制药化工原理课后习题答案

1 绪论绪论 2 解 5 1001325 1 Pa atm 1 mN Pa 2 1 mN J 3 3 10 m L 2 32 1001325 1 mJmN mNatmL 2 1001325 1 J atmL 以 J mol 1 K 1表示 R 的值 R 0 08206 1 01325 102 J mol 1 K 1 8 315 J mol 1 K 1 第一章第一章 流体流动流体流动 1 表压 真空度 4 8 104Pa 绝压 5 3 104 Pa 2 解 设右侧水面到 B 点高为 h3 根据流体静力学基本方程可知 PB PB 则 油gh2 水gh3 mm mkg mmmkg h492 1000 600820h 3 3 2 3 为 为 h h1 h3 892mm 3 解 正 U 型管水银压差计 由图可知 PA P1 x R1 水g PB P2 x 水g P1 P2 2 472kPa PA PB 2 472kPA 水gR1 又有 PA PC PC PB HggR1 HggR1 2 472kPa 水gR1 mmm smmkg R00 200200 0 81 9 100013600 2 472kPa 23 1 倒 U 型压差计 设右侧管内水银高度为 M 指示流体为空气 PC PD P1 PC 水g R2 M P2 PD 水gM mmm smmkg R 0 2522520 0 81 9 1000 2 472kPa 23 2 2 4 1 PB 845 9Pa 表 2 R 0 178m 7 解 由公式可得 A Vs u Vs uA u d2 4 0 8 57 3 5 2 2 10 6 1 57 10 3m3 s Ws Vs 1 57 10 3 1840 2 89kg s smkgu A Ws G 2 147218408 0 8 解 由题可知 1 1 截面 P1 1 013 105Pa u 0 以 2 2 截面为基准水平面 z1 3m 2 2 截面 设管内流速为 u z2 0 3 3 截面 u z3 3m 4 4 截面 u z4 3 0 5 3 5m 5 5 截面 u z5 3m 6 6 截面 u z6 2m P6 1 013 105Pa 根据伯努利方程 We 0 hf 0 有 6 2 6 1 1 P 2 u gz P gz P1 P6 u2 2 g z1 z6 9 8 有 2 2 2 1 1 2 Pu gz P gz 9 8 3 1 013 105 1000 9 8 P2 1000 P2 1 209 105Pa 3 2 3 1 1 2 Pu gz P gz 1 013 105 1000 9 8 P3 1000 P3 0 915 105Pa 4 2 4 1 1 2 Pu gz P gz 9 8 3 1 013 105 1000 9 8 3 5 9 8 P4 1000 P4 0 866 105Pa 5 2 5 1 1 2 Pu gz P gz P5 0 915 105Pa 9 1 u 1 55m s Vh 10 95m3 h 3 2 z 2 86m 解 Ne N Ne We Ws 取釜内液面为 1 1 截面 高位槽内液面为 2 2 截面 根据伯努利方程 f h Pu gzWe uP gz 2 2 2 2 2 11 1 22 1 1 截面 z1 0 P1 2 5 104 表压 u1 0 2 2 截面 z2 15m P2 0 表压 A Ws u 2 A d2 4 0 25 76 4 2 10 3 2 3 63 10 3m2 smhmu 46 1 3 5247 10501063 3 102 3 4 2 4000 湍流173740 106 105046 1 1068 Re 4 3 du 又 d 0 3 10 3 68 10 3 4 41 10 3 查图得 0 029 kgJ u d l hf 7 22 2 46 1 068 0 50 029 0 2 22 查表 1 3 得 全开闸阀 0 17 半开截止阀 9 5 90 标准弯头 0 75 进 0 5 出 1 hf 0 17 9 5 3 0 75 1 5 1 462 2 14 2J kg hf 22 7 14 2 36 9J kg 9 36 2 46 1 15 1050 105 2 24 gWe We 208 87J kg Ne 208 87 2 104 3600 1 16kW N 1 16 0 7 1 66kW 12 解 1 1 高位槽液面 2 2 出口管内侧 列伯努利方程 f h Pu gzWe uP gz 2 2 2 2 2 11 1 22 z2 0 z1 4m P1 P2 0 表 u1 0 We 0 hf u22 2 4g hf hf hf 2 2 u d l hf 4 查表 1 3 得 半开截止阀 9 5 90 标准弯头 0 75 hf u22 2 9 5 0 75 0 5 u22 2 10 75 u22 2 g d u 4 75 10 20 1 2 2 2 化简得 400 11 75 u22 2 39 2 20 时 水 1 005 f Re f u2 需试差 3 2 1075 49Re u du 假设 u0 Re u0 01 0 d 1 5 76630 0 039 1 66 1 6 79600 0 039 1 66 1 66 82588 0 0388 1 66 截止阀半开时该输水系统的 u0 1 66m s Vs uA 1 66 0 25 0 052 0 00326m3 s Vs 11 73m3 h 第二章第二章 流体输送设备流体输送设备 1 解 分别取离心泵的进 出口截面为 1 1 截面和 2 2 截面 由伯努力方程得 21 2 22 2 2 11 1 22 f H g u g p ZH g u g p Z 21 2 1 2 212 12 2 f H g uu g pp ZZH 其中 0 4 m Pa 表压 Pa 表压 12 ZZ 4 1 109 1 p 5 2 107 4 p 0 20 时水的密度 21 uu 21 f H 3 mkg 2 998 m34 5000 81 9 2 998 109 1107 4 4 0 45 H kW 7 13W1037 1 70 0 3600 81 9 2 9987034 50 4e gHQN N 3 解 10 v0 g f Hh g pp H 1 20 时 由附录 2 及附录 7 知 水的密度 饱和蒸气压 3 mkg 2 998 Pa 4 v 102335 0 p m28 4 5 23 81 9 2 998 102335 0 1081 9 44 g H 5 2 85 时 由附录 2 及附录 7 知 水的密度 饱和蒸气压 3 mkg 6 968 Pa 5 v 105788 0 p m27 1 5 23 81 9 6 968 105788 0 1081 9 54 g H 4 解 10 v0 g f Hh g pp H 6 15 3 81 9 530 1045 6 106 6 55 2 21m10000 湍流 4 6 109 3 1075 902 100077 1 02 0 Re du 9 又0 7 Pr 120 被加热 60300 02 0 6 i d L 4 0 n 96 22422 6 109 3 023 0 PrRe023 0 4 08 044 08 0 Nu 12 2 9 6848 02 0 1089 6096 224 kmW d Nu i i 2 当时 hmVs 4 0 3 1 2 354 0 02 0 4 3600 4 0 smu 过渡流 10000 7 7842 1075 902 1000354 0 02 0 eR 6 ud 34 6222 6 7 7842 023 0 PrRe023 0 4 08 04 08 0 u N 12 2 9 1897 02 0 1089 6034 62 kmW d uN i i 94 0 7 7842 106 1 Re 106 1 8 1 5 8 1 5 f 12 1 178494 0 9 1897 kmWf ii 9 试计算 1 120 的饱和水蒸气冷凝为 120 的水时所放出的热量 2 120 的饱和水蒸 气冷凝为 60 的水时所放出的热量 3 常压下 空气由 20 升温至 80 时所吸收的热量 解 质量流量 w 均取 1kg s 1 当 oC 120 tkgkJ 2205 220522051kWwQ 2 120 oC 蒸汽60oC 水 oC 90 t 3 10208 4 p C 48 24576010208 4 1102205 60120 33 120 kWwCwQ p 3 空气 20 oC80o oC 50 t 3 10005 1 p C 3 606010005 1 1 2080 3 kWwCQ p 10 在列管式换热器中用水冷却油 已知换热管的直径为 19 2mm 管壁的导热系数 45 W m 1 oC 1 水在管内流动 对流传热系数 i 3500W m 2 oC 1 油在管间流动 对流传热系 数 o 250W m 2 oC 1 水侧的污垢热阻 Rsi 2 5 10 4m2 oC W 1 油侧的污垢热阻 Rso 1 8 10 4m2 oC W 1 试计算 1 以管外表面为基准的总传热系数 2 因污垢热阻而使总传热系 数下降的百分数 解 1 i o ii o si m o so oo d d d d R d db R k 111 10 015 0 019 0 3500 1 015 0 019 0 105 2 017 0 019 0 45 002 0 108 1 250 1 44 0049 0 74 203 o k 2 污垢前0044 0 111 i o im o o o d d d db k 68 226 o k 12 10 68 226 74 20368 226 o oo k kk 12 苯在逆流换热器内流动 流量为 2000kg h 1 温度由 70 下降至 30 已知换热器的传 热面积为 6m2 热损失可忽略不计 总传热系数为 300W m 2 oC 1 冷却介质为 20 的水 定压比热为 4 18kJ kg 1 试计算 1 冷却水的出口温度 2 冷却水的消耗量 以 m3 h 1表示 解 1 mpccphh tkSttCwTTCwQ 1221 oC 11 22 1800 1098 3 6300 3070 1079 1 3600 2000 43 kS Q tm C20 t C30C70 2 70 t2 10 oC 11 22 10 70 ln 60 10 70 ln 10 70 ln 2 2 2 2 2 1 21 t t t t t t tt tm Ct 6 28 2 2 20 6 28 178 4 pc wQ hkgwpc 3984 13 在逆流换热器内 用 20 的水将流量为 4500kg h 1的液体由 80 冷却至 30 已知换热 管由直径为 25 2 5mm 的钢管组成 液体走壳程 对流传热系数为 1700 W m 2 oC 1 定压 比热为 1 9kJ kg 1 密度为 850kg m 3 水走管程 对流传热系数为 850W m 2 oC 1 若水 的出口温度不超过 50 换热器的热损失及污垢热阻均可忽略不计 试计算换热器的传热 面积 解 moophh tSkTTCwQ 21 若 11 W45 Cm 取 i o im o oo d d d db k 111 11 3 1012 2 02 0 025 0 850 1 0225 0 025 0 45 0025 0 1700 1 6 471 o k 20 18 2030 5080 ln 2030 5080 m t 2 3 8 13 3080 109 1 3600 4500 m tk S mo o 第八章第八章 精馏精馏 2 解 本题中 正戊烷为易发组分 以 A 表示 正己烷为难挥发组分 以 B 表示 1 945 2 04 54 16 159 p p o B o A 2 4500 045416159 04543101 p p p P o B o A o B xA 550 B x 7070 3101 45016159 p p A o A x yA 2930 B y 或者7070 45094511 4509452 1 1 x x y A A A 3 解 1 正戊烷用 A 表示 正己烷为 B 表示 进料液的平均摩尔质量 kg kmol48086607240M Mx ii 进料量kmol h19 62 4 80 5000 F 己知40 980 x x FD 由 得 Fx Dx F D 97 为kmol h x Fx D D F 6224 980 401962970 由 F D W 得 W F D 62 19 24 62 37 57kmol h 2 根据得 WDF WxDxFx 020 5737 9806224401962 W DXFx x DF w 为为 为 5 解 原题改为 y 0 5x 0 15 1 由精馏段操作线方程 y 0 75x 0 2075 可知 3R 750 1R R 为为 12 2 由操作线方程可得 将 R 3 代入20750 1 R xD 得830 xD 3 由进料方程 y 0 5x 1 5 得 过热蒸汽进料 q 1q q 150 为 为 4 由进料方程可知 将 q 1 代入得 150 1 q xF 30 xF为 6 解 1 进料的平均摩尔质量kg kmol MxM ii 48086607240 进料量 kmol h1962 480 5000 F 己知 980 xD为030 xW 40 xF 根据 WDF WxDxFx WDF 得 WD62 19 W03 0 D98 0 0 462 19 解得 D 24 22 kmol h W 37 97 kmol h 2 精馏段操作线方程 2807140 152 980 152 11 x x 2 5 R x x R R y nn D n1n 2807140 为为为为为为为 3 塔内第二块塔板上升蒸气组成 已知 980 xy D1 由气液平衡方程 1 1 1 1 x 1 x y 0 98 解得 0 942 1 1 x 1 1 x 92 922 1 x 由操作线方程得 9530280942071402807140 x y 12 4 提馏段操作线方程 已知 h70 72kmol RDL 2224922 kmol h 62 19F W 37 97 kmol h 030 xW 泡点进料 q 1 13 提馏段操作线方程 Wm1m x WqFL W x WqFL qFL y 为为为为 为 为 为 030 973719627270 9737 973719627270 19627270 x m 为 012041 x m 斜率为 1 4 截距为 0 012 5 精馏段内上升蒸气及下降液体的流量 kmol h D RV77842224531 kmol h55 6022 245 2RDL 6 提馏段内上升蒸气及下降液体的流量 L L qF 60 55 62 19 122 74kmol h h kmol V V7784 8 解 最小回流比 qq qD min xy yx R 为 为 泡点进料 40 xx Fq 为 6250 40511 4052 1 x 1 x y q q q 51 2250 3350 406250 6250960 Rmin 2 51 3 R R min 第九章第九章 吸收吸收 2 解 3 6 1076 3 3 101 1081 3 P E m 5 6 3 10461 1810813 101 EM H s s 为为为 H C p 为 mol L HpC 45 105761046145 为为 5 解 根据 p p p P RTz D N A2A1 mB A 为 己知 z 0 004 P 101 3 5 1056 2 D 0pA2 101 3kPa 25 时 kPa pA11683 14 1329816833101 p B1 3101 pB2 7199 13298 3101 132983101 ln p p ln pp p B1 B2 B1B2 BM 为 为 1 2 6 5 A smkmol108 31 0 3 168 7199 3101 00402984138 10562 N 9 3h 1031818 100050 t 6 3 6 解 据 LGG HkkK 111 E mp 0170 18310132 10 mpMEM H 3 S S S S 气膜阻力 5 6 G 1089 2 103 46 1 k 1 液膜阻力 5 4 L 1093 105110170 1 Hk 1 555 G 10796109310892 K 1 akskmol m 10471K 24 G P skmol m101 49104713101PKK 2 24 GY 即气膜阻力占总阻力的 42 5 542 10463 10471 k K K 1 k 1 6 4 G G G G 该吸收过程为气膜和液膜阻力共同控制 9 解 4 105 5E 2 4 1043 5 3 101 105 5 P E m 2 1 21 min X X Y Y V L 15 0 0 15 1 15 0 Y 0 031 3 1 3 Y 21 5 2 1 1 1071 5 1043 5 031 0 m Y X 代入上式 得 2 5 min 1017 5 01071 5 0015 0 031 0 V L 672 1 V L 3 1 V L min 由 X L X Y V Y 2121 15 得 kmol L1044 672 1 0 0015 0 031 Y Y L V X 5 211 11 解 0 000930 97 0 031 1 1YY 0310 31 3 Y 121 3470 3580 0310 0009300310 X X Y Y V L 2 1 21 min 556 0 347 0 6 1 V L 6 1 V L min X L X Y V Y 2121 05410 5560 0009300310 Y Y L V X 211 2 1 21 m Y Y ln YY Y 011600541035800310mX YY 111 000930mXYY 222 00423 0 00093 0 0116 0 ln 00093 0 0116 0 Ym m 21 OG Y YY N 117 004230 0009300310 m9870 01490 01470 AK V H YA OG 7 02mNHZ OGOG 第十一章第十一章 干燥干燥 1 解 1 已知 101 3kPa 40 时 水的饱和蒸气压kPa 3777ps 为为为为为kg kg pP p H s s 00920 3777203101 377720 6220 6220 2 273 273 24417720 t H vH 为为为kg m 3 0 898 273 40273 0 009224417720 3 H H v H 1 1 124 0 898 0 00921 3 m kg 4 Ckg kJ H o 1 0270 0092881011881011CH 5 Ht H IH2491881011 16 kg kJ 01640092024914000920881011 6 kPa ps4751377720pstd 查水的饱和蒸气压 得 612 td 2 解 1 2 3 kPa3 1p 6 25 d t 4 5 6 kg kJ137IH 35 as t35 w t 4 解 1 空气在预热器内经历等湿过程 010 01 HH H p PH s 6220 61 01062203101 0103101 2 0000 2491881011Ht H I kg kJ 4945010249120010881011 1111 2491881011Ht H I kg kJ 791270102491100010881011 273 273 24417720 0 t H vH 为为为kg m 3 0 842 273 20273 0 0124417720 为为为kg vH 76118 8420 100100 L kJ 3 01 10