化工原理习题课

可编辑修改精选全文完整版《化工原理》习题集第二章气体吸收1、当总压为101.3 kPa，温度为25℃时，100克水中含氨1克，该溶液上方氨的平衡分压为0.933 kPa；若在此浓度范围内亨利定律适用，试求溶解度系数H和相平衡常数m（溶液密度近似取为1000kg/m3）。

2、含有4%（体积）氨气的混合气体，逆流通过水喷淋的填料塔，试求氨溶液的最大浓度，分别以摩尔分率，质量分率，比摩尔分率，比质量分率表示。

塔内绝对压强为2.03×105 Pa, 在操作条件下，气液平衡关系为p* = 2000x(式中p的单位为mmHg, x为摩尔分率)。

3、已知NO2水溶液的亨利系数如下：指出下列过程是吸收过程还是解吸过程，推动力是多少？并在x - y图上表示。

（1）含NO20.003(摩尔分率)的水溶液和含0.06 (摩尔分率) 的混合气接触，总压为101.3 kPa，T=35℃；（2）气液组成及总压同（1），T=15℃；（3）气液组成及温度同（1），总压达200kPa（绝对压强）。

4、已知某吸收系统中，平衡关系为y = 0.3x ，气膜吸收分系数k y = 1.815×10-4 kmol / (m2.s)，液膜吸收分系数k x = 2.08×10-5 kmol / (m2.s)，并由实验测得某截面上气液相浓度分别为y = 0.014，x = 0.02，试求：（1）界面浓度y i、x i分别为多少？（2）液膜阻力在总阻力中所占的百分数，并指出控制因素；（3）气相推动力在总推动力中所占的百分数。

4、在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为27℃，压力为101.3kPa（绝对压力）。

稳定操作状况下，塔内某截面上的气相中甲醇分压为5.07 kPa，液相中甲醇浓度为2mol / m3。

甲醇在水中的溶解度系数H = 1.995 kmol / (m3.kpa.)，液膜吸收分系数k L = 2.08×10-5 m / s，气膜吸收分系数k G = 1.55×10-5 kmol / (m2.s.kpa.)。

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，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与流速的一次方成正比？哪个区域的与成正比？光滑管流动时的摩擦损失与的几次方成正比？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。

HH1DR11CEFBA10mn11-1附图解：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。

m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。

化工原理第一章习题课(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一、概念题1．某封闭容器内盛有水，水面上方压强为p 0，如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为R 1、R 2和R 3，试判断： 1）R 1 R 2（＞，＜，＝）； 2）R 3 0（＞，＜，＝）；3）若水面压强p 0增大，则R 1 R 2 R 3 有何变化（变大、变小，不变）2．如图所示，水从内径为d 1的管段流向内径为d 2管段，已知122d d =，d 1管段流体流动的速度头为，m h 7.01=，忽略流经AB 段的能量损失，则=2h m ，=3h m 。

3．如图所示，管中水的流向为A →B ，流经AB 段的能量损失可忽略，则p 1与p 2的关系为 。

21)p p A > m p p B 5.0)21+> m p p C 5.0)21-> 21)p p D <4．圆形直管内，Vs 一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的 倍，高度湍流时，h f 是原值的 倍（忽略管壁相对粗糙度的影响）。

5．某水平直管中，输水时流量为Vs ，今改为输2Vs 的有机物，且水μμ2=，水ρρ5.0=，设两种输液下，流体均处于高度湍流状态，则阻力损失为水的倍；管路两端压差为水的 倍。

6．已知图示均匀直管管路中输送水，在A 、B 两测压点间装一U 形管压差计，指示液为水银，读数为R （图示为正）。

则： 1）R 0（>，=，<）2）A 、B 两点的压差p ∆= Pa 。

)()ρρ-i Rg A gh Rg B i ρρρ+-)() )()ρρρ--i Rg gh C gh Rg D i ρρρ--)()3）流体流经A 、B 点间的阻力损失f h 为 J/kg 。

4）若将水管水平放置，U 形管压差计仍竖直，则R ，p ∆ ，f h 有何变化7．在垂直安装的水管中，装有水银压差计，管段很短，1，2两点间阻力可近似认为等于阀门阻力，如图所示，试讨论：1）当阀门全开，阀门阻力可忽略时，1p 2p （＞，＜，＝）；2）当阀门关小，阀门阻力较大时，1p 2p （＞，＜，＝），R （变大，变小，不变）；3）若流量不变，而流向改为向上流动时，则两压力表的读数差p ∆，R ；（变大，变小，不变）。

《化工原理实验课后习题答案》一、流体流动阻力的测定1.如何检验系统内的空气已经被排除干净？答：可通过观察离心泵进口处的真空表和出口处压力表的读数，在开机前若真空表和压力表的读数均为零，表明系统内的空气已排干净；若开机后真空表和压力表的读数为零，则表明，系统内的空气没排干净。

2.U行压差计的零位应如何校正？答：先打开平衡阀，关闭二个截止阀，即可U行压差计进行零点校验3.进行测试系统的排气工作时，是否应关闭系统的出口阀门？为什么？答：在进行测试系统的排气时，不应关闭系统的出口阀门，因为出口阀门是排气的通道，若关闭，将无法排气，启动离心泵后会发生气缚现象，无法输送液体。

4．待测截止阀接近出水管口，即使在最大流量下，其引压管内的气体也不能完全排出。

试分析原因，应该采取何种措施？答：待截止阀接近进水口，截止阀对水有一个阻力，若流量越大，突然缩小直至流回截止阀，阻力就会最大，致使引压管内气体很难排出。

改进措施是让截止阀与引压阀管之间的距离稍微大些。

5．测压孔的大小和位置，测压导管的粗细和长短对实验有无影响？为什么？答：由公式??2?p可知，在一定u下，突然扩大ξ，Δp增大，则压差计读数变大；2u?反之，突然缩小ξ，例如：使ξ＝0.5，Δp减小，则压差计读数变小。

6．试解释突然扩大、突然缩小的压差计读数在实验过程中有什么不同现象？答：hf与很多值有关，Re是其中之一，而λ是为了研究hf而引入的一个常数，所以它也和很多量有关，不能单单取决于Re，而在Re在一定范围内的时候，其他的变量对于λ处于一个相对较差的位置，可以认为λ与Re关系统一。

7.不同管径、不同水温下测定的?～Re曲线数据能否关联到同一曲线？答：hf与很多值有关，Re是其中之一，而λ是为了研究hf而引入的一个常数，所以它也和很多量有关，不能单单取决于Re，而在Re在一定范围内的时候，其他的变量对于λ处于一个相对较差的位置，可以认为λ与Re关系统一。

正如Re在3×103～105范围内，λ与Re的关系遵循Blasius 关系式，即λ=0.3163/Re0.258．在?～Re曲线中，本实验装置所测Re在一定范围内变化，如何增大或减小Re的变化范围？答：Re?du?，d为直管内径，m；u为流体平均速度，m/s；?为流体的平均密度,kg/m3；s。

《化工原理》课程习题集一、单选题1.因次分析法的目的在于( )。

A 得到各变量间的确切定量关系B 得到各无因次数群的确切定量关系C 用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化D 用无因次数群代替变量，使实验结果更可靠2.某物体的质量为1000 kg，则其重量为( )。

A 1000 NB 9810 NC 9810 kgfD 1000/9.81 kgf3.某系统的绝对压力为0.04 MPa，若当地大气压力为0.1 MPa，，则该系统的真空度为（）。

A.0.1 MpaB.0.14 MpaC.0.04 MpaD.0.06 MPa4. 4 ℃水在SI制中密度为( )，重度为( )。

A 1000 kgf·m-3B 1000 kg·m-3C 102 kgf·s2·m-4D 9810 N·m-35. 4 ℃水在在工程单位制中密度为( )，重度为（）。

A 1000 kgf·m-3B 1000 kg·m-3C 102 kgf·s2·m-4D 9810 N·m-36.将含晶体10％的悬浮液送往料槽宜选用（）。

Ａ离心泵Ｂ往复泵Ｃ齿轮泵Ｄ喷射泵7.某泵在运行１年后发现有气缚现象，应（）。

Ａ停泵，向泵内灌液Ｂ降低泵的安装高度Ｃ检查进口管路有否泄漏现象Ｄ检查出口管路阻力是否过大8.离心通风机的铭牌上标明的全风压为100 mmH2O意思是( )。

A 输任何条件的气体介质全风压都达100 mmH2OB 输送空气时不论流量多少，全风压都可达100 mmH2OC 输送任何气体介质当效率最高时，全风压为100 mmH2OD 输送20 ℃，101325 Pa的空气，在效率最高时，全风压为100 mmH2O9.离心泵的实际安装高度( )允许安装高度，就可防止气蚀现象发生。

A 大于B 小于C 等于D 近似于10.操作条件下允许吸上真空高度为H s，允许的最大安装高度为H g,max，泵的入口速度为u1，S H f,0-1为吸入管路单位重量液体的阻力损失，则( )。

第4章 传热4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为,K mW 05.111--⋅⋅=λ厚度 mm 230=b ；绝热砖的热导率为11K m W 151.0--⋅⋅=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0--⋅⋅=λ。

若耐火砖内侧温度为C 10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。

试求：（1）绝热砖的厚度。

绝热砖的尺寸为：mm 230mm 113mm 65⨯⨯; (2) 普通砖外测的温度。

普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5⨯⨯。

(答： ⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344︒=t )解：⑴第一层：1121λb t t A Q -= 第二层：2232λb t t AQ -= ⇒()()32222111t t b t t b -=-λλ⇒()()130940151.0940100023.005.12-=-b ⇒m 446.02=b因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2b 取m 460.0，校核：()()3940460.0151.0940100023.005.1t -=- ⇒C 3.1053︒=t ；⑵()()43332111t t b t t b -=-λλ⇒C 6.344︒=t 。

4-2、某工厂用mm 5mm 170⨯φ的无缝钢管输送水蒸气。

为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚mm 30的矿渣棉，其热导率为11K m 0.065W --⋅⋅ ;第二层为厚mm 30的石棉灰，其热导率为11K m 0.21W --⋅⋅。

管内壁温度为C 3000，保温层外表面温度为C 400。

管道长m 50。

试求该管道的散热量。

无缝钢管热导率为11K m 45W --⋅⋅ （答：kW 2.14=Q ）解：已知：11棉K m 0.065W --⋅⋅=λ，11灰K m 0.21W --⋅⋅=λ查表得：11K m W 54--⋅⋅=钢λ()34323212141ln 1ln 1ln 12d d d d d d t t lQ λλλπ++-= 其中：0606.016.017.0ln ln 12==d d ，302.017.023.0ln ln 23==d d ， 231.023.029.0ln ln34==d d()1m W 28421.0231.0065.0302.0450606.0403002-⋅=++-=πlQ ， kW 2.14W 1042.1502844=⨯=⨯=Q 。

第一章 流体流动习题解答1－1 已知甲城市的大气压为760mmHg ，乙城市的大气压为750mmHg 。

某反应器在甲地操作时要求其真空表读数为600mmHg ，若把该反应器放在乙地操作时，要维持与甲地操作相同的绝对压，真空表的读数应为多少，分别用mmHg 和Pa 表示。

[590mmHg, 7.86×104Pa]解：P （甲绝对）=760-600=160mmHg 750-160=590mmHg=7.86×104Pa1－2用水银压强计如图测量容器内水面上方压力P 0，测压点位于水面以下0.2m 处，测压点与U 形管内水银界面的垂直距离为0.3m ，水银压强计的读数R ＝300mm ，试求 （1）容器内压强P 0为多少？（2）若容器内表压增加一倍，压差计的读数R 为多少？习题1－2 附图[(1) 3.51×104N ⋅m －2 (表压)； (2)0.554m] 解：1. 根据静压强分布规律 P A ＝P 0＋g ρHP B ＝ρ，gR因等高面就是等压面，故P A ＝ P BP 0＝ρ，gR －ρgH ＝13600×9.81×0.3－1000×9.81(0.2+0.3)=3.51×104N/㎡ (表压) 2. 设P 0加倍后，压差计的读数增为R ，＝R ＋△R ，容器内水面与水银分界面的垂直距离相应增为H ，＝H ＋2R∆。

同理， ''''''02Rp gR gH gR g R gH gρρρρρρ∆=-=+∆--000p g g p p 0.254m g g 10009.81g g 136009.812R H R ρρρρρρ⨯∆⨯⨯，，，4，，－（－）－ 3.5110＝＝＝＝－－－220.30.2540.554m R R R ∆，＝＋＝＋＝1－3单杯式水银压强计如图的液杯直径D ＝100mm ，细管直径d ＝8mm 。

第一章流体流动1-1 燃烧重油所得的燃烧气，经分析测知其中含8.5%CO2，7.5%O2，76%N2，8%H2O（体积%）。

试求温度为500℃、压强为101.33×103Pa时，该混合气体的密度。

解M m=M A y A+ M B y B+ M C y C+ M D y D=44⨯8.5%+32⨯7.5%+28⨯76%+18⨯8%=28.26ρ=P M m /(RT)=101.33⨯28.26/(8.314⨯773)=0.455kg/m31-2 在大气压为101.33×103Pa的地区，某真空蒸馏塔塔顶真空表读数为9.84×104Pa。

若在大气压为8.73×104Pa的地区使塔内绝对压强维持相同的数值，则真空表读数应为多少？解塔内绝对压强维持相同，则可列如下等式P a1-9.84×104= P a2-PP = P a2-P a1+9.84×104=8.437×104Pa1-3 敞口容器底部有一层深0.52m的水，其上部为深3.46m的油。

求器底的压强，以Pa表示。

此压强是绝对压强还是表压强？水的密度为1000kg/m3，油的密度为916 kg/m3。

解表压强P(atg)=ρ1gh1+ρ2gh2=1000⨯9.81⨯0.52+916⨯9.81⨯3.46=3.62⨯104Pa绝对压强P(ata)= P(atg)+ P a=3.62⨯104+101.33⨯103=1.37⨯105 Pa1-4 为测量腐蚀性液体贮槽内的存液量，采用如本题附图所示的装置。

控制调节阀使压缩空气缓慢地鼓泡通过观察瓶进入贮槽。

今测得U型压差计读数R=130mmHg，通气管距贮槽底部h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980 kg/m3。

试求贮槽内液体的储存量为多少吨？解压缩空气流速很慢，阻力损失很小，可认为b 截面与通气管出口截面a 压强近似相等，设h 1为通气管深入液面下方距离，因此1-5 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密度为880 kg/m 3。

绪论1解：换算因数： 1.010********/==⋅=⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅sm kg s m s cm g sN m scm g spa scm g∴1g ⋅cm -1⋅s -1=0.1pa ⋅s 2.解：51001325.1Paatm ⨯= 1m N Pa 2=⋅- 1m N J =⋅ 3310m L -= ∴2321001325.1m J m N m N atm L ⨯=⋅⋅⋅⋅⋅⋅-∴21001325.1J atm L ⨯=⋅以J ·mol -1·K -1表示R 的值R =0.08206×1.01325×102 J ﹒mol -1﹒K -1=8.315 J ﹒mol -1﹒K -1第一章 流体流动1. 表压=－真空度=－4.8×104Pa 绝压=5.3×104 Pa2.解：设右侧水面到B ′点高为h 3，根据流体静力学基本方程可知P B =P B ′ 则ρ油gh 2=ρ水gh 3mm mkg mmm kg h 4921000600820h 3323=⋅⨯⋅==--水油ρρ h=h 1+h 3=892mm5解:以图中截面a-a ′为等压面，则P 啊=Pa ′ρ油g(h 1+h 0)=ρ油g(h 2-R+h 0) + ρ水银gR （h 0为水银压差计高液面与容器底部的高度差） ∴ h 2=h 1 + R - ρ水银R/ρ油 = 4 +0.2-13600*0.2/860 = 1.04m6解：h=P(表压)/ ρ水g =81.9*10001000*10 =1.02 m7.解：由公式AVsu =可得 Vs=uA=u πd 2/4=0.8×π×(57-3.5×2)2×10-6/4=1.57×10-3m 3/sWs=Vs ρ=1.57×10-3×1840=2.89kg/ss m kg u AWsG ⋅=⨯===2/147218408.0ρ 9解：以地面以下的水管所在的平面为基准水平面，则：fh Pu gz u P gz ∑+++=++ρρ2222211122Z 1=9m, u 1=0, P 1=P 2=P 0 ,Z 2=4m,u 2=u∴9.81*9=9.81*4+222u +40*222u∴u=1.55m/s,Vs=uA=1.55*3.1415926*0.0252=10.95m3/h 若Vs'=Vs*(1+25%)=1.25Vs,则u'=1.25u=1.9375m/s ∴Z 1-Z 2=7.86m,即将水箱再升高7.86-5=2.86m 10解:Vs=8m3/h 时，该系统管路中水的流速为u 1=4Vs/3600πd 2=4*8/3600*3.1415926*0.0532=1.008m/s以压力表处为截面1-1'，水箱液面为截面2-2'，并以截面1-1'为基准水平面，则：f h Pu gz u P gz ∑+++=++ρρ2222211122Z2-Z1=24m P2=0 u2=0∴P1=(234.93+∑h f )*1000而3424.5001.01000*008.1*053.0Re===μρduε/d=0.2/53=0.00377查表得λ=0.0282 ∴∑h f = （h f + ξ）﹒u 12/2 =（0.0282*100/0.053 + 1）* 1.0082/2 =27.54J/Kg ∴P 1=(234.93+27.54)*1000=0.262MPa即压力表的读数为0.262MPa 时才能满足进水量为8m3/h 的需要。

第六章 习题1、 在101.33KPa 、293K 下，空气中CCl 4的分压为21mmHg,求CCl 4的摩尔分数、摩尔浓度和摩尔比。

解：0276.076021===PP y A33/1015.1293314.833.1010276.0m kmol RT PCAA-⨯=⨯⨯== kmolB kmolA y y Y /0284.00276.010276.01=-=-=2、 在100Kg 水中含有0.015Kg 的CO 2，试求CO 2，的质量分数、质量比和质量浓度。

解：00015.0100015.0==w kgB kgA ww W /105.114-⨯=-=3/15.02m kg co vm A==水ρ3、 在101.3kPa 、20℃下，100kg 水中含氨1kg 时，液面上方氨的平衡分压为0.80kPa ，求气、液相组成。

解：液相：0106.01899171171=+=x 0107.01=-=x x X 3/558.01.0171m kmol c Al == 气相：37.9010Ay Pp-==⨯31096.71-⨯=-=yyY 34/1028.3m kmol RTpc AAg -⨯==4、 在101.3kPa 、10℃，氧与二氧化碳混合气体发生定常扩散过程，已知相距0.3cm 的两截面上氧的分压分别为13.3kpa 和6.66kPa ，又知扩散系数为0.148cm 2/s ，试计算下列两种情形下氧的传质速率N A ,kmol/﹝m 2．s ﹞:①氧与二氧化碳两种气体做等摩尔反向扩散；②二氧化碳的停滞组分。

解：2121122122()0.0139/()101.313.388101.3 6.6694.6494.648891.2894.64ln88103.31.191.28()0.0154/()A A A B B Bm BmA A A BmDmol m s RT kPakPakPa P D Dmol m s RT N P P P PP P N P P P δδ=-=⋅=-==-=-=====⋅-=⋅7、假设6－3中情况服从亨利定律，求E 、m 、H. 解：8、101.3kPa 下，求与空气接触的水中氧的最大浓度及相平衡常数。