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1、 1 大学课后习题解答之大学课后习题解答之 化工原理化工原理(上上)- 天津大学化工学院天津大学化工学院- 柴诚敬主编柴诚敬主编 (普通高等教育“十五”国家级规划教材普通高等教育“十五”国家级规划教材) 部分重点章节部分重点章节 绪绪 论论 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
2、：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 ()sPa1056. 8smkg1056. 8 1m 100cm 1000g 1kg scm g 00856. 0 44 = = （2）密度 基本物理量的换算关系为 1 kgf=9.81 N，1 N=1 kgm/s2 则 3 2 4 2 mkg1350 1N sm1kg 1kgf N81. 9 m skgf 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 kg o o 5 1 FC 9 = 则 ()CkgkJ
3、005. 1 C95 F1 0.4536kg 1lb 1BTU kJ055. 1 Flb 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 ()kPasmkmol10378. 9 101.33kPa 1atm 3600s h1 atmhm kmol 2 .34 25 2 G = = K （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 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 2 mN104 . 7 1m 100cm 1dyn N101 cm
4、 dyn 74 2 5 = = （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 ()()CmW163. 1CsmJ163. 1 3600s 1h 1kcal J104.1868 Chm 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 31 0 C B 4 E 3048. 001.121078. 29 . 3 ZDGAH = 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
5、度，ft； 相对挥发度，量纲为一； L液相黏度，cP； L液相密度，lb/ft3 A、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 m3049. 0ft1=
6、()()smkg10356. 1hftlb1 232 = （见 1） 量纲为一，不必换算 sPa101cp1 3 = 1 3 lb ft =1 3 3 lb1kg3.2803ft ft2.2046lb1m =16.01 kg/m2 (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 HE为例： mft EE HH= 则 EEEE 2803. 3 m ft2803. 3 ft m ft m HHHH= 同理 ()GGG= 5 .73710356. 1 3 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 3 DD=2803 . 3 00 2803.
7、 3ZZ= () 3 LL 101 = LLL 06246. 001.16= (3) 将以上关系式代原经验公式，得 ()() () = L L 31 0 1.24 - 0.1 4 E 0624. 0 1000 2803. 33048. 0 2803. 301.125 .7371078. 257. 09 . 32803. 3 Z DGH 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 31 0 1.240.1- 4 E 4 .39205. 010084. 1 ZDGAH = PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 4 第一章第一章 流体流动流体
8、流动 流体的重要性质流体的重要性质 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 () mol4 .246245mol 313314. 8 60000 .10005 . 53 .101 t = + = RT pV n 各组分的质量： kg197kg24 .246245%40%40 22 HtH =Mnm kg97.1378kg284 .246245%20%
9、20 22 NtN =Mnm kg36.2206kg284 .246245%32%32 COtCO =Mnm kg44.758kg444 .246245%7%7 22 COtCO =Mnm kg4 .39kg164 .246245%1%1 44 CHtCH =Mnm 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。设混合油为理想溶液。 解： ()kg120kg6060 21t =+=+=mmm 33 12 2 1 1 21t m157. 0m 710 60 830 60 = +=+=+= mm VVV 33 t t m mk
10、g33.764mkg 157. 0 120 = V m 流体静力学流体静力学 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= ()kPa3 .65Pa1020103 .85 33 = （2）真空表读数 真空度=大气压- 绝压=()kPa03.36Pa103 .651033.101 33 = 4某储油罐中盛有密度为 960 kg/m3的重油（如附图所
11、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 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 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 5 （绝压）Pa10813. 1Pa) 0 . 15 . 9 (81. 9960103 .101 33 =+=+=ghpp 作用在孔盖上的总力为 N10627. 3N76. 0 4 103
12、 .10110813. 1)( 4233 a =）（AppF 每个螺钉所受力为 N10093. 6N014. 0 4 105 .39 32 1 =F 因此 ()（个）695. 5N10093. 610627. 3 34 1 =FFn 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。 解： （1）A 点的压力 ()（表）Pa101.165Pa08. 081. 9136001 . 081. 91
13、000 4 2汞3水A =+=+=gRgRp （2）B 点的压力 ()（表）Pa107.836Pa5 . 081. 91360010165. 1 44 1汞AB =+= +=gRpp 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， AA pp = 则 a +pghgRp= 汞水 习题 5 附图 习题 4
14、 附图 习题 6 附图 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 6 ()80.132kPaPa1 . 08 . 9136008 . 08 . 91000103 .101 3 = =gRghpp a汞水 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。 解：3 .13=gh 水 ()()m36 . 1 m8 . 9100010003 .133 .13=gh 水 流体流动概述流体流动概述 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） 、质量流量（kg/s）和质量通量kg/(m2s)
