化工原理计算题及答案.doc

计算题答案1 1 化工原理试卷化工原理试卷计算题答案计算题答案 一 计算题 共 43 题 320 分 1 5 分 2823 D2823 取水池液面为 1 1 截面 贮槽水面为 2 2 截面 并以截面 1 1 为基准水平面 在截 面 1 1 和 2 2 间列伯努利方程 gZ1 e gZ2 1 p 2 2 1 u W 2 p 2 2 2 u f h 式中 Z1 0 Z2 10 m p1 p2 0 表压 u1 u2 0 20 J kg 1 f h 则泵所提供的能量为 e gZ2 9 81 10 20 98 1 20 1 2 102 J kg 1 W f h 2 10 分 3758 D3758 1 求热气体向冷气体传递的热流速率 已知 冷气体的进出口温度T1 310 T2 445 冷气体的质量流量qm 8000kg h 1 则冷气体单位时间获得的热量 qm cp TT 21 冷气体单位时间损失的热量 l 0 1 热气体向冷气体传递的热流速率 l 1 1qm cp TT 21 1 1 8000 3600 1 05 103 445 310 3 47 105 W 2 求热气体最终温度 T2 由热气体热量衡算可得 q cTT mp 12 5000 3600 1 05 103 580 T2 3 47 105 W T2 342 TTT 112 580 445 135 TTT 221 342 310 32 计算题答案2 2 Tm 13532 135 32 ln 71 6 即 71 6 K K 3 47105 200716 24 2 W m 2 K 1 m TA 3 5 分 2466 D2466 以槽内液面为截面 1 1 容器与出口导管联接处为截面 2 2 并以截面 2 2 为基准 面 列伯努利方程 流体阻力可略而不计 Z1 Z2 g u 2 2 1 g p 1 g u 2 2 2 g p 2 4 g2 32 g p 2 4 0 46 81 9 1000 2 p p2 34 7 kPa 表压 4 10 分 3711 D3711 由冷 热流体的热量衡算 2060 70120 pmpm cqcq 无污垢 20 80120 2 Tcqcq pmpm 有污垢 得 2060 20 70120 80120 2 T 则52 2 T 无污垢时 m T 2 1 60 50 55 有污垢时 2 1 m T 68 60 64 又 m m pm pm TKA TAK cq cq 70120 80120 即 m m TK TK 50 40 则6875 0 64 55 50 40 K K 则污垢热阻占原总电阻百分比为 计算题答案3 3 45 100 1 6875 0 1 100 1 100 1 11 K K K KK 5 10 分 4951 D4951 1 由 0 630 得 R 1 70 1 R R 2 由 0 361 得 xd 0 975 1 d R x 3 由 1 805 可得 2 24 F FF L Lw F F L w 由 0 00966 可得 0 00966 F FF x w Lw w x F F w L w 1 将式 代入式 可得 xw 0 0120 4 由两操作线方程联立求解交点坐标 y 0 630 xf 0 361 y 1 805xf 0 00966 解得 xf 0 315 6 5 分 2190 D2190 已知 950 kg m 3 pv 1 093 105 Pa p 1 013 105 Pa 为使液封槽中形管出口处的气泡不逸出 则该出口处的压强 pv p g h 用已知数据代入得 h 0 86 m 7 10 分 3708 D3708 1 逆流时 120 70 60 20 m T 逆流 85 54 50 60 ln 5060 ln 2 1 21 T T TT 2 并流时 120 T2 20 2 T 计算题答案4 4 m T 并流 22 11 2 2 11 ln TT TT TTTT 逆流 并流 逆流 并流 逆流 并流 逆流 并流 T T T T T T m m 即 40 20 50 120 85 54 100 ln 100 22 22 22 TTTT TT 解上两式方程得 T2 75 2 2 T55 8 3 传热速率比原来降低的百分数为 5 10 100 40 8 35 1 100 1 100 1 逆流 并流 逆流 并流 T T 8 10 分 4547 D4547 气体进塔浓度 Y1 0 099 9 1009 气体出塔浓度 Y2 0 099 1 0 9 0 0099 液体进塔浓度 x2 0 惰性气体摩尔流量 FB 37 9 kmol h 1 1000 224 273 293 1009 与成平衡的液相组成 X1 0 0033 Y1 30 吸收剂最小用量 FC min FYY XX B 12 12 1 02 103 kmol h 1 3785009900099 000330 1 实际吸收剂用量 FC 1 2 FC min 1 23 103 kmol h 1 qm C 1 23 103 18 1 22 104 kg h 1 2 溶液浓度 FB Y1 Y2 FC X1 X2 X1 FYY F B C 12 379009900099 123103 3 液气比 32 B C F F12310 379 3 计算题答案5 5 9 5 分 2465 D2465 设大气压强为 p0 先确定 A B C D 点的压强 pA R2 Hg g p0 pB pC R1 Hg g pB p H2O g h1 h2 R1 Hg g R2 Hg g p0 p H2O g h1 h2 g 由此可得锅炉内表压力 p p0 R1 R2 Hg g h1 h2 H2O g 1 2 1 1 13600 9 81 3 1 2 1000 9 81 2 89 105 Pa 5 分 3733 D3733 1 逆流时 300 180 170 80 1 T 130 2 T 100 2 100130 m T 115 2 Hqm 3600 104 3 6 9 105 3 8 105 3 44 105 W 而 KA m T A m TK 115150 1044 3 5 20 m2 11 5 分 4530 D4530 Y1 0 0417 y y 1 1 1 004 1004 004 096 Y2 Y1 1 0 0417 1 0 8 0 00834 FC min FB 1000 0 96 YY Y m X 12 1 2 00417000834 00417 0126 0 96000334 0331 计算题答案6 6 96 9 kmol h 1 实际用洗油量 FC 1 5 FC min 1 5 96 9 145 kmol h 1 12 5 分 4935 D4935 因为苯和甲苯的混合物为理想物系 所以 2 38 AB A B p p o o 1767 744 xA 0 26 pp pp B AB o oo 10133744 1767744 yA 0 45 p x p AA o 1767026 10133 或 yA 0 46 ABA ABA x x11 238026 12381026 13 5 分 4973 D4973 苯的摩尔质量为 78 kmol h 1 甲苯的摩尔质量为 92 kmol h 1 馏出液组成 xd 97 98 97 98 392 0 974 精馏段操作线方程式为 yn 1 1 R R xn 1 d R x 35 351 0974 351 xn 0 78 xn 0 216 该操作线斜率为 0 78 截距为 0 216 14 5 分 4526 D4526 yA 0 00974 9 74 10 3 p p A 987 101300 xA 0 0108 n nn A AB 10 17 100 18 10 17 cA 0 588 kmol m 3 n V n m AA 10 17 10010 1000 计算题答案7 7 1 H 5 96 10 4 kmol m 3 Pa 1 c p A A 0588 987 2 E 9 14 104 Pa p x A A 987 00108 3 m 0 902 E p 91410 101300 4 15 5 分 3732 D3732 1 并流时 300 200 20 180 1 T 280 2 T 20 m T 20 280 ln 20280 98 5 2 逆流时 300 200 180 20 1 T 120 2 T 180 m T 2 180120 150 3 当石油需预热到达 250 时 由于热裂物的最终温度为 200 显然不能采用并流而 只能采用逆流 逆流时 300 200 250 20 1 T 50 2 T 180 m T 50 180 ln 50180 101 5 16 5 分 3763 D3763 计算题答案8 8 K 1 11 1 12 2 RR ss 1 1 260 000018 0002 450 000032 1 3500 214 W m 2 K 1 污垢热阻 总热阻 RR K ss 12 1 000018000032 1 214 0 107 10 7 17 10 分 4972 D4972 1 q 1 yq x x f f 11 2505 125105 0 714 Rmin 090714 071405 0 869 R 1 5 0 869 1 30 2 R 不变 随塔板数增多 精馏段操作线平行上移 最大极限是 q 线与操作线交点 落于平衡线 则此时 R Rmin 而 xd达最大极限值 xd max Rmin max max xy yx x q qq d d 0714 071405 1 30 xd max 0 99 这时 塔板数为无穷大 18 10 分 2152 D2152 对 1 1 和 2 2 截面 如图所示 gZ1 1 表压 2 2 2 u d l1 2 p 2 2 u 1 22 1 21 dl pgZ 08 0 303 0 5 01 1000 106 22681 9 2 4 25 0 m2 s 2 对 2 2 和 3 3 截面 u2 u3 计算题答案9 9 表压 hf 阀门 2 p 2 2 2 u d l2 则阀门阻力引起的能量损失 hf 阀门 2 6 104 1000 0 03 2 25 08 0 4 26 18 75 7 25 J kg 1 19 5 分 4968 D4968 y1 xd 0 95 全回流操作 y2 x1 0 916 y1 x x 1 1 11 2470916 124710916 0 964 1 12 12 0950916 09640916 yy yy 0 71 20 5 分 4538 D4538 y1 0 08 Y1 0 0870 008 1008 X1 0 00326 3 26 10 3 00870 267 FB Y1 Y2 GA 31 25 kmol h 1 2000 64 FC min 9586 kmol h 1 FYY XX B 12 12 3125 32610 3 qV C 285 m3 h 1 958616518 1000 21 5 分 2803 D2803 按 umax计算雷诺数 Re max 900 2000 max du 3 10 0 1 1000 09 0 010 0 因此流型肯定为层流 且已知平均流速 u 0 5 umax 0 5 0 09 0 045 m s 1 计算题答案10 10 hf p 2 2 u d l 2 045 0 01 0 0 10 450 64 2 0 144 J kg 1 水流过的压降为 p 0 144 1000 144 Pa 22 5 分 4546 D4546 M SO2 64 M H2O 18 x 0 00862 00364 003 64 097 18 p E x 3 55 103 0 00862 31 kPa 23 5 分 2169 D2169 1 管内径 d 22 2 3 16 mm 管内水流速 u 3 87 m s 1 2 016 0 785 0 3600 8 2 Re 6 20 104 du 3 3 101 1087 3 016 0 2 选高位槽水面为 1 1 截面 选管子出口为 2 2 截面 并以 2 2 截面为基准面 不计阻力损失 则 gZ1 gZ2 1 p 2 2 1 u 2 p 2 2 2 u 因为 p1 p2 大气压 Z2 0 u1 0 Z1 0 763 m g u 2 2 2 81 9 2 87 3 2 24 5 分 2471 D2471 P0 0 091 MPa 9 1 104 Pa pA 9 1 104 6 0 104 1 5 105 Pa 绝压 pB 9 1 104 1 01 105 1 5 105 Pa 绝压 760 442 pC 9 1 104 0 600 1000 9 81 9 69 104 Pa 绝压 25 10 分 2160 计算题答案11 11 D2160 先求作用于孔盖内侧的压强 设作用于人孔盖的平均压强等于作用于盖中心点的压强 以罐底为基准水平面 压强以表压计算 则 Z1 10 4 m Z2 0 8 m p1 0 0 98 1000 980 kg m 3 p2 p1 g Z1 Z2 0 980 9 81 10 4 0 8 9 23 104 N m 2 人孔盖上所承受的全部压力 F 为 F p2s 9 23 104 2 6 0 4 2 61 104 N 26 5 分 2190 D2190 已知 950 kg m 3 pv 1 093 105 Pa p 1 013 105 Pa 为使液封槽中形管出口处的气泡不逸出 则该出口处的压强 pv p g h 用已知数据代入得 h 0 86 m 27 5 分 2455 D2455 1 转子流量计在流速较大时 丙酮与水的体积流量之比为 水丙酮 丙酮水 水 丙酮 V V q q 对 20 的丙酮 丙酮 790 kg m 3 qV 丙酮 8 04 L h 1 10001500 790 7901500 1000 00 6 丙酮 V q 2 对于 硫酸 1300 kg m 3的硫酸 qV 硫酸 3 33 L h 1 10001500 1300 13001500 1000 00 6 硫酸 V q 28 5 分 4503 D4503 Y1 0 0225 y y 1 1 1 0022 10022 Y2 0 0010 y y 2 2 1 0001 10001 计算题答案12 12 X2 0 因为 Y 对于稀溶液 Y mX Xm mX 1 1 所以 min 521 F F C B YY Y m X 12 1 2 0022500010 00225 545 0 则 1 3 min 1 3 521 677 F F C B F F C B 故 X1 X2 Y1 Y2 0 0 0225 0 0010 0 0000318 3 18 10 5 F F B C 1 677 29 5 分 2470 D2470 如图列出 pA pB pC压强 pA p0 R1g p0 1590 0 1 9 81 p0 1560 Pa R pB pA h1 h2 R1 g p0 981 Pa pC pB R2g p0 2541 Pa R 则 pE pC R2g p0 1560 Pa E 点表压为 1560 Pa 30 10 分 2824 D2824 在贮槽液面 1 1 与测压口中心 2 2 间列伯努利方程 gZ1 gZ2 1 p 2 2 1 u 2 p 2 2 2 u 21 f h 已知 p1 0 表压 u1 0 Z2 0 由此可得 gZ1 2 p 2 2 2 u 21 f h 当阀门开启时 p2 gh p gR p 为大气压 R p2 gR gh 3 963 104 Pa 表压 R 当阀门关闭时 p g Z1 h p gR R Z1 h RR 1000 64 0 13600 1 52 7 18 m 计算题答案13 13 0 025 0 5 4 25 21 f h d l 2 2 2 u 1 0 15 2 2 2 u 2 2 u 将 Z1 p2和的值代入式 9 81 7 18 4 25 21 f h 2 2 2 u 1000 1013600 4 2 2 u 解得管内流速 u2 3 42 m s 1 体积流量 qV 3 42 0 12 3600 96 7 m3 h 1 4 31 5 分 2823 D2823 取水池液面为 1 1 截面 贮槽水面为 2 2 截面 并以截面 1 1 为基准水平面 在截 面 1 1 和 2 2 间列伯努利方程 gZ1 e gZ2 1 p 2 2 1 u W 2 p 2 2 2 u f h 式中 Z1 0 Z2 10 m p1 p2 0 表压 u1 u2 0 20 J kg 1 f h 则泵所提供的能量为 e gZ2 9 81 10 20 98 1 20 1 2 102 J kg 1 W f h 32 10 分 3710 D3710 根据多层圆筒壁径向的传热速率为常数 则按保温砖层计算每小时单位长度的热损失 1 2 211 1 1 21 ln 2 2 r r TT r r TT l m 600 kJ h 1 m 1 528 0 3600 10600 400500 14 0 2 ln 3 1 2 r r 1 2 r r 1 695 r2 1 695r1 1 695 50 85 mm 故保温砖的最小厚度 1 r2 r1 85 50 35 mm 同理按玻璃棉计算 计算题答案14 14 844 0 3600 10600 80400 07 0 2 2 ln 3 322 2 3 l TT r r 33 2 2 3 r r r3 2 33 85 198 mm 则此时相应的玻璃棉厚度11385198 232 rr mm 33 10 分 4551 D4551 1 最小液气比 y1 1 43 10 2 14410 101 10 3 5 Y1 1 45 10 2 y y 1 1 1 y2 1 43 10 3 14410 101 10 2 5 Y2 1 43 10 3 y y 2 2 1 X2 0 X1 5 29 10 3 Y1 274 14510 274 2 min 2 47 F F C B YY XX 12 12 1451014310 52910 23 3 2 吸收剂的质量流量 1 5 min 1 5 2 47 3 71 F F C B F F C B FC 3 71FB 3 71 qV 0 1 y1 22 4 3 71 1000 1 1 43 10 2 22 4 163 kmol h 1 qm C FC MC 163 18 2 93 103 kg h 1 3 出口溶液的摩尔比 比摩尔分数 由 FB Y1 Y2 FC X1 X2 得 X1 X2 YY F F C B 12 计算题答案15 15 0 1451014310 371 23 3 52 10 3 34 10 分 3727 D3727 1 传热速率 1 2 TTcq p m 3600 2800 4 18 103 45 20 8 13 104 W 2 传热面积 m T 2 1 35 1 60 47 6 A m TK Q 6 471000 1013 8 4 1 71 m2 3 管长 L dn A 019 0 14 3 19 71 1 1 5 m 35 10 分 2187 D2187 1 111 ud 2 222 ud u2 u1 其中 1 24 2 1 d d 2 1 1 2 1 2 2 1 T T 20273 90273 2 5 17 1 m s 1 1 1 1 0 d d 1 1 24 1 5 21 2 18 36 10 分 2162 D2162 证明 水平时 由伯努利方程得 p pA pB hf hf 直管阻力造成的能量损失 J kg 1 压降 p 与压差计读数的关系 p R gR 由式 式 得 R g h R f 计算题答案16 16 倾斜时 同理 p pA pB hf gh 且 p R R g gh 比较式 式 得 R g h R f 由于水平和倾斜时 管径 管长和流量均不变 则 hf hf 故 R R 37 10 分 4919 D4919 1 Ff Fd Fw 100 Ff xf Fdxd Fwxw 即 100 0 60 Fd 0 96 Fw 0 04 0 92Fd 60 4 56 则 Fd 60 9 kmol h 1 Fw 39 1 kmol h 1 馏出液平均摩尔质量 Md 0 96 78 0 04 92 74 6 kg kmol 1 残液平均摩尔质量 Mw 0 04 78 1 0 04 92 91 4 kg kmol 1 馏出液量 qm d 60 9 74 9 4561 kg h 1 残液量 qm w 39 1 91 4 3574 kg h 1 2 q 1 FV FV 150 kmol h 1 FL FV Fd 150 60 9 89 1 kmol h 1 R 1 46 F F L d 891 609 3 yn 1 xn 1 R R 1 d R x146 1461 096 1461 xn yn 1 0 595xn 0 390 38 10 分 4943 D4943 xA 0 41 pp pp B AB o oo 10133473 1804473 yA 0 73 p x p AA o 1804041 10133 计算题答案17 17 3 89 AB A A B B A A B B A A B B p x p x p y x p y x y x y x 073 1073 041 1041 相平衡方程为 yA ABA ABA A A x x x x11 389 1289 39 10 分 4911 D4911 1 求 Fd 和 Fw xf 0 346 3178 317869 92 xd 0 983 9878 98782 92 xw 0 0141 12 78 12 78 98892 Mf 0 346 78 1 0 346 92 87 16 Ff 100 kmol h 1 8716 8716 由全塔物料衡算 Ff Fd Fw Ff xf Fdxd Fwxw 代入数值得 100 Fd Fw 100 0 346 0 983 Fd 0 0141Fw 解得 Fw 65 75 kmol h 1 18 26 mol s 1 F