化工原理_第二章_习题课教材
- 格式:ppt
- 大小:111.00 KB
- 文档页数:14
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:设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa=8.54×103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa2.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) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉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820Kg/㎥。
试求当压差计读数R=68mm时,相界面与油层的吹气管出口距离h。
分析:解此题应选取的合适的截面如图所示:忽略空气产生的压强,本题中1-1´和4-4´为等压面,2-2´和3-3´为等压面,且1-1´和2-2´的压强相等。
根据静力学基本方程列出一个方程组求解解:设插入油层气管的管口距油面高Δh在1-1´与2-2´截面之间P1 = P2 + ρ水银gR∵P1 = P4,P2 = P3且P3 = ρ煤油gΔh , P4 = ρ水g(H-h)+ ρ煤油g(Δh + h)联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g(H-h)+ ρ煤油g(Δh + h)-ρ煤油gΔh 即ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)h= 0.418m6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数,计算管路中气体的表压强p。
第一章绪论习题1.热空气与冷水间的总传热系数K值约为42.99k c a l/(m2・h・℃),试从基本单位换算开始,将K值的单位改为W/(m2・℃)。
[答案:K=50M(m2・C)]。
解:从附录查出:1k c a l=1.1622×10-3K W·h=1.1622W·h所以:K=42.99K c a l/(m2·h·℃)=42.99K c a l/(m2·h·℃)×(1.1622W·h/1k c a l)=50w/(m2·℃)。
2.密度ρ是单位体积物质具有的质量。
在以下两种单位制中,物质密度的单位分别为:S I k g/m2;米制重力单位为:k g f.s2/m4;常温下水的密度为1000k g/m3,试从基本单位换算开始,将该值换算为米制重力单位的数值。
〔答案:p=101.9k g f/s2/m4〕解:从附录查出:1k g f=9.80665k g·m/s2,所以1000k g/m3=1000k g/m3×[1k g f/(9.80665k g·m/s2)]=101.9k g f·s2/m4.3.甲烷的饱和蒸气压与温度的关系符合下列经验公式:今需将式中p的单位改为P a,温度单位改为K,试对该式加以变换。
〔答案:〕从附录查出:1m m H g=133.32P a,1℃=K-273.3。
则新旧单位的关系为:P=P’/133.32;t=T-273.3。
代入原式得:l g(P’/133.32)=6.421-352/(T-273.3+261);化简得l g P=8.546-3.52/(T-12.3).4.将A、B、C、D四种组分各为0.25(摩尔分数,下同)的某混合溶液,以1000m o l/h 的流量送入精馏塔内分离,得到塔顶与塔釜两股产品,进料中全部A组分、96%B组分及4%C组分存于塔顶产品中,全部D组分存于塔釜产品中。
目 录第0章 绪 论0.1 复习笔记0.2 课后习题详解0.3 名校考研真题详解第1章 流体流动1.1 复习笔记1.2 课后习题详解1.3 名校考研真题详解第2章 流体输送机械2.1 复习笔记2.2 课后习题详解2.3 名校考研真题详解第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.1 复习笔记3.2 课后习题详解3.3 名校考研真题详解第4章 传 热4.1 复习笔记4.2 课后习题详解4.3 名校考研真题详解第5章 蒸 发5.1 复习笔记5.2 课后习题详解5.3 名校考研真题详解第6章 蒸 馏6.1 复习笔记6.2 课后习题详解6.3 名校考研真题详解第7章 吸 收7.1 复习笔记7.2 课后习题详解7.3 名校考研真题详解第8章 蒸馏和吸收塔设备8.1 复习笔记8.2 课后习题详解8.3 名校考研真题详解第9章 液-液萃取9.1 复习笔记9.2 课后习题详解9.3 名校考研真题详解第10章 干 燥10.1 复习笔记10.2 课后习题详解10.3 名校考研真题详解第11章 结晶和膜分离11.1 复习笔记11.2 名校考研真题详解第0章 绪 论0.1 复习笔记一、化工原理课程的性质和基本内容1.课程的基本内容(1)单元操作根据各单元操作所遵循的基本规律,将其划分为如下几种类型:①遵循流体动力学基本规律的单元操作,包括流体输送、沉降、过滤、物料混合(搅拌)等。
②遵循热量传递基本规律的单元操作,包括加热、冷却、冷凝、蒸发等。
③遵循质量传递基本规律的单元操作,包括蒸馏、吸收、萃取、吸附、膜分离等。
④同时遵循热质传递规律的单元操作,包括气体的增湿与减湿、结晶、干燥等。
从本质上讲,所有的单元操作都可分解为动量传递、热量传递、质量传递这3种传递过程或它们的结合。
(2)化工原理的基本内容化工原理的基本内容就是阐述各单元操作的基本原理、过程计算及典型设备。
2.课程的研究方法(1)实验研究方法(经验法);(2)数学模型法(半经验半理论方法)。
第一章:流体流动二、本章思考题1-1 何谓理想流体?实际流体与理想流体有何区别?如何体现在伯努利方程上?1-2 何谓绝对压力、表压和真空度?表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系?真空度与绝对压力、大气压力有什么关系?1-3 流体静力学方程式有几种表达形式?它们都能说明什么问题?应用静力学方程分析问题时如何确定等压面?1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失?测量什么量?如何计算?在机械能损失时,直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同? 1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向?1-6何谓流体的层流流动与湍流流动?如何判断流体的流动是层流还是湍流?1-7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动,当水温升高时,Re 将如何变化? 1-8 何谓牛顿粘性定律?流体粘性的本质是什么? 1-9 何谓层流底层?其厚度与哪些因素有关?1-10摩擦系数λ与雷诺数Re 及相对粗糙度d / 的关联图分为4个区域。
每个区域中,λ与哪些因素有关?哪个区域的流体摩擦损失fh 与流速u 的一次方成正比?哪个区域的fh 与2u 成正比?光滑管流动时的摩擦损失fh 与u 的几次方成正比?1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响?何谓流体的光滑管流动?1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时,需要测量管中哪一点的流体流速,然后如何计算平均流速? 三、本章例题例1-1 如本题附图所示,用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。
已知贮槽直径D 为3m ,油品密度为900kg/m3。
压差计右侧水银面上灌有槽内的油品,其高度为h1。
已测得当压差计上指示剂读数为R1时,贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。
试计算当右侧支管内油面向下移动30mm 后,贮槽中排放出油品的质量。
解:本题只要求出压差计油面向下移动30mm 时,贮槽内油面相应下移的高度,即可求出排放量。
首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况,然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。
、第二章 非均相物系分离1、试计算直径为30μm 的球形石英颗粒(其密度为2650kg/ m 3),在20℃水中和20℃常压空气中的自由沉降速度。
解:已知d =30μm 、ρs =2650kg/m 3(1)20℃水 μ=1.01×10-3Pa·s ρ=998kg/m 3设沉降在滞流区,根据式(2-15)m/s 1002.81001.11881.9)9982650()1030(18)(43262---⨯=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=μρρg d u s t 校核流型)2~10(1038.21001.19981002.8103042346-----∈⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==μρt t du Re 假设成立, u t =8.02×10-4m/s 为所求(2)20℃常压空气 μ=1.81×10-5Pa·s ρ=1.21kg/m 3设沉降在滞流区m/s 1018.71081.11881.9)21.12650()1030(18)(25262---⨯=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=μρρg d u s t 校核流型:)2~10(144.01081.121.11018.710304526----∈=⨯⨯⨯⨯⨯==μρt t du Re 假设成立,u t =7.18×10-2m/s 为所求。
2、密度为2150kg/ m 3的烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少?解:已知ρs =2150kg/m 3查20℃空气 μ=1.81×10-5Pa.s ρ=1.21kg/m 3 当2==μρt t du Re 时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径,根据式(2-15)并整理218)(23==-μρμρρρt s du g d 所以μm 3.77m 1073.721.181.9)21.12150()1081.1(36)(36532532=⨯=⨯⨯-⨯⨯=-=--ρρρμg d s 3、直径为10μm 的石英颗粒随20℃的水作旋转运动,在旋转半径R =0.05m 处的切向速度为12m/s ,,求该处的离心沉降速度和离心分离因数。
目录第一章流体流动与输送设备 (2)第二章非均相物系分离 (26)第三章传热 (32)第四章蒸发 (44)第五章气体吸收 (48)第六章蒸馏 (68)第七章干燥 (84)第八章萃取 (92)第一章 流体流动与输送机械1. 燃烧重油所得的燃烧气,经分析知其中含CO 28.5%,O 27.5%,N 276%,H 2O8%(体积%),试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。
解:混合气体平均摩尔质量molkg M y M i i m /1086.281808.02876.032075.044085.03-⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=∑=∴ 混合密度333/455.0)500273(31.81086.28103.101m kg RT pM m m =+⨯⨯⨯⨯==-ρ2.已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m 3和789kg/m 3,试计算50%(质量%)乙醇水溶液的密度。
又知其实测值为935 kg/m 3,计算相对误差。
解:乙醇水溶液的混合密度7895.02.9985.012211+=+=ρρρa a m3/36.881m kg m =∴ρ相对误差:%74.5%10093536.8811%100=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯-实实m m m ρρρ3.在大气压力为101.3kPa 的地区,某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa 。
若在大气压力为90 kPa 的地区,仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作,则此时真空表的读数应为多少?解:''真真绝p p p p p a a -=-=∴kPa p p p p a a 7.73)853.101(90)(''=--=--=真真4.如附图所示,密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。
容器上方的压力表读数为42kPa ,又在液面下装一压力表,表中心线在测压口以上0.55m ,其读数为58 kPa 。
试计算液面到下方测压口的距离。
第2章 流体输送2-1.某离心泵以C 150水进行泵性能实验,体积流量为13h 540m -⋅,泵出口压力表读数为kPa 350,泵入口真空表读数为30kPa 。
若压力表和真空表测压截面间的垂直距离为350mm ,吸入管和压出管内径分别为350mm 及310mm ,试求泵的扬程。
( 答:39.2m ) 解:1313s m 15.0h m 540--⋅=⋅=V q ,()1222s m 99.131.015.04-⋅=⨯⨯==πA q u V , ()1211s m 56.135.015.04-⋅=⨯⨯==πA q u V , gu u g P g P h g u u H H h H 2221222102122210-+++=-+++=ρρ m 2.398.9256.199.18.9100010308.910001035035.02233=⨯-+⨯⨯+⨯⨯+=。
2-2.在一化工生产车间,要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一个高位槽。
已知高位槽液面比贮水池液面高出10m ,管路总长(包括局部阻力的当量长度在内)为400m ,管内径为75mm ,换热器的压头损失为gu 2322,在上述条件下摩擦系数可取为03.0,离心泵在转速1min r 2900-⋅=n 时的q H -特性曲线数据如下表所示。
13s 0.0045m 20m,H -⋅==V q )解:设管路特性曲线为2V Bq A H +=,2228.9108.9232075.040003.010232u ug u d l Z H +=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎪⎭⎫ ⎝⎛++∆=∴λ, ()2075.04⨯⨯==πVV q A q u 代入上式得:()254221003.510075.0168.910V Vq q H ⨯+=⨯⨯+=π,由图可以看出,泵的工作点为两条特性曲线的交点。
工作点:m 20=H ,13s m 0045.0-⋅=V q 。
2-3.某离心泵的额定流量为13h 16.8m -⋅,扬程为18m 。
第二章流体输送机械离心泵特性【2・1】某离心泵用15*的水进行性能实验,水的体积流量为540m3/h,泵出口压力表读数为350kPa,泵入口真空表读数为30kPa o若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm,吸入管与压出管内径分别为350mm及310mm,试求泵的扬程。
解水在15°C时^=995. 7kg/m\ 流墩务= 540n?/h压力表pM = 350kPa<真空表p v = — 30kPa (表压)压力表与真空表测压点垂宜距离h Q =0. 35m计管径d\ =0. 35m, d z =0. 31m管血估弘/3600 540/3600 =皿;流速“1 =----------- = ------------------ = 1. 56 m/s乎d:~X(0. 35)24 4…(就= 】.56X(劇 = 1・99 m/s扬程H=/iu +如二匕+述严pg2g_c ?£- . 350X103-(-30X103) . (1. 99严一(1. 56)2 99T7X9?*8l 十2X9.81=0. 35 + 38. 9 + 0. 076 = 39. 3 m 水柱12-2]原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m3的水溶液,其他性质可视为与水相同。
若管路状况不变,泵前后两个开口容器的液面间的高度不变,试说明:(1)泵的压头(扬程)有无变化:(2)若在泵出口装一压力表,其读数有无变化;(3)泵的轴功率有无变化。
解(1)液体密度增大,离心泵的压头(扬程)不变。
(见教材)(2)液体密度增大,则出口压力表读数将增大。
(3)液体密度p增大,则轴功率卩=也晋旦将增大。
【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min时,水的流量为18m3/h,扬程为20m (H2O)o 试求:(1)泵的有效功率,水的密度为1000kg/m3;(2)若将泵的转速调节到1250r/min 时,泵的流册与扬程将变为多少?解(1)已知<?v=18m3/h, H = 20m 水柱,p=1000kg/m31 o有效功率Pc = X 1000X 9. 81 X20-981 W试求:(1)管路特性方程; (2)转速 幽=1450r/min 时流量g 门=18n?/h,扬程耳=20mH?0柱 转速肥=1250r/min流量g 尸=如竺=18 X 等洱=15・5 m 3 /h* V1 n } 14o0 扬程 =(签「= 20x (醫)2 = 14. 9m 1仏()柱管路特性曲线、工作点、等效率方程【27】 在一化工生产车间,要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一敞口崗位槽.如习题2-4附图所示。
第二章 流体输送机械1.用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。
管路情况如本题附图所示。
启动泵之前A 、C 两压力表的读数相等。
启动离心泵并将出口阀调至某开度时,输油量为39 m 3/h ,此时泵的压头为38 m 。
已知输油管内径为100 mm ,摩擦系数为0.02;油品密度为810 kg/m 3。
试求(1)管路特性方程;(2)输油管线的总长度(包括所有局部阻力当量长度)。
解:(1)管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作1-1’与2-2’截面,以水平管轴线为基准面,在两截面之间列柏努利方程,得到2e e H K Bq =+由于启动离心泵之前p A =p C ,于是g p Z K ρ∆+∆==0则 2e e H Bq = 又 e 38H H ==m])39/(38[2=B h 2/m 5=2.5×10–2 h 2/m 5则 22e e 2.510H q -=⨯(q e 的单位为m 3/h )(2)输油管线总长度2e 2l l u H d gλ+= 39π0.0136004u ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=⨯ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦m/s=1.38 m/s于是 e 22229.810.1380.02 1.38gdH l l u λ⨯⨯⨯+==⨯m=1960 m 2.用离心泵(转速为2900 r/min )进行性能参数测定实验。
在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60 kPa 和220 kPa ,两测压口之间垂直距离为0.5 m ,泵的轴功率为6.7 kW 。
泵吸入管和排出管内径均为80 mm ,吸入管中流动阻力可表达为2f,0113.0h u -=∑(u 1为吸入管内水的流速,m/s )。
离心泵的安装高度为2.5 m ,实验是在20 ℃,98.1 kPa习题1 附图的条件下进行。
试计算泵的流量、压头和效率。
解:(1)泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式(池中水面为基准面),得到∑-+++=10,211120f h u p gZ ρ将有关数据代入上式并整理,得48.3581.95.2100010605.3321=⨯-⨯=u184.31=u m/s则 2π(0.08 3.1843600)4q =⨯⨯⨯m 3/h=57.61 m 3/h(2) 泵的扬程29.04m m 5.081.9100010)22060(3021=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯⨯+=++=h H H H(3) 泵的效率s 29.0457.6110009.81100%100036001000 6.7Hq g P ρη⨯⨯⨯==⨯⨯⨯=68%在指定转速下,泵的性能参数为:q =57.61 m 3/h H =29.04 m P =6.7 kW η=68% 3.对于习题2的实验装置,若分别改变如下参数,试求新操作条件下泵的流量、压头和轴功率(假如泵的效率保持不变)。
化工原理第二版_(下册)夏清贾绍义_课后习题解答化原答案第1章蒸馏1.已知含苯0.5(摩尔分率)的苯-甲苯混合液,若外压为99kPa,试求该溶液的饱和温度。
苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。
t(℃)80.1859095100105某0.9620.7480.5520.3860.2360.11解:利用拉乌尔定律计算气液平衡数据查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压PB 某,PA某,由于总压P=99kPa,则由某=(P-PB)/(PA-PB)可得出液相组成,这样就可以得到一组绘平衡t-某图数据。
以t=80.1℃为例某=(99-40)/(101.33-40)=0.962同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当某=0.5时,相应的温度为92℃2.正戊烷(C5H12)和正己烷(C6H14)的饱和蒸汽压数据列于本题附表,试求P=13.3kPa下该溶液的平衡数据。
温度C5H12223.1233.0244.0251.0260.6275.1291.7309.3KC6H14248.2259.1276.9279.0289.0304.8322.8341.9饱和蒸汽压(kPa)1.32.65.38.013.326.653.2101.3某某某解:根据附表数据得出相同温度下C5H12(A)和C6H14(B)的饱和蒸汽压以t=248.2℃时为例,当t=248.2℃时PB某=1.3kPa查得PA某=6.843kPa得到其他温度下A¸B的饱和蒸汽压如下表t(℃)248251259.1260.6275.1276.9279289291.7304.8309.3化原答案PA某(kPa)6.8438.00012.47213.30026.60029.48433.42548.87353.20089.000101.300PB某(kPa)1.3001.6342.6002.8265.0275.3008.00013.30015.69426.60033.250利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以260.6℃时为例当t=260.6℃时某=(P-PB某)/(PA某-PB某)=(13.3-2.826)/(13.3-2.826)=1平衡气相组成以260.6℃为例当t=260.6℃时y=PA某/P=13.3某1/13.3=1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃)260.6275.1276.9279289某10.38350.33080.02850y10.7670.7330.5240根据平衡数据绘出t-某-y曲线3.利用习题2的数据,计算:⑴相对挥发度;⑵在平均相对挥发度下的某-y数据,并与习题2的结果相比较。