10化工基础习题解

《化工基础》习题解第一章流体的流动与输送（1212题）1、解：质量为1000g的水的体积为1L，它的密度用国际单位制表示为：1000 g 1kg 1000 kgm31L 1103m32、解：已知r

=1000mm=0.5m，1200kgm3内 2h=200mm=2001.013105Pa760选择容器底面为水平基准面，根据静力学基本方程式，在这个水平面上的任一点压强应相等：Pa+ρgH=Pa+ 2001.0131057601.013105Pa+1200kg3s1=1.013105Pa+

2001.013105Pa=1.28×105Pa760∴容器底所受的压强p=1.28×105Pa1.28105Pa-Pa

1.28105Pa-Pa容器内液体高度= =2.27mg 1200kgm3s2=1.005×105N 】3、解：已知q 1800m3h1，P=200Pa(表压)，v 21P1d1d1d2当压力变化不大时，可以认为不变，根据理想气体方程式：n p ppVnRT

V RT RTpMRT

200 )16101325 0.6673gL10.6673kgm30.082293q ωA∵vq

1800 A

0.3 3600 3.14 ( ) 2

7.08ms-1体积流量不变，AωAω1 1 2 2A 12 A 2

15.93ms1p 2 p 2根据伯努利方程式得： 1

1

2

.........(z

z)2g 2g 1 22 2 2 2 p p1

( 22

1 )2g

g 2 1 2(7.08)20.667368Pa2p 68202270Pa14、解：选择与地面平行的排水管管中心线为基准面，高位水池液面为截面1-1，排水管出口处为截面2-2。根据题意: 1

0(

p1

1

hfm)2ω2 p1)2

ω2 pz 1 z 2 2

hf1 2g ρg 2 2g ρg 2 2 z2g

hf

1.98ms20.1440.008qA 2

r22

3.14( )22

1.980.0287m3s6.Φ24mm*2mm101.5m*-1水温为200c,求摩察阻力引起的压强降6、解：∵d244 1.5ms6、解：1000kgm3 1.00510-3Pasdρ 0.021.51000Re 2.99104 1.005103根据(1-21)式得： λ 0.3164Re0.25

0.024λl 2

13.5kPa根据(1-19)式得： d 2

28、200c的水在Φ60mm*3.5mm7.94m3*h-1,100m管路的压强降及损失压头为多少？8、解：由题知管的内直径为d=53mm=0.053m，20°C时,水的粘度

1.004 103kgm1s1 m3 流量q 7.94m3h12.21103m3s1vll100m d 0.q

2.21103 v

1ms1水的流速 r

0.0533.14 ( )22d

0.05311000Re 5.3104 1.004103根据图1-16得 0.03由摩擦阻力引起的压强降pl

0.03100100012

28.302KPad 2 2由速度头引起的压强降

p

22

0.5KPap总的压强降 pp

0.528.30228.802KPah 总f g

2.939 (m)第二章传导传热 (0.6140.52)20.567wm1k1 0.567q A(tt) 1(20030)20s1 1

0.48200mm200mm1275Ct t1 211

75 30 21

1 2

k

t1=?t-75=135 t1

=210°C t2 0.163q At (7530)146.7Js1 0.05 15、解：依题意作图如右：2 蒸汽管r=0.03m，r=0.027m m1K2 2

m1K1石棉泥外径r=0.07m，内径r=r=0.03m tt=20°C3 2 1 3r2 ∵r

∴蒸汽管的平均半径：r

=(0.027+0.03)/2=0.0285m1 mr r 0.070.03r3 2

m2 0.07

0.047m根据2 ln0.03t q R

R ii i i i t t

q R

q 1 2 q 1 2 1 3 i

A

A

2Lr

2Lr 1 1q

2 2 12 12

m1 2 m22L

r 1m1

r 2 m2 q

0.003

0.04

1.1297q1.13q 23.14500.0285 0.120.047110-20=1.13q ∴q≈79.646W6解：已知1

0.05Wm1K

11

0.03m，a空

8Wm-1K-1t)

La

(t15) m 空1r=[(50+80)×10-3]/2=0.065m ∴r=0.08mm解得：t=32.23°C8解：已知q8v

6m3h11.667103m3s1，t1

=75°C2 1080kgm31

2.9kJkg-1K-1752055C134°CΔH2160kJkg1q q C tq C tq Hl m1 p1 v 1 p1 m21.667 1031080 2.955q 2610m2(1.66710-310802.855)q 0.133kgs-12160补充题(崔恩选58页习题10)5m2,142.90C液，水溶液沸点为1050C。如果将水溶液先预热到沸点后再放入锅内蒸发，忽略热损失，蒸发锅传热系数为581.5W·m-2·k-1.试求每小时蒸发掉的水量为多少。已知 1050C水的气化热为2243KJ·Kg-1解：已知Km2KAt1

Ct2

C105°C水的气化热：ΔH=2243kJkg1qKAt581.55(142.9105)110194Wq 110.1941033600 3.967105kJh-1l3.967105kJh1q 176.86kgh1m 2243kJkg1第三章吸收5、解：【此题不是本教材的题】i把题中氨水浓度cpi

换算成比摩尔分率X和Yc1710018Xc1710018

)/mol(H3

O)]2

pY i p-pi

[mol(NH

)/mol(惰性气体)]3式中p=0.1MPa，将计算结果列表如下[氨-水的气液平衡(30°C)]：1.20.001530.01270.015520.002570.02120.026430.003940.03180.041040.005350.04230.056550.006800.05300.07307.50.01060.07940.1190100.01470.1060.172c[g(NH)/g(HO)32p(c[g(NH)/g(HO)32p(MPaiX[mol(NH3)/mol(H2O)Y[mol(NH3)/mol(惰性气∵进塔气体中含氨100 (mol)，换算成比摩尔分率为：0Y 0.1 0.111

)/mol(惰性气体)1 10.1 3出塔气体中含氨0.990 (mol)，换算成比摩尔分率为：00.9900Y 0.9900

)/mol(惰性气体)002 10.99 00进塔水中氨的比摩尔分率X=0，出塔氨水的最大浓度可从图求得。即由纵2轴Y=0.111点作水平线交平衡曲线于A点。再由A点引垂线求得：1X =0.076。maxA、B程：L

-X)=G(Y-Y)min max 2 1 2L YY 0.1110.01最小液气比： min 1 2 1.33G X Xmax 2

0.0761.2X：∵∵L Y 1.331.2 1 21.596G XX2X=0.0633 mol(NH3)/mol(H2O)处理混合气量为90kmolh-1L'G=90×(1-100 )=81kmolh-10L'=1.596×81=129.276kmolh-1≈36mols-1吸收补充习题：1．空气在20℃时E值为6.73×109Pax和标准水）——是指标准状态下的体积）.解：根据亨利定律：P*=Ex固常压下，P*=101.3Kpa溶液中空气的摩尔分数：x=P*／E=（101.3×10³）÷（6073×109）=0.151×10﹣4100mol0.00151mol0.00151mol 完全在标准状态下的体积为： 0.00151×22.4=0.0338L=33.8cm³换算的：溶液的水中空气质量=1.88cm3（标准g实验值为1.87c3（标准·100g-12用水吸收空气中的氨，初始摩尔分数x1=0 ,吸收终，x2=0.20..若水的尔流量为100Kmol·h-1,试求每小时吸收氨的量。解：x1=0 ，x2=0.20. X1=0X2=x2＼（1-x2）=0.2＼（1-0.2）=0.25则每小时吸收氨的量=（X2-X1）×100Kmol·h﹣¹=(0.25-0)×100=25Kmol·h﹣¹5、解：

第五章化学反应器根据题意：该反应为二级反应1 X故反应て=kC 1AX ) 已知k=1.046 X

=50%AO A A当醋酸为1mol，丁醇是4.97mol 故当醋酸为1mol时所有反1604.9774应物料占有的体积为

m3750n 1C = 1.75Kmolm3 醋酸的初始浓度为1 X

AO v 1604.97747500.5 A 0.55hkC X ) 1.0461.75AO A依题：平均每小时生产醋酸丁酯的量为： /116 0.86(kmol h12450%1mol1mol醋酸0.86kmolh1

1.72kmolh1

的醋酸1.724.97kmolh1

的丁醇1.7260+1.724.9774=735.8kg 3 3V=ひ（て+て`）=0.98R

（0.55+0.5）=1.03m33C 另解：设在1m 的反应物中有xkg醋酸ykg丁醇33AO则 x : y

14.97

解得 x=105.19kg60 74x+y=750

y=644.8kg105.1960醋酸的初始浓度C =60AO

1.75Kmolm3计算公式小结一、间歇釜式反应器（一）的计算：1、通式：

x dx A A

（5-1）0 0 rVA R n x

c x dx c d2、等容时：

A0 V

A A r

A A r

cA cr

（5-2）0 0 0 cR A A A（二）等容过程时间间歇釜式反应器的计算方程式对一级和二级不可逆反应的积分式1、一级反应rkcA A积分式I：

1ln xk 1xc

或x 1ekAA

（5-3）

1lnk

cA0A

或c cA A0

ek

（5-4）2、二级反应

rkcxA

[或rA

kccA

(提高)]c c 1 1 1 xcxc

A(1

)k(c

)kA0

（5-5）A A A A0

cA0 Ac 提高： c A B

kc1 ，(，

lnA ) cc0A cA0 0 A BcA0 0 B0 1

)B Ak(c c)

c

(5-6)A B0 0 B A A0 0（三）

和总体积V

的计算：1、有效容积VR

U

R T ') (5-7)TR2、总体积 V V (5-8)TR式中VR

为(τ+τ')为反应物进料的体积流量；τ'为装料、清洗等辅助时间； 为装料系数，其值根据经验选定一般取0.5—0.8。二、活塞流管式反应器（一）定义式：1ττ

V 反应器有效容积 (5-9)RU 反应器中物料的体积流量RV 反应器有效容积2

RC U0

(5-10)初始进料的体积流量1s13

0 VR

(5-11)等温恒容过程时，对于活塞流管反应器，因U0

=U，则空间时间τ 等C于停留时间τ（真实停留时间。（二）等温恒容过程时，基本设计方程式同(5-1)~ (5-6)三、全混流釜式反应器（理想混合反应器）（一）对液相恒容系统，其基本设计方程式：V τ

c crFR c rr

A0 A

(5-12)ccA A A A Acc 0 0cx 0 V A r或 R A或U 00 A

0r (5-13)A由于物料质点在反应器中的停留时间不一，所以所求的是平均停留 。（二）对液相恒容系统，理想混合反应器的基本设计方程式：1、一级反应：1、一级反应rA kcAV

x c c c

c x kk R kU0

A )xAx

0