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化学工程基础课后习题答案第一章流体力学习题..................................................................................................................2第二章流体流动与输送..............................................................................................................14第三章传热过程.........................................................................................................................19第三章习题和答案.......................................................................................................................26第五章吸收.................................................................................................................................38第六章精馏.................................................................................................................................47第六章精馏习题和答案..............................................................................................................49第八章化学反应工程基本原理..................................................................................................56第九章均相反应器.....................................................................................................................58-1-第一章流体力学习题1－1试将下列物理量换算成指定的单位质量：1.5kgf·s2/m＝_______kg；密度：13.6g/cm3＝_______kg/m3；压强：35kgf/cm2＝_______Pa；4.7atm＝________Pa；670mmHg＝_______Pa；功率：10马力＝_______kW；比热容：2Btu/(Ib·℉)＝______J/(kg·K)；3kcal/(kg·℃)＝_______J/(kg·K)；流量：2.5L/s＝_______m3/h；表面张力：70dyn/cm＝_______N/m；5kgf/m＝_______N/m。1－2在气体状态方程中求用以kJ/(kmol.K)表示时，R等于多少？1－3燃烧重油得到的燃烧气，经分析测知其中含8.5%CO2，7.5%O2，76％N2，8％H2O（体积百分数）。试求温度为500℃，压强为1atm时，该混合气体的密度。1－4某设备上真空表的读数为100mmHg，试计算设备内的绝对压强与表压强各为多少。（已知该地区大气压强为740mmHg）1－5在右图所示的储油罐中盛有密度为960kg/m3的油，油面距罐底9.6m，油面上方为常压，在罐侧壁的下部有一直径为760mm的圆孔，其中心距罐底800mm，孔盖用M14钢制的螺钉材料的作应力取为3.93×107N/m2。问至少需要几个螺钉？1－6右图所示的测压管分别与3个设备A，B，C相连通。连通管的下部是水银，上部是水，3个设备内水面在同一水平面上。问：（1）1，2，3，3处压强是否相等？（2）4，5，6，3处压强是否相等？（3）若h1=100mm，h2=200mm，且知设备A直接通大气（大气压强为760mmHg），求B，C两设备内水面上方的压强。1－7用右图中串联的U型管压差计测量蒸汽锅炉上面上方的蒸汽压。U形管压差计的指示液为水银。两U-2-形管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为：h1=2.3m，h2＝1.2m，h3=2.5m，h4=1.4m，锅中水面与基准面间的垂直距离h5=3m，大气压强Pa=745mmHg。试求锅炉上方水蒸汽的压强p0。1－8根据右图所示的微差压差计的读数计算管路中气体的表压强p0压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920kg/m3及998kg/m3，U形管中油水交界面高差R=300mm。两扩大室的内径D为60mm，U形管内径d为6mm，当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐。1－9平均压强为0.101Mpa的某气体在φ76mm×3mm的管道内流动。当气体的平均压强变为0.505Mpa时，若要求气体以同样的温度、流速、质量流量在管道内流动，问此时管道的内径应为多少？1－12如右图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽内液面维持恒定，塔内表压强为9.807×103Pa，进料量为5m3/h。连接管为φ38mm×2.5mm的钢管，料液在连接管内流动时的能量损失为30J/kg（不包括出口的能量损失）。问高位槽内的液面应比塔的进料口高出多少米。1－13见右图，高位槽内水面高于地面8m，水从φ108mm×4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失（不包括出口的能量损失）可按计算，其中u为水在管内的流速m/s。试计算：（1）A-A’截面处水的流速；（2）水的流量（以m3/h计）。1－1420℃的水以2.5m/s的流速流经φ38mm×2.5mm的水平管。此管以锥形管与另一φ53mm×3mm的水平管相连，如右图所示。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强，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）。1－15用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如右图所示，管路的直径均为φ76mm×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表读数为185mmHg，水流经吸入管（包括管入口）与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按与计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s，排水管与喷头连接处的压强为9.81×104Pa（表压）。试求泵的有效功率。-3-1－17内截面为1000mm×1200mm的矩形烟囱的高度为30m，平均分子量为30kg/kmol，平均温度为400℃的烟气自下而上流动，烟囱下端维持49Pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20℃，地面处的大气压强为0.101MPa。烟囱内壁的摩擦系数可取为0.05。试求烟道气的流量为若干kg/h。1－20一转子流量计，转子材料为铝，出厂时用20℃，0.1MPa压强下的空气标定，得转子高度为100mm时，流量为10m3/h。今将该流量计用于测量T=50℃，P=0.15MPa下的氯气，问在同一高度下流量为多少？若将该转子材料换为黄铜，问在同一高度下氯气和空气的流量各为多少？1－21从设备送出的废气中含有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤塔，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m3/h(操作条件下)，其物理性质与50℃的空气基本相同，如右图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U形管压差计，其读数为30mm。输气管与放空管内径均为250mm，管长、管件与阀门的当量长度之和为50m（不包括进、出塔及管出口阻力）放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m，已估计气体通过塔内填料层的压降为1961Pa。管壁的绝对粗糙度ε可取为0.15mm，大气压强为0.101Mpa，求鼓风机的有效功率。1－22用离心泵从井中抽水（如右图），吸水量为20m3/h，吸水管直径为φ108mm×4mm，吸水管路阻力损失为4904Pa，求泵入口处的真空度为多少？1－23如右图所示，储槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100mm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形管压差计，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λ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m3的水；(2)当闸阀全开时，le/d=15，摩擦系数仍可取0.025。问U形管压差计测点处的静压强为多少Pa(表压)？1－28在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26m3/h时，泵出口压强表读数为0.152Mpa，泵入口处真空表读数为24.66kPa，轴功率为0.24kW，转速为2900r/min，真空表与压强表两测压口间的垂直距离为0.4m，泵的进出口管径相等，两测压口间管路的流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。1－29用离心泵由真空度为48kPa的容器中输送液体，所选用泵的需要气蚀余量为49kPa。该液体在输送温度下的饱和蒸汽压为26.66kPa，密度为900kg/m3，吸入管道因阻力损失的压头为0.20［米液柱］，试决定泵的安装位置。若泵入口端容器改为敞口，该泵又应如何安装？-4-第一章流体力学习题解答1－1解：质量：14.71kg；密度：1.36×104kg/m3；压强：3.43×106Pa；4.76×105Pa；8.93×104Pa；功率：7.46kW；比热容：8.37×103J/(kg·K)；1.256×104J/(kg·K)；流量：9m3/h；表面张力：0.07N/m；49.05N/m。1－2解：答：R等于8.31kJ/(kmol.K)1－３解：对于一般气体来说，可以认为体积百分数＝摩尔分数，所以可由式（1－5）求得混合气体的平均摩尔质量为：答：该混合气体的密度0.455kg/m3。讨论：误用（1－4）式计算，其中ρI用非500℃，1atm状态下的数据代进去计算。1－４解：绝对压强＝740－100＝640mmHg由附录2查得1mmHg=133.32Pa故640mmHg＝8.53×104Pa表压强＝－真空度故表压强＝－100mmHg＝－1.33×104Pa答：设备内的绝对压强是8.53×104Pa。设备内的表压强是－1.33×104Pa。-5-1－５解：孔中心处静压强：＝960×9.81×(9.6－0.8)＝8.287×104Pa圆孔受力：F=P×A孔==3.76×104N每个螺钉受力极限：F钉＝＝6050N所需螺钉数：答：最少需要7个螺钉。讨论：容器内孔盖中心处的压强考虑了大气压强，可又忽略了孔盖外的大气压，错误地得出14颗螺钉的结论。这样其实是将空盖外的环境置于真空中。1－6解：（1）1，2，3，3处虽然是在同一水平面上，也是静止的，但竖管内液体注入情况不同，1，2，3，3处不是连续、均一的流体，故压强不相等。（2）4，5，6，3处是在同一水平面上的连续、均一、静止的的流体，故压强相等。（3）PaPa答：（1）1，2，3，3处压强不相等。（2）4，5，6压强相等。（3）B上方压强Pa，C上方压强Pa。1－7解：对于习题１－７右图所示之b，c，d位置，有答：锅炉上方水蒸汽的压强是3.64×105Pa。1－8解：当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐，则管路内的压强在