化工原理习题解答

1第一章流体流动与输送机械1.燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含CO28.5％，O27.5％，N276％，H2O8％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa时的密度。解：混合气体平均摩尔质量molkgMyMiim/1086.281808.02876.032075.044085.03∴混合密度333/455.0)500273(31.81086.28103.101mkgRTpMmm2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2kg/m3和789kg/m3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度。又知其实测值为935kg/m3，计算相对误差。解：乙醇水溶液的混合密度7895.02.9985.012211aam3/36.881mkgm相对误差：%74.5%10093536.8811%100实实mmm3．在大气压力为101.3kPa的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa。若在大气压力为90kPa的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解：''真真绝pppppaakPappppaa7.73)853.101(90)(''真真4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m，其读数为58kPa。试计算液面到下方测压口的距离。解：液面下测压口处压力ghpzgpp10mhgppgpghpz36.255.081.990010)4258(30101题4附图25.如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm和600mm。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800kg/m3和1000kg/m3。（1）计算玻璃管内水柱的高度；（2）判断A与B、C与D点的压力是否相等。解：（1）容器底部压力ghpghghppaa水水油21mhhhhh16.16.07.010008002121水油水水油（2）BAppDCpp6．水平管道中两点间连接一U形压差计，指示液为汞。已知压差计的读数为30mm，试分别计算管内流体为（1）水；（2）压力为101.3kPa、温度为20℃的空气时压力差。解：（1）PaRgp2.370881.903.0)100013600()(0（2）空气密度333'/206.1)20273(31.81029103.101mkgRTpMPaRgp1.400281.903.0)206.113600()('0'∵空气密度较小，∴Rgp0'7．用一复式U形压差计测量水流过管路中A、B两点的压力差。指示液为汞，两U形管之间充满水，已知h1=1.2m，h2=0.4m，h4=1.4m，h3=0.25m，试计算A、B两点的压力差。解：图中1、2为等压面，即21pp11ghppA1032gRpp1031gRpghpA(1)又20365gRghpppB)(24543hhgppp)(24203hhggRghpB(2)将(2)代入(1)中:10242031)(gRhhggRghpghpBABDh1h2AC题5附图题7附图346243153BAABppp11024203)(ghgRhhggRgh)()(2104312RRghhhhggRR))((02181.9)100013600()25.04.14.12.1(ABpkPaPa0.2417.2410318．根据附图所示的双液体U管压差计的读数，计算设备中气体的压力，并注明是表压还是绝压。已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为920kg/m3和998kg/m3，压差计的读数R＝300mm。两扩大室的内径D为60mm，U管的内径d为6mm。解:1.2为等压面,21pp111ghppgRgZRhppa2112)(gRgZRhpghpa21111)(gZRgppa112)(又2244DZdRmRDdZ003.03.0)606(22281.9920003.0)920998(81.93.0appPa6.256(表压)9．为了排出煤气管中的少量积水，用附图所示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排出。已知煤气压力为10kPa（表压），试求水封管插入液面下的深度h。解:煤气表压ghpmgph02.181.91010103310．绝对压力为540kPa、温度为30℃的空气，在φ108×4mm的钢管内流动，流量为1500m3/h题8附图12h1题9附图4（标准状况）。试求空气在管内的流速、质量流量和质量流速。解:标准状况下空气的密度:33000/29.127331.8029.0103.101mkgRTMpskghkgV/5375.0/193529.11500m:00s质量流量2222/47.68/2464971.0785.01935785.0G:mskgmhkgdms质量流速操作条件下密度:33/22.6)30273(31.8029.010540mkgRTPM体积流速:smGu/1122.647.6811．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hkgVmss/1647918319smdVus/69.0068.0785.03600/9785.0221smkguG211/4.1263183169.0(2)小管:mm5.357质量流量不变hkgms/164792smdVus/27.105.0785.03600/9785.02222或:smdduu/27.1)5068(69.0)(222112smkguG222/4.2325183127.1512．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(13．用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示。输送量为0.1m3/min，输送管路为φ38×3mm的无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，且在压送过程中不变。设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830kg/m3，问酸蛋中应保持多大的压力？解:以酸蛋中液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,且以1-1’面为基准,在1-1’～2-2’间列柏努力方程:fhZugpZuggp222212112121简化:fhZuggp222121其中:smdVus/07.2032.0785.060/1.04222代入:)21(2221fhZuggp)5.31007.281.921(81.918302)(3.246表压akP14．如附图所示，某鼓风机吸入管内径为200mm，在喇叭形进口处测得U形压差计读数R＝15mm（指示液为水），空气的密度为1.2kg/m3，忽略能量损失。试求管道内空气的流量。题12附图1题13附图题14附图26解:如图,在1-1’～2-2’间列柏努力方程:fWupgZupgZ222221112121其中:0,0)(,0,1121fWpuZZ表简化:222210up而:aoHPRgp15.147015.081.9100022smuu/66.152.115.14721222流量:hmsmudVs/1771/492.066.152.0785.043322215．甲烷在附图所示的管路中流动。管子的规格分别为φ219×6mm和φ159×4.5mm，在操作条件下甲烷的平均密度为1.43kg/m3，流量为1700m3/h。在截面1和截面2之间连接一U形压差计，指示液为水，若忽略两截面间的能量损失，问U形压差计的读数R为多少？解:在1,2截面间列柏努力方程:fWupgZuPgZ222221112121简化:2222112121upup或:)(21212221uupp其中:smdVus/04.14207.0785.03600/1700785.02211smdduu/74.26)150207(04.14)(222112aPpp3.370)04.1474.26(2143.12221又gRgRpp0021)(mmmgppR38038.081.910003.370021R题15附图12716．如附图所示，用泵将20℃水从水池送至高位槽，槽内水面高出池内液面30m。输送量为30m3/h，此时管路的全部能量损失为40J/kg。设泵的效率为70％，试求泵所需的功率。解:在水池1面与高位槽2面间列柏努力方程:feWupgZWupgZ222221112121简化:feWgZW2kgJ/3.3344081.930kWWVWmPesese786.23.3341000360030kWPPe98.37.0786.217．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题17附图8不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中18．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mgph95.781.910107833(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222221