《化工原理(第二版)上册课后习题答案完整版柴诚敬主编.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理(第二版)上册课后习题答案完整版柴诚敬主编.doc（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大学课后习题解答之化工原理(上)-天津大学化工学院-柴诚敬主编绪 论1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI单位。（1）水的黏度=0.00856 g/(cms) （2）密度=138.6 kgf s2/m4（3）某物质的比热容CP=0.24 BTU/(lb)（4）传质系数KG=34.2 kmol/(m2hatm) （5）表面张力=74 dyn/cm（6）导热系数=1 kcal/(mh) 解：本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1 kg=1000 g，1 m=100 cm则 （2）密度 基本物理量的换算关系为1 kgf=9.81 N，1 N=1 kgm/s2
2、则 （3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为 1 BTU=1.055 kJ，l b=0.4536 kg 则 （4）传质系数 基本物理量的换算关系为1 h=3600 s，1 atm=101.33 kPa则 （5）表面张力 基本物理量的换算关系为1 dyn=1105 N 1 m=100 cm则 （6）导热系数 基本物理量的换算关系为1 kcal=4.1868103 J，1 h=3600 s则 2 乱堆25cm拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即式中 HE等板高度，ft；G气相质量速度，lb/(ft2h)；D塔径，ft；Z0每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft；
3、相对挥发度，量纲为一；L液相黏度，cP；L液相密度，lb/ft3A、B、C为常数，对25 mm的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1及1.24。试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为SI单位。解：上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制，而其余诸物理量均为英制。经验公式单位换算的基本要点是：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，然后代入经验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单位。具体换算过程如下：（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 （见1）量纲为一，不必换算1=1=16.01 kg/m2 (2) 将原符号加上“”以
4、代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下面以HE为例：则 同理 (3) 将以上关系式代原经验公式，得整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即第一章 流体流动流体的重要性质1某气柜的容积为6 000 m3，若气柜内的表压力为5.5 kPa，温度为40 。已知各组分气体的体积分数为：H2 40%、 N2 20%、CO 32%、CO2 7%、CH4 1%，大气压力为 101.3 kPa，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各组分的质量： 2若将密度为830 kg/ m3的油与密度为710 kg/ m3的油各60 kg混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理
5、想溶液。解： 流体静力学3已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压= 4某储油罐中盛有密度为960 kg/m3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的孔，其中心距罐底1000 mm，孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5106
6、Pa，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3103 Pa）？ 解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm处的流体压力为 作用在孔盖上的总力为 每个螺钉所受力为 因此 习题5附图 习题4附图 5如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为R1=500 mm，R2=80 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=100 mm。试求A、B两点的表压力。习题6附图 解：（1）A点的压力 （2）B点的压力 6如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接U管压差计，指示液为水银，读数R=100 mm，h=8
7、00 mm。为防止水银扩散至空气中，在水银面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。已知当地大气压力为101.3 kPa，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根据流体静力学基本方程式，则 7某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3 kPa（表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本题附图所示。液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。习题7附图解：流体流动概述8. 密度为1800 kg/m3的某液体经一内径为60 mm的管道输送到某处，若其平均流速为0.8 m/s，求该液体的体积流量（m3/h）、质量流
8、量（kg/s）和质量通量kg/(m2s)。解： 9在实验室中，用内径为1.5 cm的玻璃管路输送20 的70%醋酸。已知质量流量为10 kg/min。试分别用用SI和厘米克秒单位计算该流动的雷诺数，并指出流动型态。 解：（1）用SI单位计算查附录70%醋酸在20 时， 故为湍流。 （2）用物理单位计算 ， 10有一装满水的储槽，直径1.2 m，高3 m。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4 cm，测得水流过小孔的平均流速u0与槽内水面高度z的关系为： 试求算（1）放出1 m3水所需的时间（设水的密度为1000 kg/m3）；（2）又若槽中装满煤油，其它条件不变，放出1m3煤油所需时间有何变
9、化（设煤油密度为800 kg/m3）？ 解：放出1m3水后液面高度降至z1，则 由质量守恒，得 ， （无水补充） (A为储槽截面积)故有 即 上式积分得 11如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m，水从108 mm4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按hf=5.5u2计算，其中u为水在管内的平均流速（m/s）。设流动为稳态，试计算（1）A-A截面处水的平均流速；（2）水的流量（m3/h）。 解：（1）A- A截面处水的平均流速 在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得 （1）式中 z1=7 m，ub10，p1=0（表压） z2=1.5 m
10、，p2=0（表压），ub2 =5.5 u2代入式（1）得 （2）水的流量（以m3/h计） 习题11附图 习题12附图1220 的水以2.5 m/s的平均流速流经38 mm2.5 mm的水平管，此管以锥形管与另一53 mm3 mm的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5 J/kg，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。 解：在A、B两截面之间列机械能衡算方程 式中 z1=z2=0， hf=1.5 J/kg 习题13附图 故 13如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液
11、送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1. Pa。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21105 Pa，进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道直径为68 mm 4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg，求泵的有效功率。解：在截面和截面之间列柏努利方程式，得 习题14附图14本题附图所示的贮槽内径D=2 m，槽底与内径d0为32 mm的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度h1为2 m（以管子中心线为基准）。液体在管内流动时的全部能量损失可按hf=20 u2计算，式中的u为液体在管内的平均流速（m/s）。试求当
12、槽内液面下降1 m时所需的时间。 解：由质量衡算方程，得 （1） （2） （3）将式（2），（3）代入式（1）得 即 （4）在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程 即 或写成 （5）式（4）与式（5）联立，得 即 i.c. =0，h=h1=2 m；=，h=1m 积分得 动量传递现象与管内流动阻力15某不可压缩流体在矩形截面的管道中作一维定态层流流动。设管道宽度为b，高度2y0，且by0，流道长度为L，两端压力降为，试根据力的衡算导出（1）剪应力随高度y（自中心至任意一点的距离）变化的关系式；（2）通道截面上的速度分布方程；（3）平均流速与最大流速的关系。 解：（1）由于by0 ,可近似认为两板无限宽，故有 （1） （2）将牛顿黏性定律代入（1）得 上式积分得
