化工原理作业

1、上册 第一章 流体流动习题解答CD3. 某流化床反应器上装有两个U管压差计，如本题附图所示。测得R1=400 mm，R2=50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=50mm。试求A、B两处的表压强。解：U管压差计连接管中是气体。若以分别表示气体、水与水银的密度，因为，故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为，。由静力学基本方程式知 (表压) 8. 高位槽内的水面高于地面8 m，水从的管道中流出，管路出口高于地面2 m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按计算(不包括出口阻力损失)，其中u为水在管内的流速m/s。试计

2、算：(l) 截面处水的流速；(2) 水的流量，以m3/h计。解：(1) 取高位槽水面为上游截面，管路出口内侧为下游截面，如图所示，那么 (基准水平面为地面) (表压)，处的流速与管路出口处的流速相同， (管径不变，密度相同) 在截面和间列柏努利方程方程，得 ，其中 代入数据 解得 (2) 9. 20的水以2.5 m/s的流速流经的水平管，此管以锥形管与另一的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5J/kg，求两玻璃管的水面差(以m计)，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。解：取两点处所在的与管路垂直的

3、平面分别为上游和下游截面和，如图所示，并取管路中心线所在的水平面为基准面，那么， 在截面和间列柏努利方程： 查表得到 ， 那么 ，所以A点的压力大于B点的压力，即B管水柱比A管高88.510. 用离心泵把20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.06103 Pa；水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的能量损失可分别按与计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07103 Pa(表压)。试求泵的有效功率。解：取水槽中水面所在的平面为截面，并定为基准水平面。泵入

4、口真空表连接处垂直于管子的截面为。水洗塔出口处为截面，如图所示，那么有 (表压) (表压) (表压) 在截面和间列柏努利方程，得 代入以上数值解得 再在截面和间列柏努利方程，得 将以上数值代入，其中，解得 12. 本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m3，循环量为36 m3/h。管路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.1 J/kg，由B流至A的能量损失为49 J/kg，试计算：(1) 若泵的效率为70%时，泵的轴功率为若干kW? (2) 若A处的压强表读数为103 Pa时，B处的压强表读数为若干?解：对循环系统，在管路中任取一截面同时作上游和下游截

5、面，列柏努利方程，可以证明泵的功率完全用于克服流动阻力损失。(1) 质量流量 (2) 在两压力表所处的截面A、B之间列柏努利方程，以通过截面A中心的水平面作为位能基准面。 其中，kPa， 将以上数据代入前式，解得(表压)第四章 传热习题解答3直径为,钢管用30mm厚的软木包扎,其外又用100mm厚的保温灰包扎,以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为-110,绝热层外表面温度10。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和1.07W/(m),试求每米管长的冷量损失量。解：每半管长的热损失，可由通过两层圆筒壁的传热速率方程求出： 负号表示由外界向体系传递的热量，即为冷量损失。6. 在管壳式换热器中

6、用冷水冷却油。水在直径为的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为349OW/(m2 ),管外油侧对流传热系数为258 W/(m2 )。换热器在使用一段时间后,管壁两侧均有污垢形成,水侧污垢热阻为0.00026 m2 / W,油侧污垢热阻为0. m2 / W。管壁导热系数为45 W/(m)。试求:(1)基于管外表面积的总传热系数;(2)产生污垢后热阻增加的百分数。解：（1）总传热系数（2）产生污垢后热阻增加的百分数为：7：在并流换热器中,用水冷却油。水的进、出口温度分别为15和40,油的进、出口温度分别为150和100。现因生产任务要求油的出口温度降至80,假设油和水的流量、进口温度及物性均不变

7、,若原换热器的管长为1m。试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。解：平均温度差为由热量恒算可得：当油的出口温度降到80时，由热量恒算：解得：由传热速率方程分别可得：原换热器：新换热器：8重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动,两种油的初温分别为243和128;终温分别为167和157。若维持两种油的流量和初温不变,而将两流体改为逆流,试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下,流体的物性和总传热系数均不变化,换热器的热损失可以忽略。解：以上标表示并流的情况。由传热速率方程和热量衡算：两式相除： （1）而所以：解得：即： （2）由（1）式得： （3）由

8、（2）、（3）式得：所以：第一章 蒸馏的习题解答5.在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。已知原料液流量为4000kg/h,组成为0.3(二硫化碳的质量分数,下同)。若要求釜液组成不大于0.05,馏出液回收率为88%。试求馏出液的流量和组成,分别以摩尔流量和摩尔分数表示。解：由全塔物料衡算得 (以上标“”表示质量流量）由于 所以W=平均分子差 8. .某连续精馏操作中,已知操作线方程式为:精馏段y=0.723x+O.263；提馏段y=1.25x-0.0187。若原料液于露点温度下进入精馏塔中,试求原料液、馏出液和釜残液的组成及回流比。解：精馏段操作线斜率 精馏段操作线截据为所以

9、：提馏段操作线与对角线交点坐标为，故由两操作线交点0.723x+0.263=1.25x-0.0187 解得 因为露点下进料故q线为水平线，可得原料液组成x=y=0.6511. 用一连续精馏塔分离由组分A、B所组成的理想提合液。原料液中含A 0.44,馏出液中含A 0.957(以上均为摩尔分数)。已知溶液的平均相对挥发度为2.5,最小回流比为1.63,试说明原料液的热状况,并求出q值。解:由相平衡方程得 （1）由操作线方程知（2）联立（1）（2）解得 由最小回流比的定义，上述两方程的交点必是线和平衡线的交点因为, 可知原料液为气液混合物由线方程可得 注此题还有其他方法可解 12. .在连续精馏塔

10、中分离某组成为0.5(易挥发组分的摩尔分数,下同)的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器。分凝器向塔内提供回流液,其组成为0.88,全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为96%。若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79,试求:(1)操作回流比和最小回流比；(2)若馏出液量为100kmol/h,则原料液流量为多少?解：（1）代入平衡方程解得与是操作关系，其中则当时，所以：（2）由第二章 吸收习题解答7.在101.33kPa、27下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的组成都很低,平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数H=1.955k

11、mol/(m3kPa),气膜吸收系数kG=1.5510-5kmol/(m2skPa),液膜吸收系数kL=2.0810-5kmol/(m2kmol/m3)。试求总吸收系数KG,并算出气膜阻力在总阻力中所占百分数。.解:总吸收系数气膜助在点助中所占百分数.8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇,操作温度27,压强101.33KPa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5 kPa,液相中甲醇组成为2.11kmol/m3。试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。解:吸收速率由上题已求出又知：则该截面上气相甲醇的平衡分压为则9：在逆流操作的吸收塔中,于101.33kpa、25下用清水吸收混合气中的H2S,将其组成由2%降至0.196 (体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数E=5.5216kPa。若取吸收剂用量为理论最小用量的12倍,试计算操作液气比及出口液相组成若压强改为1013kPa,其他条件不变,再求手及。解：（1）求下，操作液气比及出口液相组成。最小液气比操作液气比为出口液相浓度（2）：求下的操作液气比及出口液组成则：出口液相组成：14. 在一逆流吸收塔中用三乙醇胶水溶液吸收混于气态烃中的H2S,进塔气