化工原理-王晓红-习题答案

第一章1．在一个容器中，盛有苯和甲苯的混合物。已知苯的质量分率为0.4，甲苯为0.6，求293K时容器中混合物的密度？（原题1）解：在293K时，3m/879kg苯，3m/867kg甲苯。在293K时，苯和甲苯的混合物的密度为：8676.08794.01BwBAwAmxx所以，3m/kg872m2．已知某混合气体的组成为18%N2、54%H2和28%CO2（均为体积分率），试求100m3的混合气体在温度为300K和1MPa下的质量？（原题2）解：混合气体可以视为理想气体，则：mol10403003144.810010136RTpvn混合气体的平均摩尔质量为：kmol/44kg.1828.04454.0218.028CCBBAAmyMyMyMM混合气体的质量为：kgkmolMnmm6.737kmol/44kg.18403．某设备进出口测压仪表的读数分别为45mmHg（真空度）和700mmHg（表压），求两处的绝对压强差是多少kPa？（原题3）解：4501pp，70002pp所以kPaPammHgppp3.993.133745745124．如图所示的储槽内盛有密度为800kg/m3的油，U型管压差计中的指示液为水银，读数R=0.4m，设容器液面上方的压强P0=15kPa（表压），求容器内的液面距底面的高度h？（原题4）解：对于U型管压差计：gh0a油左ppp，gRa汞右pp所以可以得到：mmph88.48.9800150004.08.913600g-gR0油汞5．如图所示，用U形管压差计测量某容器内水上方气体的压强，指示液为水银，读数R=4cm，H=80cm，试计算容器内水上方的真空度为多少kPa？现在由于精度需要，希望读数增大到原来的20倍，请问应该选择密度为多少的指示液？（U型管左端的液位可以认为不变）。题1-5附图解：对于U型管压差计：gH水左pp，gRa汞右pp所以可以得到：51kPa.2Pa04.08.9136008.08.91000gR-gHppa汞水真空度读数改变后，根据题意：gR'gR指示汞所以33m/680kgm/kg2013600R'R汞指示6．现用列管换热器进行空气的预热，测得空气在管内的流速为15m/s，其平均温度为60℃，压强为200kPa（表压强），换热器的管束由150根φ30mm×2.5mm的钢管组成。请计算：（1）空气的质量流量；（2）操作条件下空气的体积流量；（3）标准状况下空气的体积流量。解：（1）查表可知，在60℃时空气的密度为1.063m/kg，在压强为200kPa时，其密度为：33m/kg15.3m/kg2003.1013.10106.1''pp空气的质量流量为：skguAws/48.3025.04142.31501515.3'2（2）操作条件空气的体积流量为：smuAVs/10.1025.04142.31501532（3）查表可知，标准状况下空气的密度为：3m/205kg.1标标准状况下空气的体积流量为：smwVss/89.2205.148.3'3标7．有一套管冷却器，内管为φ25×2.5mm，外管为φ57×3.5mm，冷冻盐水在套管环隙中流动，已知盐水流量为3.73吨/小时，密度为1150kg/m3，粘度为1.2厘泊，试判断其流动类型？解：设套管的外管内径为1d，内管的外径为2d。水通过环隙的流速为：smsmddwAVuss/612.0/025.0050.04142.3115036001073.342232221环隙的当量直径为：mddde025.0025.0050.021所以5.14662102.11150612.0025.0Re3ude所以流动类型为湍流。8．如图所示的高位槽的水面距出水管的垂直距离保持为6m不变，水管系采用内径68mm的钢管，设总的压头损失为5.7m水柱（不包括排水管出口的压头损失），试求每小时可输送的水量？（原题6）题1-8图解：以高位槽水面为上游截面1—1’，水管出口管截面内侧为下游截面2—2’，并以出水管中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式，即：feHgpguZHgpguZ2222121122式中：m61Z，02Z，01u，（表压强）01p，（表压强）02p，0eH，m7.5fH。将以上各值代入柏努利方程，可以得到：m/s43.2m/s7.569.812212fHZgu/hm77.31068.0142.34143.23600413600360036003222222duAuVVsh9．如图所示为二氧化碳水洗塔的供水系统，水塔内绝对压强为210kPa，储槽水面绝对压强为100kPa，塔内水管入口处高于储槽水面18.5m，管道内径为52mm，送水量为15m3/h，塔内水管出口处绝对压强为225kPa，设系统中全部的能量损失为5m水柱，求输水泵所需的外加压头？（原题7）题1-9图解：以储槽水面为上游截面1—1’，塔内水管出口内侧为下游截面2—2’，并以截面1—1’为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式，即：feHgpguZHgpguZ2222121122式中：01Z，m5.182Z，01u，，（绝对压强）kPa1001p，（绝对压强）kPa2252p，m5fH。s/96m.1s/m052.01416.341360015AVs22u将以上各值代入柏努利方程，可以得到：）（OmH4.3657.122.05.18581.91000100010022581.9296.15.182gu2212222feHgppZH10．如附图所示，一管道由两部分组成，一部分管内径为40mm，另一部分管内径则为80mm，流体为水，在管道中流量为13.57m3/h。两部分管道上均有一个测压点，测压点之间连接一个倒U型管压差计，其中充有一定的空气，若两测压点所在截面之间的摩擦损失为260mm水柱，求倒U型管压差计中水柱的高度差R为多少mm？（原题8）题1-10图解：以第一个测压点的管截面为上游截面1—1’，第二个测压点的管截面为下游截面2—2’，并以管中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式，即：feHgpguZHgpguZ2222121122式中：01Z，02Z，0eH，m260.0fH，m/s3m/s04.0142.341360057.134136002211dVAVuhsm/s75.0m/s08.004.03222112112dduAAuu将以上各值代入柏努利方程，可以得到：）（OmH17.026.081.92375.02222212221fHguugpp11．如图所示，某料液从高位槽流向反应器，已知该溶液的密度为1100kg/m3，粘度为1厘泊，采用φ114×4mm的钢管，直管全长为20m，管道上有一个全开的闸阀和两个90°的标准弯头，其流量为31.7m3/h，求总的压头损失？（原题11）题1-11图解：m/s1m/s106.0142.34136007.31413600360022dVAVAVuhhs531017.110111001106.0Redu根据顾毓珍公式：02122.01170007543.001227.0Re7543.001227.038.038.0）（m366.08.92115.09235106.02002122.0222gudlelHf12．如图，用泵将20℃的苯从地面以下的贮槽送到高位槽，流量为300l/min，高位槽的液面比贮槽液面高10m。泵的吸入管为φ89×4mm的无缝钢管，直管长度15m，并有一个底阀，一个90o弯头。泵排出管为φ57×3.5mm的无缝钢管，直管长度50m，并有一个闸阀，一个标准阀和三个90o弯头，两个三通。阀门均为全开，泵的效率为75%，试计算泵的轴功率。题1-12图补充条件：底阀为止回阀（止逆阀），其当量长度为5m。解：以贮槽液面为上游截面1—1’，高位槽液面为下游截面2—2’，并以贮槽液面为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式，即：feHgpguzHgpguz2222121122根据题意：p1=p2=pa,u1=u2=0,z1=0,z2=10m。所以上式简化为：feHzH2对于管路的总阻力：（1）吸入管路：)mm(8124891d，l1=15m，底阀的当量长度为5m，90o弯头的阻力系数为0.75，进口阻力系数0.5。m/s97.0m/s081.0142.341601000300416022111dVAVums查表，20℃时，苯的密度为879kg/m3，粘度为0.737cP4311111037.910737.087997.0081.0Reud根据顾毓珍公式：022.01037.97543.001227.0Re7543.001227.038.0438.011）（m321.08.9297.05.075.0081.0515022.02221111111gudlelHf（2）排出管路：)mm(0525.3752d，l2=50m，闸阀的阻力系数为0.17，标准阀的阻力系数为6.0，90o弯头的阻力系数为0.75，三通的阻力系数为1.0，出口阻力系数1。m/s55.2m/s05.0142.341601000300416022222dVAVums查表，20℃时，苯的密度为879kg/m3，粘度为0.737cP5322221052.110737.087955.205.0Reud根据顾毓珍公式：0204.01052.17543.001227.0Re7543.001227.038.0538.022）（m56.108.9255.2121375.00.617.005.0500204.02222222222gudlelHf所以mHzHfe881.2056.10321.0102kgJkgJgHWee/8.204/881.2081.9苯的质量流量为skgskgVwss/4.4/879601000300泵的有效功率为：泵的轴功率：k13．采用离心泵输送293k的清水，测得离心泵出口处压力表的读数为4.8kgf/cm2，入口处真空表的读数为147mmHg，两表之间的垂直距离为0.4m。该泵流量为70.37m3/h，泵的效率为70%，吸入管和出口管的管径相同。试计算该泵的扬程以及泵的轴功率。（原题14）解：以离心泵入口处管截面为上游截面1—1’，出口处管截面为下游截面2—2’，并以离心泵入口处管中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式，即：feHgpguzHgpguz2222121122根据题意：01z，mz4.02，真pppa1，表pppa2，0fHPaPapppp54121091.43.1331471081.98.4真表因为21dd，所以2