《化工原理》第三版

绪论习题1）1）含水份52%的木材共120kg，经日光照晒，木材含水份降至25%，问：共失去水份多少千克？以上含水份均指质量百分数。木材木材120(1-0.52)=(120-w)(1-0.25)照晒w=43.2kg2）以两个串联的蒸发器对NaOH水溶液予以浓缩，流程及各符号意义如图所示，F、G、E皆为NaOH水溶液的质量流量，x表示溶液中含NaOH的质量分数，W表示各蒸发器产生水蒸汽的质量流量。若，，，，问：W1、W2、E、x1各为多少？W1kg/sW2kg/sNaOH水液Gkg/sEkg/sF=6.2Kg/s蒸发器1蒸发器2X2=0.30X0=0.105W1:W2=1:1.15,X---(Wt),x1,w1,w2,D,E=?对控制体I，NaOH物料衡算：Fx0=Ex2即6.2×0.105=E×0.30E=2.17kg/sW1+W2=F-E=6.2-2.17=4.03kgW1=4.03/2.15=1.87kg/s，W2=4.03-1.87=2.16kg/s对控制体II，总的物料衡算：G=F-W1=6.2-1.87=4.33kg/sFx0=Gx2即6.2×0.105=4.33x1,x1=0.153)某连续操作的精馏塔分离苯与甲苯。原料液含苯0.45（摩尔分率，下同），塔顶产品含苯0.94。已知塔顶产品含苯量占原料液中含苯量的95%。问：塔底产品中苯的浓度是多少？按摩尔分率计。[解]：0.95=FDFXDX=45.094.0FD0413.0545.094.045.045.094.045.0545.0,445.0)导热系数的SI单位是W/(m·℃)，工程制单位是kcal/(m·h·℃)。试问1kcal/(m·h·℃)相当于多少W/(m·℃)？并写出其因次式。1kcal/(m.h.0C)=?J/(m.s.0C)写出导热系数的因次式。∵1kcal=4.187×103J,1h=3600s∴1320030../.163.1..360010187.4..1TMLTLLLMTLMCmWCsmJChmkcal）（导热系数因次式—时间。——温度，——长度，——质量，—令各基本因次为：5)已知理想气体通用常数物理大气压·升/(摩尔·K)，试求采用J/(kmol·K)时R的数值。解：写出以J/（kmolk）的单位为理想气体通用常数R之值。∵1物理大气压=1.0133×105N/m2，1升=10-3m3∴R=0.08205KkmolJkkmolmmNK.8314.)/1010100133.108205.0.32335（摩尔，，升物理大气压6）水蒸汽在空气中的扩散系数可用如下经验公式计算：式中D——扩散系数，英尺2/h；p——压强，atm；T——绝对压强，。试将上式改换成采用SI单位的形式。各物理量采用的单位是：D—m2/s，p—Pa，T—K。解:经验公式的单位换算:4411046.15.24TTPD物理量扩散系数压强绝对温度原来单位英尺2/hatm0R后来单位M2/sPaK∵1英尺2/h=0.30482/3600m2/s=2.58×10-5m2/s,1atm=1.0133×105pa,温差1k=1.80R245')'('10218.9'441)'8.1()8.1()100133.11('1046.1)1058.21(5.245.2'545'TTPDTTPD7）在冷凝器中蒸汽与冷却水间换热，当管子是洁净的，计算总传热系数的经验式为：式中K——总传热系数，Btu/(ft2·h·℉)；u——水流速，ft/s。试将上式改换成采用SI单位的形式。各物理量采用的单位是：K—W/(m·℃)，u—m/s。解：经验公式的单位换算：8.0268100040.01uK物理量传热系数流速原来单位BUT/ft2.h.0F)ft/s后来单位W/（m2.K）m/s∵1BUT/(ft2.h.0F)=5.678W/(m2.K),1ft/s=0.3048m/s8.058.0)'(3937110045.7'1)3048.0/'(268100040.0)678.5/1('1uKuK《第一章流体流动》习题解答1某敞口容器内盛有水与油。如图。已知水及油的密度分别为1000和860kg/m3，解：h1=600mm，h2=800mm，问H为多少mm？mhhhmkgmkgmmhmmh32.181.91080.081.91060.081.9860?,/860/10,800,6003333321油水2.有一幢102层的高楼，每层高度为4m。若在高楼范围内气温维持20℃不变。设大气静止，气体压强为变量。地平面处大气压强为760mmHg。试计算楼顶的大气压强，以mmHg为单位。127.724,04763.040810190.181.9)760/(10190.181.910190.1)2.2938314/(29151408055PPpmmHgPpLndzpdpppgdzd②代入①，得②①解：3.某水池，水深4米，水面通大气，水池侧壁是铅垂向的。问：水池侧壁平面每3米宽度承受水的压力是多少N？外界大气压为1atm。NdzgzPF54023501045.12/481.9103410013.13)(3水4．4．外界大气压为1atm，试按理想气体定律计算0.20at（表压）、20℃干空气的密度。空气分子量按29计。345/439.12.293831429)1081.020.010013.1(mKgRTPM解：5．5．有个外径为R2、内径为R1为的空心球，由密度为ρ’的材料制成。若将该球完全淹没在某密度为ρ的液体中，若球能在任意位置停留，试求该球的外径与内径之比。设球内空气重量可略。3/1'1232'3132)/1(/)3/4())3/4(RRgRgRR（解：6．6．为放大以U形压差计测气体压强的读数，采用倾斜式U形压差计。如图。指示液是ρ=920kg/m3的乙醇水溶液。气体密度为1.20kg/m3。读数R=100mm。问p1与p2的差值是多少mmHg？mmHg31.23.30820sin1.081.9)20.1920(20sin)(:0021＝解PagRPPi采用微差U形压差计测压差。如图。已知U形管内直径d为6mm，两扩大室半径均为80mm，压差计中用水和矿物油作指示液，密度分别为1000及860kg/m3。当管路内气体压强p与外界大气压p0相等时，两扩大室油面齐平，U形管两只管内油、水交界面亦齐平。现读得读数R=350mm，试计算：（1）气体压强p（表）。（2）若不计扩大室油面高度差，算得的气体压强p是多少？（3）若压差计内只有水而不倒入矿物油，如一般U形压差计，在该气体压强p值下读数R0为多少？mRRgRPPPagRPPPaDdgRgRPP0493.081.910008.4847.48035.081.9)8601000()(8.484160/6(35.081.986035.081.9)8601000()/()(00010120221120即③②）解：①7．7．某倾斜的等径直管道内有某密度ρ的液体流过。如图。在管道的A、B截面设置了两套U形压差计测压差，下测用的是一般U形压差计，上测用的是复式U形压差计，所用的指示液均为密度是ρ1的同一种液体。复式压差计中两段指示液之间的流体是密度为ρ的流过管道内的液体。试求读数R1与R2、R3的关系。321321)()()(RRRgRgRgRiii解：9)将水银倒入到图示的均匀管径的U形管内，水银高度h1=0.25m。然后将水从左支管倒入，测得平衡后左支管的水面比右支管的水银面高出0.40m。试计算U形管内水与水银的体积比。解：R1=0.4mR2h1=0.25m11L=0.015mL习题9附图如图所示1--1为等压面,p1=p1’水g(R1+R2)=水银gR2103(0.4+R2)=13.6103R2R2=0.0317mV水银=4d2(2h1+L)V水=4d2(R1+R2)V水银/V水=(2h1+L)/(R1+R2)=(20.25+0.015)/(0.4+0.0317)=1.1910)一直立煤气管，在底部U形压差计h1=120mm，在H=25m高处的U形压差计h2=124.8mm。U形管指示液为水。管外空气密度为1.28kg/m3。设管内煤气及管外空气皆静止，求管内煤气的密度。h2Hh1习题10附图p2p2’解：Hp1p1’p1－p1’=水gh1(1)p2－p2’=水gh2(2)(1)减(2)，得(p1－p2)－(p1’－p2’)=水g(h1－h2)(3)其中p1－p2=煤gH，p1’－p2’=空gH，代入(3)式,得：煤gH－空gH=水g(h1－h2)即煤=水(h1－h2)/H＋空=103(0.120－0.1248)/25＋1.28=1.088kg/m311．以2”的普通壁厚的水煤气钢管输送15℃的清水，水在管内满流。已知水流速u=1.5m/s，求水的质量流量、质量流速和体积流量。sKgsmuAVmKgmAmm/306.3999102076.25.1UAW/10309.310206.25.1/99910206.2)0035.02060.0()4/(,6033333232质量流量体积流量水的密度壁厚横截面积解：管子，查得外径)/(14999995.12mskguG质量流速12．如图所示，质量为3.5kg，面积为40×46cm2的一块木板沿着涂有油的斜面等速向下滑动。已知v=1.2m/s，σ=1.5mm（油膜厚度）。求滑油的粘度。13512v13解：512VG从受力分析Gsin=Amgsin=A=mgAsin=3.59.81513/(404610-4)=71.77N/m2=dvdy=V=V=71.771.510-3/1.2=0.0897Pas13．以压缩空气将某液体自储槽压送到高度H=5.0m、压强p2为2.5at（表压）的容器内，如图。已知液体密度ρ=1800kg/m3，流体的流动阻力为4.0J/kg。问：所需的压缩空气压强p1至少为多少at（表压）？55PaPuhuPgHPPkgJhmkgatPmHff54122222113210407.3)0.418001081.95.20.581.9(1800)()2(2?,/0.4/1800,(5.2,0.5表略去表）解：14．水以70m3/h的流量流过倾斜的异径管通。如图。已知小管内径dA=100mm，大管内径dB=150mm，B、A截面中心点高度差h=0.3m，U形压差计的指示液为汞。若不计AB段的流体流动阻力，试问：U形压差计哪一支管内的指使液液面较高？R为多少？支管内的高。左支管内指示液位比右可见，（即（由①，②式得②①解：,020.0248.210.11081.910)0.16.132)/10.1)15.0)(4/(3600/70/48.2)15.0)(4/(3600/70)()()(2)(2)(2233222222mRRUUgRsmUsmUgRPPUPUPABBAiBmAmBBmAAmi15．水以6.4×10-4m3/s的流量流经由小至大的管段内。如图。小管内径d1=20mm，大管内径d2=46mm。欲测1、2两截面处水的压差，为取得较大的读数R，采用倒U形