化工原理上册课后习题答案PDF

[标签:标题]篇一：化工原理第二版夏清贾绍义版上册课后习题天津大学第一章流体流动2．在此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6.9m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有向来径为760mm的圆孔，此中心距罐底800mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉资料的工作应力取为39.23×106Pa，问最少需要几个螺钉？解析：罐底产生的压力不可以超出螺钉的工作应力P油≤?螺解：P螺=ρgh×A=960×9.81×(9.6-0.8)150.307×103N即×3.14×0.762?螺=39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤?螺得n≥最少需要7个螺钉3．某流化床反应器上装有两个U压差计，如此题附6.23取nmin=74.此题附图为远距离丈量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面地址。已知两吹气管出口的距离H=1m，U油的密度为820Kg／?。试求当压差计读数R=68mm管压差计的指示液为水银，煤时，相界面与油层型管的吹气管出口距离ｈ。解析：解此题应采用的适合的截面以以下图：忽视空气产生的压强，此题中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h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gh，P4=ρ水g（H-h）+ρ煤油g（h+h）联立这几个方程获取ρ水银gR=ρ水g（H-h）+煤油gh-ρ水gh带入数据ρ煤油g（h+h）-ρ煤油gh即ρ水银gR=ρ水gH+ρ1.03×103×1-13.6×103×0.068=h(1.0×103-0.82×103)ｈ=0.418ｍ5．用此题附图中串通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管间的连接收内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：ｈ1﹦2.3m，2=1.2m,ｈ3=2.5m,ｈ4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离ｈ5=3m。大气压强ｐa=99.3×103ｐａ。试求锅炉上方水蒸气的压强Ｐ。解析：第一采用适合的截面用以连接两个Ｕ管，此题应采用以以下图的1－1截面，再采用等压面，最后依据静力学基根源理列出方程，求解解：设1－1截面处的压强为Ｐ1对左侧的Ｕ管取ａ-ａ等压面，由静力学基本方程0+ρ水g(h5-h4)=Ｐ1+ρ水银g(h3-h4)代入数据0+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，由静力学基本方程Ｐ1+ρ水g(h3-h2)=ρ水银g(h1-h2)+ｐａ代入数据1+1.0×103×9.81×﹙2.5-1.2﹚=13.6×103×9.81×﹙2.3-1.2﹚+99.3×103解着两个方程得Ｐ0=3.64×105Pa依据此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，其密度分别为920㎏／ｍ3,998㎏／ｍ3,Ｕ管中油﹑水交接面高度差R=300ｍｍ，两扩大室的内径D均为60ｍｍ，Ｕ管内径ｄ为6ｍｍ。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。解析：此题的重点是找准等压面，依据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解解：由静力学基根源则，采用1－1‘为等压面，对于Ｕ管左侧ｐ表+ρ油g(h1+R)=Ｐ1对于Ｕ管右边Ｐ2=ρ水gR+ρ油表=ρ水gR+ρ油gh2-ρ油g(h1+R)=ρ水gR-ρ油gR+ρ油g（h2-h1）2当ｐ表=0时，扩大室液面平齐即π（D/2）（h2-h1）=π（d/2）2gh2ｐRh2-h1=3mmｐ表=2.57×102Pa7.列管换热气的管束由121根φ×2.5mm的钢管构成。空气以9m/s速度在列管内流动。空气在管内的均匀温度为50℃﹑压强为196×103Pa(表压)，当地大气压为98.7×103Pa试求：⑴空气的质量流量；⑵操作条件下，空气的体积流量；⑶将⑵的计算结果换算成情况下空气的体积流量。解：空气的体积流量ＶS=uA=9×π/4×0.022×121=0.342m3/s质量流量ws=ＶSρ=ＶS×(MP)/(RT)=0.342×[29×(98.7+196)]/[8.315×323]=1.09㎏/s换算成标准情况V1P1/V2P2=T1/T2ＶS2=P1T2/P2T1×ＶS1=(294.7×273)/(101×323)×0.342=0.843m3/s8.高位槽内的水面高于地面8m，水从φ108×4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在此题特定条件下，水流经系统的能量损失可按∑ｈf=6.5u2计算，此中u为水在管道的流速。试计算：⑴A—A'截面处水的流速；⑵水的流量，以m3/h计。解析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主若是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的重点是找准截面和基准面，对于此题来说，适合的截面是高位槽1—1,和出管口2—2,,以以下图，采用地面为基准面。解：设水在水管中的流速为u，在以以下图的1—1,，2—2,处列柏努力方程Z1ｇ+0+Ｐ1/ρ=Z2ｇ+ｕ2／2+Ｐ2/ρ+∑ｈf（Z1-Z2）g=u2/2+6.5u2数据(8-2)×9.81=7u2,u=2.9m/s换算成体积流量代入VS=uA=2.9×π/4×0.12×3600=82m3/h9.20℃水以2.5m/s的流速流经φ38×2.5mm的水平管，此管以锥形管和另一φ53×3m的水平管相连。如此题附图所示，在锥形管双侧的压强。若水流经A﹑B两截面的能量损失为A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面1.5J/㎏，求两玻璃管的水面差（以ｍｍ计），并在此题附图中画出两玻璃管中水面的相对地址。解析:依据水流过A、B两截面的体积流量同样和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经Ａ﹑Ｂ两截面处的流速分别为uA、uBuAAA=uBABuB=（AA/AB）uA=（33/47）2×2.5=1.23m/s在Ａ﹑Ｂ两截面处列柏努力方程Z1ｇ+ｕ12／2+Ｐ1/ρ=Z2ｇ+ｕ22／2+Ｐ2/ρ+∑ｈf2∴（Ｐ1-Ｐ2）/ρ∑ｈf+（ｕ12-ｕ22）／2g（h1-h2）=1.5+(1.232-2.52)/2h1-h2=0.0882m=88.2mm即两玻璃管的水面差为88.2mm=10.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位保持恒定，各部分相对地址如此题附图所示。管路的直径均为Ф76×2.5mm，在操作条件下，泵进口处真空表的读数为24.66×103Pa,水流经吸入管与排处管（不包含喷头）的能量损失可分别按∑ｈf,1=2u2，∑hf,2=10u2计算，因为管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速ｍ/s。排水管与喷头连接处的压强为篇二：化工原理上册课后习题答案绪论1.从基本单位换算下手，将以下物理量的单位换算为SI单位。（1）水的黏度μ=0.00856g/(cm·s)（2）密度ρ=138.6kgf?s2/m43）某物质的比热容CP=0.24BTU/(lb·℉)2（4）传质系数KG=34.2kmol/(m?h?atm)（5）表面张力σ=74dyn/cm6）导热系数λ=1kcal/(m?h?℃)解：此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1kg=1000g，1m=100cm?4?4????0.00856?8.56?10kgm?s?8.56?10Pa?s???cm?s?1000g?1m?则???????g??1kg??100cm?（2）密度基本物理量的换算关系为1kgf=9.81N，1N=1kg?m/s2?kgf?s2??9.81N??1kg?s2?3??138.6?1350kgm??????4则?m??1kgf??1N?（3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1BTU=1.055kJ，lb=0.4536kg1oF?5oC9则?BTU??1.055kJ??1lb??1?F?cp?0.24???1BTU??0.4536kg??9?C??1.005kJ?kg??C?lb?F????????（4）传质系数基本物理量的换算关系为1h=3600s，1atm=101.33kPa则?kmol??1h??1atm??52?KG?34.2?2?9.378?10m?s?kPa???3600s??101.33kPa?m?h?atm??????（5）表面张力基本物理量的换算关系为1dyn=1×10–5N1m=100cm则?5?dyn??1?10N??100cm??2??74??7.4?10Nm???1dyn?1m?cm??????（6）导热系数基本物理量的换算关系为1kcal=4.1868×103J，1h=3600s则3?kcall??4.1868?10J??1h???1?2??????1.163J?m?s??C??1.163W?m??C?m?h??C1kcal3600s??????2．乱堆25cm拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下边公式计算，即HE?3.9A?2.78?10?4G??12.01D??0.3048Z0?BC??L?L式中HE—等板高度，ft；G—气相质量速度，lb/(ft2?h)；D—塔径，ft；Z0—每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft；α—相对挥发度，量纲为一；μL—液相黏度，cP；ρL—液相密度，lb/ft3A、B、C为常数，对25mm的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1及1.24。试将上边经验公式中各物理量的单位均换算为SI单位。解：上边经验公式是混杂单位制度，液体黏度为物理单位制，而其他诸物理量均为英制。经验公式单位换算的基本重点是：找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系，导出物理量“数字”的表达式，而后代入经验公式并整理，以便使式中各符号都变成所希望的单位。详尽换算过程以下：（1）从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为1ft?0.3049m1?ft2?h??1.356?10?3kg?m2?s?（见1）α量纲为一，不用换算1cp?1?10?3Pa?slb?lb??1kg??3.2803ft?3213=1?3??=16.01kg/m???ft?ft??2.2046lb??1m?(2)将原符号加上“′”以代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下边以HE为例：?mHEft?HE?则HE?HEmm3.2803ft?HE?3.2803HEftftm同理G?G?1.356?10?3?737.5G???D?3.2803D?Z0?3.2803Z0??1?10?3??L??L?.01?0.06246?L??L??L将以上关系式代原经验公式，得??3.9?0.57?2.78?10?4?737.5G??3.2803HE-0.1?12.01?3.2803D??1.24??????0.3048??3.2803Z0??????1000?L??0.0624?L?整理上式并略去符号的上标，便获取换算后的经验公式，即HE?1.084?10?4A?0.205G?-0.1?39.4D?1.24Z0??L?L第一章流体流动流体的重要性质1．某气柜的容积为6000m3，若气柜内的表压力为5.5kPa，温度为40℃。已知各组分气体的体积分数为：H240%、N220%、CO32%、CO27%、CH41%，大气压力为101.3kPa，试计算气柜满载时各组分的质量。解：气柜满载时各气体的总摩尔数nt?pV?101.3?5.5??1000.0?6000?mol?246245.4molRT8.314?313各组分的质量：mH2?40%nt?MH2?40%?246245.4?2kg?197kgmN2?20%nt?MN2?20%?246245.4?28kg?1378.97kgmCO?32%nt?MCO?32%?246245.4?28kg?2206.36kgmCO2?7%nt?MCO2?7%?246245.4?44kg?758.44kgmCH4?1%nt?MCH4?1%?246245.4?16kg?39.4kg2．若将密度为830kg/m3的油与密度为710kg/m3的油各60kg混在一起，试求混杂油的密度。设混杂油为理想溶液。解：mt?m1?m2??60?60?kg?120kgVt?V1?V2?m1?1?m2?6060?33???m?0.157m??2?8307101???m?mt12033?kgm?764.33kgmVt0.157流体静力学3．已知甲地区的均匀大气压力为85.3kPa，乙地区的均匀大气压力为101.33kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能保持该设备的的绝对压力与甲地区操作时同样？解：（1）设备内绝对压力绝压=大气压-真空度=85.3?103?20?103Pa?65.3kPa（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=101.33?103?65.3?103Pa?36.03kPa4．某储油罐中盛有密度为960kg/m3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5m，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有向来径为760mm的孔，此中心距罐底1000mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉资料的工作压力为39.5×106Pa，问最少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103Pa）？解：由流体静力学方程，距罐底1000mm处的流体压力为????p?p??gh?101.3?103?960?9.81?(9.5?1.0)Pa?1.813?103Pa（绝压）作用在孔盖上的总力为??F?(p?pa)A＝（1.813?103－101.3?103）??0.762N＝3.627?104N4每个螺钉所受力为πF1?39.5?10??0.0142N?6.093?103N4所以n?FF1?3.627?104?6.093?103?N?5.95?6（个）习题4附图习题5附图5．如此题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为R1=500mm，R2=80mm，指示液为水银。为防范水银蒸气向空间扩散，于右边的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=100mm。试求A、B两点的表压力。解：（1）A点的压力pA??水gR3??汞gR2??1000?9.81?0.1?13600?9.81?0.08?Pa?1.165?104Pa（表）（2）B点的压力pB?pA??汞gR1?1.165?10?13600?9.81?0.5Pa?7.836?10Pa（表）?4?46．如此题附图所示，水在管道内流动。为丈量流体压力，在管道某截面处连接U管压差计，指示液为水银，读数R=100mm，h=800mm。为防范水银扩散至空气中，在水银面上方充入少许水，其高度可以忽视不计。已知当地大气压力为101.3kPa，试求管路中心处流体的压力。解：设管路中心处流体的压力为p依据流体静力学基本方程式，pA?pA?则p+?水gh+?汞gR?pa篇三：化工原理第二版夏清贾绍义版上册课后习题答案天津大学第一章流体流动2．在此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6.9m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有向来径为760mm的圆孔，此中心距罐底800mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉资料的工作应力取为39.23×106Pa，问最少需要几个螺钉？解析：罐底产生的压力不可以超出螺钉的工作应力P油≤?螺解：P螺=ρgh×A=960×9.81×(9.6-0.8)150.307×103N即×3.14×0.762?螺=39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤?螺得n≥最少需要7个螺钉3．某流化床反应器上装有两个U压差计，如此题附6.23取nmin=74.此题附图为远距离丈量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面地址。已知两吹气管出口的距离H=1m，U油的密度为820Kg／?。试求当压差计读数R=68mm管压差计的指示液为水银，煤时，相界面与油层型管的吹气管出口距离ｈ。解析：解此题应采用的适合的截面以以下图：忽视空气产生的压强，此题中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gR∵P1=P4，P2=P3h在1－1′与2－2′截面之间P1=P2+ρ水银且P3=ρ煤油gh，P4=ρ水g（H-h）+ρ煤油联立这几个方程获取ρ水银gR=ρ水g（H-h）+ρ煤油g（h+h）-ρ煤油煤油gh-ρ水gh带入数据g（h+h）gh即ρ水银gR=ρ水gH+ρ1.03×103×1-13.6×103×0.068=h(1.0×103-0.82×103)ｈ=0.418ｍ5．用此题附图中串通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管间的连接收内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：ｈ1﹦2.3m，2=1.2m,ｈ3=2.5m,ｈ4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离ｈ5=3m。大气压强ｐa=99.3×103ｐａ。试求锅炉上方水蒸气的压强Ｐ。解析：第一采用适合的截面用以连接两个Ｕ管，此题应采用以以下图的1－1截面，再采用等压面，最后依据静力学基根源理列出方程，求解解：设1－1截面处的压强为Ｐ1对左侧的Ｕ管取ａ-ａ等压面，由静力学基本方程0+ρ水g(h5-h4)=Ｐ1+ρ水银g(h3-h4)代入数据0+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，由静力学基本方程Ｐ1+ρ水g(h3-h2)=ρ水银g(h1-h2)+ｐａ代入数据1+1.0×103×9.81×﹙2.5-1.2﹚=13.6×103×9.81×﹙2.3-1.2﹚+99.3×103解着两个方程得Ｐ0=3.64×105Pa依据此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，其密度分别为920㎏／ｍ3,998㎏／ｍ3,Ｕ管中油﹑水交接面高度差R=300ｍｍ，两扩大室的内径D均为60ｍｍ，Ｕ管内径ｄ为6ｍｍ。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。解析：此题的重点是找准等压面，依据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解解：由静力学基根源则，采用1－1‘为等压面，对于Ｕ管左侧ｐ表+ρ油g(h1+R)=Ｐ1对于Ｕ管右边Ｐ2=ρ水gR+ρ油表=ρ水gR+ρ油gh2-ρ油g(h1+R)=ρ水gR-ρ油gR+ρ油g（h2-h1）2当ｐ表=0时，扩大室液面平齐即π（D/2）（h2-h1）=π（d/2）2gh2ｐRh2-h1=3mmｐ表=2.57×102Pa7.列管换热气的管束由121根φ×2.5mm在列管内流动。空气在管内的均匀温度为，当地大气压为98.7×103Pa的钢管构成。空气以9m/s速度50℃﹑压强为196×103Pa(表压)试求：⑴空气的质量流量；⑵操作条件下，空气的体积流量；⑶将⑵的计算结果换算成标准情况下空气的体积流量。解：空气的体积流量ＶS=uA=9×π/4×0.022×121=0.342m3/s质量流量ws=ＶSρ=ＶS×(MP)/(RT)=0.342×[29×(98.7+196)]/[8.315×323]=1.09㎏/s换算成标准情况V1P1/V2P2=T1/T2ＶS2=P1T2/P2T1×ＶS1=(294.7×273)/(101×323)×0.342=0.843m3/s8.高位槽内的水面高于地面8m，水从φ108×4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在此题特定条件下，水流经系统的能量损失可按∑ｈf=6.5u2计算，此中u为水在管道的流速。试计算：⑴A—A'截面处水的流速；⑵水的流量，以m3/h计。解析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主若是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的重点是找准截面和基准面，对于此题来说，适合的截面是高位槽1—1,和出管口2—2,,以以下图，采用地面为基准面。解：设水在水管中的流速为u，在以以下图的1—1,，2—2,处列柏努力方程Z1ｇ+0+Ｐ1/ρ=Z2ｇ+ｕ2／2+Ｐ2/ρ+∑ｈf（Z1-Z2）g=u2/2+6.5u2数据(8-2)×9.81=7u2,u=2.9m/s换算成体积流量代入VS=uA=2.9×π/4×0.12×3600=82m3/h9.20℃水以2.5m/s的流速流经φ38×2.5mm的水平管，此管以锥形管和另一φ53×3m水平管相连。如此题附图所示，在锥形管双侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经A﹑B两截面的能量损失为1.5J/㎏，求两玻璃管的水面差（以ｍｍ计）的，并在此题附图中画出两玻璃管中水面的相对地址。解析:依据水流过A、B两截面的体积流量同样和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经Ａ﹑Ｂ两截面处的流速分别为uA、uBuAAA=uBABuB=（AA/AB）uA=（33/47）2×2.5=1.23m/s在Ａ﹑Ｂ两截面处列柏努力方程Z1ｇ+ｕ12／2+Ｐ1/ρ=Z2ｇ+ｕ22／2+Ｐ2/ρ+∑ｈf2∴（Ｐ1-Ｐ2）/ρ∑ｈf+（ｕ12-ｕ22）／2g（h1-h2）=1.5+(1.232-2.52)/2h1-h2=0.0882m=88.2mm即两玻璃管的水面差为88.2mm=10.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位保持恒定，各部分相对地址如此题附图所示。管路的直径均为Ф76×2.5mm，在操作条件下，泵进口处真空表的读数为24.66×103Pa,水流经吸入管与排处管（不包含喷头）的能量损失可分别按∑ｈf,1=2u2，∑hf,2=10u2计算，因为管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速/s。排水管与喷头连接处的压强为