《化工原理》第四版习题答案

本文格式为Word版，下载可任意编辑——《化工原理》第四版习题答案

绪论

1m3水中溶解0.05kmolCO2，试求溶液中CO2的摩尔分数，水的密度为100kg/m3。

解水1000kg/m3?1000kmol/m3

18CO2的摩尔分数x?0.05?8.99?10?410000.05?18在压力为101325Pa、温度为25℃条件下，甲醇在空气中达到饱和状态。试求：(1)甲醇的饱和蒸气压pA；(2)空气中甲醇的组成，以摩尔分数yA、质量分数?A、浓度cA、质量浓度?A表示。

解(1)甲醇的饱和蒸气压p?A

lgp?A?7.19736?1574.99p?A?16.9kPa

25?238.86(2)空气中甲醇的组成摩尔分数质量分数浓度

cA?yA?16.9?0.167101.3250.167?32?0.181

0.167?32?(1?0.167)?29?A?pA16.9??6.82?10?3kmol/m3RT8.314?298质量浓度

?A?cAMA=6.82?10?3?32?0.218kg/m3

1000kg的电解液中含NaOH质量分数10%、NaCl的质量分数10%、H2O的质量分数80%，用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分开后的浓缩液中含NaOH50%、NaCl2%、H2O48%，均为质量分数。试求：(1)水分蒸发量；(2)分开的食盐量；(3)食盐分开后的浓缩液量。在全过程中，溶液中的NaOH量保持一定。

解电解液1000kg浓缩液中

-1-

NaOHNaOH

H2O

1000×0.l=100kg1000×0.l=100kg

NaOH

?=0.5（质量分数）?=0.02（质量分数）?=0.48（质量分数）

NaCl

1000×0.8=800kg

H2O

在全过程中，溶液中NaOH量保持一定，为100kg

浓缩液量为100/0.5?200kg200kg浓缩液中，水的含量为200×0.48=96kg，故水的蒸发量为800-96=704kg

浓缩液中100-4=96kg

NaCl的含量为200×0.02=4kg，故分开的

NaCl量为

-2-

第一章流体滚动

流体的压力

容器A中的气体表压为60kPa，容器B中的气体真空度为1.2?10Pa。试分别求出A、B二容器中气体的绝对压力为若干帕，该

4处环境的大气压力等于标准大气压力。

解标准大气压力为101.325kPa容器A的绝对压力容器B的绝对压力

pA?101.325+60?161.325kPapB?101.325?12?89.325kPa

某设备进、出口的表压分别为-12kPa和157kPa，当地大气压力为101.3kPa。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。

解进口绝对压力

p进?101.3?12?89.3kPap出?101.3?157?258.3kPa

出口绝对压力进、出口的压力差

?p?157?（?12）?157?12?169kPa或?p?258.3?89.3?169kPa

流体的密度

正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4，试求该混合液在20℃下的密度。

解正庚烷的摩尔质量为100kg/kmol，正辛烷的摩尔质量为

114kg/kmol。

-3-

将摩尔分数换算为质量分数正庚烷的质量分数正辛烷的质量分数

?1?0.4?100?0.369

0.4?100?0.6?114?2?1?0.369?0.631

从附录四查得20℃下正庚烷的密度?1?684kg/m3，正辛烷的密度为

?2?703kg/m3

混合液的密度

?m?10.3690.631?684703?696kg/m3

温度20℃，苯与甲苯按4:6的体积比进行混合，求其混合液的密度。

解20℃时，苯的密度为879kg/m3，甲苯的密度为867kg/m3。混合液密度

?m?879?.0?438．?6678?07.1k8g/m

有一气柜，满装时可装6000m混合气体，已知混合气体各

3组分的体积分数为

H2N2COCO2CH40.40.20.320.070.01

操作压力的表压为5.5kPa，温度为40℃。试求：(1)混合气体在操作条件下的密度；(2)混合气体的量为多少kmol。

解

T?273?40?3K，13p1?0.13?.5?5.10（绝对压力）k6Pa8

混合气体的摩尔质量

Mm?2?0.4?28?0.2?28?0.32?44?0.07?16?0.01?18.6kg/kmol

(1)混合气体在操作条件下的密度为

?m?3pMm106.8?18.6??0.763kg/m3RT8.314?313(2)混合气体V?6000m，摩尔体积为Mm?m?18.63m/kmol0.763-4-

混合气体的量为

n?V6000?0.763??246kmolMm18.6

?m流体静力学

如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出当地大气压力为101.2kPa。试求：(1)管子上端空绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端的真空度；(4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化柱较槽的液面高出多少米？

解管中水柱高出槽液面2m，h=2m水柱。(1)管子上端空间的绝对压力p绝在水平面1?1'处的压力平衡，有

p绝??gh?大气压力p绝?101200?1000?9.81?2?81580Pa（绝对压力）

(2)管子上端空间的表压

p习题1-6附图

表

p表?p绝-大气压力=81580?101200??19620Pa

(3)管子上端空间的真空度p真

p真=-p表=-??19620??19620Pa

(4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度h'

h'??水h?ccl4常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为?ccl4?1594kg/m3

h'?1000?21594?1.25m-5-

2m，间的空间碳液

在20℃条件下，在试管内先装入12cm高的水银，再在其上面装入5cm高的水。水银的密度为13550kg/m3，当地大气压力为

101kPa。试求试管底部的绝对压力为多少

Pa。

解水的密度?水=998kg/m3

p?101?103??0.12?13550?0.05?998??9.81?117.4?103Pa

如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为1250kg/m3的液体，液面高度为3.2m。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m及1m，容器上部空间的压力（表压）为29.4kPa。试求：(1)压差计读数（指示液密度为1400kg/m3）；(2)A、B两个弹簧压力表的读数。

解容器上部空间的压力

p?29.4kPa（表压）

液体密度

??1250kg/m3，指示液密度?0?1400kg/m3

(1)压差计读数R=?在等压面1?1'上p1?p'1

p1?p??3.2?1?h?R??gp'1?p??3.2?2?1?h??g?R?0gp??2.2?h?R??g?p??2.2?h??g?R?0gRg??0????0习题1-8附图

因g??0????0，故R?0

(2)

pA?p??3.2?1??g?29.4?103?2.2?1250?9.81?56.4?103Pa

pB?p??3.2?2??g?29.4?103?1.2?1250?9.81?44.1?103Pa

-6-

如习题1-9附图所示的测压差装置，其U形压差计的指示液为水银，其他管中皆为水。若指示液读数为R?150mm，试求A、B两点的压力差。

解等压面1?1'，p1?p'1

p1?pA?H?水g习题1-9附图

p'1?pB??0.5?H?R??水g?R?汞g

由以上三式，得

pA?pB?R?汞g??0.5?R??水g

已知R?0.15m，?汞?13600kg/m3，

pA?pB?0.15?13600?9.81??0.5?0.15??1000?9.81

?13.64?103Pa?13.64kPa

常温的水在如习题1-10附图所示的管路中滚动，为测量A、B两截面间的压力差，安装了两个串联的U形管压差计，指示液为汞。测压用的连接纳中充满水。两U形管的连接纳中，充满空气。若测压前两U形压差计的水银液面为同一高度，试推导A、B两点的压力差?p与液柱压力汁的读数R1、R2之间的关系式。

解设测压前两U形压差计的水银液面，距输水管中心线的距离为H。

在等压面2?2'处

习题1-10附图

-7-

R???R?R2?p2?pA??H?1??水g?R1?汞g??1??气g2???2?R?p'2?pB??H?22????水g?R2?汞g?

因p2?p'2，由上两式求得

???气??pA?pB?(R1?R2)??汞?水?g2??因?气???水故

??pA?pB??R1?R2???汞-水2???g?

力了排除煤气管中的少量积水，用如习题1-11附图所示水封设备，使水由煤气管路上的垂直管排出。已知煤气压力为

10kPa（表压），试计算水封管插入液面下的深

习题1-11附图

度h最小应为若干米。

解

3p10?10h??1?.0m2?g100?0.981流量与流速

有密度为1800kg/m3的液体，在内径为60mm的管中输送

8m/s，试求该液体的体积流量(m3／h)、质量流量到某处。若其流速为0．2。kg/m?s???kg/s?与质量流速????解(1)体积流量

(2)质量流量(3)质量流速

qV??4d2u??4?0．062?0．8?2.26?10?3m3/s?8.14m3／h

qm?qV??2.26?10?3?1800?4.07kg/s

?=qm4.07==1440kg/(m2?s)A??0.0624如习题1-13附图所示的套管式换热器，其内管为

?33.5mm?3.25mm，外管为?60mm?3.5mm。内管中有密度为1150kg/m3、流量为

-8-

5000kg/h的冷冻盐水滚动。内、外管之间的环隙有绝对压力为0．进、5MPa，

出口平均温度为0℃，流量为160kg/h的气体滚动。在标准状态下

(0℃，101.325kPa)，气体的密度为1.2kg/m3。试求气体和盐水的流速。

解液体内管内径

3??115k0g/md内?33.5?.32?5?2mm27?.qm?5000kg/h

0m027液体质量流量流速

u液?qV，体积流量

2qV?50003m／h1150?4?2内5000/11503600?d?4?2.11m/s

?0.027气体质量流量密度体积流量流速

qm?160kg/h0.5?106?气?1.2??5.92kg/m3

101325qV?1603m／h5.92160/5.92u气?3600??4?0.0532?0.03352??5.67m/s

习题1-13附图习题

1-14附图

如习题1-14附图所示，从一主管向两支管输送20℃的水。要求主管中水的流速约为1.0m／s，支管1与支管2中水的流量分别为20t/h与10t/h。试计算主管的内径，并从无缝钢管规格表中选择适合的管径，最终计算出主管内的流速。

解

水:t?20℃，??998.2kg/m3?1000kgm/3

qm?qm1?qm2?20?10?30t/h?30?103kg/h

-9-

主管的流量

体