化工原理下(天津大学版)_习题答案

化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答（夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版）社,2011.8.）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（℃） 80.1 85 90 95 100 105x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11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 *，PA*，由于总压P = 99kPa，则由x = (P-PB *)/(PA*-PB*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。

以t = 80.1℃为例 x =（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x = 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 C5H12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3K C6H14248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3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* = 1.3kPa查得PA*= 6.843kPa得到其他温度下A¸B的饱和蒸汽压如下表t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3PA*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300PB*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 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 x = (P-PB *)/(PA*-PB*)=（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*x/P = 13.3×1/13.3 = 1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0.524 0 根据平衡数据绘出t-x-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x-y数据，并与习题2 的结果相比较。

第七章传质与分离过程概论1.在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。

已知入塔混合气中氨含量为 5.5%（质量分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.2%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比、。

解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数和。

进、出塔气体中氨的摩尔比、为由计算可知，当混合物中某组分的摩尔分数很小时，摩尔比近似等于摩尔分数。

2. 试证明由组分A和B组成的双组分混合物系统，下列关系式成立：（1）（2）解：（1）由于故（2）故3. 在直径为0.012 m、长度为0.35 m的圆管中，CO气体通过N2进行稳态分子扩散。

管内N2的温度为373 K，总压为101.3 kPa，管两端CO的分压分别为70.0 kPa和7.0 kPa，试计算CO的扩散通量。

解：设 A－CO； B－N2查附录一得4. 在总压为101.3 kPa，温度为273 K下，组分A自气相主体通过厚度为0.015 m的气膜扩散到催化剂表面，发生瞬态化学反应。

生成的气体B离开催化剂表面通过气膜向气相主体扩散。

已知气膜的气相主体一侧组分A的分压为22.5 kPa，组分A在组分B中的扩散系数为1.85×10-5 m2/s。

试计算组分A和组分B的传质通量和。

解：由化学计量式可得代入式（7-25），得分离变量，并积分得5. 在温度为278 K的条件下，令某有机溶剂与氨水接触，该有机溶剂与水不互溶。

氨自水相向有机相扩散。

在两相界面处，水相中的氨维持平衡组成，其值为0.022（摩尔分数，下同），该处溶液的密度为998.2 kg/m3；在离界面5 mm的水相中，氨的组成为0.085，该处溶液的密度为997.0 kg/m3。

278 K时氨在水中的扩散系数为1.24×10–9 m2/s。

试计算稳态扩散下氨的传质通量。

解：设 A－NH3；B－H2O离界面5 mm处为点1、两相界面处为点2，则氨的摩尔分数为，点1、点2处溶液的平均摩尔质量为溶液的平均总物质的量浓度为故氨的摩尔通量为6. 试用式（7-41）估算在105.5 kPa、288 K条件下，氢气（A）在甲烷（B）中的扩散系数。

化工原理课后习题解答第一章流体流动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R1 = 400 mm ，R2 = 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R3= 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ρg，其他数据如图所示a–a′处P A+ ρg gh1= ρ水gR3+ ρ水银ɡR2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。

化工原理课后习题1.某设备上真空表的读数为×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×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= ×103 Pa ×103 Pa=×103 Pa设备内的表压强P表= -真空度= - ×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×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×× ×××103 Nσ螺= ×103×××nP油≤ σ螺得n ≥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R1= 400mm ，R2 = 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R3= 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ρg，其他数据如图所示a–a′处P A+ ρg gh1= ρ水gR3+ ρ水银ɡR2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 = ×103×× + ×103××= ×103 Pab-b′处P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1P B = ×103×× + ×103=×103Pa4. 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。

化工原理(天津大学下册课后习题参考答案第五章蒸馏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(℃ 80.1 85 90 95 100 105x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11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 P B *, P A *,由于总压 P = 99kPa,则由 x = (P-PB */(PA *-P B * 可得出液相组成,这样就可以得到一组绘平衡 t-x 图数据。

以 t = 80.1℃为例 x =(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 x = 0.5时,相应的温度为 92℃2. 正戊烷(C 5H 12和正己烷(C 6H 14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 C5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压 (kPa 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解:根据附表数据得出相同温度下 C 5H 12(A 和 C 6H 14(B 的饱和蒸汽压以 t = 248.2℃时为例,当 t = 248.2℃时 PB * = 1.3kPa查得 P A *= 6.843kPa得到其他温度下 A ¸B 的饱和蒸汽压如下表t(℃ 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3P A *(kPa 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.20089.000101.300 P B *(kPa 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 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 x = (P-PB */(PA *-P B *=(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 *x/P = 13.3×1/13.3 = 1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃ 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0.524 0根据平衡数据绘出 t-x-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 x-y 数据, 并与习题 2 的结果相比较。

化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答（夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版）社,2011.8.）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（℃） 80.1 85 90 95 100 105x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11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 *，PA*，由于总压P = 99kPa，则由x = (P-PB *)/(PA*-PB*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。

以t = 80.1℃为例 x =（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x = 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 C5H12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3K C6H14248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3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* = 1.3kPa查得PA*= 6.843kPa得到其他温度下A¸B的饱和蒸汽压如下表t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3PA*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300PB*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 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 x = (P-PB *)/(PA*-PB*)=（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*x/P = 13.3×1/13.3 = 1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0.524 0 根据平衡数据绘出t-x-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x-y数据，并与习题2 的结果相比较。

化工原理课后习题1.某设备上真空表的读数为×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×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= ×103 Pa ×103 Pa=×103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - ×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 760mm 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×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×× ×××103 Nσ螺= ×103×××nP油≤ σ螺得n ≥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R1 = 400 mm ，R2= 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R3 = 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ρg，其他数据如图所示a–a′处 P A+ ρg gh1= ρ水gR3+ ρ水银ɡR2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= ×103×× + ×103××= ×103 Pab-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1P B= ×103×× + ×103=×103Pa4. 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。

化工原理课后习题之公保含烟创作1.某设备上真空表的读数为13.3×103 Pa,试计算设备内的相对压强与表压强.已知该地域年夜气压强为98.7×103 Pa.解：由相对压强 = 年夜气压强–真空度失掉：设备内的相对压强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.若螺钉资料的任务应力取为39.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉？剖析：罐底发作的压力不能超越螺钉的任务应力即P油≤ σ螺解：P螺 = ρ2150.307×103 Nσ螺= 39.03×1032×nP油≤ σ螺得取 n min= 7至少需要7个螺钉3．某流化床反响器上装有两个U 型管压差计，如本题附图所示.测得R1 = 400 mm， R2 = 50 mm，指示液为水银.为避免水银蒸汽向空气中分散，于右侧的U 型管与年夜气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3 = 50 mm.试求A﹑B两处的表压强.剖析：依据静力学基来源根基则，关于右边的Ｕ管压差计，a–a′为等压面，关于左边的压差计，b–b′为另一等压面，辨别列出两个等压面处的静力学根本方程求解.解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示a–a′处 P A+ ρg gh1= ρ水gR3+ ρ水银ɡR2由于空气的密度相关于水和水银来说很小可以疏忽不记即：P A= 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103= 7.16×103 Pab-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1P B= 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103=6.05×103Pa4. 本题附图为远间隔丈量控制装置，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间隔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间隔ｈ.剖析：解此题应选取的适宜的截面如图所示：疏忽空气发作的压强，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.依据静力学根本方程列出一个方程组求解解：设拔出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）联立这几个方程失掉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)ｈｍ5．用本题附图中串联Ｕ管压差计丈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管间的衔接收内充溢水.以知水银面与基准面的垂直间隔辨别为：ｈ1﹦，ｈ2=1.2m,ｈ3=2.5m,ｈ4.锅中水面与基准面之间的垂直间隔ｈ5=3m.年夜气压强ｐa= 99.3×103ｐａ.试求锅炉上方水蒸气的压强Ｐ.剖析：首先选取适宜的截面用以衔接两个Ｕ管，本题应选取如图所示的1－1截面，再选取等压面，最后依据静力学基来源根基理列出方程，求解解：设1－1截面处的压强为Ｐ1对左边的Ｕ管取ａ-ａ等压面，由静力学根本方程Ｐ0+ ρ水g(h5-h4) = Ｐ1+ ρ水银g(h3-h4) 代入数据Ｐ0+ 1.0×103×9.81×(3-1.4)= Ｐ1+ 13.6×103×9.81×(2.5-1.4)对右边的Ｕ管取ｂ-ｂ等压面，由静力学根本方程Ｐ1+ ρ水g(h3-h2) = ρ水银g(h1-h2) + ｐａ代入数据Ｐ1 + 1.0×103×9.81×﹙﹚= 13.6×103×9.81×﹙﹚+ 99.3×103解着两个方程得Ｐ0 = 3.64×105Pa6. 依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.压差计中以油和水为指示液，其密度辨别为920㎏／ｍ3,998㎏／ｍ3,Ｕ管中油﹑水交接面高度差R = 300ｍｍ，两扩展室的内径D 均为60 ｍｍ，Ｕ管内径ｄ为6 ｍｍ.当管路内气体压强等于年夜气压时，两扩展室液面平齐.剖析：此题的关键是找准等压面，依据扩展室一端与年夜气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解解：由静力学基来源根基则，选取1－1‘为等压面，关于Ｕ管左边ｐ表 + ρ油g(h1+R) = Ｐ1关于Ｕ管右边Ｐ2 = ρ水gR + ρ油gh2ｐ表 =ρ水gR + ρ油gh2 -ρ油g(h1+R)=ρ水gR - ρ油gR +ρ油g（h2-h1）当ｐ表= 0时，扩展室液面平齐即π（D/2）2（h2-h1）= π（d/2）2Rh2-h1 = 3 mmｐ表= 2.57×102Pa7.列管换热气的管束由121根φ的钢管组成.空气以9m/s速度在列管内活动.空气在管内的平均温度为50℃﹑压强为196×103Pa(表压)，外地年夜气压为98.7×103Pa试求：⑴空气的质量流量；⑵把持条件下，空气的体积流量；⑶将⑵的计算后果换算成标准状况下空气的体积流量.解：空气的体积流量ＶS= uA = 9×π/4 ×0.02 2×121 = 0.342 m3/s质量流量 w s =ＶSρ=ＶS×(MP)/(RT)㎏/s换算成标准状况 V1P1/V2P2 =T1/T2ＶS2 = P1T2/P2T1×ＶS1= 0.843 m3/s8 .高位槽内的水面高于空中8m，水从φ108×4mm的管道中流出，管路出口高于空中2m.在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按∑ｈf=6.5 u2计算，其中u为水在管道的流速.试计算：⑴ A—A'截面处水的流速；⑵水的流量，以m3/h计.剖析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式.运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，关于本题来说，适宜的截面是高位槽1—1,和出管口2—2,,如图所示，选取空中为基准面.解：设水在水管中的流速为u ，在如图所示的1—1,，2—2,处列柏努力方程Z1ｇ + 0 + Ｐ1/ρ= Z2ｇ+ ｕ2／2 + Ｐ2/ρ + ∑ｈf（Z1 - Z2）g = u22代入数据(8-2)×9.81 = 7u2换算成体积流量V S2× 3600= 82 m3/h9. 20℃水以的流速流经的水平管，此管以锥形管和另一φ53×3m的水平管相连.如本题附图所示，在锥形管两侧A 、B处各拔出一垂直玻璃管以察看两截面的压强.若水流经A ﹑B两截面的能量损失为㎏，求两玻璃管的水面差（以ｍｍ计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置.剖析:依据水流过A、B两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经Ａ﹑Ｂ两截面处的流速辨别为u A、u Bu A A A = u B A B∴ u B = （A A/A B）u A = （33/47）2在Ａ﹑Ｂ两截面处列柏努力方程Z1ｇ + ｕ12／2 + Ｐ1/ρ = Z2ｇ+ ｕ22／2 + Ｐ2/ρ + ∑ｈf∵ Z1 = Z2∴（Ｐ1-Ｐ2）/ρ = ∑ｈf +（ｕ12-ｕ22）／2g（h1-h 2）22) /2h1-h 2 = 0.0882 m = 88.2 mm即两玻璃管的水面差为10.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各局部相对位置如本题附图所示.管路的直径均为，在把持条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×10³Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可辨别按∑ｈf,1=2u²，∑h f,2=10u2计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速ｍ/s.排水管与喷头衔接处的压强为98.07×10³P a（表压）.试求泵的有效功率.剖析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分红两局部来处置，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段辨别列柏努力方程.解：总能量损失∑hf=∑hf+，1∑hf，2u1=u2=u=2u2+10u²=12u²在截面与真空表处取截面作方程：z0g+u02/2+P0/ρ=z1g+u2/2+P1/ρ+∑hf，1（ P0-P1）/ρ= z1g+u2/2 +∑hf，1 ∴u=2m/s∴ w s=uAρ在真空表与排水管-喷头衔接处取截面z1g+u2/2+P1/ρ+W e=z2g+u2/2+P2/ρ+∑hf，2∴W e= z2g+u2/2+P2/ρ+∑hf，2—（ z1g+u2/2+P1/ρ）=12.5×9.81+（）/998.2×10³+10×2²N e= W e w s11.本题附图所示的贮槽内径D为2ｍ，槽底与内径d0为33mm的钢管相连，槽内无液体弥补，其液面高度h0为2m（以管子中心线为基准）.液体在本题管内活动时的全部能量损失可按∑h f=20u²公式来计算，式中u为液体在管内的流速m／s.试求当槽内液面下降1m所需的时间.剖析：此题看似一个普通的解柏努力方程的题，剖析题中槽内无液体弥补，则管内流速其实不是一个定值而是一个关于液面高度的函数，抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程，积分求解.解：在槽面处和出口管处取截面1-1，2-2列柏努力方程h1g=u2/2+∑h f =u2/2+20u2∴u=(0.48h)1/21/2槽面下降dh，管内流出uA2dt的液体∴Adh=uA21/2A2dt∴dt=A1dh/（A21/2）对上式积分：t=1.⒏h12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统，盐水的密度为1100kg／m³，循环量为36m³.管路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为／kg，由B流至A的能量损失为49J／kg，试求：（1）若泵的效率为70%时，泵的抽功率为若干kw？（2）若A处的压强表读数为245.2×10³Pa时，B处的压强表读数为若干Pa？剖析：本题是一个循环系统，盐水由A经两个换热器被冷却后又回到A持续被冷却，很明显可以在A-换热器-B和B-A两段列柏努利方程求解.解：（1）由A到B截面处作柏努利方程0+u A²/2+P A/ρ1=Z B g+u B²／2+P B／管径相同得u A=u B∴（P A-P B）/ρ=Z B由B到A段，在截面处作柏努力方程B Z B g+u B²／2+P B/ρ+W e=0+u A²+P A/ρ+49∴W e=（P A-P B）/ρ- Z B∴W S=V Sρ=36/3600×1100=11kg/sN e= W e×W S泵的抽功率N= N e（2）由第一个方程得（P A-P B）/ρ=Z B得P B=P A-ρ（Z B）=245.2×10³-1100×(7×9.81+98.1)=6.2×104Pa13.用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液位恒定.管路直径均为，其他尺寸见本题附图.各管段的能量损失为∑ｈ=∑ｈf，CD=u2，∑ｈf，BC2.两压差计中的指示液f，AB均为水银.试求当R1=45mm，h=200mm时：（1）压缩空气的压强P1为若干？（2）U管差压计读数R2为多少？解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+P1/ρ=Zg+0+P2/ρ+∑ｈf∴P1= Zgρ+0+P2+ρ∑ｈf=10×9.81×1100+1100（2u22）×10³+3498u²在压强管的B，C处去取截面，由流体静力学方程得P B+ρg（x+R1）=P c +ρg（h BC+x）+ρ水银R1gP B+1100×9.81×（0.045+x）=P c+1100×9.81×（5+x）P B-P C=5.95×104Pa在B，C处取截面列柏努力方程0+u B²/2+P B/ρ=Zg+u c2/2+P C/ρ+∑ｈf，BC∵管径不变，∴u b=u cP B-P C=ρ（Zg+∑ｈf，BC）=1100×（2）=5.95×104Pa压缩槽内表压P1=1.23×105Pa（2）在B，D处取截面作柏努力方程0+u2/2+P B/ρ= Zg+0+0+∑ｈf，BC+∑ｈf，CDP B=（2+u22）×1100=8.35×104PaP B-ρgh=ρ水银R2g8.35×104-1100×9.81×0.2=13.6×10³×9.81×R2R214. 在实验室中,用玻璃管输送20℃的70%醋酸.管内径为1.5cm,流量为10kg/min,用SI和物理单元各算一次雷诺准数,并指出流型.解：查20℃，70％的醋酸的密度ρ= 1049Kg/m3,粘度µ = 2.6mPa·s 用SI单元计算：d=1.5×10-2m,u=W S/(ρ∴Re=duρ/μ=(1.5×10-2×0.9×1049)/(2.6×103)=5.45×103用物理单元计算：ρ=1.049g/cm³, u=W S/(ρμ=2.6×10-3Pa·S=2.6×10-3kg/(s·m)=2.6×10-2g/s·cm-1∴Re=duρ/μ=(1.5×90×1.049)/(2.6×10-2)=5.45×103∵5.45×103 > 4000∴此流体属于湍流型15.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以丈量两截面的压强差.当水的流量为10800kg/h时，U管压差计读数R为100mm，粗细管的直径辨别为与.计算：（1）1kg水流经两截面间的能量损失.（2）与该能量损失相当的压强降为若干Pa？解：（1）先计算A，B两处的流速：u A=w s/ρs A=295m/s，u B= w s/ρs B在A，B截面处作柏努力方程：z A g+u A2/2+P A/ρ=z B g+u B2/2+P B/ρ+∑hf∴1kg水流经A，B的能量损失：∑hf= （u A2-u B2）/2+（P A- P B）/ρ=（u A2-u B2）（2）.压强降与能量损失之间满足：∑hf=ΔP/ρ ∴ΔP=ρ∑hf=4.41×10³16. 密度为850kg/m³，粘度为8×10-3Pa·s的液体在内径为14mm的钢管内活动，溶液的流速为1m/s.试计算：（1）泪诺准数，并指出属于何种流型？（2）局部速度等于平均速度处与管轴的间隔；（3）该管路为水平管，若上游压强为147×10³Pa，液体流经多长的管子其压强才下降到×10³Pa？解：（1）Re =duρ/μ=（14×10-3×1×850）/（8×10-3）=1.49×10³ > 2000∴此流体属于滞流型（2）由于滞盛行流体流速沿管径按抛物线散布，令管径和流速满足y2= -2p（u-u m）当ｕ=0时 ,y2 = r2 = 2pu m∴ p = r2/2 = d2/8当ｕ=ｕ平均ｕmax时,y2= - 2p（）= d2/8=0.125 d2∴即与管轴的间隔r=4.95×10-3m(3)在147×103和127.5×103两压强面处列伯努利方程u 12/2 + P A/ρ + Z1g = u 22/2 + P B/ρ+ Z2g + ∑ｈf∵ u 1 = u 2 , Z1 = Z2∴ P A/ρ= P B/ρ+ ∑ｈf损失能量ｈf=（P A-P B）/ρ=（147×103-127.5×103）/850∵流体属于滞流型∴摩擦系数与雷若准数之间满足λ=64/ Re又∵ｈf=λ×（ι/d）×0.5 u 2∴∵输送管为水平管，∴管长即为管子的当量长度即：管长为17 . 流体通过圆管湍活动时，管截面的速度散布可按下面经历公式来暗示：u r=u max（y/R）1/7 ，式中y为某点与壁面的间隔，及y=R—r.试求起平均速度u与最年夜速度u max的比值.剖析：平均速度u为总流量与截面积的商，而总流量又可以看作是速度是u r的流体流过2πrdr的面积的叠加即：V=∫0R u r×2πrdr解：平均速度u = V/A =∫0R u r×2πrdr/（πR2）=∫0R u max（y/R）1/7×2πrdr/（πR2）= 2u max/R15/7∫0R（R – r）1/7rdrmaxu/ u max18. 一定量的液体在圆形直管内做滞流活动.若管长及液体物性不变，而管径减至原有的1/2，问因活动阻力而发作的能量损失为原来的若干倍？解：∵管径增加后流量不变∴u1A1=u2A2而r1=r2∴A1=4A2∴u2=4u由能量损失计算公式∑ｈf=λ·（ι/d）×（1/2u2）得∑ｈf，1=λ·（ι/d）×（1/2u12）∑ｈf，2=λ·（ι/d）×（1/2u22）=λ·（ι/d）× 8（u1）2=16∑ｈf，1∴h f2 = 16 h f119. 内截面为1000mm×1200mm的矩形烟囱的高度为30 A1m.平均分子量为30kg/kmol，平均温度为400℃的烟道气自下而上活动.烟囱下端维持49Pa的真空度.在烟囱高度范围内年夜气的密度可视为定值，年夜气温度为20℃，空中处的年夜气压强为×10³Pa.流体经烟囱时的摩擦系数可取为，试求烟道气的流量为若干kg/h？解：烟囱的水力半径rН当量直径 d e= 4rН流体流经烟囱损失的能量∑ｈf=λ·（ι/ d e）·u2/2=0.05×(30/1.109)×u2/2=0.687 u2空气的密度ρ空气3烟囱的上概略压强 (表压) P上=-ρ空气gh = 1.21×9.81×30=-355.02 Pa烟囱的下概略压强 (表压) P下=-49 Pa烟囱内的平均压强 P= (P上+ P下)/2 + P0 = 101128 Pa由ρ= PM/RT 可以失掉烟囱气体的密度ρ= （30×10-3×101128）/（8.314×673）= 0.5422 Kg/m3在烟囱上下概略列伯努利方程P上/ρ= P下/ρ+ Zg+∑ｈf∴∑ｈf= (P上- P下)/ρ– Zg= 268.25 = 0.687 u2流体流速 u = 19.76 m/s质量流量ωs= uAρ= 4.63×104 Kg/h20. 每小时将2×10³kg的溶液用泵从反响器输送到高位槽.反响器液面上方坚持×10³Pa的真空读，高位槽液面上方为年夜气压强.管道为的钢管，总长为50m，管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计（局部阻力系数为4），5个标准弯头.反响器内液面与管路出口的间隔为15m.若泵效率为，求泵的轴功率.解：流体的质量流速ωs = 2×104/3600 = 5.56 kg/s流速 u =ωs/(Aρ雷偌准数Re=duρ/μ= 165199 > 4000查本书附图1-29得 5个标准弯头的当量长度2个全开阀的当量长度∴局部阻力当量长度∑ιe假定1/λ1/2∴检验d/(ε×Re×λ1/2∴契合假定即∴全流程阻力损失∑ｈ=λ×(ι+ ∑ιe)/d × u2/2 + ζ×u2/2= [0.029×(50+11.4)/(68×1032/2= 30.863 J/Kg在反响槽和高位槽液面列伯努利方程得P1/ρ+ We = Zg + P2/ρ+ ∑ｈWe = Zg + (P1- P2)/ρ+∑ｈ= 15×9.81 + 26.7×103= 202.9 J/Kg有效功率Ne = We×ωs= 202.9×5.56 = 1.128×103轴功率N = Ne/η=1.128×103/0.7 = 1.61×103W= 1.61KW21. 从设备送出的废气中有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些物质停止综合应用，并避免环境污染.气体流量为3600m³/h，其物感性质与50℃的空气基内幕同.如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上装置有指示液为水的U管压差计，起读数为30mm.输气管与放空管的内径均为250mm，管长与管件，阀门的当量长度之和为50m，放空机与鼓风机出口的垂直间隔为20m，已估量气体通过塔内填料层的压强降为×10³Pa.管壁的相对粗拙度可取，年夜气压强为×10³.求鼓风机的有效功率.解：查表得该气体的有关物性常数ρ=1.093 , μ=1.96×10-5Pa·s 气体流速u = 3600/(3600×4/π2) = 20.38 m/s质量流量ωs = uAs = 20.38×4/π2=1.093 Kg/s流体活动的雷偌准数 Re = duρ/μ= 2.84×105为湍流型所有当量长度之和ι总=ι+Σιe=50mε取时ε查表得λ所有能量损失包括出口,入口和管道能量损失即: ∑ｈ= 0.5×u2/2 + 1×u2/2 + (0.0189×50/0.25)· u2/2=1100.66在1-1﹑2-2两截面处列伯努利方程u2/2 + P1/ρ+ We = Zg + u2/2 + P2/ρ+ ∑ｈWe = Zg + (P2- P1)/ρ+∑ｈ而1-1﹑2-2两截面处的压强差P2- P1 = P2-ρ水gh = 1.96×103 - 103×9.81×31×103= 1665.7 Pa∴We = 2820.83 W/Kg泵的有效功率Ne = We×ωs= 3083.2W= 3.08 KW22. 如本题附图所示，，贮水槽水位维持不变.槽底与内径为100mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U 管差压计，其一臂与管道相连，另一臂通年夜气.压差计衔接收内充溢了水，测压点与管路出口端之间的长度为20m.（1）.当闸阀封闭时，测得R=600mm，h=1500mm；当闸阀局部开启时，测的R=400mm，h=1400mm.摩擦系数可取，管路入口处的局部阻力系数为.问每小时从管中水流出若干立方米.（2）.当闸阀全开时，U管压差计测压处的静压强为若干（Pa，表压）.闸阀全开时l e/d≈15，摩擦系数仍取.解: ⑴依据流体静力学根本方程, 设槽面到管道的高度为xρ水g(h+x)= ρ水银gR103×(1.5+x) = 13.6×103局部开启时截面处的压强 P1 =ρ水银gR -ρ水gh = 39.63×103Pa在槽面处和1-1截面处列伯努利方程Zg + 0 + 0 = 0 + u2/2 + P1/ρ + ∑ｈ而∑ｈ= ［λ(ι+Σιe)/d +ζ］· u2/2= 2.125 u2∴6.6×9.81 = u2/2 + 39.63 + 2.125 u2体积流量ωs= uAρ= 3.09×π/4×(0.1)23/h⑵闸阀全开时取2-2,3-3截面列伯努利方程Zg = u22/2 + 0.025×(15 +ι/d)u2/2取1-1﹑3-3截面列伯努利方程P1'/ρ = u2/2 + 0.025×(15+ι'/d)u2/2∴P1'= 3.7×104Pa23. 10℃的水以500L/min 的流量流过一根长为300m的水平管，管壁的相对粗拙度为.有6m的压头可供克制活动阻力，试求管径的最小尺寸.解:查表得10℃时的水的密度3µ = 130.77×10-5Pa·su = V s/A = 10.85×10-3/d2∵ ∑ｈf∑ｈf=(λ·ι/d) u2/2 =λ·150 u2/d假定为滞流λ= 64/Re = 64μ/duρ∵H f g≥∑ｈf∴d≤1.5×10-3检验得Re = 7051.22 > 2000∴不契合假定∴为湍流假定Re = 9.7×104即duρ/μ= 9.7×104∴d =8.34×10-2m则ε/d = 0.0006 查表得要使∑ｈf≤H f g 成立则λ·150 u2d≥1.82×10-2m24. 某油品的密度为800kg/m³，粘度为41cP，由附图所示的A槽送至B槽，A 槽的液面比B槽的液面高出.输送管径为（包括阀门当量长度），进出口损失可疏忽.试求：（1）油的流量（m³/h）；（2）若调节阀门的开度，使油的流量增加20%，此时阀门的当量长度为若干m？解：⑴在两槽面处取截面列伯努利方程u2/2 + Zg + P1/ρ= u2/2 + P2/ρ+ ∑ｈf∵P1= P2Zg = ∑ｈf= λ·(ι/d)· u2/21.5×9.81= λ·(50/82×10-3)·u2/2 ①假定流体活动为滞流,则摩擦阻力系数λ=64/Re=64μ/duρ ②联立①②两式失掉核算Re = duρ/μ=1920 < 2000 假定成立油的体积流量ωs=uA=1.2×π/4(82×103)2×36003/h⑵调节阀门后的体积流量ωs'= 22.8×(1-20％)=18.24 m3/h调节阀门后的速度同理由上述两式1.5×9.81= λ·(ι/82×10-32/2λ=64/Re=64μ/duρ 可以失掉∴阀门的当量长度ιe25. 在两座尺寸相同的吸收塔内，各填充沛歧的填料，并以相同的管路并联组合.每条支管上均装有闸阀，两支路的管长均为5m（均包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度），管内径为200mm.通过田料层的能量损失可辨别折算为5u1²与4u2²，式中u 为气体在管内的流速m/s ，气体在支管内活动的摩擦系数为.管路的气体总流量为0.3m³/s.试求：（1）两阀全开时，两塔的通气量；（2）附图中AB的能量损失.剖析：并联两管路的能量损失相等，且各等于管路总的能量损失,各个管路的能量损失由两局部组成，一是气体在支管内活动发作的，而另一局部是气体通过填料层所发作的，即∑ｈf=λ·(ι＋∑ιe/d)· u2/2 ＋ｈf填而且并联管路气体总流量为个支路之和, 即V s= V s1 + V s2解：⑴两阀全开时，两塔的通气量由本书附图１－２９查得d=200mm时阀线的当量长度ιe=150m∑ｈf1=λ·(ι1＋∑ιe1/d)· u12/2 + 5 u12=0.02×(50+150)/0.2· u12/2 + 5 u12∑ｈf2=λ·(ι2＋∑ιe2/d)· u22/2 + 4 u12= 0.02×(50+150)/0.2· u22/2 + 4 u12∵∑ｈf1=∑ｈf2∴u12/ u22即 u1 2又∵V s= V s1 + V s2= u1A1+ u2A2 , A1 = A2 =(0.2)2ππ+ u2π2∴ u21A=4.68 m/s即两塔的通气量辨别为V s1 =0.147 m3/s, V s12=0.153 m3/s⑵总的能量损失∑ｈf=∑ｈf1=∑ｈf2=0.02×155/0.2· u12/2 + 5 u12= 12.5 u12 = 279.25 J/Kg26. 用离心泵将20℃水经总管辨别送至A，B容器内，总管流量为89m/h³，总管直径为ф127×5mm.原出口压强为1.93×105Pa，容器B内水面上方表压为1kgf/cm²，总管的活动阻力可疏忽，各设备间的相对位置如本题附图所示.试求：（1）离心泵的有效压头H e；（2）两支管的压头损失H f，o-A ，H f，.o-B，解：（1）离心泵的有效压头总管流速u = V s/A而A = 3600×π/4×(117)2×10-6在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程Z0g + We = u2/2 + P0/ρ+∑ｈf∵总管活动阻力不计∑ｈf=0We = u2/2 + P0/ρ-Z0g2/2 +1.93×105∴有效压头⑵两支管的压头损失在贮水槽和Α﹑Β概略辨别列伯努利方程Z0g + We = Z1g + P1/ρ+ ∑ｈf1Z0g + We = Z2g + P2/ρ+ ∑ｈf2失掉两支管的能量损失辨别为∑ｈf1= Z0g + We –(Z1g + P1/ρ)= 2×9.81 + 176.38 –(16×9.81 + 0)∑ｈf2=Z0g + We - (Z2g + P2/ρ)=2×9.81 + 176.38 –(8×9.81 + 101.33×103/998.2) =16.0 J/Kg∴压头损失 H f1 = ∑ｈf1/g = 3.98 mH f2 = ∑ｈf227. 用效率为80%的齿轮泵将粘稠的液体从敞口槽送至密闭容器中，两者液面均维持恒定，容器顶部压强表读数为30×103Pa.用旁路调节流量，起流程如本题附图所示，主管流量为14m3/h，管径为φ66×3mm，管长为80m（包括所有局部阻力的当量长度）.旁路的流量为5m3/h，管径为，管长为20m（包括除阀门外的管件局部阻力的当量长度）两管路的流型相同，疏忽贮槽液面至分支点o之间的能量损失.被输送液体的粘度为50mPa·s，密度为1100kg/m³，试计算：（1）泵的轴功率（2）旁路阀门的阻力系数.解：⑴泵的轴功率辨别把主管和旁管的体积流量换算成流速主管流速u = V/A = 14/[3600×(π/4)×(60)2×10-6]= 1.38 m/s旁管流速 u1 = V1/A = 5/[3600×(π/4)×(27)2×10-6]= 2.43 m/s先计算主管流体的雷偌准数Re = duρ/μ= 1821.6 < 2000 属于滞流摩擦阻力系数可以按下式计算λ在槽面和容器液面处列伯努利方程We = Z2g + P2/ρ+ ∑ｈf= 5×9.81 + 30×1032×80/(60×10-3)=120.93 J/Kg主管质量流量ωs= uAρ= 1.38×(π/4)×(60)2×1100泵的轴功率 Ne/η= We×ωs/η = 877.58 W⑵旁路阀门的阻力系数旁管也为滞流其摩擦阻力系数λ1 = 64/ Re1有效功We = 0+ u12/2 + 0 + ∑ｈf= u12/2 + λ·u12/2 ·20/d1 + ε·u12/2∴旁路阀门的阻力系数ε= (We -u12/2 -λ·u12/2·20/d1)- 2/u1228．本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水辨别从BC与BD两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的间隔为11m，AB段内径为38mm，长为58m；BC支管内径为32mm，长为；BD支管的内径为26mm，长为14m，各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度.AB与BC 管的摩擦系数为.试计算：(1)当BD 支管的阀门封闭时，BC支管的最年夜排水量为若干m³/h？(2)当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为若干m³/h？BD支管的管壁相对粗拙度为，水的密度为1000kg/m³，粘度为·s.剖析：当BD 支管的阀门封闭时，BC管的流量就是AB总管的流量；当所有的阀门全开时，AB总管的流量应为BC，BD两管流量之和.而在高位槽内，水流速度可以认为疏忽不计.解:（1）BD 支管的阀门封闭V S,AB = V S,BC即u0A0 = u1A1 u0π382/4 = u1π322/4∴ u0 1辨别在槽面与C-C,B-B截面处列出伯努利方程0 + 0 + Z0g = u12/2 + 0 + 0 + ∑ｈf,AC0 + 0 + Z1g = u02/2 + 0 + 0 + ∑ｈf,AB而∑ｈf,AC = λ·(ιAB/d0)·u02/2 + λ·(ιBC/d1)·u12/2= O.03×(58000/38) ×u02/2 + 0.03·(12500/32)×u12/2 = 22.89 u02 + 5.86 u12∑ｈf,AB = λ·(ιAB/d0)·u02/2= O.03×(58000/38)×u02/2= 22.89 u02∴u1BC支管的排水量 V S,BC = u1A13/s⑵所有的阀门全开V S,AB = V S,BC + V S,BDu0A0 = u1A1 + u2A2 u0π382/4 = u1π322/4 + u2π262/4u0382 = u1322 + u2262 ①假定在BD段满足1/λ1/2=2 lg(d /ε∴λD = 0.0317同理在槽面与C-C,D-D截面处列出伯努利方程Z0g = u12/2 + ∑ｈf,AC= u12/2 +λ·(ιAB/d0)·u02/2 + λ·(ιBC/d1)·u12/2 ② Z0g = u22/2 + ∑ｈf,AD= u22/2 +λ·(ιAB/d0)·u02/2 +λD·(ιBD/d2)·u22/2 ③联立①②③求解失掉 u1 = 1.776 m/s, u2= 1.49 m/s核算Re = duρ/μ= 26×10-3×1.49×103/0.001 = 38.74×103(d/ε)/Reλ1/2∴假定成立即 D,C两点的流速 u1 = 1.776 m/s , u2= 1.49 m/s∴ BC段和BD的流量辨别为 V S,BC= 32×10×(π= 5.14 m3/sV S,BD= 26×10×(π= 2.58 m3/s29. 在Φ38×的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为，管中活动的是20℃的苯，采用角接取压法用U管压差计丈量孔板两测的压强差，以水银为指示液，策压衔接收中充溢甲苯.测得U管压差计的读数为600mm，试计算管中甲苯的流量为若干kg/h？解：查本书附表20℃时甲苯的密度和粘度辨别为ρ= 867 Kg/m3,μ= 0.675×10-3假定Re = 8.67×104当A0/A1时,查孔板流量计的C0与Re, A0/A1的关系失掉C0体积流量 V S = C0A0[2gR(ρA-ρ)/ ρ]1/2= 0.63×π2×10-6×[2×9.81×0.6×(13.6-0.867)/0.867]1/2=1.75×10-3 m3/s流速 u = V S /A = 2.05 m/s核算雷偌准数 Re = duρ/μ= 8.67×104与假定基内幕符∴甲苯的质量流量ωS = V Sρ=1.75×10-3×867×3600= 5426 Kg/h第二章流体输送机械1 . 在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26m³/h时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数辨别为152kPa和，轴功率为，转速为2900r/min，若真空表和压强表两测压口间的垂直间隔为，泵的进出口管径相同，两测压口间管路活动阻力可疏忽不计，试求该泵的效率，并列出该效率下泵的性能.解：取20 ℃时水的密度ρ=998.2 Kg/m3在泵出口和入口处列伯努利方程u12/2g + P1/ρg + Η = u12/2g + P2/ρg + Ηf + Z∵泵进出口管径相同, u1= u2不计两测压口见管路活动阻力Ηf = 0∴ P1/ρg + Η = P2/ρg + ZΗ = (P2- P1)/ρg + Z = 0.4 + (152+24.7)×103=18.46 m该泵的效率η= QHρg/N = 26×18.46×998.2×9.8/(2.45×103×3600) = 53.2.﹪2. 用离心泵以40m³/h 的流量将贮水池中65℃的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以到达冷却的目的，已知水进入喷头之前需要维持49kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高6m，吸入管路和排出管路中压头损失辨别为1m和3m，管路中的动压头可以疏忽不计.试选用适宜的离心泵并确定泵的装置高度.外地年夜气压按计.解：∵输送的是清水∴选用B型泵查65℃时水的密度ρ= 980.5 Kg/m3在水池面和喷头处列伯努利方程u12/2g + P1/ρg + Η = u12/2g + P2/ρg + Ηf + Z 取u1= u2 = 0 则Η = (P2- P1)/ρg + Ηf + Z= 49×103/980.5×9.8 + 6 + (1+4)= 15.1 m∵ Q = 40 m3/h由图2-27得可以选用3B19A 2900 465℃时清水的饱和蒸汽压P V= 2.544×104Pa外地年夜气压Ηa = P/ρg = 101.33×103×9.81 = 10.35 m查附表二十三 3B19A的泵的流量: 29.5 — 48.6 m3/h为担保离心泵能正常运转,选用最年夜输出量所对应的ΗS'即ΗS'输送65℃水的真空度ΗS= [ΗS'+(Ηa-10)-( P V/9.81×103–0.24)]1000/ρ∴允许吸上高度H g = ΗS - u12/2g -Ηf,0-1即装置高度应低于3．常压贮槽内盛有石油产物，其密度为760kg/m³，粘度小于20cSt，在贮槽条件下饱和蒸汽压为80kPa，现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m³流量送往表压强为177kPa的设备内.贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m，吸入管路和排出管路的全部压头损失为1m和4m.试核算该泵是否合用.若油泵位于贮槽液面以下处，问此泵能否正常把持？外地年夜气压按计.解: 查附录二十三 65Y-60B型泵的特性参数如下流量3/s, 气蚀余量△h=2.6 m扬程H = 38 m允许吸上高度 H g = (P0- P V)/ρg - △h-Ηf,0-1扬升高度 Z = H -Ηf,0-2 = 38 –4 = 34m如图在1-1,2-2截面之间列方程u12/2g + P1/ρg + Η = u22/2g + P2/ρg + Ηf,1-2 + △Z其中u12/2g = u22/2g = 0管路所需要的压头: Ηe=(P2 – P1)/ρg + △Z + Ηf,1-2= 33.74m < Z = 34 m游品流量Q m = 15 m33/s离心泵的流量,扬升高度均年夜雨管路要求,且装置高度有也低于最年夜允许吸上高度因此,能正常任务。

化工原理（天津大学第二版）下册部分答案第8章2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa 的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。

试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。

已知操作条件下，亨利系数51066.1⨯=E kPa ，水溶液的密度为997.8 kg/m 3。

解：水溶液中CO 2的浓度为 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa 气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa < *p故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。

以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3. 在总压为110.5 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。

测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y =、31.06koml/m c =。

气膜吸收系数k G =5.2×10-6 kmol/(m 2·s ·kPa)，液膜吸收系数k L =1.55×10-4 m/s 。

假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝0.725 kmol/(m 3·kPa)。

（1）试计算以p ∆、c ∆表示的总推动力和相应的总吸收系数；（2）试分析该过程的控制因素。

解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 t 1.06*(110.50.032)kPa 2.0740.725c p p p p y H ∆=-=-=⨯-=kPa 其对应的总吸收系数为6G 1097.4-⨯=K kmol/(m 2·s ·kPa)以液相组成差表示的总推动力为 其对应的总吸收系数为 （2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。

化工原理课后习题解答第一章流体流动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R1 = 400 mm ，R2 = 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R3= 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ρg，其他数据如图所示a–a′处P A+ ρg gh1= ρ水gR3+ ρ水银ɡR2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 Pab-b′处P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103=6.05×103Pa4. 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。

化工原理第二版-(下册)夏清-贾绍义-课后习题解答化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答（夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版）社,2011.8.）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（℃） 80.1 85 90 95 100 105x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 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 *，PA*，由于总压P = 99kPa，则由x = (P-PB *)/(PA*-PB*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。

以t = 80.1℃为例 x =（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x = 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C5H12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1291.7 309.3K C6H14248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8322.8 341.9饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3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* = 1.3kPa查得PA*= 6.843kPa得到其他温度下A¸B的饱和蒸汽压如下表t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3PA*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300PB*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250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 x = (P-PB *)/(PA*-PB*)=（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*x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0.524 0 根据平衡数据绘出t-x-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x-y数据，并与习题2 的结果相比较。

化工原理（天津大学第二版）下册部分答案第8章2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa 的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。

试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。

已知操作条件下，亨利系数51066.1⨯=E kPa ，水溶液的密度为997.8 kg/m 3。

解：水溶液中CO 2的浓度为33350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44c == 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为4t 0.008 1.4431055.43c x c -===⨯ 由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa < *p故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。

以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3. 在总压为110.5 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。

测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y =、31.06koml/m c =。

气膜吸收系数k G =5.2×10-6 kmol/(m 2·s ·kPa)，液膜吸收系数k L =1.55×10-4 m/s 。

假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝0.725 kmol/(m 3·kPa)。

（1）试计算以p ∆、c ∆表示的总推动力和相应的总吸收系数；（2）试分析该过程的控制因素。

解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 t 1.06*(110.50.032)kPa 2.0740.725c p p p p y H ∆=-=-=⨯-=kPa 其对应的总吸收系数为 246G L G 11111()(m s kPa)/kmol 0.725 1.5510 5.210K Hk k --=+=+⋅⋅⨯⨯⨯ 35252(8.89910 1.92310)(m s Pa)/kmol 2.01210(m s Pa)/kmol =⨯+⨯⋅⋅=⨯⋅⋅6G 1097.4-⨯=K kmol/(m 2·s ·kPa)以液相组成差表示的总推动力为33*(110.50.0320.725 1.06)kmol/m 1.504kmol/m c c c pH c ∆=-=-=⨯⨯-=其对应的总吸收系数为 m/s 10855.6m/s 102.5725.01055.11111664G L L ---⨯=⨯+⨯=+=k H k K（2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为%58.95%100102.51097.4/1/166G G G G =⨯⨯⨯==--k K K k 气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。

化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答（夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版）社,.）第1章蒸馏1.已知含苯（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（℃） 85 90 95 100 105x解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据**，由于总压，P1-1查例附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P AB***t-x可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡)/(P，则由P = 99kPax= (P-P-P)BAB．图数据。

以t = ℃为例 x =（99-40）/（）=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x = 时，相应的温度为92℃2.正戊烷（CH）和正己烷（CH）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 下该溶液的145612平衡数据。

温度 CH 125K CH14 6饱和蒸汽压(kPa)解：根据附表数据得出相同温度下CH（A）和CH（B）的饱和蒸汽压141256*= ℃时 P 以t = ℃时为例，当t = B*= 查得P A得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表t(℃) 248 251 279 289*(kPa) P A利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以℃时为例***)-Pt= ℃时 x = (P-P)/(P 当BAB=（）/（）= 1平衡气相组成以℃为例*x/P = ×1/ = 1 ℃时当 t= y = P A同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃) 279 289x 1 0y 1 0根据平衡数据绘出t-x-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x-y数据，并与习题2的结果相比较。

解：①计算平均相对挥发度**计算出各温度下的相对挥发度理想溶液相对挥发度α= P：/P BA t(℃) α - - - - - - - -取℃和279℃时的α值做平均α= （+）/2 = m②按习题2的x数据计算平衡气相组成y的值当x = 时，y = ×[1+×]=同理得到其他y值列表如下t(℃) 279 289αx 1 0y 1 0'曲线和原先的t-x-y曲线如图③作出新的t-x-y4.在常压下将某原料液组成为（易挥发组分的摩尔）的两组溶液分别进行简单蒸馏和平衡蒸馏，若汽化率为1/3，试求两种情况下的斧液和馏出液组成。

化工原理课后习题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R1 = 400mm ， R2 = 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R3= 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ρg，其他数据如图所示a–a′处 P A+ ρg gh1= ρ水gR3+ ρ水银ɡR2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 Pab-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1P B= 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103=6.05×103Pa4. 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。