《化工基础》张近习题解答

1、化工基础习题解答(第二版张近主编)第3章流体流动过程及流体输送设备1、某合成氨工艺以煤为原料的气化法生产中，制得的半水煤气组成为：印42%, N221.5%,CO27.8% ,CH41.5%, CO27.1%, 020.1% (均为体积分数)，求表压为 88.2kPa,温度为25c时，混合气体 的密 度。解：解法一：先求混合的摩尔质量；Mm=(My)H2+(My 卜上+(M-y)co+(My)cH4+(My)co2+(My)s=2x042-28x0.215+28x0.278+16x0.015+44x0.07 l+32xOJ001-18.04kg.tmolMP 18,04x(101,3 + 88

2、,2) , y 3p =二 L38/<?/ 阳RT 8.314x(273+25)算出在操作温度和压力下各纯组分的密度，然后再按组分的摩尔分数叠加。解法略。6、 套管换热器的内管为 ()25mm< 2.5mm外管为()57mm< 3.5mm的无缝钢管。液体以 5400kg/h 的流量流过环隙。液体的密度为 1200kg/m3,粘度为2M0-3Pas。试判断液体在环隙流动时的流动 形态。解：设大管内径为d1,小管外径为d2流体在环隙流动当量直径为：de=d 1-d25 =0.057-0.0035 父2=0.05iiuih 由二0.025nun； dc=0.05-0.025=0.0

3、25111111W4 印4 x 5400“二 777- =z=0.8511Vs万诏海； Md； d；)p 3.14(x0.053 - 0,0252) X1200 X 3 6000一02"0 85x1200= 12740>4000 属湍流7、现要求将原油以一定流量，通过一条管道由油库送往车间，并保证原油在管道中呈层流流动，现分别提出如下措施：(1)管道长度缩短20%; (2)管径放大20%; (3)提高原油温度使原油粘度下降20%,而假设密度变化不大，可忽略不计。问上述措施分别可使由于管道沿程 摩擦而损失的机械能比原设计降低百分之几？解：层流流动的摩擦损失为：叫=32坐 dp(1

4、)、 :,1=0.8/：，工的=0.8£% A (三幼=£/;广工%=0.2 X%(2)、7d=L2也门=32 "” =3694x(32半)=0一694£川:f (l.2dypd2pf ( E hf)= t % = /|门=0-306 t hf(3 ) x U i=0.8 口； 2xl0-3'+ Z Zyi=0.8 E h广 (2 h=2 hp E a#=0.2 E %8、欲建一水塔向某工厂供水，如图所示，从水塔到29工厂的管长（包括局部阻力当量长度）为 500m,最大 流量为0.02m3 s-1。管出口处需保持10m水柱的压头（表压）。若摩擦系

5、数 入4023,求：（a）当管内流速为 1.05 ms、1,所需管径及塔高；（b）当管内流速为4 m s-1, 所需管径及塔高； 由（a）、（b）计算结果，分析满足一 定流量时，塔高与管径的关系。解：如图选取1, 2截面，计算基准面为管出口水平面。 压力以表压表示。在1 -2列柏努利方程，得：12 Pi rr12rT马+丁公 +4 + 乩=丁； +幺+”2g pg2g pg二i=hm：二2=0in； 产0；pi=O（表压）:P2=10m 水柱（表压=L05 nr s'1 d = d= 0+ 156 ni；、314xL05八八” 500L05-71r. _=0.023 xx- 4.14

6、in 水柱0456 2x9.811 £h - 0 + +10 + 4.14 = 142% 2x9.81 i ；，4x0.02 八八。(b) "=4m，s , ，= J- 0.08 m：Y3.14x4 snn d.2 7Yf=0.023xx= 117,23 m 水柱 '0.08 2x9.819、用离心泵经（）57mnm< 3.5mm的钢管，将敞口贮罐内的有机溶剂（粘度为 20X10-3） Pa s,密度为800 kg m-3）,输送到反应器中，设贮罐内液面离反应器内液面高度保持16m,见附图。已知钢管总长度（包括局部阻力当量长度）为25m,反应器内压力恒定为4k

7、gf m-2 （表压），有机溶液输送量为6.6m3 h-1,试确定泵提供的压头。解：如图选取截面1, 2计算基准面为敞口贮罐液 面，压力以表压表示。在1 -2列柏努利方程，得：12 Pl u14 H% HF H = H2 g Pg2gPgZi=0m；二2=16in： i=30： n=0（表压）；s=4k曰Fm （表压）:Re4Fnd1dup4x6.63.14x0.052 x36000.05x0.934x800=0,934m s1=1868<2000Z=25m；20x1032_ 32x0,934x25x20xl0-3800x9.81x0.052=0,76m4x9.81xl04z 少800x

8、9.81H = 16hk 0.76 = 66.76 （ni 液柱）10、用泵将密度为850kg m-1的某液体从低 位槽打到高位槽。低位槽据地面高2m,管子 出口距地面高20m,管路阻力损失为30J kg-1,泵入口流速为0.915m 31 ,入口管径为4 89mme 6mm,出口管径为（）60mm< 4mm求泵的有效功率。解：如图选取低位槽液面为 1-1面，高位槽 为2-2面，地面为计算基准面，在 1 2列 柏努利方程，得：12 Plt 1 2 Pi vQZ. 4IL 4F W = H4 +，W广1 2 1 p e - 2 - p f二=2m；二2=20m： "=2抡0； p

9、i=pz=0 （表压）；ity=30 J-kg'1：代入上式得： 吗=-zL） + （z/； ；）+ & + Euy“2op，叫=9,81 x （20 - 2） + 30 = 206.58J - kg-1不 b3 14F1m =r d u p =x0.077- x0.915x850 = 3.62kgs-1 42乂=1小切$=206.58*3.62= 747.79 （W）H。11、如图所示，槽内水位维持不变，槽底部与内径为100mm的钢管联结，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端15m, B处装有一 个指示剂为汞的U型管压差计，测压点与管 路出口端之间距离为20m。（1）当阀门关

10、闭时读数 R=600mm, h=1500mm。 阀门部分开启时，测得R=400mm, h=1400mm, 管路的摩擦系数取 =0.02,入口处局部阻力系 数取乒0.5,问管内流量为多少 m3/h?（2）阀门全开时（取闸阀全开le/d=15, /=0.018）, 问压差计测压点B处的静压强为多少kPa （表 压）？h求水槽液面到出口处的垂直距离解：（1） a、首先根据当阀门关闭时 R, 根据流体静力学方程P4=Pg 水（H+卜）； P4，=PgHgR,力4=。夕；得：pg 水（H+卜）=pgHR ；1000x（/1.5）=13600x0,6解得：H=6.66m。b、当阀门部分开启时 B点的压力为PB=PgH/pg 水 /? = 13600x9.81 x0.4-1000x9.81x 1,4=3,96x104Pa在1一 B列加努利方程，0-0面为计算基准面12Pl1 2 Pb v 7+ =ZBg + Hb + 十 £卜 fiB2P2 PZi=H； zb=0； ui=0； pi=0（表压）;pb=3,96>< 104Pa（表压）72162£如-