化工原理课后答案

3．在大气压力为101.3kPa的地区，一操作中的吸收塔内表压为130kPa。若在大气压力为75kPa的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？解：KPa.1563753.231KPa3.2311303.101aapppppp绝表表绝1-6为测得某容器内的压力，采用如图所示的U形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m3,h=0.8m,R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。解：kPaPagmρgRρpghρghρp53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.133001-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm和φ57×3.5mm。已知硫酸的密度为1831kg/m3，体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。解:(1)大管:mm476hkgρqmVs/1647918319smdquV/69.0068.0785.03600/9785.0221smkguG211/4.1263183169.0(2)小管:mm5.357质量流量不变hkgms/164792smdquV/27.105.0785.03600/9785.02222或:smdduu/27.1)5068(69.0)(222112smkguG222/4.2325183127.11-11．如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。解:以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～2-2’间列柏努力方程:fWupgZupgZ222221112121简化:gWuHf/)21(22m09.281.9)20121(1-14．附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为2.0MPa（表压），精馏塔内操作压力为1.3MPa（表压）。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m，管内径为140mm，丙烯密度为600kg/m3。现要求输送量为40×103kg/h，管路的全部能量损失为150J/kg（不包括出口能量损失），试核算该过程是否需要泵。解:在贮槽液面1-1’与回流管出口外侧2-2’间列柏努力方程:feWupgZWupgZ222221112121简化:feWupgZWp2222121feWgZuppW2221221smdmus/2.114.0785.060036001040785.0232215081.9302.12160010)0.23.1(26eWkgJ/6.721不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中1-16．某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为φ45×2.5mm。当阀门全关时，压力表的读数为78kPa。当阀门全开时，压力表的读数为75kPa，且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为2uWfJ/kg（u为水在管内的流速）。试求：（1）高位槽的液面高度；（2）阀门全开时水在管内的流量（m3/h）。解:(1)阀门全关,水静止ghp题14附图h题16附图1mgph95.781.910107833(2)阀门全开:在水槽1-1’面与压力表2-2’面间列柏努力方程:fWupgZupgZ222221112121简化:fWupgZ22212122223211000107581.995.7uu解之:smu/414.12流量:smudVs/10776.1414.104.0785.0433222hm/39.631-17．附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100kg/m3，循环量为45m3/h。管路的内径相同，盐水从A流经两个换热器至B的压头损失为9m，由B流至A的压头损失为12m，问：（1）若泵的效率为70％，则泵的轴功率为多少？（2）若A处压力表的读数为153kPa，则B处压力表的读数为多少？解:(1)对于循环系统:mhHfe21129kWgVHPsee83.281.9110036004521kWPPe04.47.083.2:轴功率(2)BA列柏努力方程:fABBBBAAAhZuggpZuggp222121简化:fABBBAhZgpgp题17附图)97(81.91100103153Bp)(19656表aBppB处真空度为19656Pa。1-23．计算10℃水以2.7×10－3m3/s的流量流过φ57×3.5mm、长20m水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。（设管壁的粗糙度为0.5mm）解:smdVus/376.105.0785.0107.2785.023210℃水物性:spmkga3310305.1,/7.999431027.510305.1376.17.99905.0Redu01.0505.0d查得038.0λkgJudlλWf/47.142376.105.020038.0222mgWhff475.1/affPρWP7.144651-25．如附图所示，用泵将贮槽中20℃的水以40m3/h的流量输送至高位槽。两槽的液位恒定，且相差20m，输送管内径为100mm，管子总长为80m（包括所有局部阻力的当量长度）。已知水的密度为998.2kg/m3，粘度为1.005×10-3Pa·s，试计算泵所需的有效功率。ε=0.2解:smdπquV/415.11.0785.0360040422200014054210005.1415.12.9981.0Re3μρduε/d=0.2/100=0.002023.0λ在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程:题23附图feWupgZWupgZ222221112121简化:feWgZW2而:kgJudllλWef/42.182415.11.080023.0222kgJWe/6.21442.1881.920kWWρVWemWeNess4.223802.99836004062.2141-28．如附图所示，密度为800kg/m3、粘度为1.5mPa·s的液体，由敞口高位槽经φ114×4mm的钢管流入一密闭容器中，其压力为0.16MPa（表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度d＝0.002，试计算两槽液面的垂直距离z。解:在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程:fWupgZupgZ222221112121简化:fWpZg2431048.8105.15.1800106.0Redu由002.0d,查得026.0管路中:进口5.090℃弯头75.02个半开闸阀5.4出口125.1)15.475.025.0106.016030026.0(2)(22udlWfkgJ/87.60题26附图mgWpZf6.2681.9/)87.608001016.0(/)(621-31粘度为30cP、密度为900kg/m3的某油品自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门，阀前管长50m，阀后管长20m（均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为8.83kPa和4.42kPa。现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m。试求：管路中油品的流量。解：阀关闭时流体静止，由静力学基本方程可得：1081.99001083.831gppzaAm581.99001042.4321gppzaBm当阀打开41开度时，在A~A′与B~B′截面间列柏努利方程：fBBBAAAWpugzpugz222121其中：0BApp(表压)，0BAuu则有2)(2udllWgzzefBA（a）由于该油品的粘度较大，可设其流动为层流，则ud64Re64代入式（a），有22)(32264)(dulludlludgzzeeBA736.0)203050(10303281.9)510(90004.0)(32)(322eBAllgzzdum/s校核：20002.8831030736.090004.0Re3ud假设成立。油品的流量：/hm328.3/sm10244.9736.004.0785.0433422udπqV阻力对管内流动的影响：阀门开度减小时：（1）阀关小，阀门局部阻力增大，流速u↓,即流量下降。（2）在1~1与A~A截面间列柏努利方程：AfAAAWpugzpugz1212112121简化得AfAAWpugz12121或2)1(2111udlpgzA显然，阀关小后uA↓，pA↑，即阀前压力增加。（3）同理，在B~B′与2~2′截面间列柏努利方程，可得：阀关小后uB↓，pB↓，即阀后压力减小。由此可得结论：（1）当阀门关小时，其局部阻力增大，将使管路中流量减小；（2）下游阻力的增大使上游压力增加；（3）上游阻力的增大使下游压力下降。可见，管路中任一处的变化，必将带来总体的变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。1-36．用离心泵将20℃水从水池送至敞口高位槽中，流程如附图所示，两槽液面差为12m。输送管为φ57×3.5mm的钢管，吸入管路总长为20m，压出管路总长155ｍ（包括所有局部阻力的当量长度）。用孔板流量计测量水流量，孔径为20mm，流量系数为0.61，U形压差计的读数为６00mmHg。摩擦系数可取为0.02。试求：（1）水流量，m3/h；（2）每kg水经过泵所获得的机械能。（3）泵入口处真空表的读数。解：（1）ρρρRgACVs)(20002.998)2.99813600(81.96.0202.0785.061.02hmsm33339.810331.2（2）以水池液面为11面，高位槽液面为22面，在22~11面间列柏努利方程：feWgZuρpWgZuρp222212112121简化:feWZgW而22udllWef其中：smdVus19.105.0785.010331.2785.0232kgJWf7.49219.105.022002.02kgJWe4.1677.4981.912（3）以水池液面为11面，泵入口为33面，在33~11面间列柏努利方程：题36附图12kPappkgJWgZuρppKgJudlλWsmumZuZWgZuρpgZuρpfff6.2081.9023.21/023.2166.581.95.1219.121/66.5219.105.02002.021/19.1,5.1,0,0212131232331223311323312111-39．在一定转速下测定某离心泵的性能，吸入管与压出管的内径分别为70mm和50mm。当流量为30