化工原理复习总结重点

化工原理绪论P71,21.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μ=0.00856g/(cm·s)（2）密度ρ=138.6kgf·s2/m4（3）某物质的比热容CP=0.24BTU/(lb·℉)（4）传质系数KG=34.2kmol/(m2·h·atm)（5）表面张力σ=74dyn/cm（6）导热系数λ=1kcal/(m·h·℃)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1kg=1000g，1m=100cm则sPa1056.8smkg1056.81m100cm1000g1kgscmg00856.044（2）密度基本物理量的换算关系为1kgf=9.81N，1N=1kg·m/s2则3242mkg13501Nsm1kg1kgfN81.9mskgf6.138（3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1BTU=1.055kJ，lb=0.4536kg则CkgkJ005.1C95F10.4536kg1lb1BTUkJ055.1FlbBTU24.0pc（4）传质系数基本物理量的换算关系为1h=3600s，1atm=101.33kPa则kPasmkmol10378.9101.33kPa1atm3600sh1atmhmkmol2.34252GK（5）表面张力基本物理量的换算关系为1dyn=1×10–5N1m=100cm则mN104.71m100cm1dynN101cmdyn7425（6）导热系数基本物理量的换算关系为1kcal=4.1868×103J，1h=3600s则CmW163.1CsmJ163.13600s1h1kcalJ104.1868Chmkcall132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LL310CB4E3048.001.121078.29.3ZDGAH式中HE—等板高度，ft；G—气相质量速度，lb/(ft2·h)；D—塔径，ft；Z0—每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft；α—相对挥发度，量纲为一；μL—液相黏度，cP；ρL—液相密度，lb/ft3A、B、C为常数，对25mm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。oo51FC9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smkg10356.1hftlb1232（见1）α量纲为一，不必换算sPa101cp1313lbft=133lb1kg3.2803ftft2.2046lb1m=16.01kg/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：mftEEHH则同理GGG5.73710356.13DD2803.33LL101LLL06246.001.16(3)将以上关系式代原经验公式，得LL3101.24-0.14E0624.010002803.33048.02803.301.125.7371078.257.09.32803.3ZDGH整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即LL3101.240.1-4E4.39205.010084.1ZDGAH第一章流体流动P72-75作业3,4,12,20练习1,2【练习】1．某气柜的容积为6000m3，若气柜内的表压力为5.5kPa，温度为40℃。已知各组分气体的体积分数为：H240%、N220%、CO32%、CO27%、CH41%，大气压力为101.3kPa，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mol4.246245mol313314.860000.10005.53.101tRTpVn各组分的质量：kg197kg24.246245%40%4022HtHMnmkg97.1378kg284.246245%20%2022NtNMnmkg36.2206kg284.246245%32%32COtCOMnmkg44.758kg444.246245%7%722COtCOMnmkg4.39kg164.246245%1%144CHtCHMnmEEEE2803.3mft2803.3ftmftmHHHH002803.3ZZ2．若将密度为830kg/m3的油与密度为710kg/m3的油各60kg混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。解：kg120kg606021tmmm331221121tm157.0m7106083060mmVVV33ttmmkg33.764mkg157.0120Vm【作业】流体静力学3．已知甲地区的平均大气压力为85.3kPa，乙地区的平均大气压力为101.33kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20kPa。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=kPa3.65Pa1020103.8533（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=kPa03.36Pa103.651033.101334．某储油罐中盛有密度为960kg/m3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5m，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760mm的孔，其中心距罐底1000mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106Pa，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103Pa）？解：由流体静力学方程，距罐底1000mm处的流体压力为（绝压）Pa10813.1Pa)0.15.9(81.9960103.10133ghpp作用在孔盖上的总力为N10627.3N76.04π103.10110813.1)(4233a＝）－＝（AppF每个螺钉所受力为N10093.6N014.04π105.39321F因此（个）695.5N10093.610627.3341FFn12．20℃的水以2.5m/s的平均流速流经φ38mm×2.5mm的水平管，此管以锥形管与另一φ53mm×3mm的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5J/kg，求两玻璃管的水面差（以mm计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。解：在A、B两截面之间列机械能衡算方程22121b12b2f1122ppgzugzuh式中z1=z2=0，sm0.3b1usm232.1sm2003.0053.020025.0038.05.222221b121b1b2dduAAuu∑hf=1.5J/kgkgJ866.0kgJ5.125.2232.1222f2b12b2b221huuupp故mm3.88m0883.0m81.9866.021gpp流体输送管路的计算20．如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20m。（1）当闸阀关闭时，测得R=600mm、h=1500mm；当闸阀部分开启时，测得R=400mm、h=1400mm。摩擦系数可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管中流出多少水（m3）？（2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。（闸阀全开时Le/d≈15，摩擦系数仍可取0.025。）解：（1）闸阀部分开启时水的流量在贮槽水面1-1，与测压点处截面2-2，间列机械能衡算方程，并通过截面2-2，的中心作基准水平面，得22b1b21212f1222uuppgzgzh，－（a）式中p1=0(表)（表）Pa39630Pa4.181.910004.081.913600OHHg22gRgRpub2=0，z2=0z1可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知2HO1Hg()gzhgR（b）式中h=1.5m,R=0.6m将已知数据代入式（b）得m66.6m5.110006.0136001z2222bbf,1-2cbb15()2.13(0.0250.5)2.1320.12uuLhuud将以上各值代入式（a），即9.81×6.66=2b2u+100039630+2.13ub2解得sm13.3bu水的流量为hm45.88hm13.31.0785.036004π3600332b2sudV（2）闸阀全开时测压点处的压力在截面1-1，与管路出口内侧截面3-3，间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面，得22b1b33113f1322uuppgzgzh，－（c）式中z1=6.66m，z3=0，ub1=0，p1=p32ebf,13c()2LLuhd=22bb350.025(15)0.54.810.12uu将以上数据代入式（c），即9.81×6.66=2b2u+4.81ub2解得sm51.3bu再在截面1-1，与2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得22b1b21212f1222uuppgzgzh，－（d）式中z1=6.66m，z2=0，ub10，ub2=3.51m/s，p1=0（表压力）kgJ26.2kgJ251.35.01.05.1025.022f,1h将以上数值代入上式，则2.261000251.366.681.922p解得p2=3.30×104Pa（表压）习题20附图第二章流体输送机械P123-124作业2,4,7,10(新书）2,4,8,11（旧）练习1,3,5,9（新）1,3,6,10（旧）【练习】1．用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前A、C两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39m3/h，此时泵的压头为38m。已知输油管内径为100mm，摩擦系数为0.02；油品密度为810kg/m3。试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。解：（1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作1-1’与2-2’截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到由于启动离心泵之前pA=pC,于是gpZK=0则又m])39/(38[2Bh2/m5=2.5×10–2