化工基础课后习题答案

流体流动和输送

„_P^_13600x0.2____

AT_TH------------------2.2/m

1、液体高度：Q理悠=烦花，P1200器底所受的力:

F=的态=2.27WX0.785X12M2X1200粤X9.81；=21姑娑=21劫Z

活sS压强：

F_21kN

0.785x12/=26.7片Fa

A指示液为CCI4,其读数:

-等=*=，四氯化碳柱

2、人孔面积：0.785x0.62=0.283w2压力：

F=pghA=880x9.81(4—0.8)x0.283=78kN槽壁面积.

A=无DH=3.14x3x4=37.7w2槽壁所受压力：

4

F=880xgx1x37,7=650913-7818=643.W

,,HQ0,5x800八，20x800

H.—....=--------=0.4mHe=16m

3、p10004、1000

=12000=122w

pg1000x9.81

A=n-d2=38x0,785x0.022=0.012m2

6、（1）求空气的体积流量流通截面：4体积

qy=v^l=10x0.012=0.12—

流量：S(2)求质量流量表压:

p=25dmmHg-250x1^-^=33.3kPair)12,22212/ALP

760绝压：*=1013+33.3=134.6叱a

空气的平均分子量：%，=21%x32+79%x28=29当时温度：7=273+50=323卫

尸网_1346x29_］隹?

空气密度：RT8.314x323^，质量流量:

心=0汨=0.12x1.45=0.174迤

S

v=c^A=0.62x72x9.81x0,5=1,942-

7**、对容器A孔口流速：S体积

93

24

qv=v^=1,942x0,785xO.025=9.53xW—

流量：S流出的总体积:

,=0785X?（1.5-0.5）=0.785.3液体降至0.5m处所需时间:

V_0.785

=824S

9,53x10^

剩余部分为非稳定流动，所需时间:

,_2A4H_2X0,785X12X7Q3

824s

-ca^~0.62x0.785x0,0252x72x9.81

对于容

v=c^A=0.62x^/2x9.81x1,5=3.36-

BS

一,/0.785--

23t==

qy=v^=3,36x0.785x0.025=1.65xlQ-—~165乂10工=476s

t'=2jL-X-71）=--------2x0.78吁xo,225=262s

ca^2g0.62x0.785x0,0252x72x9^81

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+以=或+包巧=%=1800=71巴

2gpg2gpg1A3600x0.785x0.32S

1800_is活

Va-3600x0.785x0.22-~SPi=^=0.02x1000x9.81=20x9.81Pa

MpT§16(101325+20x9,81)x273-kg

p=-------=-------------------------=U.oo/-T-

在操作条件下，甲烷的密度：22.4犷22.4x101325x293m

〃==g+互_止=m+20g_.7.1：=13.05+30-2.57=40.47wCCZ4

区2gpg2g2x9,810.667g2x9.81

^g_40.47x0.667_

h=--1-P-1-=------------=27O

水柱压差计读数：限1000

人竿59嚼川唔

9、Pi=1000»p=1.18

2gKg一白)2x9.81x0,4x1000«大憎

vo=coJ-----------=0.61J-----------------=49.75—

VPV1.18s

2

qM=4%Q=0.785X0.02x49.75x1.18=0.0184^=66.24^

Sh

Vq=g吃(Q「Q)

10、对孔板流量计：°°vP流量与流速度关系：乙=%4,即苗,

”=怪=1.012

qMR⑴当读数为80mmHg时，外丫80,即误差=「2%

"=卢=1.049

(2)读数为20mmHg时，20,即误差=4.9%

n_WP4_区

七「|2gK(d-Q)VR

Lo、Ai

VP(3)指示液为四氯化碳时，・,・流量的相对误差与以上相

同。

=0.62f2x9.81x0.5(13600-W=74^

\pV865S

2

qv=vo^=7.45xO.785xO.O165=0.00159—

体积流量：S质量流量:

彷

=^=0,00159x865=1,375—

S导管中苯的流速:

V=%争=7.45X唠2=1.863着

品+生+立=/+%+立

12、忽略阻力，2gpg2gpg

H、=Q,H.a=,px=\50kPap2=

,_,300.

_4v-2v

V2=V1i（,77^7）i-2.25^1v

T“°将数据代入，得i

2

q=vA=1,7x0.785x0.3=433—

体积流量：h

上v包二二+立

+巧

13、H、=H，A,匕=0,He=0,2g,Pg2gpg

22O「小）

v=---------

2PP=hPg

2x9.81x0.025x1000409会220-2?空气流量:

V

1.22

2q=%『=0.635x1.2=0.76星

qy=20,2x0.785x0.2=0,635—

S质量流量：S

立=二+互+H八立+2二与一月

咫2g廖Pg2g,Pgg

V,B=B,5+廖△立=片，bP=pgbR=P\f

2

v2=14.3—qv=v2^=14,3x0.785x0.2=0.45—

解得，S,体积流量：S

14、当量直径：叁="一"=°-°5一°.O25=°.O25"

54005

〃=2Q?=0.002尸aS流速:pA1200x3600x0.785(0.052-0.0253)

Re=0.025x0.85xl200=r28xl04

0.002湍流

Re=0.021xl.5xl000=31500

15、0.001

£=上=—=0.0005

相对粗糙度：~d21,查图得以=0025

Iv2152

=0025—二一=L365w

fd2g0.0212x9.81

功=以/咫=1.365x1000x9.81=134上尸a

v_£l_0.002=22—

V~~A~0.785x0.0342~~S

16、

「0.034x2,2x1840

Re=---------------=5500e=-=—=0.0015

0.025,d34,查图得4=0.039

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

立=%+直+%%=a"

您2g。1d2g

4022

p,=1840x[104-(1+0.0039——)]=335kPa

0.0342x9.81

£=罢=0.001

17、用试差法求流量，♦；A=WRe),Re=f(v),难以直接求解。

由Re〜入图可见，对£=0.001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

%=二+%=(1+4与二

2gfd，2g

2曲2x9.81x5r-m

--------------------=1.4A/—

J1+0,025-^S

\+A-

dY0.028

0.028x1.47x880

-------------------5——=55724

0.65x10-3,查图得入=OQ235,

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：*=[+引枭2。必5^品=473.基本相符。

10

18、强烈湍流时，人可看作常数。3600x0.785,

=0.02--^—1.2764x104+屋

d2x9.81

刍=刍+々/£=—=10

PgPg,Pg

10=1.2764x10-6/d5

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

g

64一

2Z_

/2d

心2

=X7X2gF=

/1亘_

仆d2L

2g

H”

(2)、&id2g

里2或i

HC&2xd乂2g以25“11

-----------x---X----------------——

H,1g_L2^_白12

⑶、Reid2g

/

4-21

/2£2g_

-XX4

=4/l=

/1

-

d2g

20、(1)、增加3倍

女=驾=也=4x2*3.36

(2)、H,14yl4

&=雪=也=4x"=色=2

⑶、314v22Vl,增加1倍

匕=红匕=3匕

21、（1）、P1匕=92匕，P\

J_2

P)-P\一30

m=T匕rQi=T匕r勺，/

21

物1]2_4Qi*

0.25

V兄v

IP222Pa2=ter=fe)=1

32%

，

勺伍）2_lf36]=3

勺另一3Q1（匕）2一行〔匕J

42=；物

匕，匕嚼…犯

V

(2)、P\=3看，P%=nRT2

273

A-A--0.732/,为=172停,取=218卬

42为Piv2

旭生厂2田=1.45

物4QF；

250.075x1.57x1200

22、“-3600x0.785x0.075：='呜,Re==70650

0.002

04

£=上e=空=0.0053

查图，入=0.034,d75

1201572

Hf=0.034—--^—(1+0.25)=78活

0.0752x9.81P1=P2=0,H1=O,动压头可忽略

He=%+H,=25+7.8=32.%有效功率：

Ne=GgHe=25*1200x9,8lx32.8=2.681k用N==4A7kW

3600轴功率：0.6

7200

v=铝=__________________

pA.900x3600x0.785x0.0622=。呜

23、

「0.062x0.74x900

Re=--------------------------=1652==0.039

0.025/1^

H1=0,v1=0,H2=15,v2=0,74,P1=P2=0（表压）

400.742

/=%+燃+%=15+(l+0.039x+15)x=16.15m

0.0622x9.81理论功率:

7200

P€=Hepgqy=16.15x900x9.81x=317用

3600x900轴功率:

P317

P=—=——=O.SkW

aT)0.4

3

2=。呜

24、3600x0.785x0,053

oin

0.02—v?=0.03-^—x0.382匕二2%主管中水的流量:

0.30.063

冽3

23

=2,5x0.785x0.3=0,177—1v20.0008一

S支管中流量：3600S

25、支路管道

26、40mm水柱=0.4kPa(表压)，绝对压：101.3+04=101.4kPa50°C空气密度:

29273101.7」1c店

22.4273+50101.3疗

2x9.81(1000-1.1)0.4

v0=0.62=52.3—

1.1S空气在导管中流速:

，53]

v=v052.3

2

qy=v04)=52.3x0.785x0.053=0.115—

S

Re=0.106x13.1x1l=7600Q£2=0,002

200000106,查图入=0.026

以『=0.026上上士工一=322制

70,1062x9.81

13.12

徭=3++H,=368活

PS,2x9.81输送功率:

效率/q=凝=45.7%

Pe=Hepgqv=368xl.lx9.81x0.115=457J7

n1450

夕”=一%2X20=10—

27、(1)＞更换后，输出量为：n2900h扬程:

<1450

H'H=x25=6,3w

2900(2)、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12.5m。

4.24^Pa=—4^2-4xl0.33=Q,43mH.O

28、30℃时水的蒸汽压：10L3当地大气压：

90

90此a=-^2—x10.33=9.1O

101.3允许安装高度：

为=6.5-(10.33-9.18)-3-0.43=1.92加现安装在水源上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20°(: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=0.13mH20

(1)、当流量为20m3/h时

v2_2,522

__________________252—=0.32mHO

3600x0.785x0.0532-'S,2g~2x9.812

允许安装高度:Hg=7.2-0.13-1.01-2-0.32=3.74m

⑵、流量为30m3/h

2

30yy>v3.78

3.78--

3600x0.785x0.0532-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“2避2=空L々,巧=_巴。__1x0,8=0.72-

以1/&但40.1x100010S

QE=1.165+0.5(1.205-1.165)=1.185乌

(2)、

—X8.314(273+25)3

/=空二=_______-=0.38丝

101.3x1000

传热

0Ar

7-0一7四二处二960里

E0.240.24nr

4----+-----

1、a、散热速率:0.90.6

①/A960

=700—=444℃

丁

用0.24

交界面温度:

①2700-60

__-_______—_______________________—5b()____

2

A~y3~0.2410.110.24-m

b、乙兀肉+碗+肉

①八,+詈=700+篝=732。。

又=%CT炉气温度:

2、根据,

'①/AQAf)

h=t3-----6---0----=12℃

外界温度：&220

4、设交界面温度为t

O=-(Z-30)=—(80-30)/=」x50+30=垩x50+30=230℃

dS250

«=10000^W—

6、设饱和蒸汽的〃「K,304kPa饱和蒸汽温度=134℃

2424+21

2=22.5mm

••r\212不保温时:

①—2ML2)_2x3.14x(134-20)_W

7=-18=10.0031=77

--------F--------1--------------------------------------1--------------------+-----------------

atr.Arma,%10000x0.02145x0.022515x0.024

①2万(f]-J)

4rH4心2a2r2

=_________________2x3.14x(134-20)_________________=W

"T"0.0030X)31—m

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

,90

In

2兀IX—=157

々,60

—11In—In—

Ar30

7、⑴、x①'=0.630

27dX

①=

I1忆1

A八ar

(2)22

金为+1，”+1

①_4八％弓_0.153010x0.09_.如

①，一1-1-1,60I,

一InH--------In+

2rar^0.153010x0.06.①'=0.746①

x2,,,

8、(1)、设绝热层外表面温度为t

2就300-f)2^-20)

1,0.045=r~

0.150.02512x0.045解得t=110℃

2M(3007)2^0-20)

1,O.(M51,0.045+6=1

—In——+—-In-

0.150.0250.100.04512x(0.045+用试探法求得

(300-25)-(200-175)二

in30°-25

0.02m=20mm200-175

=gL"的_9.81x1.23x8002x1x10-3(150-120)

Gr14.5X1O10

—(1.5x10-3)2

11

2.2xl03xl.5xl0-3

ir=---=------------------=22

20.15

PrxGr=22xl4.5xlO10=319x10'°>2xl07,为湍流

2-w

a=0.135-(GrPr)3=372.6-^—

...dm2K

釜壁温度认为=蒸汽温度，主耍是因为新器壁的导热系数很大，即钢的导热系数大。

97

13./PrxGr=10>2xl0,属于自然对流中的湍流传热。

a=0.135—(GrPr)3Gr=§苛

d，其中〃，小管下标为1,大管为2,则

%=g，272冲3=化丫/2丫=4=%=10Pr2C///2

g/；储您UiJ/,&Pr,C///2

因为温度和物系相同，入、d、C、p、p、B、At均不变，因小管传热时PrxGr>2x107,

g/G与Pr2T句。

则大管PrxGr»2xl()7,ax(GqPr",

•••①=必W,对单位面积而言，①I%

•.①2=1°①I,即单位面积的热损失不同，比值为10。

27tLbt

①=1.r,r

----+—In—+----

a/Arar

14、}22

0.01251

Pi--------------1---In--------F=0.05335

初始时，令分母=P12000x0.011500.01115000x0.0125

积垢后，令分母=P2

I「221

PiL+M+±In—+——

4r224r\\a2G2

11

0.1532

2000x0.01010.010500.01115000x0.0125

1

①2_%_0.05335

=34.8%

无一丁一0.1532

Pi传热量为原来的34.8%

15、①=必加%A=xH=3.14x0.0225x4x38=10.74/n2

50+40

=45℃

2=VA〃X38

①=q,“CAf=vApx38xGV=0.5x0.785x0.022x38x1200x3000(90-60)

=644328-

S

士=.328=]3334

10.74x45m2K

二①二644328=io/g

冷流体的质量流量：Ckt3000(40-20)5

(350-100)-(220-180)

=114.6℃

in35。一I。。

17、并流:220-180

(350-180)-(220-100)

143.6℃

ln35°-180

逆流:220-100

A〕_纯“2_143.6

①=必八%=心应"24114.6

a'(2叱1.74X500X500435000卬

19、V08——'-1.74x500+500-1370-'m2K

q,“pC8-T；)=q'mPC《~20)*=2q

1m

i60-r

=__lA

12()-方=24-5().22

q',„pC(t'2-20)=0.002xlOOOx4000匕-20)=8000(t'2-20)

800霏-20)=KA\t,n=317.5x20x,⑵埋产-20)

.120—

In-------

T；-20

,160-22

将〃2代入，设72'=49.2℃,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。

%G(420-370)=/2c2(310-285).q,C

，••n22

增长后:加G(420-370)=%2c2(巴-迎)

幺6(420-350)+285=t'

eg'•《=320K

,,,

j420-310)+(370-285)=975K

原来的传热温差：2

一(420—320)+(350—285)

——A

管长增长后：2

下标1为原来，2为增长后

①2320-285_1彳①2_](也=14x22

1.655

①।qmC^\310-285O1KAQ%-A,82.5

，，

4=1.655

A=2勿7,Zi,故增长65.5%

(2)、并流时

^6,(420-370)=^^(310-285)qC

fm22

增长后：%iGM2。-350)=q,“2c2«2一285),...t2=320K

=(420-285)-(370-310)=

,420-285—'

In

原来：370-310

(420-285)-(350-320)

=69.8K

,420-285

In

增长后:350-320

A92.5

21.4x=1.855

69.8

并流时换热器管长应增加85.5%

①=必加

22、

Q=(DXT=^„CA?=1000x2500(60-20)=100000000J

之4%800x10000_W

ic—_______—___—_____________________—//III/_________

一%+%―800+10000一.m2K

A80—40《77上

△“E=57-7K

In——

一侧恒温,40

①=KA\tm=KTdl\tm

Q100000000

：=1800=&6m

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

Q_100000000

D=~\H=2258.3=M•必g（AH--100℃饱和蒸汽的汽化热）

.•.把10吨20℃的盐水加热到60℃,需饱和蒸汽44.3kg

23、求换热面积：=n7O.ll=13x3.14x0.022x2=1.8m2

热量衡算：油释出热量=水吸收热量

16001400

x2200(90-7；)=x4200(/2-15)

36003600

T2=115-1.67r2

(90-X%-15)105472

in90^

T2-15T2-15

（未完）

24、

4。。、5的°一2。）+（1。。-2）=2。。。型乜

=180000-1000?

222

qmC\t=vApC[t,一乙)=0.5x0.12x800x2000(Z2-20)=960012-192000

180000-1000?2=9600r2-192000

解得t2=35.1℃

25、冷凝放热量：Q=DAH=500x88fX)00=440000U

冷却放热量Q'=qmCpkt=500x2800(78.5-30)=67900kJ

穴喘F%—不

冷却水用量：①

q/①JUPP―6g上

如'(35-15)4200x20S

小67900kJ

①，=-----=1i8.o9a—

冷却段传热面积A2：3600S,

15℃的水吸收q2的热量温度变为t2

△”士=18900=268C

q,nCp'4200x1.68

t2=t1+2.68=15+2.68=17.68℃

△t1=T2-t2=78.5-17.68=60.82℃

At2=T3-t1=30-15=15℃

60.82-1545.82

=32.7℃

in6^1.4

15

__a,a700xl(XX)W

K=-2=--------------=411.8——

a,+a2700+1000m2K

①，18900.2

AA,=———=----------------=\tAm

KMm411.8x32.7

冷凝段传热面积A1:

吁嗡52皿S

17.68°C的水吸收q1的热量温度变为t3=35℃

(78.5-17.68)-(78.5-35)_17.32

△鼠=51.7℃

,78.5-17.680.335

In-

78.5-35

a.a,3500x1(X»。W

K=।J=----------------=777.8

2

ax+a23500+1000mK

〃，

A=EPP=3.(M2

777.8x51.7

d,„=24+20=22=0.022加

2

A=A1+A2=4.44m2

_A_4.44

=32.12根

Tall0.022x2x；r

化学反应器

kmo

3

0、k的单位：k=kmopf仁2c=（浓度）（时间）।,浓度=m'

,_kmoI

0级反应：'1级反应：七=（浓度）°（时怛尸=S-'

kmol\'m3

k=（浓度厂（时间）T=-------Z-i=----------------.

cm3JkmoLSkp-P~nS

2级反应：a

0级反应：kp=P"S1级反应：kp=S'2级反应：kp=Pa'S

_浓度_kmol

时间m3s

kmolN

对于气相反应，一%=&M,一心的单位=m^S,PA的单位=疗，

kmol

n2n31

kn=—=加-=kmol.N-.m-.S-

pn

pArjvy

kp的单位=（机2，

〃〃c=P

kp与kc的关系：KC，=kpP“,p=CRT）,RT

kpP

\『kc",或k=3（RT）"

1、化学计量式：A+25f2Z

t=0时，HAO=O.14,DBO=O.2,nzo=O.O8»t=t时,riA=0.08,

〃AO~nA_0.14-0.08

%=0.43

〃A0014

・'.，nB=nBo—riAoxXA=O.2—0.14x0.43=0.14

孙。/0.14x0.43

4=0.06"7。/

nz=nzo+nAoxXA=O.O8+O.14x0.43=0.14反应进度：~T~

0.2x1.0

=0.1/no/

2

反应进行完全时的反应进度:VB