化工基础课后习题答案(高教版)

化工基础课后习题答案（高教

版）

流体流动和输送

_13600x0.2____

1、液体高度：必应=叫，1200器

底所受的力：

F=HApg=2.27/wx0.785xl2^2xl200^1x9.81^=21生仝=2及曾压强

_F_2网一“…

,0.785x12附2=™指示液为CCI4,其读数：

冬=9=13600X02=L7密四氯化碳柱

p1600

2、人孔面积：工=0.785x0.62=0.283制2压力:

F=/^4=880x9.81(4-0.8)x0.283=7.8^2/槽壁面积:

力=必笈=3.14x3x4=37.7掰2槽壁所受压力：

4

F=880xgx-x37.7=650913-7818=643.W

,,0.5x800…20x800^

cH-------=------------=0.4w===16

3、P10004、plooo

2=侬。。=122.

pg1000x9.81

6、（1）求空气的体积流量流通截面:

工=吟,=38x0.785x0.022=0.012活2体和流量

,V=V^10X0.012=0.12Tg）求质量流量表压:

25°x――333

P=乃°加弦=二绝压：p=101.3+33.3=134.6发尸a

空气的平均分子量：—2]x32+79/ox28-29当时温

度：7=273+50=323K

pM_134.6x29

KF噜.••质量流量:

空气密度：*RT-8,314x323

久=%Q=0.12x1.45=0.17在

s

7**、对容器A孔口流速:

v=c^^=0.62xV2x9.81x0.5=1,942^

体积流量:

加3

q=v^=1.942x0.785x0.0252=9.53xl0-4

vT流出的总体积：

V=0.785xl2（1.5-0.5）=0.785w3液体降至0.5m处所

V0.785

824s

需时间:9.53X10-4剩余部分为非稳定

2A4H2xO.785xl2xTo3

824s

流动，所需时间：ca牺0.62x0.785xO.0252x72x9.81

对于容BV==0.629.81X1.5=336/

,V0.785“rue

2-3t==

qy=v.4=3.36X0.785X0.025=1.65xl0—~1*/I产=476s

9A__2x0785xI2

'=-1=x（713-VI）=

2x0.225=262s

caj2g0.62x0.785x0,025x72^81

由于B下端有短管，管内流体在流动中有下拉

液体的作用，故需时间短。

8、以水平管中心线为基准面，在1一1,,2-2,

间列柏式，

江+包=或+包％=1800=7亡

2gpg2gpg1A3600x0.785x0.32S

1800

V----------------=16—

3600x0.785x0.22SP2=^=0.02x1000x9.81=20x9.81Pd(

在操作条件下，甲烷的密度：

岭To16(101325+20x9,81)x273…5姐

p-------=---------------------=U.00/-T-

3

22.4p0T22.4x101325x293w

上一n_$1外.*_/।20g

=13.05+30-2.57=40.47mCCi.

廖2g廖2g2x9.810.667g2x9.81

卜=怔适二40.47x0.667

=21mmHQ

水柱压差计读数:您1000

—=1297|^=1185

9、TPi=1000»p=1.18

、，L2gK3「Q)2x9.81x0,4x1000m

v=g-----------=0.61J-----------------=49.75—

0VPV1.18s

2

qK=4jV0p=0.785x0.02x49.75xl.18=0,0184^=66.24^

Sh

|2g&g-q)

10、对孔板流量计：°流量与流速度

关系：心=,即为四收,g建6(1)当读数为

80mmHg时，^=^=1012,即误差=1.2%

(2)读数为20mmHg时，丁导，期,即误差=

由9-0

—_WQ_区

4.9%(3)指示液为四氯化碳

时，・・・流量的相对误差与以上相同。

乒亘=-9.81x0.5(136。。®=745皆

11、°°廿QV865S

体积流量：…。q=7.45x0.785x0.0165i.0015咚质量流

量：上=3=0.00159x865=1375等导管中苯的流速：

v=为(92=745X(嚎尸=1.863最

12、忽略阻力，4+7+至一/+7+公

耳1=0,H]=A.5m,Pi=150上户以,p2=lOOkPa

=却=(+%=端)、=*将数据代入，得5吗

体积流量：^=^4=1.7x0.785x0.3^A33-

-c^f=~・a=寸■+立+%

v

13、%=%,i=0,He=Oy2g,..您2gpg

v2,2»1-%)

PP=hpg

2x9.81x0.025x1000..w

=409(—An，…受空气流量:

=1.2---------------S

q=20,2x0.785x0.22=0,635—

vS质量流量：

*=%Q=0.635x1.2=0,76星

s

立=4+立+/=立+24

您2g廖pg2g,您g

△产月一)

*/,2=4,P2+^R=F=pgLR=P

解得，”14咚，体积流量：—4.3X0.785X0.22=0.45

14、当量直径：de=D-d=0.05-0.025=0.025M

^=2Cp=0.002PaS流速：

v="=_____________型2______________=085-

pA1200x3600x0,785(0.052-0,0252)S

0.025x0.85x1200

Re=----------------=1.28x10

0.002湍流

n0.021x1,5x1000

.r-Re=-------------------------=31500

15、0.001

相对粗糙度查图得人。。25

,,,Iv2八…10152,,

H=4-------=0025-------------------=1.365加

ffd2g00212x9.81

*=%咫=1.365,1000x9.81=\3AkPa

_*0.002

16、A0.785X0,0342S

「0.034x2,2x1840

Re=-------------------------=5500£­=-=罢=0M5,查图得一oo39

0.025，d

H1=O,H2=10,v1=O,v2=2.2,P2=0

您2g'd2g

4022

p.=1840x[10+(1+0,0039——)]=385上产a

0.0342x9.81

17、"嗤=°°°T用试差法求流量，・・・A=

f(Re),Re=f(v),难以直接求解。

由Re〜A图可见，对z=O,OO1的无缝钢管而言,

Re在2x104-1x107之间，入值在0.02-0.028

之间，

设入=0.025,H1=5,H2=0,P1=P2=0（表压）,

v1=0

=（1+

%=二2g+仪f,兄乙T）二2g

一2g々.2x9.81x5m

LT~点一不

d\0.028

口0.028x1.47x880.

55724

e=-0.65x10-3二,查图得A=0.0235,

苯的体积流量：

qv=1.47x0.785x0.0282=0.91L/S

（若设入=0.024,qv=0.92L/S）

校核：氏=（"用"=（"°但感/黑T473m基本相

符。

10

18、强烈湍流时，人可看作常数。"=3600x0.785,

=^-^-=0.02-°U-—1.2764xl0«+屋

fd2gd2x9.81,

A=耳竺=1。

pgpg,pg

10=1.2764x10-6/d5

d5=1.2764x10-7,.\d=42mm

l

6-42-Z

/2%d

=X7X2_g=2

/16-4l

191&d-

、2g

空22二

%区乂鼠互—人乂回］(@］仕

匹=亘?亚=区瓦说JT研广团二Y记1

(2)、见々瓦

里耳qi

・1力242”d”2g%5f1

Z\一以L£一“一小一2

(3)、区…%

zl

-

/24£

=XX2g

4-/z

/1

1d-

202g,增加3倍

&.=招=也=4*2。乃=3.36

(2)、巧1Avi4

也=里=%=4x21=迫=2

H/14*4v2匕

(3)2增加1倍

/.、匕=卫匕=3匕

21、(1)、必匕=p必,巧

/_2

Pi~=3/1

活=匕Q1=匕。2

aIQiW

物吗2_4Qi*0.25

，2Q2H—=

APiPav2=tef=fe)=1

23f

1(3%)

=3

PiA2y3(匕J

八1.

.4P=-A?i

>•25

(2)、公函，py际,匕卡匕=静1=】皿

273

P”—Pi------0.732/9]scGIO

373,41=172⑷,私=218停

0.252

A?2%Pjv2匕Ql〃2包修、

=1.45

214P1V1l匕户2/1/Qi1勺

25yy)Re=0075X157X1200=70650

=1.57—

22>v―3600x0.785x0,0752S，0.002

e04

查图，A=0.034,'=7=^=00053

120157J

%二°网砺汨面()・・

1+°25=7..p1=p2=0,H1=O,

动压头可忽略

法=巴.+仪,=25+7.8=32.8曲有效功率：

Ne=GgHe=^1^22x9.81x32.8=2.681^

3600轴功率:

2.681d

N=------=A.AlkWTTZ

0.6

丫=组=_____Z222_________=074竺

23、M900X3600X0,785xO.0622'S

0.062x0.74x90064

Re==16524==0.039

0.025j1652

H1=O,v1=O,H2=15,v2=0.74,P1=P2=0(表

压)

240n742

•浊=/+二v+%=15+(l+0.039x」-+15)x，——=16.15加g、人

・・2g70.0622x9.81理论

7200

功率：^=^v=16.15x900x9.81x____=317Jy轴功率：

P317

P=—=——=0,3kW

aT)0.4

Vo=-------------------------------------=U.3o—

24、3600X0.785X0,0532S

々■J。yy.

002^V12=00W0-382,・・・匕=2次主管中水的流量：

3?3

^=2.5x0.785x0.32=0.177-支管中流量：%=旃=°°°°午

25、支路管道

26、40mm水柱=0.4kPa(表压)，绝对压:

101.3+0.4=101.4kPa50℃空气密度：

二-2^也.

22.4273+50101.3疗

02x9,81(1000-1.1)0.46cm

%=0叫---H----------3号空气在导管中流速:

…。囱工2.3户丫=13.且

°{d)(106)S

%=%4=52,3x0.785x0.0532=0,115—

S

n0.106x13.1x1,102

Re=--------------

200000=76000j=夜=0.002,查图入=0.026

H=0.026—--且二=322演

f’0.1062x9.81

次=二+工^-+N,f=368演以、

限2x9.81输送功率：

花*不=三=至！=45.7%

Pe=Hepgqv=368xl.lx9.81x0.115=45757效率：与1000

/1450”1a加

27、(1)、更换后，输出量为：”二"丽、2。=】。彳

扬程:'=(£”=(箫*25=6..⑵、两台并联

两台并联后输出水量最多能达到20m3/h,但是

在6.3m的扬程下，而不是25m。实际并联两台

的输出水量总小于20m3/h。两台串联的水泵扬

程最多为12.5m,但是在流量为10m3/h时，实

际串联两台的扬程总小于12.5mo

424

28、30℃时水的蒸汽压：42的"加xl0.33=0.4,%。

90

当地大气压：9。叱“而^］。33=9®%。允许安装高

度：/£g=6.5-(10.33-9.18)-3-0.43=1.92z«现安装在水源上

3m处，不能正常运转。

29、允许安装高度=允许吸上高度一当地大气压

低于标准大气压折算的压头一水蒸气压高于

20C水蒸气压折算的压头一阻力一动压头

50℃水蒸气压：12.23kPa,20℃为2.33kPa

蒸汽压之差=12.23-2.33=9.9kPa=1.01mH2O

大气压之差=101.3-100=1.3kPa=0.13mH2O

(1)、当流量为20m3/h时

2522

V=________________=252——==0.32mH2O

3600x0.785x0,0532S,2g2x9.81

允许安装高度：

Hg=7.2-0.13-1.01-2-0.32=3.74m

(2)、流量为30m3/h

30v23.78

V-3600x0.785x0,0532=3.78-=Z.13mH2O

S，2g2x9.81

允许安装高度:

Hg=5.7-0.13-1.01-2-0.73=1.83m

30、流动型态由Re决定，要使流动型态相似,

则两种情况下Re应相等。设1为设备条件，2

为模型条件

4%臼d2V2。21x900lxQ8=072^

,2由巧巧10.1x100010S

(7900……小

----x300=513—

31、(1)、”%2700h

p=1.165+0.50.205-1.165)=1.185^-

、k冽，

-^x8.314(273+25)3

,二必丁--------：--------=0.38—

P101.3x1000

ps=1=—=2.63^|

V0.38点

传热

①一&_700-60W

7=^8=0.240.24=获

1、2、散热速率：乙丸0-9+0.6

①/A960

700-444c

Li0.9

交界面温度:4024

①—△，_700-60_W

60

片事广一0.240.10.24=需

b、乙1W+009+(L?

2、根据，入id，炉气温度:

，=1+=700+咧=732C

%30

"60一出=12℃

3a20

外界温度:2

4、设交界面温度为t

①)()

=4(-30=480_30/=幺50+30=剪、50+30=23。。

d52.・・650

W

6、设饱和蒸汽的而，304kPa饱和蒸汽

温度=134℃

区—竺「。24+21…

•:”，：尸工3〃皿不保温时：

①—2万(6-2)_2x3.14x(134-20)_W

7=-i6F=i0.003i'=蔡

----F----1------------------1-----------1---------

alrlkrtna2r210000x0.02145x0.022515x0.024

①_27(4-，2)

%。4%a2r2

2x3.14x(134-20)______________=1077电

-10.0030X)31一,%

-----------1-----------1-----------1---------

保温时:10000x0.02145x0.02250.15x0.03715x0.024

,90

①In

.27dZ30=1.57

①=-----O7,60

In

7、⑴、九330，①，=0.63①

人27dz

①二--------------------

—kIn—r+—I

(2)、24a2r2

1In弓+।1।90I

-m—I----------------]n-----1------------

0=4八_0.153010x0.09

中'11%11.601

In—I—.......In-----1------------

2qa/；0.153010x0.06...①—0.7460

8、(1)、设绝热层外表面温度为t

24(300-。261一20)

10.045=1

0.1500.02512x0.045,解得t=110℃

2R(300-r)2R(f-20)

1①。。4511m0045+广1

(2)、(M5n(H)25+0J000.04512x(0.045+-)用试探法

z(300-25)-(200-175)1n.„p

纯"=-300-25--------=104C

求得b=0,02m=20mm200-175

_gpp2的_9.81X1灸X80/X1X10-3(150—120

14.5x10'°

11、"—一(1.5x10-3)2

cCu2.2xl03xl.5xl0-3»

Pr=—=------------------------=22

20.15

PixGr=22x14.5xlO10=319xlO10>2xl07,为湍流

J'w

・a=0.135—(GrPr)3=3726-^-

..dmK

釜壁温度认为=蒸汽温度，主要是因为新器壁的

导热系数很大，即钢的导热系数大。

13、VPn<Gr=109>2xl07,属于自然对流中的湍流传

热。

"。」35不小匕其中G"丁丁，小管下标为1,大

管为2,则

31

Gr?二g/3外〃〃2-仕］设2丫=4=%=］。P^=Qz/A=1

G4-g/射您〃〃2,1第J一,西一丽7一

因为温度和物系相同，入、d>C>p、p、p>At

均不变，因小管传热时PixGr>2xlO7,则大管

a2r=10

7%(G八Pq

PixGr»2xlO,9

①2_a

210

:力=aA\t,对单位面积而言，记二以

①2=1四，即单位面积的热损失不同，比值为10。

,2兀LZ

①=----------------------------

11।1

—I—In「—F

ar2ra2r

14、x{}l

初始时，令分母=

11,0.01251

P\-----In-----------F=0.05335

P12000x0.011500.01115000x0.0125

积垢后，令分母=P2

111rh1i々21

p2=------+—In—+—In—+--------

。力］力弓24八1a2r22

11,0.0111,0.01251

=------------------1—In---------F—In-----------F=0.1532

2000x0.01010.010500.01115000x0.0125

1

Pi传热量为原来的34.8%

15、①二"的",A=7K〃x〃=3.14x0.0225x4x38=10.7痴2

9

5（）+4（）

\tm==45℃4RR

2

①=qmC\t=vA,px38x=0.5x0.785x0.02x38x1200x300（（90-60）

=64432d

S

①644328=]33

K

岫,“10.74x45

①二644328二I。？依

冷流体的质量流量:C\t~300C（40-20）-'S

（350-100）-（220-180）

114.6℃

,350-100

In

17、并流:220-180

=（350-180）-（220700）=区36c

,350-180

In

逆流:220-100

A_△*2_143.6

①二必八%=必2加,”2元=耳；=后=125

a'（2v）0-8c0.8“1.74x500x500435000….W

19、C=T=1.74x500+500诉

心pC（1-T；）=q\pC也~20）,q'm=2qm

,_160-方

120-T[=2t'2-50,’2=——

q'mpC（t'2-20）=0.002x1OOOx400呢-20）=800配-20）

(120-4)-⑴-20)

800叱-20)=KA\t=317.5x20x

min120^!

r-20

,_160—7；'

将"二F^代入，设小49.2J整理

354

35.4=0.79375x\二,=35.4

,64.6

In-----

29.2

方程两边相等，说明假设正确，，热流体出口温

度=49.2℃。

21、下标1表示热，2表示冷。

4，"iG=05

^HlC,(420-370)=^2C2(310-285),.・.qm2C2"'

增长后：/“&(420-37。=”“2。2(4-285)

-^^-(420-350)+285=t；

/2G・・.4=320K

_(420-310)+(370-285)___

——yQ/.D/x.

原来的传热温差：/2

(420-320)+(350-285)…

--------------------=oZ.DA

管长增长后：以22

下标1为原来，2为增长后

320-285一①975

①2_4川。42------------=1.42_2tm21.4包1.4x-=1.655

Rq”Ct\310-285,中i,A825

・・A=2%彳"655,故增长65.5%

(2)、并流时

^H1C,(420-370)=qm2C2(310-285),qm2C2

增长后：为£(420-350)=心202«2一285,/et2=320K

(420-285)-(370-310)

△t,“=92.5K

in420一285

原来:370-310

(420-285)-(350-320)

△t,“==69.8K

in420-285

增长后:350-320

a=1.4x些=1.855

A69.8

・・・并流时换热器管长应增加85.5%

22、①=必纯,

Q=①XT=q,“CAt=1000x250Q60-20)=100000000

K__800x10000IV

740.7^^

2

ai+a2800+10000mK

,80-4()

Z,“=-^T=57.7K

ioU

In

一侧恒温,40

①=KAkt,”=KzdlAtm

Q100000000

I=；=1800=&6m

K7id\tm741x3.14x0.048x57.7'

g_100000000_

\H~2258.3~8,（AH-T（）OC饱和蒸汽的汽化知

・••把10吨20℃的盐水加热到60℃,需饱和蒸

汽44.3kg

23、求换热面积：A=n7idl=13x3.14x0.022x2=1.8m2

热量衡算：油释出热量=水吸收热量

q”5=qm\GM

x2200（90—7；）=x4200心-15）

3600236002

T2=115-1.67r2

〉（90-2）_（/_15）JOS—。一,

lin90^-in90^

7^-157；-15

（未完）

24、2”=q,,3

400X5。°°一2。）+（1。。-2）=2。。0空包=180000-1000,

222

qmC\t=vApC(t2—4)=0.5x0.12x800x200Q/2-20)=96002-19200C

180000-10002=960%T9200C

解得t2=35.1℃

25、冷凝放热量：Q=D\H=500x880000=440005

冷却放热量：Q'=qmCp\t=500x280QJ78.5-30)=6790CHJ

Q+Q'_507900

=141100J/5

q=3600~3600

冷却水用量：中=q,,,CpA'

①—=」412p=]68组

Cp'(35-\5)42001x20S

不67900、。ckJ

冷却段传热面积A2：①小领=区9了,

15℃的水吸收q2的热量温度变为t2

18900

=2.68℃

4200x1.68

t2=t1+2.68=15+2.68=17.68℃

At1=T2-t2=78.5-17.68=60.82℃

At2=T3-t1=30-15=15℃

60.82-1545.82

32.7℃

15

700x1000“一。W

----------=411.8

700+10002

%+a2mK

①218900

A2==1.4m2

K\tm411.8x32.7

冷凝段传热面积A1:

k440000………

O,=-------=122.2V/S

13600

17.68C的水吸收q1的热量温度变为t3=35℃

(78.5-17.68)-(78.5-35)17.32

加,“51.7℃

,78.5-17.680.335

In

78.5-35

3500x1000....W

a,+a23500+1000-m2K

1222。。=3.(W

A=

KM,777.8x51.7

24+20

d=-------=22=0.022机

m2

A=A1+A2=4.44m2

n=—=——四——=32.12根

71dl0.022x2x乃

化学反应器

0、k的单位：k=kmo^nm~M"h~'%c=（浓度）"（时间），

kmo

浓度=”

j_kmol

0级反应：七=赤1级反应:仁=（浓度）°（时间）-|=5-|

2级反应："c=产匆⑺叫=1才1

0级反应：kp=Pa/S1级反应：kp=S-2级反应:

kp=Pa'S''

_浓度_kmol

r时间m3S

kmol

rk

对于气相反应，-A=PP'\,~rA的单位=蔗7,PA的

N

单位=”,

kmol

k.=3=-"S=kmoLN-'.m2n-\S-'

PA「N丫

kp的单位=〔〃工

与的关系：gw,・,・0=善

kphP=CRT,

nn

心阊=劈"；kp=kc（RT）-,或kc=kp（RT）

1、化学计量式：A+28.2Z

t=0时,nAo=O.14,nBo=O・2,nzo=O・O8,t=t时,

nA=0.08,

①。一%0.14-0.08

4=0.43

nA00.14

—

•二,nB=nBonAoxXA=O.2—0.14x0.43=0.14

nz=nzo+nAo*xA=O.O8+O.14x0.43=0.14反应进

4xO43=o.o&m

卢_nAOxA°」

度：ri

nR.}xR0.2x1.0八，,

B=-----=OAmol

反应进行完全时的反应进度：2

其单位为,

2、(1)、速率常数kp=3.66

r_PJS_1_1

kA

P

p\P；P“SPu-h

1dnA(mol)_mol

⑵、V(/n3)dt{h}m3.h

mol

317n

k=3m.h_,

C\mol2molh

m

DTPA=JRT=CART

对于理想气体,PA="ART,v,

dCRT)dC

誓=3.66p；变为3.66(gRT)2A3.66RTC：

dt

1m3xatm101327“

=3.66x0.08206-------x--------x400A^

paxhrkmolxK\atm

3

=1.217x107m

kmolxhr

E/R(———-)

砒=e773923

/A.e-E,mR

4、^(75000/8.314)x0.0002_e1.804=6倍

r=l(_L__L)

6、对于二级反应，kCACM

1^=117.4S

U1165St=

0.8510.012

讨论：对于二级反应，若要求CA很低时，虽然

初始浓度相差甚大，但所需要的反应时间却相差

甚微。这是因为反应时间主要消耗在反应的后

期。

当f=。。5亡时，计算方法同上，

t.=—|-L-l|=198(Kt2=—|—L-l|=199®

10.05<0.011J,20.05<0.015)

停留时间分布

------In------=119min

0.01931-0.9

_750_kmol

2、同第七章6题3、孰°=74x4.97+60x1=1'5小

(分子量：醋酸=60,丁醇=74,醋酸丁酯=

116)

3

2400=]724.//。_1.724m

V---------------------------0.985—

24x116x0.5'h,GoL75h

=(篙[=098*34：；30)=1058m3

3

Vz.=Vfi7^=1.058/0.85=1.245w

qc*0.171x0.8