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1、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 09化工 2班制作 QQ972289312 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 s 2 /m 4 （3）某物质的比热容 C P =0.24 BTU/(lb) （4）传质系数 K G =34.2 kmol/(m 2 hatm) （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=
2、100 cm 则 s Pa 10 56 . 8 s m kg 10 56 . 8 1m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856 . 0 4 4 （2）密度 基本物理量的换算关系为 1 kgf=9.81 N，1 N=1 kgm/s 2 则 3 2 4 2 m kg 1350 1N s m 1kg 1kgf N 81 . 9 m s kgf 6 . 138 （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 kgo o 5 1 F C 9 则 C kg kJ 005 . 1 C 9 5 F 1 0.4536kg 1lb 1BTU kJ
3、055 . 1 F lb BTU 24 . 0 p c （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 kPa s m kmol 10 378 . 9 101.33kPa 1atm 3600s h 1 atm h m kmol 2 . 34 2 5 2 G K （5）表面张力 基本物理量的换算关系为 1 dyn=110 5 N 1 m=100 cm2 则 m N 10 4 . 7 1m 100cm 1dyn N 10 1 cm dyn 74 2 5 （6）导热系数 基本物理量的换算关系为 1 kcal=4.186810 3 J，1 h=360
4、0 s 则 C m W 163 . 1 C s m J 163 . 1 3600s 1h 1kcal J 10 4.1868 C h m kcall 1 3 2 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 L L 3 1 0 C B 4 E 3048 . 0 01 . 12 10 78 . 2 9 . 3 Z D G A H 式中 H E 等板高度，ft； G气相质量速度，lb/(ft 2 h)； D塔径，ft； Z 0 每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft； 相对挥发度，量纲为一； L 液相黏度，cP； L 液相密度，lb/ft 3 A、B、
5、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 m 3049 . 0 ft 1 （见 1） s m kg 10 356 . 1 h ft lb 1 2 3 2 量纲为一，不必
6、换算 s Pa 10 1 cp 1 3 1 =1 =16.01 kg/m 2 3 lb ft 3 3 lb 1kg 3.2803ft 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。下面 以 H E 为例： m ft E E H H 3 则 E E E E 2803 . 3 m ft 2803 . 3 ft m ft m H H H H 同理 G G G 5 . 737 10 356 . 1 3 D D 2803 . 3 0 0 2803 . 3 Z Z 3 L L 10 1 L L L 06246 . 0 01 . 16 (3) 将以上关
7、系式代原经验公式，得 L L 3 1 0 1.24 -0.1 4 E 0624 . 0 1000 2803 . 3 3048 . 0 2803 . 3 01 . 12 5 . 737 10 78 . 2 57 . 0 9 . 3 2803 . 3 Z D G H 整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即 L L 3 1 0 1.24 0.1 - 4 E 4 . 39 205 . 0 10 084 . 1 Z D G A H 4 第一章 流体流动 流体的重要性质 1某气柜的容积为 6 000 m 3 ，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：
8、H 240%、 N 220%、CO 32%、CO 27%、CH 41%，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 mol 4 . 246245 mol 313 314 . 8 6000 0 . 1000 5 . 5 3 . 101 t RT pV n 各组分的质量： kg 197 kg 2 4 . 246245 % 40 % 40 2 2 H t H M n m kg 97 . 1378 kg 28 4 . 246245 % 20 % 20 2 2 N t N M n mkg 36 . 2206 kg 28 4 . 246245 % 32
9、% 32 CO t CO M n m kg 44 . 758 kg 44 4 . 246245 % 7 % 7 2 2 CO t CO M n m kg 4 . 39 kg 16 4 . 246245 % 1 % 1 4 4 CH t CH M n m 2若将密度为 830 kg/ m 3 的油与密度为 710 kg/ m 3 的油各 60 kg混在一起，试求混合 油的密度。设混合油为理想溶液。 解： kg 120 kg 60 60 2 1 t m m m 3 3 1 2 2 1 1 2 1 t m 157 . 0 m 710 60 830 60 m m V V V 3 3 t t m m k
10、g 33 . 764 m kg 157 . 0 120 V m 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= kPa 3 . 65 Pa 10 20 10 3 . 85 3 3 （2）真空表读数真空度=大气压-绝压= kPa 03 . 36 Pa 10 3 . 65 10 33 . 101 3 3 4某储油罐中盛有密度为 960 kg/m 3
11、 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 39.510 6Pa，问至少需要 几个螺钉（大气压力为 101.310 3 Pa）？解：由流体静力学方程，距罐底 1000 mm 处的流体压力为5 、 Pa 10 813 . 1 Pa ) 0 . 1 5 . 9 ( 81 . 9 960 10 3 . 101 3 3 gh p p 作用在孔盖上的总力为N 10 627 . 3 N 76 . 0 4 10 3 . 101 10 813
12、. 1 ) ( 4 2 3 3 a 、 、 、 、 A p p F 每个螺钉所受力为N 10 093 . 6 N 014 . 0 4 10 5 . 39 3 2 1 F 因此 、 6 95 . 5 N 10 093 . 6 10 627 . 3 3 4 1 F F n5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 R 1 =500 mm，R 2 =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 R 3 =100 mm。试求 A、B 两点的表压力。解：（1）A 点的压力 、 Pa 10 1.165 Pa 08 .
13、0 81 . 9 13600 1 . 0 81 . 9 1000 4 2 水 3 水 A gR gR p （2）B 点的压力 、 Pa 10 7.836 Pa 5 . 0 81 . 9 13600 10 165 . 1 4 4 1 水 A B gR p p 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=800 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， A A p p 则 a + + p gh gR p 汞 水习题 5附图习题 4附图 习题 6附图
