化工原理课后习题答案上下册

1第一章 流体流动习题解答1－1 已知甲城市的大气压为 760mmHg，乙城市的大气压为 750mmHg某反应器在甲地操作时要求其真空表读数为 600mmHg，若把该反应器放在乙地操作时，要维持与甲地操作相同的绝对压，真空表的读数应为多少，分别用 mmHg 和 Pa 表示[590mmHg, 7.86×104Pa]解：P（甲绝对）=760-600=160mmHg750-160=590mmHg=7.86×104Pa1－2 用水银压强计如图测量容器内水面上方压力 P0，测压点位于水面以下 0.2m 处，测压点与 U 形管内水银界面的垂直距离为 0.3m，水银压强计的读数 R＝300mm，试求（1）容器内压强 P0 为多少？（2）若容器内表压增加一倍，压差计的读数 R 为多少？习题 1－2 附图[(1) 3.51×104Nm－2 (表压)； (2)0.554m]解：1. 根据静压强分布规律PA＝P 0＋ HgPB＝ ， gR因等高面就是等压面，故 PA＝ PBP0＝ ， gR－ gH＝13600×9.81×0.3－1000×9.81(0.2+0.3)=3.51×10 4N/㎡ (表压)2. 设 P0 加倍后，压差计的读数增为 R， ＝R ＋△R，容器内水面与水银分界面的垂直距离相应增为 H， ＝H＋ 。

同理，2''''''0 2pgRggH0 0p0.254m19.8gg13609.8， ， ， 4， ，－ （ － ） － 5＝ ＝ ＝ ＝ － － －2.354.mR，＝ ＋ ＝ ＋ ＝21－3 单杯式水银压强计如图的液杯直径 D＝100mm ，细管直径 d＝8mm用此压强计测量容器内水面上方的压强 p0，测压点位于水面以下 h＝0.5m 处，试求（1）当压强计读数为 R＝300mm，杯内水银界面测压点 A 与细管的垂直距离 a＝0.4m，容器内压强 p0 等于多少？（2）表压 p0 增加一倍并忽略杯内界面高度的变化，读数 R 为多少？（3）表压 p0 增加一倍并考虑杯内界面位置的变化，读数 R 为多少？习题 1－3 附图[(1) 3.12×104Nm－2 （表压） ； (2)0.534m；(3) 0.536m]解：1. 因 A、B 两点位于同一平面，p A=pB，P0＝ gR－ g（h＋a），＝13600×9.81×0.3－1000×9.81（0.5＋0.4）＝3.12×10 4N/㎡（表压）2. 表压加倍后，设压强计读数为 R， 若忽略杯内水银界面的变化，则,0423.109.8150.4.36pghaRm， ，（ ） （ ）3. 与（1）相比，表压加倍后杯内水银面下降了 ，管内水银面上升 ，压强计读数1h2h的增加量为 12Rh12dD由以上两式可得312RhDd根据等高面即等压面的原理 01pghagR， ， （ ） （ ） 20[]dRD， ， ， （ ）＝02pdgD，， 423.100.34.8136098.4.5R，此结果表明，使用单杯压强计，因h 1+ （122λλ=）第一种热阻大，所以热损失少。

2钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理5. 外径为 50mm 的管子，其外包扎有一层厚度为 40mm，热传导系数为 0.13 W.m-1.℃-1的绝热材料管子外表面的平均温度 t1 为 800℃现拟在绝热材料外再包扎一层热传导系数为 0.09 W.m-1.℃-1 的氧化镁绝热层，使该层的外表面温度 t3 为 87℃，设管子的外表面温度仍为 800℃外界环境温度 tα 为 20℃试求氧化绝热层的厚度假设各层间接触良好解：t1=800℃ t2=? t3=87℃ ta=20℃r1=25mm r2=65mm r3=r2+x=65+x mmλ1=0.13 w/m2.k λ2=0.09 w/m2.k hT=9.4+0.052 ×（87-20）=12.88w/m2.Kq==.12211ln)(2rrttLλπ)2087(ln)(223322.=.LdhrrttLTπλπd=0.05+0.08+2×10-3 x =0.13+2×10-3 x解得：x=18mm6．试用量纲分析法推导壁面和流体间强制对流传热系数 h 的准数关联式已知 h 为下列变量的函数：),,,,,(luCfhpμρλ=，式中 λ、Cp、ρ、μ 分别为流体的热传导系数、比定压热容、密度、粘度、u 为流体流速，l 为传热设备定型尺寸。

解： 设 （1） gfecdpbLuCQhμρλ=由量纲式 ......=TMh3θ ......=TML3θλ ......=θLU ......=θμ.LM ......=KLCp.22θ ......=3LMρ []LL=代入（1） 两边的量纲相同，可以解得： yxafNuPrRePr)(Re,′==，a′x，为常数，由试验确定 y7．苯流过一套管换热器的环隙，自 20℃升至 80℃，该换热器的内管规格为φ19×2.5mm，外管规格为 φ38×3mm苯的流量为 1800kg.h-1试求苯对内管壁的对流表面传热系数解 t=(80+20)/2=60℃ 由附表得苯在 60℃的物性：830=ρkg/m3 Pa.S 31032.0.×=μ2=PCkJ/kg.k 136.0=λw/m2.℃环隙当量直径 1319320=.=.=iedddmm27环隙中苯的流速 5.4830013.04360018002=×××==πρAwum/s 45101052.1Re>×==μρdu 318.0PrRe023.0=Nu 3钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理7.4136.01032.0102Pr33=×××==.λμpC 8.535=Nu 5605013.0136.08.535.=×==deNuhλw/m2.℃8． 2atm，20℃下，60m3.h-1 的空气在套管换热器的管内被加热到 80℃，内管直径为Φ57×3.5mm，长度为 3m，试求管壁对空气的对流表面传热系数。

解： 5028020=+=t℃在此温度下空气的物性参数： 19.232308205.0292=××==RTPMρkg/m3 017.1=pCkJ/kg.k210826.2.×=λw/m.k Pa.S 51096.1.×=μ698.0Pr= 5.805.043600602=××==πAVum/s =×××==.51096.105.019.25.8Reμρdu4.7×104104 >3.08.0PrRe023.0=Nu＝ 112698.0)107.4(023.03.08.04=×××3.6305.010826.21122=××==.dNuhiλw/m2.℃9．温度为 90℃的甲苯以 1500 kg.h-1 的流量通过蛇管而被冷却至 30℃蛇管的直径为Φ57×3.5mm，弯曲半径为 0.6m，试求甲苯对蛇管的对流表面传热系数解： 6023090=+=t℃在此温度下甲苯的物性参数：38.0=μ×10-3 Pa.S 1.8 kJ/kg.k =pC126.0=λw/m.k 830=ρkg/m3 =××××==.321038.005.005.0436001500Reπμρdu2.79×104>104 43.5126.01038.0108.1Pr33=×××==.λuCp直管 hi==318.0Pr0Re023.0idλ0.023×05.0126.0×(2.79 ×104)0.8 ×3143.5 =365w/m2.k4钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理蛇管 hi＝hi 直管 4.395)6.005.01(365)5.31(=+×=×+ciddw/m2.kcd 弯曲半径 管半径 id10．有一双管程列管换热器，由 96 根 φ25×2.5mm 的钢管组成。

苯在管内流动，由 20℃被加热到 80℃，苯的流量为 9.5 kg.s-1，壳程中通入水蒸气进行加热试求（1）壁对苯的对流表面传热系数（2）苯的流率增加一倍，其它条件不变，此时的对流表面传热系数3）管径降为原来 1/2，其它条件与（ 1）相同，此时对流表面传热系数又为多少？解： 28020+=t=50℃在此温度下甲苯的物性参数：9.1=pCkJ/kg.k=μ0.37×10-3Pa.S 840=ρkg/m3138.0=λw/m.k 75.0= =ρAWm/s =×××==.31037.002.084075.0Reμρud3.4×104104 >09.5138.01037.0109.1Pr33=×××==.λuCp3.08.0PrRe023.0=Nu158=（1） 1091==dNuhiλw/m2.k（2）流率增加一倍 12WW=12uu=2因此 )(121uuhhii=0.8=20.8=1.741898109174.11=×=ihw/m2.k(3)半径减半 12uu=)(212112ddAAAWAW==ρρ22 12dd=124uu= )(121uuhhii=0.8)(21dd0.2=3.48 379948.310911=×=ihw/m2.k285钟理 伍钦化工原理课后习题答案 0818209 整理11.12．饱和温度为 100℃的水蒸气在长为 2.5m，外径为 38mm 的竖直圆管外冷凝。

管外壁温度为 92℃试求每小时蒸气冷凝量又若将管子水平放置每小时蒸气冷凝量又为多少解： 962100922=+=+=wsttt℃定性温度下的物性：01.68=λ×10-2 w/m.k 960=ρ kg/m3 68.29=μ×10-5 Pa.S08.2268=γkJ/kg L=2.5m冷凝传热膜系数 4132])([943.0wsttLgh.=μλγρ 代入以上数据得=h5413.6 w/m2.kwrthAq=.××××=Δ=)92100(5.2038.06.5413π=2268.08×103 w=w5.7×10-3kg/s=20.5kg/h当管子水平放置，管外径 do=0.038m传热膜系数 410943.0725.0......=′dLhh=2.19h′=2.19 ×5413.6=11853.6w/m2.kwrtAhq=Δ′= 31008.2268)92100(5.2038.06.11853×.××××=πw=1.25×10-2kg/s=45kg/h13.在下列的各种列管换热器中，每小时将 29400kg 的某种溶液从 20℃加热到 50℃溶液在列管内流动加热介质的进口温度为 100℃，出口温度为 60℃，试求下面情况下的平均温度差。

1)壳方和管方流体均为单程的换热器，假设两流体呈逆流流动2)壳方和管方流体分别为单程和四程的换热器3)壳方和管方流体分别为二程和四程的换热器解：(1) kg/h 29400=W201=t℃.→.502=t℃601=T℃..←1002=T℃401=Δt ℃ 502=Δt℃4525040=+=Δ mt℃ (24512 ，所以原料为气液混合物FFx由 q 线方程可得＝（1－q） ＋q ，解得Fxyxq＝0.66712 无13 在常压连续精馏塔中，分离苯—甲苯混合液，若原料为饱和液体，其中含苯为 0.5，塔顶馏出液中含苯 0.9，塔底釜残液中含苯 0.1（以上均为摩尔分率）,回流比为 4.52，试求理论板层数和加料板位置物系平衡资料见题 7解：按 M-T 图解法求理论板层数图示步骤略精镏段操作线截距＝ ＝ ＝0.1631RxD52.490绘得的理论板层数为：N＝16加料板为从塔顶往下的第三层理论板14 在常压连续提馏塔中分离含乙醇 0.033 的乙醇—水混合液饱和液体进料，直接蒸气加热若要求塔顶产品乙醇回收率为 0.99，试求（1）在无限多层理论板层数时，计算每摩尔进料所需蒸气量；（2）若蒸气量取为 2 倍最小蒸气量时，求所需理论板层数及两产品的组成。