度随温度的升高而降低，是因为温度升高，液体分子之间的距离增大，从而密度降低。密度=压强*摩尔质量/（状态常数8.314*温度K）（2）粘度：流体的粘度是指促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。即当速度梯度以一个单位时，由流体粘度产生的剪应力。是流体的物理性质之一，是度量流体粘性大小的物理量。粘度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才会显现出来。从本质上讲，粘度是流体抗拒流动的一种性质，是流体分子间相互吸引而产生的阻碍分子间相对运动能力的量度，即流体流动的内部阻力。影响因素：温度、压强。对于液体，温度升高，粘度降低。因为温度升高，分子之间的距离增大，从而使粘度降低。液体的粘度与压强的关系不大。对于气体，温度升高，粘度升高；压强升高，粘度升高。因为温度升高，分子间距离增大，分子之间相互碰撞的机会增多，从而使粘度升高。 粘度=剪应力/速度梯度 4.（1）绝对压强：以绝对零压为起点计算的压强，称为绝对压强，即流体的真实压强。（2）表压强：当被测压强的绝对压强大于外界大气压强时，所用的测压仪表为压强表，压强表上所测的压强为表压强。表压强=绝对压强-外界大气压强
化工原理 绪论P7 1,2 1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI 单位。 （1）水的黏度μ=0.00856 g/(cm·s) （2）密度ρ=138.6 kgf ?s 2/m 4 （3）某物质的比热容C P =0.24 BTU/(lb·℉) （4）传质系数K G =34.2 kmol/(m 2?h?atm) （5）表面张力σ=74 dyn/cm （6）导热系数λ=1 kcal/(m?h?℃) 解：本题为物理量的单位换算。 （1）水的黏度 基本物理量的换算关系为1 kg=1000 g ，1 m=100 cm 则 )s Pa 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.04 4??=??=??? ?? ??????????????=--μ （2）密度 基本物理量的换算关系为1 kgf=9.81 N ，1 N=1 kg?m/s 2 则 3 242m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=?? ?? ????????????????=ρ （3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1 BTU=1.055 kJ ，l b=0.4536 kg 则 )C kg kJ 005.1C 95F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055.1F lb BTU 24.0??=?? ? ????????????????????????=p c （4）传质系数 基本物理量的换算关系为1 h=3600 s ，1 atm=101.33 kPa 则 ()kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.342 52G ???=? ? ??????????????????=-K （5）表面张力 基本物理量的换算关系为 1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm 则 m N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 742 5 --?=????? ??????????????=σ o o 51F C 9 =
绪论 一、《化工原理》课程的研究对象与性质 1. 研究对象 《化工原理》课程是研究化工生产过程中共有的物理操作过程的基本原理、所用典型设备的结构和设备工艺尺寸的计算与设备选型。通常将这些物理操作过程称为单元操作。 2. 单元操作（Unit Operations） 使物质发生状态、组成、能量上变化的操作称为单元操作。单元操作的研究包括“过程”和“设备”两个方面的内容，故单元操作又称为化工过程和设备。化工原理是研究诸单元操作共性的课程。一切化工生产过程不论其生产规模大小，除化学反应外，其它均可分解为一系列的物理加工过程。这些物理加工过程称为“单元操作”。流体输送、过滤、沉降、搅拌、颗粒流态化、气力输送、加热冷却、蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶等。 3. 《化工原理》课程的内容 ?通过什么样的工程方法和设备来实现其工艺过程？ 反应物如何供给、产物又如何分离？ ?如何提供反应所需的热量及使用反应放出的热量？ ?怎样才能从工业规模生产中获得最佳的经济效益？ 4. 《化工原理》在化工领域中的地位 本课程不是教学生如何合成得到新的物质？如何提取新的物质？如何表征新的物质？这是化学家的事情。化学工程研究的是如何把化学家们的小试研究成果开发放大为中试，再开发为生产规模。是在科学实验与化工之间架桥的工作，是直接为人类服务的创造价值的劳动。 5. 共同的研究对象——传递过程 . 物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改变化学性质； . 它们都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异； . 对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现； . 某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同，进行该操作的设备也往往是通
化工原理绪论 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
绪论 一、《化工原理》课程的研究对象与性质 1.研究对象 《化工原理》课程是研究化工生产过程中共有的物理操作过程的基本原理、所用典型设备的结构和设备工艺尺寸的计算与设备选型。通常将这些物理操作过程称为单元操作。 2.单元操作（UnitOperations） 使物质发生状态、组成、能量上变化的操作称为单元操作。单元操作的研究包括“过程”和“设备”两个方面的内容，故单元操作又称为化工过程和设备。化工原理是研究诸单元操作共性的课程。一切化工生产过程不论其生产规模大小，除化学反应外，其它均可分解为一系列的物理加工过程。这些物理加工过程称为“单元操作”。流体输送、过滤、沉降、搅拌、颗粒流态化、气力输送、加热冷却、蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥、结晶等。 3.《化工原理》课程的内容 通过什么样的工程方法和设备来实现其工艺过程？ 反应物如何供给、产物又如何分离？ 如何提供反应所需的热量及使用反应放出的热量？ 怎样才能从工业规模生产中获得最佳的经济效益？
4.《化工原理》在化工领域中的地位 本课程不是教学生如何合成得到新的物质？如何提取新的物质？如何表征新的物质？这是化学家的事情。化学工程研究的是如何把化学家们的小试研究成果开发放大为中试，再开发为生产规模。是在科学实验与化工之间架桥的工作，是直接为人类服务的创造价值的劳动。 5.共同的研究对象——传递过程 5.1.物理性操作，即只改变物料的状态或物性，并不改变化学性质； 5.2.它们都是化工生产过程中共有的操作，但不同的化工过程中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序各异； 5.3.对同样的工程目的，可采用不同的单元操作来实现； 5.4.某单元操作用于不同的化工过程，其基本原理并无不同，进行该操作的设备也往往是通用的。具体应用时也要结合各化工过程的特点来考虑，如原材料与产品的理化性质，生产规模等。 实际问题的复杂性—过程、体系、设备、工程性强、计算量大 6.单元操作按操作的目的分类如下： 6.1.物料的加压、减压和输送、物料的混合、非均相混合物的分离－－动量传递过程 6.2.物料的加热或冷却――热量传递过程
绪论 第一章 流体流动 要点： 1. 比容 单位质量流体具有的体积，是密度的倒数，单位为m 3/kg 。 2. 黏性是流体的固有属性之一，不论流体处于静止还是流动，都具有黏性。 3. 牛顿黏性定律：x du dy τμ =，所有气体和大多数低分子量液体均属牛顿型流体，如水、空 气等。 4. 理想流体：0μ= 的流体称为理想流体。自然界不不存在真正的理想流体。 5. 不同基准压力之间的换算：表压力 = 绝对压力－大气压力， 真空度 = 大气压力－绝对压力，真空度 = -表压力， 1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H 2O 6. 不可压缩流体的静力学基本方程式： p gz ρ +=常数 1 212p p gz gz ρρ+=+ 0p p gh ρ=+ 21p p h g ρ-= （1）静力学方程式仅适用于连通着的同一种连续的不可压缩静止流体。 （2）在静止的、连续的同种液体内，处于同一水平面上各点的压力处处相等。压力相等的面称为等压面。 7. 雷诺数：Re du ρ μ= 8. 当量直径：4e H d r =，H p A r L = 9. 工程伯努利(Bernoulli)方程：
212e f p g z u W h ρ ??+?+=-∑ 2211221222e f u p u p gz W gz h ρρ +++=+++∑ 22e f u p z H H g g ρ???++=- 有效功率：e m e P q W = 10. 边界层分离：在某些情况下，会出现边界层与固体壁面相脱离的现象。此时边界层内的流体会倒流并产生旋涡，导致流体的能量损失。此种现象称为边界层分离，它是黏性流体流动时能量损失的重要原因之一。 11. 直管摩擦阻力：22 sf f p L u h d λρ?==，2 2sf L u p d ρλ?= 12. 管路上的局部阻力： 22 f u h ζ'=，2 2f u p ρζ'?= 22e f L u h d λ'= or 2 2 e f L u p d ρλ'?= 代入数据 Pa 1854015.081.9)100013600(=??-=-B A p p 第二章流体输送机械 要点： 1. 管路对流体输送机械的能量（J/N 或m ） 2 2e f p u H Z H g g ρ??=?+++∑ 2. 离心泵的有效功率和轴功率 e P Hq g ρ=，1000102e P Hq P ρηη == 3. 影响离心泵性能的因素 （1）流量、压头、泵的效率不随密度而改变；泵的功率与液体密度ρ成正比
三个传递：动量传递、热量传递和质量传递 三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算 第一节 流体静止的基本方程 一、密度 1. 气体密度：RT pM V m == ρ 2. 液体均相混合物密度： n m a a a ρρρρn 2 2 1 1 1 + ++ = （m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组 分密度） 3. 气体混合物密度：n n m ρ?ρ?ρ?ρ+++= 2211（m ρ—混合气体的密度，?—各组分体积分数） 4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）；若有显著的改变则称为可压缩流体（气体）。 二、.压力表示方法 1、常见压力单位及其换算关系： mmHg O mH MPa kPa Pa atm 76033.101013.03.10110130012===== 2、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准）、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出） 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压 三、流体静力学方程 1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1）从各方向作用于某点上的静压力相等； （2）静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面； （3）在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。 2、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体） )(2112z z g p p -+=ρ )(2121z z g p g p -+=ρρ p z g p =ρ（容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头”—液位高度，p z —位压头 或位头） 上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。
新疆工程学院 化工原理课程设计说明书 题目名称：8.78×103kg/h合成氨厂变换气 列管式换热器设计 系部：化学与环境工程系 专业班级：环境科学与工程15-1 学生姓名：张鑫 指导教师：杨智勇 完成日期：2018-1-12
格式及要求 1、摘要 1)摘要正文 (小四，宋体) 摘要内容200～300字为易，要包括目的、方法、结果和结论。 2）关键词 XXXX；XXXX；XXXX (3个主题词) (小四，黑体) 2、目录格式 目录(三号，黑体，居中) 1 XXXXX（小四，黑体） (1) 1.l XXXXX(小四，宋体) (2) 1.1.1 XXXXX(同上) (3) 3、说明书正文格式： 1. XXXXX (三号，黑体) 1．1 XXXXX(四号，黑体) 1.1.1 XXXXX(小四，黑体) 正文：XXXXX(小四，宋体) （页码居中） 4、参考文献格式： 列出的参考文献限于作者直接阅读过的、最主要的且一般要求发表在正式出版物上的文献。参考文献的著录，按文稿中引用顺序排列。 参考文献内容(五号，宋体) 示例如下： 期刊——[序号]作者1，作者2…，作者n．题(篇)名，刊名(版本)，出版年，卷次(期次)。 图书——[序号]作者1，作者2…，作者n．．书名，版本，出版地，出版者，出版年。 5、.纸型、页码及版心要求： 纸型： A4，双面打印 页码：居中，小五 版心距离：高：240mm(含页眉及页码)，宽：160mm 相当于A4纸每页40行，每行38个字。 6、量和单位的使用： 必须符合国家标准规定，不得使用已废弃的单位。量和单位不用中文名称，而用法定符号表示。
第一章 1. 米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管径、管长不变，油温升高，粘度为原来的1/2 ，则摩擦阻力损失为原来的_____倍。 2. 流体在圆形直管中作层流流动，如果流量等不变，只是将管径增大一倍，则阻力损失为原来的_________。 3. 当20℃的甘油(ρ=1261kg.m-3,,μ=1499厘泊)在内径为100mm 的管内流动时,若流速为2.52.5m.s-1时,其雷诺准数Re为__________ ,其摩擦阻力系数λ为________. 4. 当量直径的定义是de＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，对边长为ａ正方形风管当量直径de＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 5. 当量直径的定义是de＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，在套管环间流动的流体，外管的内径是d2，内管的外径是d1，则当量直径d e＝＿＿＿＿＿＿＿＿。 6. 当Re 为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=__________，在管内呈湍流时，摩擦系数λ与____________、_____________有关。 7. 水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器， 当管道上的阀门开度减小后,水流量将__________，摩擦系数____________，管道总阻力损失________（增大、减小、不变）。 8. 当流体在园管内流动时，管中心流速最大，滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为( ) A. U m＝3/2.U maλ B. U m＝0.8U maλ C. U m＝1/2.U maλ 9. 学习流体流动与输送，你认为应解决些什么问题？ 答： 10. 什么叫化工单元操作？常用的化工单元操作有哪些？ 答：
化工原理答案夏清主编包括绪论
化工原理课后习题解答 （夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.） 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算 设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压 强为 98.7×103 Pa。 解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到： = 98.7×103 Pa -13.3×103 设备内的绝对压强P 绝 Pa =8.54×103 Pa = -真空度 = - 13.3×103Pa 设备内的表压强 P 表 2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/?的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方 为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的
圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢 制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23 ×106 Pa ， 问至少需要几个螺钉？ 分析：罐底产生的压力不能超过螺钉 的工作应力即 P 油≤σ 螺 解：P 螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N σ 螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P 油≤σ 螺 得 n ≥ 6.23 取 n min = 7 至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个 U 型管压差计，如本题附图所 示。测得R 1= 400 mm ， R 2 = 50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3 = 50
mm。试求A﹑B两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a–a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解：设空气的密度为ρ g ，其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρ g gh 1 = ρ 水 gR 3 + ρ 水银 ɡR 2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：P A = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa b-b′处 P B + ρ g gh 3 = P A + ρ g gh 2 + ρ 水银 gR 1 P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa 4. 本题附图为远距离 测量控制装置，用以测 定分相槽内煤油和水的 两相界面位置。已知两 吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为
化工原理实验 讲义 东北大学理学院 化学系2016年3月6日
第一章化工原理实验的基本知识 1.1 绪论 《化工原理》主要研究生产过程中各种单元操作的规律，并利用这些规律解决实际生产中的过程问题。该课程紧密联系实际，实践性很强，是化工、环工、生物化工等工科专业学生必修的技术基础课。作为一门研究化工生产过程的工程学科，它已形成了完整的教学内容和教学体系。 化工原理实验是学习、掌握和运用这门课程必不可少的重要教学环节。它与课堂讲授、习题课和课程设计等教学环节构成一个有机的整体。化工原理实验属于工程实验范畴，具有典型的工程特点。每一个单元操作按照其操作原理设置，工艺流程、操作条件和参数变量等都比较接近于工业应用，因此，一个单元操作实验相当于化工生产中的一个基本过程，通过它能建立起一定的工程概念。随着实验的进行，会遇到大量的工程实际问题，对学生来说，可以在实验过程中更实际、更有效地学到更多的工程实验方面的原理和测试手段，可以看到复杂的真实设备与工艺过程同描述这一过程的数学模型之间的关系。学习和掌握化工原理的实验及其研究方法，是学生从理论学习到工程应用的一个重要实践过程。 长期以来，化工原理实验常以验证课堂理论为主，教学安排上也仅作为《化工原理》课程的一部分。近20年来，由于化学工程、石油化工、生物工程的飞跃发展，要求研制新材料，寻找新能源，开发高新科技产品，对化工过程与设备的研究提出了格外能够高的要求，新型高效率低能耗的化工设备的研究也更为迫切。为适应新形势的要求，化工原理实验单独设课，指定实验课的教学大纲，加强学生实践环节的教育，培养有创造性和有独立的科技人才，从而确立化工原理实验在培养学生中应有地位。 1.2 实验教学目的和要求 1.2.1 化工原理实验的教学目的
化工原理绪论、流体流动、流体输送机械 一、填空题 1．一个生产工艺是由若干个__________ 和___________构成的。 2．各单元操作的操作原理及设备计算都是以__________、___________、___________、和___________四个概念为依据的。 3．常见的单位制有____________、_____________和_______________。 4．由于在计量各个物理量时采用了不同的__________，因而产生了不同的单位制。 5．一个过程在一定条件下能否进行，以及进行到什么程度，只有通过__________来判断。 6．单位时间内过程的变化率称为___________。 二问答题 7．什么是单元操作？主要包括哪些基本操作？ 8．提高过程速率的途径是什么？ 9．第一章流体流动 一填空题 1．单位体积流体的质量称为________，它与________互为倒数。 2．流体垂直作用于单位面积上的力，称为____________。 3．单位时间内流经管道任一截面的流体量称为________，其表示方法有________和________两种。 4．当管中流体形成稳定流动时，管中必定充满流体，即流体必定是_________的。 5．产生流体阻力的根本原因是________；而___________是产生流体阻力的第二位原因。另外，管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力_______________。 6．流体在管道中的流动状态可分为______ 和__________两种类型，二者在内部质点运动方式上的区别是_____________________________________。 7．判断液体内处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是_________、___________、________________。 8．流体若由低压头处流向高压头处时，所加入外加功的作用是______________________________。 9．在测量流体的流量时，随流量的增加孔板流量计两侧的压差将_______，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值________。 一、选择题 10．液体的密度随温度的升高而_________。