化工原理(第四版)习题解--第一章--流体流动

1绪论【0-1】1m3水中溶解0.05kmolCO2，试求溶液中CO2的摩尔分数，水的密度为100kg/m3。解水33kg/mkmol/m1000100018CO2的摩尔分数...400589910100000518x【0-2】在压力为101325Pa、温度为25℃条件下，甲醇在空气中达到饱和状态。试求：(1)甲醇的饱和蒸气压Ap；(2)空气中甲醇的组成，以摩尔分数Ay、质量分数A、浓度Ac、质量浓度A表示。解(1)甲醇的饱和蒸气压Ap.lg..1574997197362523886Ap.169ApkPa(2)空气中甲醇的组成摩尔分数...1690167101325Ay质量分数...(.)01673201810167321016729A浓度3..kmol/m.AApcRT3169682108314298质量浓度../AAAcMkgm3368210320218=【0-3】1000kg的电解液中含NaOH质量分数10%、NaCl的质量分数10%、2HO的质量分数80%，用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分离后的浓缩液中含NaOH50%、NaCl2%、2HO48%，均为质量分数。试求：(1)水分蒸发量；(2)分离的食盐量；(3)食盐分离后的浓缩液量。在全过程中，溶液中的NaOH量保持一定。解电解液1000kg浓缩液中NaOH1000×0.l=100kgNaOH=0.5（质量分数）NaOH1000×0.l=100kg NaCl=0.02（质量分数）2HO1000×0.8=800kg2HO=0.48（质量分数）在全过程中，溶液中NaOH量保持一定，为100kg浓缩液量为/.10005200kg200kg浓缩液中，水的含量为200×0.48=96kg，故水的蒸发量为800-96=704kg浓缩液中 NaCl的含量为200×0.02=4kg，故分离的 NaCl量为100-4=96kg2第一章流体流动流体的压力【1-1】容器A中的气体表压为60kPa，容器B中的气体真空度为.41210Pa。试分别求出A、B二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力。解标准大气压力为101.325kPa容器A的绝对压力..pkPaA101325+60161325容器B的绝对压力..BpkPa1013251289325【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa和157kPa，当地大气压力为101.3kPa。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。解进口绝对压力..进101312893pkPa出口绝对压力..出10131572583pkPa进、出口的压力差..pkPapkPa157（12）15712169或2583893169流体的密度【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4，试求该混合液在20℃下的密度。解正庚烷的摩尔质量为/kgkmol100，正辛烷的摩尔质量为/kgkmol114。将摩尔分数换算为质量分数正庚烷的质量分数....10410003690410006114正辛烷的质量分数..2103690631从附录四查得20℃下正庚烷的密度/kgm31684，正辛烷的密度为/kgm32703混合液的密度/..3169603690631684703mkgm【1-4】温度20℃，苯与甲苯按4:6的体积比进行混合，求其混合液的密度。解20℃时，苯的密度为/3879kgm，甲苯的密度为/3867kgm。混合液密度../3879048670．68718mkgm【1-5】有一气柜，满装时可装36000m混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为2224 HNCOCOCH.040.20.320.070.013操作压力的表压为5.5kPa，温度为40℃。试求：(1)混合气体在操作条件下的密度；(2)混合气体的量为多少kmol。解...TKpkPa27340313，1013551068（绝对压力）混合气体的摩尔质量....../2042802280324400716001186mMkgkmol(1)混合气体在操作条件下的密度为.../.mmpMkgmRT3106818607638314313(2)混合气体36000Vm，摩尔体积为./.mmMmkmol31860763混合气体的量为..mmVnkmolM60000763246186流体静力学【1-6】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m，当地大气压力为101.2kPa。试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？解管中水柱高出槽液面2m，h=2m水柱。(1)管子上端空间的绝对压力绝p在水平面11'处的压力平衡，有.绝绝大气压力1012001000981281580（绝对压力）pghpPa(2)管子上端空间的表压表p表绝-大气压力=8158010120019620ppPa(3)管子上端空间的真空度真p真表=-=-1962019620ppPa(4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度'h'cclhh4水常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为/cclkgm431594习题1-6附图4'.hm100021251594【1-7】在20℃条件下，在试管内先装入12cm高的水银，再在其上面装入5cm高的水。水银的密度为/313550kgm，当地大气压力为101kPa。试求试管底部的绝对压力为多少Pa。解水的密度/3水=998kgm....331011001213550005998981117410pPa【1-8】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为/31250kgm的液体，液面高度为3.2m。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m及1m，容器上部空间的压力（表压）为29.4kPa。试求：(1)压差计读数（指示液密度为/31400kgm）；(2)A、B两个弹簧压力表的读数。解容器上部空间的压力.294（表压）pkPa液体密度/31250kgm，指示液密度/301400kgm(1)压差计读数R=?在等压面''1111上pp.'...pphRgpphgRgphRgphgRgRg110003213221222200因g0，故0R(2).....AppgPa333212941022125098156410.....333222941012125098144110BppgPa【1-9】如习题1-9附图所示的测压差装置，其U形压差计的指示液为水银，其他管中皆为水。若指示液读数为150Rmm，试求A、B两点的压力差。解等压面''1111，pp1水AppHg'.1汞水05gBppHRgR由以上三式，得习题1-8附图习题1-9附图5.汞水05ABppRgRg已知./3汞015，13600Rmkgm，.....01513600981050151000981ABpp..31364101364PakPa【1-10】常温的水在如习题1-10附图所示的管路中流动，为测量A、B两截面间的压力差，安装了两个串联的U形管压差计，指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两U形管的连接管中，充满空气。若测压前两U形压差计的水银液面为同一高度，试推导A、B两点的压力差p与液柱压力汁的读数12、RR之间的关系式。解设测压前两U形压差计的水银液面，距输水管中心线的距离为H。在等压面'22处11221汞水气22ARRRppHgRgg'222汞水2BRppHgRg因'22pp，由上两式求得()水气12汞g2ABppRR因气水故 水12汞-2ABppRRg【1-11】力了排除煤气管中的少量积水，用如习题1-11附图所示水封设备，使水由煤气管路上的垂直管排出。已知煤气压力为10kPa（表压），试计算水封管插入液面下的深度h最小应为若干米。解..310101021000981phmg流量与流速【1-12】有密度为/31800kgm的液体，在内径为60mm的管中输送到某处。若其流速为/0．8ms，试求该液体的体积流量()3／mh、质量流量/kgs与质量流速/2kgms。解(1)体积流量./.223330．060．822610814／44Vqdumsmh(2)质量流量../mVqqkgs3226101800407习题1-11附图习题1-10附图6(3)质量流速./().22407===14400064mqkgmsA【1-13】如习题1-13附图所示的套管式换热器，其内管为.mm.mm335325，外管为mm.mm6035。内管中有密度为/31150kgm、流量为/5000kgh的冷冻盐水流动。内、外管之间的环隙有绝对压力为0．5MPa，进、出口平均温度为0℃，流量为/160kgh的气体流动。在标准状态下(0℃，101.325)kPa，气体的密度为./312kgm。试求气体和盐水的流速。解液体/31150kgm内管内径...dmmm内3353252270027液体质量流量/5000mqkgh，体积流量35000／1150Vqmh流速/./.液22内500011502113600002744Vqumsd气体质量流量/mqkgh160密度.../63气051012592101325kgm体积流量.3160／592Vqmh流速/../..ums气2216059256736000053003354习题1-13附图习题1-14附图【1-14】如习题1-14附图所示，从一主管向两支管输送20℃的水。要求主管中水的流速约为.10／ms，支管1与支管2中水的流量分别为//20与10thth。试计算主管的内径，并从无缝钢管规格表中选择合适的管径，最后计算出主管内的流速。解.//33水:20℃，99821000tkgmkgm主管的流量//3122010303010mmmqqqthkgh体积流量/333010301000mVqqmh，流速.10／ums7管径...Vqdmmmu300103103360007851036004选择1084mmmm无缝钢管，内径为100dmm，主管内水的流速//./(.)mqumsd2236003036001060144连续性方程与伯努利方程【1-15】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。在截面1处的流速为./05ms，管内径为200mm，截面2处的管内径为100mm。由于水的压力，截面1处产生1m高的水柱。试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h为多少（忽略从1到2处的压头损失）?解./105ums.,.dmdm120201.()/2212120522duumsd22112222pupu..22221221205187522ppuu..121875187510001875pppPa..187501911911000981phmmmg另一计算法22112222pupugggg...222