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化工原理课后习题答案（夏清、贾绍义主编.化工原理.天津大学出版社,2011.） QQ578571918第一章 流体流动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 ≤ ζ螺解：P 螺 = ρgh ×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nζ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P 油 ≤ ζ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Γh在1－1´与2－2´截面之间P 1 = P2+ ρ水银gR∵P1 = P4，P2= P3且P3 = ρ煤油gΓh ， P4= ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Γh + h）联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Γh + h）-ρ煤油gΓh 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= 0.418ｍ5．用本题附图中串联Ｕ管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，Ｕ管压差计的指示液为水银，两Ｕ管间的连接管内充满水。
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=160mmHg750-160=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 ρH P 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＝＝＝＝－－－22 0.30.2540.554m 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 。
1.1 解：混合气体的平均分子量Mn 为Mn=M y + M y + M y + M y=44×0.085+32×0.075+28×0.76+18×0.08=28.86kg/kmol该混合气体在500℃，1atm 时的密度为ρ==×=0.455kg/m ³ 1.2 解：设备上真空表的绝对压强为绝对压强=大气压―真空度=740―100=640mmHg=640×=8.53×10N/m ²设备内的表压强为 表压强=―真空度=―100mmHg=―（100×）=―1.33×10N/m ² 或表压强=―（100×1.33×10）=―1.33×10N/m ²1.3 解：设通过孔盖中心的0—0水平面上液体的静压强为p ，则p 便是罐内液体作用于孔盖上的平均压强。
根据流体静力学基本方程知p=p +ρg h作用在孔盖外侧的是大气压强p ，故孔盖内外两侧所受压强差为Δp =p ―p = p +ρgh ―ρghΔp=960×9.81(9.6―0.8)=8.29×10N/m²作用在孔盖上的静压力为 Δp ×=8.29×10N每个螺钉能承受的力为螺钉的个数=3.76×10=6.23个1.4 解：U 管压差计连接管中是气体。
若以分别表示气体，水和水银的密度，因为《，故由气体高度所产生 的压强差可以忽略。
由此可认为由静力学基本方程式知 = =1000×9.81×0.05+13600×9.81×0.05=7161N/m ²=7161+13600×9.81×0.4=6.05×10N/m(表压)1.5 解：1）1，2，3三处压强不相等，因为这三处虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体。
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。
3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。
若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？解：KPa.1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。
已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。
试计算容器中液面上方的表压。
解：kPaPa gmρgR ρp ghρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.13300==-=⨯⨯-⨯⨯⨯=-==+1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。
已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h ,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。
解: (1) 大管: mm 476⨯φh kg ρq m V s /1647918319=⨯=⋅= s m d q u V /69.0068.0785.03600/9785.0221=⨯==s m kg u G ⋅=⨯==211/4.1263183169.0ρ (2) 小管: mm 5.357⨯φ质量流量不变 h kg m s /164792=s m d q u V /27.105.0785.03600/9785.02222=⨯==或: s m d d u u /27.1)5068(69.0)(222112=== s m kg u G ⋅=⨯=⋅=222/4.2325183127.1ρ1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。
现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。
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。
第七章 吸收1,解：（1）（2） H,E 不变，则 (3)2，解：同理也可用液相浓度进行判断3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。
现，故HCl 在水中的扩散系数.水的缔和参数分子量粘度 分子体积4，解:吸收速率方程1和2表示气膜的水侧和气侧，A 和B 表示氨和空气代入式x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm.5，解：查，008.0=*y 1047.018100017101710=+=x 764.001047.0008.0===*x y m Pa mp E 451074.710013.1764.0⨯=⨯⨯==Pa m kmol E C H ⋅⨯=⨯==3441017.71074.75.55KPa P 9.301=2563.0109.3011074.734⨯⨯==P E m 0195.0109.301109.533=⨯⨯=*y 01047.0=x 862.101047.00195.0===*x y m Pa mp E 531062.5109.301862.1⨯=⨯⨯==Pa m kmol E C H ⋅⨯=⨯==-35510875.91062.55.5509.0=y 05.0=x x y 97.0=*09.00485.005.097.0=<=⨯=*y y 吸收∴atm P 1=,293k T =,5.36=A M ,29=B M 5.215.1998.1=+=∑AV()()smD G 25217571071.11.205.2112915.36129310212121--⨯=+⨯+⨯=L D ,6.2=α,18=s M (),005.1293CP K =μmol cm V A 33.286.247.3=+=()()s m s cm D L 29256.081099.11099.13.28005.1293136.2104.721---⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=或()()()12A A BM A P P P P RTx D N --=3107.53.10105.0m kN P A =⨯=2266.0m kN P A =212.96065.53.101m kN P B =-=226.10066.03.101m kN P B =-=()24.986.1002.9621m kN P BM =+=()()()07.566.04.983.101295314.81024.01043-⨯⨯-=--x s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数下C 80cm s cm T T D D 25275.175.112121044.3344.029*******.0-⨯==⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=水的蒸汽压为，时间 6,解：画图7,解：塔低：塔顶：2.5N 的NaOH 液含 2.5N 的NaOH 液的比重＝1.1液体的平均分子量：通过塔的物料衡算，得到如果NaOH 溶液相当浓，可设溶液面上蒸汽压可以忽略，即气相阻力控制传递过程。
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;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2p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＝,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=8．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：Redu,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; 为流体的平均黏度,Pa·8．本实验以水作为介质,作出～Re曲线,对其他流体是否适用为什么答：可以使用,因为在湍流区内λ=fRe,;说明在影响λ的因素中并不包含流体d本身的特性,即说明用什么流体与-Re无关,所以只要是牛顿型流体,在相同管路中以同样的速度流动,就满足同一个-Re关系;9．影响值测量准确度的因素有哪些答：2dp,d为直管内径,m；为流体的平均密度,kg/m3；u为流体平均速2u度,m/s；p为两测压点之间的压强差,Pa;△p=p1-p2,p1为上游测压截面的压强,Pa；p2为下游测压截面的压强,Pa 离心泵特性曲线的测定1.为什么启动离心泵前要先灌泵如果灌水排气后泵仍启动不起来,你认为可能是什么原因答：离心泵若在启动前未充满液体,则泵壳内存在空气;由于空气密度很小,所产生的离心力也很小;此时,在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内;虽启动离心泵,但不能输送液体;泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏,即使电机的三相电接反了,泵也会启动的;2．为什么启动离心泵时要关出口调节阀和功率表开关启动离心泵后若出口阀不开,出口处压力表的读数是否会一直上升,为什么答：关闭阀门的原因从试验数据上分析：开阀门意味着扬程极小,这意味着电机功率极大,会烧坏电机;当泵不被损坏时,真空表和压力表读数会恒定不变,水泵不排水空转不受外网特性曲线影响造成的;3．什么情况下会出现气蚀现象答：金属表面受到压力大、频率高的冲击而剥蚀以及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等,使叶轮表面呈现海绵状、鱼鳞状破坏;4．为什么泵的流量改变可通过出口阀的调节来达到是否还有其他方法来调节流量答：用出口阀门调节流量而不用泵前阀门调节流量保证泵内始终充满水,用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压,使叶轮氧化,腐蚀泵;还有的调节方式就是增加变频装置,很好用的;5．正常工作的离心泵,在其进口管线上设阀门是否合理为什么答：合理,主要就是检修,否则可以不用阀门;6．为什么在离心泵吸入管路上安装底阀答：为便于使泵内充满液体,在吸入管底部安装带吸滤网的底阀,底阀为止逆阀,滤网是为了防止固体物质进入泵内而损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作;7．测定离心泵的特性曲线为什么要保持转速的恒定答：离心泵的特性曲线是在一定转速n下测定的,当n改变时,泵的流量Q、扬程H及功率P也相应改变;对同一型号泵、同一种液体,在效率η不变的条件下,Q、H、P随n的变化关系如下式所示见课本81页当泵的转速变化小于20%时,效率基本不变;8．为什么流量越大,入口真空表读数越大而出口压力表读数越小答：据离心泵的特征曲线,出口阀门开大后,泵的流速增加,扬程降低,故出口压力降低；进口管道的流速增加,进口管的阻力降增加,故真空度增加,真空计读数增加;过滤实验1.为什么过滤开始时,滤液常有些混浊,经过一段时间后滤液才转清答：因为刚开始的时候滤布没有固体附着,所以空隙较大,浑浊液会通过滤布,从而滤液是浑浊的;当一段时间后,待过滤液体中的固体会填满滤布上的空隙从而使固体颗粒不能通过滤布,此时的液体就会变得清澈;2.滤浆浓度和过滤压强对K有何影响答:滤浆浓度越大滤浆的黏度也越大,K值将越小；过滤压强的增大,同时影响比阻和压缩指数,但总体来说K值也会随之增大;4.△q取大一点好还是取小一点好同一次实验△q不同,所得出的K、qe会不会不同Q为什么去平均值答：△q应适当的取,估算实验总用时,大概取7~8个点,可平均取或取不同的△q,得出的k、qe 影响不大；而因为我们算出来的△t/△q是该过滤量段的平均时间,其值在表示该滤液量中段更显其准确性;总传热系数测定实验1.实验过程中,蒸汽温度改变对实验结果有什么影响如何保持蒸汽温度恒定答：蒸汽温度提高,只影响tm, T增大,tm增大,在其它条件不变的情况下,从公式可以看出,对流传热系数减小;措施：及时排除不凝气体和冷凝水,保持蒸汽压力恒定;3.实验过程中,如何判断传热达到稳定答：在实验进行一段时间后,如果在温度显示仪上蒸汽的温度和空气的出口温度都为稳定值,即表示传热达到稳定;4.蒸汽冷凝过程中不凝性气体存在对实验结果会有什么影响应采取什么措施解决答：在套管换热器中,环隙中通水蒸汽,内管管内通空气,水蒸汽冷凝放热加热空气,空气侧对流传热系数i与总传热系数K有以下关系：若有不凝气体存在,使得减小,K减小;措施：因为蒸汽冷凝传热系数很大,空气的传热系数较小,为了提高总传热系数,主要提高管内的传热系数湍动程度比较容易,及时排除不凝气体;1．其它条件不变,只改变回流比对塔的性能有何影响答：精馏中的回流比R,在塔的设计中是影响设备费用塔板数、再沸器、及冷凝器传热面积和操作费用加热蒸汽及冷却水消耗量的一个重要因素,所以应该选择合适的回流比;在操作中,它是一对产品的质量与产量有重大影响而又便于调节的参数;2．进料板的位置是否可以任意选择它对塔的性能有何影响答：冷液进料时,q线斜率大于零,所以提馏段操作线原理平衡线,与其他进料状况相比要想达到相同的分离效果,必须减少板数,但实际板数不会变,使得分离效果更好;进料位置会上移;3．查取进料液的汽化潜热时定性温度如何取答：取进料管入口与出口温度的算术平均值作为进料液的汽化潜热时的定性温度;4．进料状态对精馏塔操作有何影响确定q线需测定哪几个量答：在回流比R、x f、x d、x w一定的情况下,q值减小,即进料前经过预热或者部分汽化,精馏段操作线不变,但提馏段操作线斜率变大越靠近平衡线,所需的理论板数N越多;5．塔顶冷液回流对塔操作有何影响答：冷凝液成为回流液的一部分,由于这部分的冷凝,上升到精馏段的蒸汽量比提留段少,费蒸汽;6．利用本实验装置能否得到98%质量以上的乙醇为什么答：不能;在本次实验中,测出的塔板的效率非常低,仅为40%左右,要达到此值,塔要无限高,与实验高度不符;7．全回流操作在生产中有何实际意义答：塔顶上升的蒸汽经冷凝后全部回流到塔内,这种操作方式叫全回流；塔顶和塔底产品产量均为零,既不想塔内进料也不从塔内取料,无精馏段和提馏段之分,操作线为yn+1=yn,所需理论板数最少；在精馏生产停车时利用全回流可以调整塔使塔稳定8．精馏操作中为什么塔釜压力是一个重要参数它与哪些因素有关答：塔压反映了塔内部组分的变化、塔负荷情况等;9．操作中增加回流比的方法是什么能否采用减少塔顶出料量D的方法答：相同的物系,达到相同的分离要求,若进料状况参数q值越小,对应的最的回流比越大；同一物系分离,进料组成及热状况相同,x d越大,R min就越大,最小回流比与一定分离要求是紧密联系的;10．本实验中,进料状况为冷态进料,当进料量太大时,为什么会出现精馏段干板,甚至出现塔顶既无回流也无出料的现象应如何调节答：进料过大容易导致塔釜部热量负荷升高,引起三点温度下滑；可以换热或提高釜部热量1.测定吸收系数KYa和△P/Z—u关系曲线有何实际意义答：△P/Z —u曲线是描述流体力学的特性也是吸收设备主要参数,为了计算填料塔的动力消耗也需流体力学特性,确定填料塔适宜操作范围及选择适宜的气液负荷;2.测定曲线和吸收系数分别需测哪些量答：空塔气速u；填料层压降△P；塔顶表压大小；吸收系数KYa；空气流量；氨气流量；进塔和出塔气体浓度；操作状态下的温度、压强；塔顶、塔底液相浓度;3.试分析实验过程中气速对KYa和△P/Z的影响;答：由△P/Z—u 曲线可知,当l=0时,随u增大,△P/Z也增大,两者呈直线关系；当l≠0时,随u增大,△P/Z也增大,在截点与液泛点之间呈微小变化,△P/Z增加相对较快,在液泛点以上u稍微增加一些,△P/Z有明显变化,阻力增加,不能下流,而对KYa由于随u增大在一定范围内吸收增大反而不吸收,KYa变为0;4.当气体温度与吸收剂温度不同时,应按哪种温度计算亨利系数答：以为E随物系而变,一定物系T增加E增大,当气体温度与吸收剂温度不同时应用吸收剂温度来计算亨利系数;5.分析实验结果：在其他条件不变的情况,增大气体流量空气的流量,吸收率、吸收系数KYa及传质单元数NOG、传质单元高度HOG 分别如何变化是否与理论分析一致,为什么答：由记录测定两组体积吸收系数可以看出,若是增大空气流量吸收系数KYa减小,那么增大V空气流量时则GA必增大,传质单元高度HOG不变,与理论分析差不多;6.在不改变进塔气体浓度的前提下,如何提高出塔氨水浓度答：当Y1不变时X1=Y1-Y2/L/G+X2知在Y1、Y2都不变时增大X2,即吸收剂所含溶质组成,则可使X1增大,则提高了出塔氨水浓度;7.填料吸收塔塔底为什么必须设置液封管路答：为了防止塔外气体进入塔内影响吸收效率,同时还可以起到稳定塔内气体压力的作用;1.为什么在操作中要先开鼓风机送气,而后通电加热答：先开风机是为了避免空气不流通而烧坏电加热器;2.如果气流温度不同时,干燥速率曲线有何变化答：干燥速率的定义：恒速干燥阶段：湿物料在恒速干燥条件下进行时,物料表面的湿度θ等于空气的湿球温度tw,当tw为定值时,物料表面的空气湿含量HW也为定值;由于物料表面和空气间传热和传质过程与测湿球温度时的情况基本相同;所以dQ/sdt=at-tw,dw/sdt=KhHsw-H而干燥是在恒定空气条件下进行的;故随空气条件而变的α和kH均保持恒定不变,而且 t—tw和 HW-H也为恒定值;由此可知：湿物料和空气间的传热速率及传质速率均保持不变;即湿物料以恒定速率向空气中、气化水分;而且此阶段,空气传给湿物料的湿热恰好等于水分气化所需的汽化热,即dQ=rdH,U=dW/Sdt=kHHt-H=a/rt-tw由此可知,在第一阶段——恒速干燥阶段,U随气流温度升高而增大;降速干燥阶段：由于降速干燥阶段速率取决于物料本身结构、形状和尺寸,而与干燥介质状态参数无关,因此变化不大;3.试分析在实验装置中,将废气全部循环可能出现的后果答：如果将废气全部循环,水分将不能由实验装置中排出;这样直到热气流中水分达到一定含量,气流水分的分压不再小于干燥物料水分的分压,会导致干燥介质为水气所饱和,推动力为零,气流就不能将汽化的水汽带走,干燥就无法进行;4.某些物料在热气流中干燥,希望热气流相对湿度要小；某些要在相对湿度较大的热气流中干为什么答：在化工生产中,由于被干燥物料的形状和性质各不相同,对于干燥后的产品要求也不尽相同,因此对于干燥介质的要求也不同;对于需要在热气流中干燥的物料,如果希望干燥过程的平均推动力较大,干燥介质水汽的分压较小,有一个较大的干燥速率;以较快完成干燥操作,则希望热气流相对湿度要小；相反,如果需要减少空气消耗量及传热量,降低操作费用,则可在相对湿度较大的热气流中干燥;5.物料厚度不同时,干燥速率曲线又如何变化答：AB——预热段；与物料厚度无关；BC——恒速段,与物料厚度也无关；C点——临界点,物料越厚,XC越大CD—降速段,由于是同一物料,物料越厚,X不变,但C’ D 将在CD曲线下方;6.湿物料在70℃～80℃的空气流中经过相当长时间的干燥,能否得到绝干物料答：不能;当物料中所含水分降至平衡含水量时,干燥过程终止。
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m o lkg 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。
化工原理课后习题答案上下册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 786×104Pa]解P甲绝对 760-600 160mmHg750-160 590mmHg 786×104Pa1－2用水银压强计如图测量容器内水面上方压力P0测压点位于水面以下02m处测压点与U形管内水银界面的垂直距离为03m水银压强计的读数R＝300mm 试求1容器内压强P0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[ 1 351×104N m－2 表压 2 0554m]解根据静压强分布规律PA＝P0＋HPB＝gR因等高面就是等压面故PA＝ PBP0＝gR－gH＝13600×981×03－1000×981 0203 351×104N㎡设P0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＋同理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用此压强计测量容器内水面上方的压强p0测压点位于水面以下h＝05m处试求1当压强计读数为R＝300mm杯内水银界面测压点A与细管的垂直距离a＝04m容器内压强p0等于多少2表压p0增加一倍并忽略杯内界面高度的变化读数R为多少3表压p0增加一倍并考虑杯内界面位置的变化读数R为多少习题1－3 附图[ 1 312×104N m－2表压 2 0534m 3 0536m]解因AB两点位于同一平面pA pBP0＝gR－gh＋a＝13600×981×03－1000×98105＋04＝312×104N㎡表压表压加倍后设压强计读数为R若忽略杯内水银界面的变化则与1相比表压加倍后杯内水银面下降了管内水银面上升压强计读数的增加量为由以上两式可得根据等高面即等压面的原理＝此结果表明使用单杯压强计因 h1 h2完全可以忽略杯内界面高度的变化既方便又准确1－4 水从倾斜直管中流过在断面A和断面B接一空气压差计其读数R＝10㎜两测压点垂直距离a＝03m试求1AB两点的压差等于多少2若采用密度为830kg m－3的煤油作指示液压差计读数为多少3管路水平放置而流量不变压差计读数及两点的压差有何变化习题1－4 附图[ 1 304kPa 2 588mm 3 981Pa]解首先推导计算公式因空气是静止的故p1＝p2即pA- gh1 pB- gh2 gR - 1在等式两端加上若忽略空气柱的重量＝981×001×1000＝981N㎡若采用煤油作为指示液管路流量不变不变压差计读数R亦不多变管路水平放置ZA-ZB＝0故1－5在图示管路中水槽液面高度维持不变管路中的流水视为理想流体试求1管路出口流速2管路中ABC各点的压强分别以N㎡和m H2O表示3讨论流体在流动过程中不同能量之间的转换习题1－5 附图[ 1 99m s-1 2 PA -3924kPa -4mH2O PB 981kPa 1mH2O PC -2943kPa -3mH2O 3 略]解1以大气压为压强基准以出口断面为位能基准在断面1-1和2-2间列机械能守恒式可得2相对于所取基准水槽内每kg水的总机械能为W＝Hg＝5gJkg理想流体的总机械能守恒管路中各点的总机械能皆为W因此A点压强PA＝-4×1000×981＝-3924×104Nm2或-4m H2OC点压强由于管内流速在1中已经求出从断面1-1至ABC各断面分别列机械能守恒式亦可求出各点的压强3相对于所取的基准水槽内的总势能为5gJkg水槽从断面1-1流至断面2-2将全部势能转化为动能水从断面1-1流至断面A-A获得动能但因受管壁约束流体从断面1流至断面A所能提供的位能只有gz1－zA＝1gJkg所差部分须由压强能补充故A点产生4m H2O的真空度水从断面A流至断面B总势能不变但同样因受管壁的约束必有gzA－zB＝5g 的位能转化为压强能使B点的压强升至1m H2O同理水从断面B流至断面C总势能不变但位能增加了gzC－zB＝4gJkg压强能必减少同样的数值故C点产生了3m H2O的真空度最后流体从断面C流至出口有gzC－z2＝3g的位能转化为压强能流体以大气压强流出管道1－6用一虹吸管将水从池中吸出水池液面与虹细管出口的垂直距离为5m虹吸管出口流速及虹吸管最高点C的压强各为多少若将虹吸管延长使池中水面与出口垂直距离增为8m出口流速有何变化水温为30℃大气压强为760㎜Hg习题1－6 附图[99 m s-1 327kPa124 m s-1]解1在断面1－12－2之间列机械能守恒式得在断面1-1和C-C之间列机械能守恒式并考虑到uC＝u2可得2虹吸管延长后假定管内液体仍保持连续状态在断面1-1和2-2之间列机械能守恒式得因C点的压强小于水在30oC的饱和蒸气压Pv 4242Nm2故水在C点已发生气化C点压强不能按上述算而应保持为流体的饱和蒸气压故在断面1-1和C-C之间列机械能守恒式得出口流速 u2 uC1－7如图水通过管线Φ108x4 mm 流出管线的阻力损失不包括出管子出口阻力可以用以下公式表示hf 65u2式中u式是管内的平均速度试求1水在截面A－A处的流速2水的体积流率为多少m3 h-1习题1－7 附图[ 1 29 m s-1 2 82 m3 h-1]解对槽液面与管出口列BE方程u 0 p p z 6m z 0h 65u6981 u uA 29msv uA1－8高位槽内贮有20℃的水水深1m并维持不变高位槽底部接一长12m直径100mm的垂直管若假定管内的阻力系数为002试求1 管内流量和管内出现的最低压强各为多少2 若将垂直管无限延长管内流量和最低点压强有何改变习题1－8 附图[ 1 634 10－2 m3 s-1619kPa 2 77 10－2 m3 s-1376kPa]解在断面1-1和2-2间列机械能衡算式得从管入口点B至管出口没有任何局部阻力故B点压强最低在断面1-1和B-B 间列机械能衡算式以断面B-B为基准面＝619×104Nm220℃水饱和蒸汽压PV＝2338Nm2故水在断面1-1和2-2之间是连续的以上计算结果有效当管长H无限延长上式中水深h入口损失和出口动能皆可忽略V＝此时管内最低压强1－9 精馏塔底部用蛇管加热如图所示液体的饱和蒸汽压为1093×105N m-2液体密度为950kg m-3采用形管出料形管顶部与塔内蒸汽空间有一细管相连试求1为保证塔底液面高度不低于1m形管高度应为多少2为防止塔内蒸汽由连通管逸出形管出口液封h高度至少应为多少习题1－9 附图[ 1 1m 2 086m]解假设液体排出量很小塔内液体可近似认为处于静止状态由于连通管的存在塔内压强PA等于形管顶部压强PB在静止流体内部等压面必是等高面故形管顶部距塔底的距离H＝1m塔内蒸汽欲经形管逸出首先必须将管段BC内的液面压低降至点C此时C点的压强PC＝PA＝Pa＋为防止蒸汽逸出液封的最小高度＝1－10 两容器的直径分别为D1＝1000mmD2＝400mm容器A水面上方维持不变的真空度HV＝100mmHg容器B为敞口容器当阀门F关闭时两容器的水面高度分别为Z1＝25mZ2＝15m试问1当阀门开启时两液面能否维持不变2若不能维持原状当重新达到平衡时液面高度各有何变化习题1－10 附图[ 1 液面不能维持不变 2 容器A水面上升了005m 容器B水面下降031m] 解阀门开启后若液体仍保持静止状态液体面将维持不变液体仍处于静止状态的条件是其中任何两点例如A点和B点的单位重量流体总势能相等分别取地面和大气压为位能和压强势能的基准则B点单位重量的总势能为A点单位重量的总势能为因＞水将从容器2流向容器1液面不能维持不变设液体重新静止时容器1水面上升了h1容器2水面下降了h2则由以上两式得在不可压缩的同一种静止流体内部各点的单位总势能处处相等在重力场内单位总势能由位能和压强势能两部分组成若以单位体积为基准则式中各项的单位为Jm2或Nm3刚好与压强相同故可称为虚拟压强若以单位质量为基准则式中各项的单位为Jkg若以单位重量为基准则式中各项的单位为JN或m具有长度因次以上诸式是在流体为静止的前提下推导出来的方程式得到成立的条件是流体为静止否则流体将由高势能向低势能流动1－11高位槽内的甘油＝1260kg m-3 沿直径为10mm的管道送至某容器甘油温度为60℃管内流量为196× 10-5m3 s-1若其他条件不变将甘油升温至100℃管内流量为多少 [151 10-4m3 s-1]解已知甘油的密度＝1260kgm360℃甘油的粘度＝100cp100℃时的粘度＝13cp60℃时管内流速设温度升为100℃仍为层流因管路两端的总势能差不变因故以上计算结果有效1－12如图两敞口储罐的底部在同一水平面上其间由一内径为75mm长为200m的水平管和局部阻力系数为017的全开阀门连接一储罐直径为7m盛水深为7m另一储罐直径为5m盛水深3m若阀门全开问大罐内水降低到6m时需多长时间设管道流体摩擦系数＝002忽略进出口局部阻力[95434s]习题1－12 附图[略]1－13试从Navier Stokes方程出发推导出牛顿型流体在圆管内稳定层流时的速度分布速度与半径的关系流体压降与平均速度的关系式[略]1－14水粘度为1cp密度1000kg m-3以平均速度为1m s-1流过直径为0001m 的水平管路水在管路的流动是层流还是湍流水流过管长为2m时的压降为多少mH2O求最大速度及发生的位置求距离管中心什么位置其速度恰好等于平均速度[ 1 层流 2 653 mH2O 3 2m s-1在管中心 4 354 10-4m]解1Re 1×1000×00010001 1000 2000 层流2 P 32 lud2 32×0001×2×100012 64000Pa 653m3 u 2u 2 m s-1 在管中心4 由u u[1- rri 2]得1 2[1- r00005 2]r 354 10-4m1－15如图水 H2O 1000kg m－3从水槽沿内径为100 mm 的管子流出A 当阀门关闭时U型压力计读数 R 600 mmHg此时h＝1500 mm当阀门部分开启时R 400mmHg而h 1400mm 管路的摩擦系数 0025出口的局部阻力系数 04 求水的体积流量为多少m3 h-1B 当阀门全开2－2面的压强为多少Pa 假设仍为0025阀门的当量长度为15 m Hg 13600kg m－3[ 1 885 m3 h-1 2 32970Pa]习题1－16 附图解 1 阀门部分开启对1-12-2面由BEP1 0 表压p2 g 981 13600-1000 39630Nm2 表压U1 0z2 0hf阀门关闭则Z1 可求得h 15mR 06mu 313msVh2 阀门全开对1-13-3面有Z3 0 z1 666mu1 0p1 p3U 351ms对 1-12-2P1 0 表压 z1 666mz2 0u1 0u2 351msp2 32970Nm2 表压1－16如图某液体密度为 900 kg m－3粘度为 30 cp通过内径为44mm的管线从罐1流到罐2 当阀门关闭时压力计A和B的读数分别为882 104 N m－2 和441 104 N m－2 当阀门打开时总管长包括管长与所有局部阻力的当量长度为100m假设两个罐的液面高度恒定求1液体的体积流率m3 h－12当阀门打开后压力表的读数如何变化并解释提示对于层流 64Re对于湍流 03145Re025习题1－16 附图[ 1 487 m3 h－1 2 压力表A的读数减少压力表B的读数增加]解1当阀门关闭时罐1和2的液面高度为Z1 882 104 900 981 10mZ2 441 104 900 981 5m当阀门打开时假设流动为层流对罐1和2的液面列BEZ1g Z2g64Re ld u22解得u 089ms验证Re u d 089 900 0044003 1175 2000 假设成立V uA 487 m3 h－12通过罐1液面与阀A以及罐2的液面与阀B列BE分析可知压力表A的读数减少压力表B的读数增加1－17如图所示用一高位槽向一敞口水池送水已知高位槽内的水面高于地面10 m管路出口高于地面2 m管子为Ф48×35mm钢管在本题条件下水流经该系统的总阻力损失∑hf 34u2 J kg-1 未包括管出口阻力损失其中u为水在管内的流速m s-1试计算 1AA′截面处水的流速m s-12水的流量以m3 h-1计3若水流量增加20可采用什么措施计算说明或高位槽液面应提高多少米[ 1 449m s-1 2 2133m3 h-1 3 提高354m]习题1－17 附图解1对1-1和2-2面列BE8g 34 u2 12u2U 449ms2 V uA 2133m3 h-13 水流量增加20水的流速为u 12 449 539ms对新液面1-1和2-2面列BE8z g 34 5392212 539 2z 354m1－18用泵将密度为850kgm-3粘度为0190Pas的重油从贮油池送至敞口高位槽中升扬高度为20m输送管路为108×4mm钢管总长为1000m包括直管长度及所有局部阻力的当量长度管路上装有孔径为80mm的孔板以测定流量其油水压差计的读数R＝500mm孔流系数C0＝062水的密度为1000kgm-3试求1 输油量是多少m3h-12 若泵的效率为055计算泵的轴功率习题1－18 附图[ 1 1476 m3 h-1 2 3609W]解 1 uo Co[2Rg o- ]12 062[2 05 98 1000-850 850] 12 081ms 输油量为V 081 0785 0082 41 10-3m3s 147 m3 h-1u uo AoA 081 00801 2 052ms2 Re 052 01 850019 232 2000 层流管线阻力为hf 64Re ld u22 64232 100001 05222 373Jkg泵的有效功为W 20 981hf 5695Jkg轴功率为N 5695 41 10-3 850055 361kW1-19用离心泵将某溶液由反应槽送往一密闭高位槽如图示两槽液面的高度可认为不变高度差10m管路总当量长度为200m包括所有直管和局部阻力的当量长度管路均为 57 35mm钢管已知孔板流量计流量系数为061孔截面积与管道截面积比为025U型压差计读数为R 600mm指示液为水银管路摩擦系数取为0025反应槽上真空表的读数为200mmHg高位槽上压强计读数为05kgf cm－2表压泵的效率65试求 1 流体流量多少kg s-12泵的输出功3泵的轴功率溶液密度近似取为1000kg m-3水银密度为13600 kg m-3[ 1 364kg s-1 2 3461J kg-1 3 194kw]1 uo Co[2Rg o- ]12 061[2 06 98 13600-1000 1000] 12 742msw 742 0785 025 0052 1000 364kgsu uo AoA 742 025 186ms2 H Z2-Z1 P2-P1 ghfZ2-Z1 10mP2-P1 g 05 98 10000200 1013 100000760 1000 98 772mhf 0025 200 1862 2 98 005 176mH 10772176 353mW Hg 3461JkgN Hwg 3461 364065 194kw1－20在直径D＝40mm的管路中接一文丘里管如图所示文丘里管的上游接一压力表压力表的读数为1373 104N m-2压力表轴心与管中心的垂直距离为05m 管内水的流量为151L s-1管路下面有一水池池内水面与管中心的垂直距离为3m 文丘里喉部直径为10mm喉部接一细管细管一端插入水池中若忽略文丘里管的阻力损失池水能否被吸入管中习题1－20 附图[池水将被吸入管内]解取断面1－1和2－2如图所示两断面的平均流速为在两断面间列伯努利方程式若以水池液面和大气压为基准则池水单位重量的总势能断面2－2处单位总势能因＞故池水将被吸入管内1－21 15oC的水在经过内径为7mm的钢管内流动流速为015 m s-1试问1流动为层流还是湍流2如上游压强为6867kPa问流经多长的管子流体的压强下降到2943kPa这里的压强均为绝对压3在距离管壁何处的点速度等于平均速度水的密度和粘度分别取1000 kg m-3和0001cP[ 1 层流 2 400m 3 1026mm]解1Re 015×1000×00070001 1050 2000 层流2 686700-294300 1000 641050 l0007 01522L 400m3 12 [1- r00035 2]R 247mm距离管壁y 35-247 1026mm1－22 水由具有固定水位的水槽中沿直径内径为100mm的输水管流入大气中管路是由L＝50m的水平管和倾斜管段组成水平管段在水面下2m倾斜管段的高度Z＝25m为了使得水平段末端曲折出的真空度为7mH2O安装在倾斜管的阀门局部阻力系数应为多少此时水的流量为多少直管的摩擦系数＝0035大气压为10H2O忽略进口和曲折出的局部阻力习题1－22 附图[197875 m3 h-1]解对液表面和管曲折处列BE2 -7u22g0035 5001 u22gU 309ms V uA 875 m3 h-1对管曲折处与管出口列BE25-7 0035 5001 30922g 30922g1971－23 有一输水管系统如下图所示出水口处管子直径为Φ55 25mm设管路的压头损失为16u22u指出水管的水流速未包括出口损失求水的流量为多少m3 h-1 由于工程上的需要要求水流量增加20此时应将水箱的水面升高多少m假设管路损失仍可以用16u22u指出水管的水流速未包括出口损失表示习题1－23 附图[221m3 h-135 m]解对液面和管出口处列BE8g 16u22 所以管内流速 u 313ms流量为V u d24 313 00524 00614m3s 221m3h提高水量20后zg 16u22 因为 u 12u 376ms所以 z 115m 水箱的水面升高为 115 – 8 35 m1－24在图示并联管路中支路ADB长20m支路ACB长为5m包括管件但不包括阀门的当量长度两支管直径皆为80mm直管阻力系数皆为003两支路各装有闸门阀一个换热器一个换热器的局部阻力系数皆等于5试求当两阀门全开时两支路的流量之比习题1－24 附图[134]解以下标1和2分别表示支路ACB和ADB因并联支路的阻力损失相等因管内径相等1－25如图所示用某离心泵将水从一敞口水池输送到另一高位槽中高位槽的压力为02kgf m-2表压要求送水量为每小时50 m3管路总长包括所有局部阻力的当量长度为150m吸入管和排出管路均Ф108×4mm的光滑管当Re 3000106时管路的摩擦系数λ 03164 Re-025试求1流体流经管道阻力损失2该泵有效功已知水的密度为1000kg m-3水的粘度为1×10-3Pa s习题1－25 附图[13619J kg-12252J kg-1]1λ 03164Re025 03164177000025 001543两液面列柏努利方程z1 0 z2 20 p1 0 p2 02×981×104Nm2 u1 u2 03619 J kg-12 泵的有效功为 W He g 2569 981 252 J kg-11－27 水 1000kg m－3 在1 atm 下由泵以0012 m3 s－1 从低位槽送往高位槽如图泵前的吸入管长和管径分别为6m和80mm 管内的摩擦系数为002泵后的排出管长和管径分别为13m和60mm管内的摩擦系数为003管路的阀门阻力系数为64弯头的阻力系数为075两液面的高度差H＝10m泵的吸入口比低位槽的液面高2m 求1 泵的有效功W J kg－12 泵的吸入口A和排出口B的压强绝对压N m－2习题1－27 附图[ 1 2376 J kg－1 2 PA 70900 N m－2 PB 302500N m－2]解 1 泵吸入管内的流速为u1＝泵压出管内的流速为u2＝在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式并移项整理得2以断面1-1为基准在断面1-1和A之间列机械能衡算是可得在断面B和2-2之间列机械能衡算式可得1－28 如图转子流量计安装在如图的管路测量其流量若管路A的总管长包括管线与局部阻力当量长度为10 m 流量计的读数为272 m3 h－1 问这时管路B 的流量为多少m3 h－1已知管路A和管路B的摩擦系数分别为003和0018 习题1－28 附图[600 m3 h－1]解对并联管路Vtotal VAVBUB 236ms VB uBAB1－29 以水标定某转子流量计转子材料的密度为11000kg m-3现将转子换成形状相同密度为1150kg m-3的塑料用来测量压强为730mm Hg温度为100℃的空气流量设流量系数CR不变在同一刻度下空气流量为水流量的若干倍[112]解空气的密度在同一刻度下1－30 一转子流量计的锥形玻璃管在最大和最小刻度处的直径为d1＝28mmd2＝265mm转子的形状如附图所示其最大直径d＝26mm试求1该转子流量计的最大与最小可测流量之比2若采用切削转子最大直径的方法将最大可测流量提高20％转子最大直径应缩小至多少此时最大与最小可测流量之比为多少假设切削前后CR基本不变习题1－30 附图[ 1 41 2 256mm 274]解1切削前2设切削后转子直径为d最大可测流量为V据题意因切削量很小故CR基本不变的假定符合实际情况切削后转子流量计的可测流量比为可见转子切削后最大可测流量增大而流量计的可测范围缩小了第四章传热及换热设备1．用平板法测定材料的热传导系数主要部件为被测材料构成的平板其一侧用电热器加热另一侧用冷水将热量移走同时板的两侧用热电偶测量表面温度设平板的热传导面积为003m2厚度为001m测量数据如下电热器材料表面温度℃安培数A伏特数V高温面低温面282314011530020010050试求1该材料的热传导系数该材料热传导系数与温度的关系为线性 1 0at λλ则0λ和a值为多少解 1 tAbQΔλ650 100300 030010140821 ××× λwmk590 50200 03001051322 ××× λwmk2 21λλλ 2 065059 062wmk2 0λλ 1at065 0λ 1200a 059 0λ 1125a解得 0λ 049 a 163×10-32．平壁炉的炉壁由三种材料组成其厚度和热导热系数如下序号材料厚度bmm热导热系数λWm-1℃-11内层耐火砖2001072绝缘砖1000143钢645若耐火砖内层表面的温度t1为1150℃钢板外表面温度t2为30℃又测得通过炉壁的热损失为300Wm-2试计算热传导的热通量若计算结果与实测的热损失不符试分析原因并计算附加热阻 1钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理解 12424500601401007120301150 Δ∑∑RtAQ wm2计算比测量大存在附加热阻由于层与层之间接触不好有空气设附加热阻为Ri 则300Ri4500601401007120301150Ri 283mkw3．设计一燃烧炉拟用三层砖即耐火砖绝热砖和普通砖耐火砖和普通砖的厚度为05m和025m三种砖的热传导系数分别为102Wm-1 ℃-1014 Wm-1 ℃-1和092 Wm-1 ℃-1已知耐火砖内侧为1000℃外界温度为35℃试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖温度不超过940℃普通砖不超过138℃解 222111btbtAQΔΔλλ1λ 102wm℃ b1 05m 94010001 Δt2λ 014wm℃ b2 1389402 Δt解得 b2 092m4．有一外径为150mm的钢管为减少热损失今在管外包以两层绝热层已知两种绝热材料的热传导系数之比212 λλ两层绝热层厚度相等皆为30mm试问应把哪一种材料包在里层时管壁热损失小设两种情况下两绝热层的内外温度不变解λ1小的导热系数包在内层热损失小由 2221111mmiiAbAbtRtQλλΔΔ∑∑ 2mA2323ln 2rrrrL π及 222111mmAbAbtQλλΔ′ 1mA1212ln 2rrrrL π常数 b1 b2 tΔ可以证明 21XXXXXXXXXXmmmmAAAAλλλλ 122λλ第一种热阻大所以热损失少 2钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理5 外径为50mm的管子其外包扎有一层厚度为40mm热传导系数为013 Wm-1℃-1的绝热材料管子外表面的平均温度t1为800℃现拟在绝热材料外再包扎一层热传导系数为009 Wm-1℃-1的氧化镁绝热层使该层的外表面温度t3为87℃设管子的外表面温度仍为800℃外界环境温度tα为20℃试求氧化绝热层的厚度假设各层间接触良好解t1 800℃ t2 t3 87℃ ta 20℃r1 25mm r2 65mm r3 r2x 65x mmλ1 013 wm2k λ2 009 wm2k hT 940052×87-20 1288wm2Kq 12211ln 2rrttLλπ 2087 ln 223322 LdhrrttLTπλπd 0050082×10-3 x 0132×10-3 x解得x 18mm6．试用量纲分析法推导壁面和流体间强制对流传热系数h的准数关联式已知h为下列变量的函数 luCfhpμρλ式中λCpρμ分别为流体的热传导系数比定压热容密度粘度u为流体流速l为传热设备定型尺寸解设 1 gfecdpbLuCQhμρλ由量纲式 TMh3θ TML3θλθLU θμLM KLCp22θ 3LMρ []LL 代入1 两边的量纲相同可以解得 yxafNuPrRePr Re′a′x为常数由试验确定 y7．苯流过一套管换热器的环隙自20℃升至80℃该换热器的内管规格为φ19×25mm外管规格为φ38×3mm苯的流量为1800kgh-1试求苯对内管壁的对流表面传热系数解 t 8020 2 60℃由附表得苯在60℃的物性830 ρkgm3 PaS 310320× μ2 PCkJkgk 1360 λwm2℃环隙当量直径 1319320 iedddmm环隙中苯的流速 5483001304360018002 ×××πρAwums 451010521Re ×μρdu 3180PrRe0230 Nu 3钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理74136010320102Pr33 ×××λμpC 8535 Nu 5605013013608535 ×deNuhλwm2℃8． 2atm20℃下60m3h-1的空气在套管换热器的管内被加热到80℃内管直径为Φ57×35mm长度为3m试求管壁对空气的对流表面传热系数解 5028020 t℃在此温度下空气的物性参数 192323082050292 ×× RTPMρkgm3 0171 pCkJkgk2108262× λwmk PaS 510961× μ6980Pr 5805043600602 ×× πAVums ××× 51096105019258Reμρdu47×1041043080PrRe0230 Nu＝ 1126980 1074 023030804 ×××3630501082621122 ×× dNuhiλwm2℃9．温度为90℃的甲苯以1500 kgh-1的流量通过蛇管而被冷却至30℃蛇管的直径为Φ57×35mm弯曲半径为06m试求甲苯对蛇管的对流表面传热系数解 6023090 t℃在此温度下甲苯的物性参数380 μ×10-3 PaS 18 kJkgk pC1260 λwmk 830 ρkgm3 ×××× 3210380050050436001500Reπμρdu279×104 104 4351260103801081Pr33 ××× λuCp直管hi 3180Pr0Re0230idλ0023×0501260× 279×104 08 ×31435365wm2k4钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理蛇管 hi＝hi直管4395 600501 365 531 ××ciddwm2kcd 弯曲半径管半径 id10．有一双管程列管换热器由96根φ25×25mm的钢管组成苯在管内流动由20℃被加热到80℃苯的流量为95 kgs-1壳程中通入水蒸气进行加热试求1壁对苯的对流表面传热系数2苯的流率增加一倍其它条件不变此时的对流表面传热系数3管径降为原来12其它条件与1相同此时对流表面传热系数又为多少解 28020 t 50℃在此温度下甲苯的物性参数91 pCkJkgk μ037×10-3PaS 840 ρkgm31380 λwmk 750 ρAWms ××× 310370020840750Reμρud34×104104 0951380103701091Pr33 ××× λuCp 3080PrRe0230 Nu1581 1091 dNuhiλwm2k2流率增加一倍 12WW 12uu 2因此 121uuhhii 08 208 174189810917411 × ihwm2k3 半径减半 12uu 212112ddAAAWAW ρρ22 12dd 124uu 121uuhhii 08 21dd02 348 379948310911 × ihwm2k5钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理1112．饱和温度为100℃的水蒸气在长为25m外径为38mm的竖直圆管外冷凝管外壁温度为92℃试求每小时蒸气冷凝量又若将管子水平放置每小时蒸气冷凝量又为多少解 962100922 wsttt℃定性温度下的物性0168 λ×10-2 wmk 960 ρkgm3 6829 μ×10-5 PaS082268 γkJkg L 25m冷凝传热膜系数4132] [9430wsttLgh μλγρ代入以上数据得 h54136 wm2kwrthAq ×××× Δ 92100 52038065413π226808×103 ww57×10-3kgs 205kgh当管子水平放置管外径do 0038m传热膜系数41094307250 ′dLhh 219h′ 219×54136 118536wm2kwrtAhq Δ′310082268 92100 520380611853×××××πw 125×10-2kgs 45kgh13在下列的各种列管换热器中每小时将29400kg的某种溶液从20℃加热到50℃溶液在列管内流动加热介质的进口温度为100℃出口温度为60℃试求下面情况下的平均温度差1 壳方和管方流体均为单程的换热器假设两流体呈逆流流动2 壳方和管方流体分别为单程和四程的换热器3 壳方和管方流体分别为二程和四程的换热器解1 kgh 29400 W201 t℃→502 t℃601 T℃←1002 T℃401 Δt℃ 502 Δt℃4525040 Δmt℃ 24512 ΔΔtt或者＝448℃′Δmt6钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理2由＝448℃′Δmt3750201002050 P 331205060100 R由图4-40a 940 Δtψ mtΔ 142844940 ×′Δ×Δmttψ℃3同理由图4-40b 970 Δtψ mtΔ 543844970 ×′Δ×Δmttψ℃14一列管换热器管外用20×105Pa的饱和水蒸气加热空气使空气温度从20℃加热到80℃流量为2000kgh-1现因生产任务变化如空气流量增加50％进出口温度仍维持不变问在原换热器中采用什么方法可完成新的生产任务解 28020 t 50℃空气在50℃下的物性参数0931 ρkgm3 6980Pr 0171 pCkJkgk 0280 λwmk水蒸气在5Pa的饱和温度102× P2120 sT℃1211ttCwqp 11mtAhΔ 11222ttCwqp 12mtAhΔ 2设为强制湍流在新的空气流量下饱和蒸汽温度为Ts1由1和2式得51121212 ΔΔtmthhwwm0812mmttΔΔ15 8012020120ln20801 Δmt 8020ln2080112 ΔTsTstm解得 125℃使蒸气饱和温度提高到125℃即可 1ST15在一套管式换热器内管为φ180×10mm的钢管用水冷却原油采用逆流操作水在内管中流动冷却水的进口温度为15℃出口温度为55℃原油在环隙中流动流量为500 kgh-1其平均比定压热容为335kJkg-1℃-1要求从90℃冷却至40℃已知水侧的对流表面传热系数为1000Wm-2℃-1油侧的对流表面传热系数为299 Wm-2℃-1管壁热阻及垢阻忽略不计试求1所需冷却水用量水的比热取418 kJkg-1℃-1忽略热损失2总传热系数3套管换热器的有效传热长度4若冷却水进口温度变为20℃问此时会出现什么情况解1 21221211TTCwttCwqpp×418×55-15 500×335×90-40 1w500kgh 1w7钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理2 Ko 2242991XXXXXXXXXX11000 hdhdiwm2k3 151 t℃→552 t℃401 T℃←902 T℃251 Δt℃ 352 Δt℃mtAKqΔ 00 7292535ln2535 Δmt℃ 1555 1843600500×××103 224×018×L×297×πL 617m4 201 t℃a 若维持水的流量及其它的条件不变则水的出口温度 6020184500 4090 3535002 ××× t℃水的出口温度过高导致结垢b 若水的出口温度不变则必须增加水的流率由 572 2050 184 4090 3535002 ××× wkgh此时换热器的管长也变化即需要换一个热交换器16在并流的换热器中用水冷却油水的进出口温度分别为15℃和40℃油的进出口温度分别为150℃和100℃现因生产任务要求油的出口温度降至80℃设油和水的流量进口温度及物性均不变若原换热器的管长为1m试求将此换热器的管长增至若干米后才能满足要求设换热器的热损失可以忽略解在原冷却器中对油 100150 11 pCwq 1对水 1540 22 pCwq 2并流时 135151501 Δt℃60401002 Δt℃59260135ln60135 Δmt℃mtAKqΔ 00 100150 11pCw 8钟理伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理在新的冷却塔中对油 80150 111 pCwq 3对水 15 2221 tCwqp 4解上述方程得 50℃ 2t10101mtAKqΔ 80150 11pCw135151501 Δt℃3050802 Δt℃86950135ln30135 Δmt℃ 5928691XXXXXXXXXX11LL 1L 185L 185m 下册第一章蒸馏1 苯酚 C6H5OH A 和对甲酚 C6H4 CH3 OH B 的饱和蒸气压数据为温度T℃苯酚蒸气压kPa 对甲酚蒸气压kPa 温度t℃苯酚蒸气压kPa 对甲酚蒸气压 kPa 1137 1146115411631170 10010410811191158 7707948285876 11781186119412001199124312851326906939970100试按总压P 75mmHg 绝压计算该物系的t-x-y数据此物系为理想体系解总压 P 75mmHg 10kp由拉乌尔定律得出 xA＋xB P所以xA yA因此所求得的t-x-y数据如下t ℃ x y1137 1 11146 0837 08711154 0692 07481170 0440 05091178 0321 03851186 0201 02491194 0095 01221200 0 02 承接第一题利用各组数据计算1在x 0至x 1范围内各点的相对挥发度取各的算术平均值为算出对的最。
