化工原理17章习题答案

1目录第一章流体流动与输送机械（2）第二章非均相物系分离（32）第三章传热（42）第四章蒸发（69）第五章气体吸收（73）第六章蒸馏（95）第七章固体干燥（119）2第一章流体流动与输送机械1某烟道气的组成为CO213，N276，H2O11（体积），试求此混合气体在温度500、压力1013KPA时的密度。解混合气体平均摩尔质量KG/MOL10982108276041333IMMY混合密度333KG/4570527181980RTPM2已知20时苯和甲苯的密度分别为879KG/M3和867KG/M3,试计算含苯40及甲苯60（质量）的混合液密度。解86709412AM混合液密度3KG/M13某地区大气压力为1013KPA，一操作中的吸收塔塔内表压为130KPA。若在大气压力为75KPA的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少解表表绝PPAAKPA31567301不不不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055M，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GHPZP10M362508190453001GHZ题4附图35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GHPGHPAA水水油21M1607182H不不（2）BAPDC6为测得某容器内的压力，采用如图所示的U形压力计，指示液为水银。已知该液体密度为900KG/M3，H08M，R045M。试计算容器中液面上方的表压。解如图，12为等压面。GHP1GRPA02A0则容器内表压KPA0538190819451360GHRPA7如附图所示，水在管道中流动。为测得AA、BB截面的压力差，在管路上方安装一U形压差计，指示液为水银。已知压差计的读数R180MM，试计算AA、BB截面的压力差。已知水与水银的密度分别为1000KG/M3和13600KG/M3。解图中，11面与22面间为静止、连续的同种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即，1P2P又GMABDH1H2AC题5附图题7附图题6附图124GRMGPB02021所以A整理得B0由此可见，U形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数R有关，而与U形压差计放置的位置无关。代入数据PA24918091360BAP8用U形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差，指示液为水，密度为1000KG/M3，读数R为12MM。为了提高测量精度，改为双液体U管压差计，指示液A为含40乙醇的水溶液，密度为920KG/M3，指示液C为煤油，密度为850KG/M3。问读数可以放大多少倍此时读数为多少解用U形压差计测量时，因被测流体为气体，则有021RGP用双液体U管压差计测量时，有21CA因为所测压力差相同，联立以上二式，可得放大倍数314850920CAR此时双液体U管的读数为M6173419图示为汽液直接混合式冷凝器，水蒸气与冷水相遇被冷凝为水，并沿气压管流至地沟排出。现已知真空表的读数为78KPA，求气压管中水上升的高度H。解APG题9附图5水柱高度M9578103GPHA10硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为764MM和5735MM。已知硫酸的密度为1830KG/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476KG/H16470839SVMM/S95/70221DUKG/71683069G2小管M57质量流量不变KG/H164702SM/S2583/975022DVUS或/71061SKG/2348722UG11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11面,管出口内侧为22面,在1122间列柏努力方程FWUPGZUPGZ22111简化HF/2M09281112一水平管由内径分别为33MM及47MM的两段直管组成，水在小管内以25M/S的速度流6向大管，在接头两侧相距1M的1、2两截面处各接一测压管，已知两截面间的压头损失为70MMH2O，问两测压管中的水位哪一个高，相差多少并作分析。解1、2两截面间列柏努利方程FHUGPZUGPZ222111其中21M/S314752212D170589221FHUGPH说明2截面处测压管中水位高。这是因为该处动能小，因而静压能高。13如附图所示，用高位槽向一密闭容器送水，容器中的表压为80KPA。已知输送管路为MM的钢管，管路系5348统的能量损失与流速的关系为（不包括出口能量26UWF损失），试求（1）水的流量；（2）若需将流量增加20，高位槽应提高多少M解（1）如图在高位槽液面11与管出口内侧22间列柏努利方程FWUPGZUPGZ22111简化（1）FW21即223861089U解得M/S5712U流量/HM457/107250418543322SDVS（2）流量增加20，则M/S87U题13附图10M1H27此时有FWUPGZ21M78109/8162108231即高位槽需提升078M。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20MPA（表压），精馏塔内操作压力为13MPA（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40103KG/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11与回流管出口外侧22间列柏努利方程FEWUPGZWUPGZ222111简化FE221FEGZUP212M/S1407856347850222DMUS5089616EWJ/KG72不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中15用压缩空气将密闭容器中的硫酸压送至敞口高位槽，如附图所示。输送量为2M3/H，输送管路为3735MM的无缝钢管。两槽中液位恒定。设管路的总压头损失为1M（不包括出口），硫酸的密度为1830KG/M3。试计算压缩空气的压力。题14附图题15附图8解以容器中液面为11面,管出口内侧为22面,且以11面为基准,在1122间列柏努力方程FHZUGPZUGP22121简化FHZUGP21其中M/S7860378506/422DVS代入121FHZUGP12786019830KP24A不16某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为4525MM。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J/KG（U为水在管内的流速）。试求2WF（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GHPM95781032阀门全开在水槽11面与压力表22面间列柏努力方程FWUPGZUPGZ22111简化F21H题16附图192310758197U解之M/S422U流量/SM107342107853DVS/H3617用泵将常压贮槽中的稀碱液送至蒸发器中浓缩，如附图所示。泵进口管为8935MM，碱液在其中的流速为15M/S；泵出口管为763MM。贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离为7M。碱液在管路中的能量损失为40J/KG（不包括出口）蒸发器内碱液蒸发压力保持在20KPA（表压），碱液的密度为1100KG/M3。设泵的效率为58，试求该泵的轴功率。解取贮槽液面为11截面，蒸发器进料口管内侧为22截面，且以11截面为基准面。在11与22间列柏努利方程（A）FEWUPGZWUPGZ222111或（B）FEP121212其中Z10；P10（表压）；U10Z27M；P220103PA（表压）已知泵入口管的尺寸及碱液流速，可根据连续性方程计算泵出口管中碱液的流速M/S062785122DU入入1100KG/M3，WF40J/KG将以上各值代入（B）式，可求得输送碱液所需的外加能量J/KG12940120681973E碱液的质量流量题17附图10KG/S7281062078542UDMS泵的有效功率KW519SEWN泵的效率为58，则泵的轴功率KW45802E18如附图所示，水以15M3/H的流量在倾斜管中流过，管内径由100MM缩小到50MM。A、B两点的垂直距离为01M。在两点间连接一U形压差计，指示剂为四氯化碳，其密度为1590KG/M3。若忽略流动阻力，试求（1）U形管中两侧的指示剂液面哪侧高，相差多少MM（2）若保持流量及其他条件不变，而将管路改为水平放置，则压差计的读数有何变化解在11与22截面间列柏努利方程FWUPGZUPGZ22111其中M/S53078036/52211DVUS/S15/5222SMZ1020FW（1）221121UGZP09353508922由静力学基本方程（2）GRGZPGZP021M3650819015932121ZPR题18附图11故U形压差计两侧为左低右高。（2）当管路水平放置时由柏努利方程21211UP由静力学方程01RG两式联立2210URG可见，流量不变时，不变，即U形压差计读数不变。1,19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M219FEHHKW8321903645GVNS4782NE不2列柏努力方程BAFABBAHZUGPZUGP2211简化FABBAH97810153BP96表ABB处真空度为19656PA。题19附图1220用离心泵将20水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。泵吸入与压出管路直径相同，均为7625MM。水流经吸入与压出管路（不包括喷头）的能量损失分别为及（J/KG），式中，U为水在管内的流速。在操作条件下，泵入口真空表21UWF210F的读数为266KPA，喷头处的压力为981KPA（表压）。试求泵的有效功率。解以水槽液面为11截面，泵入口处为22截面，且以11面为基准面。在两截面间列柏努利方程12211FWUPGZUPGZ简化为0122F即2681953U解得M/S2U在水槽11截面与喷头处33截面间列柏努利方程FEWUPGZWUPGZ2332111简化为FE233即23322335110UPGZUUPGZE其中M/S1823U则J/KG829415201943EW水的流量/S630782UDVSS泵有效功率KW5429463MNEE2125水以35M3/H的流量在763MM的管道中流动，试判断水在管内的流动类型。题20附图13解查附录25水物性CP903,KG/M9563M/S52786702DVUS40191093RE5为湍流22运动黏度为32105M2/S的有机液体在7635MM的管内流动，试确定保持管内层流流动的最大流量。解0DUREM/S9270612325MAX/S1046378043AXUDV/H612323计算10水以27103M3/S的流量流过5735MM、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05MM）解/S376105782502DVUS10水物性SP13,KG/M9A34027505167DURE0查得4J/KG5312760512UDLWFM83/GHFFAFFPP1424如附图所示，水从高位槽流向低位贮槽，管路系统中有两个90标准弯头及一个截止阀，管内径为100MM，管长为20M。设摩擦系数，试求03（1）截止阀全开时水的流量；（2）将阀门关小至半开，水流量减少的百分数。解如图取高位槽中液面为11面，低位贮槽液面为22截面，且以22面为基准面。在11与22截面间列柏努利方程FWPUGZPUGZ22121其中Z14；U10；P10（表压）；Z20；U20；P20（表压）简化得FG1各管件的局部阻力系数进口突然缩小5090标准弯头2个127截止阀（全开）6出口突然扩大091502225703UUDLWF2578194M/SU水流量H/M864S/0129107854332DVS（2）截止阀关小至半开时截止阀半开的局部阻力系数此时总阻力11224M题24附图152225910351UUDLWF阀门关小后，局部阻力发生变化，但由于高位槽高度不变，所以管路总阻力不变，即1ZFF22597U907VS即流量减少10。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）。试计算泵所需的有效功率。设管壁的粗糙度为02MM解M/S415078536422DVUS20水物性CP0,KG/93531410528DURE根据，查得/2/2在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程FEWUPGZWUPGZ211简化FE2而J/KG02415082UDLEFJ/KG681920WES9364SVMKW40238012SEN26有一等径管路如图所示，从A至B的总能量损失为题25附图题26附图16。若压差计的读数为R，指示液的密度为，管路中流体的密度为，试推导的计算FW0FW式。解在AB截面间列柏努利方程，有FBBAAWUPGZUPGZ2211等径直管，故上式简化为FBAPGZZ（1）BABAFW对于U形压差计，由静力学方程得GRZPGZPBA02GB1、（2）联立，得RWF027求常压下35的空气以12M/S的速度流经120M长的水平通风管的能量损失和压力损失。管道截面为长方形，长为300MM，宽为200MM。（设00005）D解当量直径M2403224BADE35空气物性SP185,KG/165A656072084REU由,查得05D1917J/KG68421092UDLWEFPA74568FFP28如附图所示，密度为800KG/M3、黏度为15MPAS的液体，由敞口高位槽经1144MM的钢管流入一密闭容器中，其压力为016MPA（表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为15M/S，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度0002，试计算两槽液面的垂直距离。DZ解在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程FWUPGZUPGZ2211简化F24310810586REDU由,查得22管路中进口90弯头2个750半开闸阀4出口125147502106322UDLWFJ/KG8760M289/780162PZF29从设备排出的废气在放空前通过一个洗涤塔，以除去其中的有害物质，流程如附图所示。题28附图18气体流量为3600M3/H，废气的物理性质与50的空气相近，在鼓风机吸入管路上装有U形压差计，指示液为水，其读数为60MM。输气管与放空管的内径均为250MM，管长与管件、阀门的当量长度之和为55M（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口管水平面的垂直距离为15M，已估计气体通过洗涤塔填料层的压力降为245KPA。管壁的绝对粗糙度取为015MM，大气压力为1013KPA。试求鼓风机的有效功率。解以吸入管测压处为11面,洗涤塔管出口内侧为22面,列柏努力方程FEWUPGZWUPGZ222111简化FEZP21其中A1P65801902GRPOHM/S327856378502DVUS50空气物性SP1069,KG/091A5684232URE又50D查得18塔出进FEFWULW2PDLE出进0931452851208J/KG375/12PWZEFJ/KG62983065837915题29附图19KW263980136WEVEMNSS30密度为850KG/M3