2022年《化工原理》第四版习题答案.docx

名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载化工原理第四版习题答案绪 论【0-1】 1m3水中溶解 0.05kmol CO 2,试求溶液中 CO 2 的摩尔分数,水的密度为 100kg/m3；解 水 1000 kg/ m3 100018 kmol/ m3CO 2 的摩尔分数 x 0 05 .1000 8 99 . 1040 05 .18【0-2】在压力为 101325 Pa、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p ；2空气中甲醇的组成,以摩尔分数y 、质量分数A、浓度c 、质量浓度A表示；kPa解1甲醇的饱和蒸气压pAlgpA7 19736157499pA16 925238 862 空气中甲醇的组成摩尔分数yA16 90 167 第 1 页,共 30 页 - - - - - - - - - 101 325质量分数A0 167 32290 1810 167 32 1 0 167 浓度c ApA16 96 82 103kmol/ m38 314 298RT质量浓度Ac MA=6 82103320 218 kg/m3【0-3】 1000kg 的电解液中含NaOH 质量分数10% 、 NaCl的质量分数 10% 、H O的质量分数80% ,用真空蒸发器浓缩,食盐结晶分别后的浓缩液中含NaOH 50% 、 NaCl 2% 、H O48% ,均为质量分数；试求：1水分蒸发量；2 分别的食盐量；3 食盐分别后的浓缩液量；在全过程中,溶液中的NaOH 量保持肯定；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -解电解液 1000kg 优秀学习资料欢迎下载浓缩液中NaOH 1000× 0.l=100kg NaOH =0.5（质量分数）NaOH 1000× 0.l=100kg NaCl =0.02（质量分数）H O 1000× 0.8=800kg HO =0.48（质量分数）在全过程中,溶液中 NaOH量保持肯定,为 100kg 浓缩液量为 100 0 5 200kg200kg 浓缩液中,水的含量为 800-96=704kg 浓 缩 液 中 NaCl 的 含 量 为100-4=96kg 200× 0.48=96kg,故水的蒸发量为200× 0.02=4kg , 故 分 离 的 NaCl 量 为第一章 流体流淌流体的压力【1-1】容器A 中的气体表压为60kPa,容器B 中的气体真空度为 . 1 2 10 Pa；试分别求出A、B 二容器中气体的肯定压力为如干帕,该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 的肯定压力 p A 101 325+60 161 325 kPa容器 B 的肯定压力 p B 101 325 12 89 325 kPa【1-2】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、出口的肯定压力及进、出的压力差各为多少帕；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 30 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -解 进口肯定压力p 进优秀学习资料欢迎下载101 31289 3 kPa出口肯定压力p出101 3157258 3 kPa进、出口的压力差p157 （12） 157 12169 kPa或p258 389 3169 kPa流体的密度【1-3】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 100 k g k m o l, 正 辛 烷 的 摩 尔 质 量 为114 k g k m o l；将摩尔分数换算为质量分数2正庚烷的质量分数10 4 1000 3693 m,正辛烷的密度为0 4 100 0 6 114正辛烷的质量分数210 3690 631684kg/从附录四查得20下正庚烷的密度1703kg/3 m696 kg/m3混合液的密度m0 369 .10 631 .684703【1-4】温度 20,苯与甲苯按 液的密度；4:6 的体积比进行混合,求其混合解20时,苯的密度为879kg/m ,甲苯的密度为867kg/m ；混合液密度m8 7 9.0 48 6 78 7 1k g 8/3 m【 1-5】有一气柜,满装时可装 组分的体积分数为6000m 混合气体,已知混合气体各细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 30 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -H2N2CO优秀学习资料欢迎下载CO2CH40 4 0.2 0.32 0.07 0.01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 2 7 3 4 0 K 3 1 3 p 1 0 1 3 . 5 5 . 1 0 6（肯定压力）混合气体的摩尔质量Mm2 0 4280 2280 3244 0 0716 0 0118 6 kg kmol1混合气体在操作条件下的密度为2混合气体VmpMm106 8 18 60 763 3 kg mRT8 314 3136000 m ,摩尔体积为Mm18 63 m/kmol0 763m混合气体的量为nV6000 0 763246 kmolMm18 6m流体静力学【1-6】如习题 1-6 附图所示, 有一端封闭的管子,装入如干水后,倒插入常温水槽中, 管中水柱较水槽液面高出 2m,当 地大气压力为 101.2kPa；试求： 1管子上端空间的 绝 对压力； 2管子上端空间的表压；3 管子上端空间 的 真空度； 4如将水换成四氯化碳,管中四氯化碳液 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管子上端空间的肯定压力 p 绝在水平面 1 1' 处的压力平稳,有p 绝gh大气压力9 81 .281580 Pa（肯定压力）p 绝1012001000习题 1-6 附图细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 30 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -2管子上端空间的表压优秀学习资料欢迎下载p表p表p 绝- 大气压力 =8158010120019620 Paccl41594 kg/m33管子上端空间的真空度p 真p真=-p表=-1962019620 Pa4槽内为四氯化碳,管中液柱高度h'h'水hccl4常温下四氯化碳的密度,从附录四查得为h'100021 25 m1594【1-7】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 / m ,当地大气压力为 101kPa；试求试管底部的肯定压力为多少 Pa；解 水的密度 水=998kg / m 33 3p 101 10 0 12 . 13550 0 05 . 998 9 81 . 117 4 . 10 Pa【1-8】如习题 1-8 附图所示,容器内贮有密度为 1250kg / m 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/m ）；2A 、B 两个弹簧压力表的读数；p解容 器 上 部 空 间 的 压 力/m3 第 5 页,共 30 页 29 4kPa（表压）细心整理归纳 精选学习资料 液体密度1250kg/m ,指示液密度01400kg - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -1压差计读数R=. 优秀学习资料欢迎下载在等压面11 上p 1p' 1hRg0g356 4 .103Pa习题 1-8 附图p 1p3 21p' 1p3 22 1hgRp2 2hRgp2 2hgR0gRg002 2 .12509 81 .因 g00,故R029 4 .1032 pAp3 2 .1gpBp3 2 .2g29 4 .1031 2 .12509 81 .44 1 .10Pa【1-9】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；如指示液读数为 R 150 mm,试求 A、B 两点的压力差；解' 1p 1p等压面1 1 ,p 1p' 1汞g习题 1-9 附图ppAH水gRB0 5 .HR水g由以上三式,得p A p B R 汞 g 0 5 . R 水 g已知 R 0 15 ,汞 13600 kg / m ,p A p B 0 15 13600 9 81 0 5 0 15 1000 9 81313 64 10 Pa 13 64 kPa【1-10】常温的水在如习题 1-10 附图所示的管路中流淌,为测量 差,安装了两个串联的A、 B 两截面间的压力 U 形管压差计,指示液细心整理归纳 精选学习资料 习题 1-10 附图 第 6 页,共 30 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载为汞；测压用的连接管中布满水；两U 形管的连接管中,布满空气；如测压前两 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 R 1、R 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22 处R 2气gp 2pAHR 1水gR 1汞gR 122gp' 2pBHR 2水gR 2汞g2因p 2p ,由上两式求得pApBR 1R 2汞水2气g因气水故pApBR 1R 2汞-水2【1-11】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）,试运算水封管插入液面下的深习题 1-11 附图度 h 最小应为如干米；解hp1 03 1 01 0 2 m. 9 8 11 0 0 0g流量与流速【1-12】有密度为1800kg/m 的液体, 在内径为60mm 的管中输送到s 第 7 页,共 30 页 某处；如其流速为08m s,试求该液体的体积流量m3h 、质量流量kg/与质量流速kg/2 ms ；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -解 1 体积流量q V优秀学习资料欢迎下载2 2 63 1 03 / s.3 m 8 1 442 d u400 628 02 质量流量q m=qV42 26 .21031800/ 4 07 .kg/sqm=4 07 .=1440 kgm2s3 质量流速A0 06 .【 1-13 】 如 习 题 1-13附 图 所 示 的 套 管 式 换 热 器 , 其 内 管 为33 5 . mm3 25mm,外管为60mm3 5 . mm；内管中有密度为1150kg/m 、流量为5000kg h 的冷冻盐水流淌；内、外管之间的环隙有肯定压力为05 MPa,进、出 口 平 均 温 度 为 0 , 流 量 为160kg h 的 气 体 流 动 ； 在 标 准 状 态 下0,101.325kPa ,气体的密度为1 2kg/m ；试求气体和盐水的流速；习题解液体1 1 5 0k g /3 m内管内径d 内3 35.32 52 m m 2 7.0 m0 2 7液体质量流量qm5000 kg h ,体积流量qV5000m3h1150流速u液4q V25000 1150 /22 11 .m/sd360040 027 .内气体质量流量q m1 6 0k gh密度气1 20 5 1065 92 kg/3 m101325体积流量q V1603 mh5 92流速u 气36004160 5 92 / .0 0335 .25 67 .m s0 053 .2习题 1-13 附图1-14 附图细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页,共 30 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载【1-14】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 0 m s ,支管 1 与支管 2 中水的流量分别为20 t h 与10 t h；试运算主管的内径,并从无缝钢管规格表中挑选合适的管径,最终运算出主管内的流速；解 水: t 20,998 2 kg / m 31000 kg m 3主管的流量 q m q m 1 q m 2 20 10 30 t / h 30 10 3kg / h3体积流量 q V q m 3 0 1 0 30 m 3/ h,流速 u 1 0 m s1000管径 d q V 30 0 103 m 103 mm3600 u 3600 0 785 1 04挑选 108 mm 4 mm无缝钢管,内径为 d 100 mm,主管内水的流速 u q m / 3600 30 3600 / 1 06 . m s2 2d . 0 14 4连续性方程与伯努利方程【1-15】常温的水在如习题1-15 附图所示的管路中流淌；在截面1 处的流速为 0 5m s,管内径为 200mm ,截面 2 处的管内径为 100mm；由于水的压力,截面 1 处产生 1m 高的水柱；试运算在截面 1 与 2 之间所产生的水柱高度差 h 为多少（忽视从 1 到 2 处的压头缺失）. 解 u 1 0 5 m sd 1 0 2 m , d 2 0 1 m2u 2 u 1 d 1 0 5 22 m / sd 22 2p 1 u 1 p 2 u 22 22 2 2 2p 1 p 2 u 2 u 1 2 0 5 1 8752 2p p 1 p 2 1 875 1 875 1000 1875 Pa细心整理归纳 精选学习资料 第 9 页,共 30 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -hp优秀学习资料欢迎下载191 mm18750 191 mg1000 9 81习题 1-15 附图 习题 1-16 附图另一运算法hp1p2p12 u 12p2u2 20 191 .mg2gg2gu2 2u220 5 .212g2g9 81 .运算液柱高度时,用后一方法简便；【1-16】在习题 1-16 附图所示的水平管路中,水的流量为 2 5L s ；已知管内径 d 1 5 cm, d 2 2 5 cm,液柱高度 h 1 1 m ；如忽视压头缺失,试计算收缩截面 2 处的静压头；解 水的体积流量 q V 2 5 L / s 2 5 . 10 3m 3 s ,3截面 1 处的流速 u 1 q V 2 5 . 101 274 . m s2 2d 1 0 05 .4 42 2截面 2 处的流速 u 2 u 1d d 12 1 2740 025 0 055 1 m s /在截面 1 与 2 之间列伯努利方程,忽视能量缺失；截面 2 处的静压头p12 u 1p2u2 20 025p 1gh 1g2gg2gd110 0512210 025 .1 274 .2h 225 1 .229 81 .9 81 .h 20 2 1 8 m 水柱负值表示该处表压为负值,处于真空状细心整理归纳 精选学习资料 习题 1-17 附图 第 10 页,共 30 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载态；【1-17】如习题 1-17 附图所示的常温下操作的水槽,下面的出水管直径为57 mm3 5 mm；当出水阀全关闭时,压力表读数为30.4kPa ；而阀门开启后,压力表读数降至20.3kPa ；设压力表之前管路中的压头缺失为 0.5m 水柱,试求水的流量为多少 m 3/ h . 解 出水阀全关闭时,压力表读数 30. 4kPa （表压）能反映出水槽的水面距出水管的高度 h 3h p 表 30 4 .3 103 1 . mg 10 9 81 .阀门开启后,压力表读数 p 2 20 3 kPa（表压）从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程,以求出水管的流速2uZ1Z 1p2+u2+Hf2g2gh3 1 . m,Hf0 5 .m 水柱3 13 20 3 102 u 20 53 109 812 9 81u 23 23 m sd0 05 m水的流量2 2 3 3 3q V d u 2 0 05 3 23 6 34 10 m / s 22 8 m / h4 4【1-18】如用压力表测得输送水、油（密度为 880kg / m ）、98% 硫酸密度为 1830kg / m 的某段水公平直径管路的压力降均为 49kPa；试问三者的压头缺失的数值是否相等？各为多少米液柱？解从伯努利方程得知,等直径水平管的压头缺失H 与压力降 第 11 页,共 30 页 p的关系为Hfp g；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -Hf水=优秀学习资料欢迎下载水柱p491034 99 .m9 81 .水g1000HfHf油=p49 1035 68 .m油柱8809 81 .油g硫酸=p491032 73 .m硫酸柱硫酸g18309 81 .【1-19】如习题1-19 附图所示,有一高位槽输水系统,管径为57 mm3 5 mm；已知水在管路中流淌的机械能缺失为hf452 uu 为管内2流速 ；试求水的流量为多少3 m/h；欲使水的流量增加20% ,应将高位槽水面上升多少米？解管径d.0 0 5 m,2 u习题 1-19 附图机械能缺失hf4521 以流出口截面处水平线为基准面,Z 15m ,Z 20 ,u 10 ,u 2？.3mhZ g2 u 245u2 222u22 Z g5 9 811 46 m s4623水的流量q V42 d2u40 0521 462 871033m/10 3 2 q' V10 2qV1 2q V ' u21 2u 21 2 1 46 .1 75 . m s/Z' 1g23 u' 2Z' 123 1 7527 81 m9 81高位槽应上升7 1852 18 m【1-20】如习题 1-20 附图所示,用离心泵输送水槽中的常温水；泵的吸入管为32 mm2 5 mm,管的下端位于水面以下2m,并装有底阀与拦污细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 12 页,共 30 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -网,该处的局部压头缺失为优秀学习资料欢迎下载2 处的真空度为39.2kPa ,8u2 g；如截面22由 3m1 1 截面至22 截面的压头缺失为12 u2 g；试求：1吸入管中水的流量,2/h ； 2吸入口1 1 截面的表压；解管内径d0 0 3 2.0 0 0 2 5.2 m m,水密度1000kg/m3截面22 处的表压p 239 2kPa,水槽表面p 10（表压）1 从00 至22 , 00 为基准面,Z10,Z23m u 00,u 2.压头缺失Hf8u2+12 u 2= 81u22222g2 2g2gZ1p02 u 0Z2p22 u 2Hfgg2g2g033 39 2 1022 u 2812 u 21000 9 819 812 2 9 81u21 43 m s水的流量q V42 d u23 6 0 0 40 2 7214 33 6 0 0 m3h 29 52 从1 1 至22',Z 10 ,Z25p 1Z2p212 u 2gg2 2gp 153 39 2 1011 4321000 9 811000 9 8122 9 81p 13 10 4 10Pa10 4kPa 表压流体的黏度【1-21】当温度为20及 60时, 从附录查得水与空气的黏度各为多少？说明黏度与温度的关系；解200 4 6 960水1 0 0 531 0 Pa s3Pa s空气1 8 16 1 0Pa s2 0 16 1 0 Pa s水温度上升,黏度减小；空气温度上升,黏度增大；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 13 页,共 30 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载雷诺数与流体流淌类型【1-22】 25的水在内径为50mm 的直管中流淌,流速为2m/s；试求雷诺数,并判定其流淌类型；d解25 ,水 的 黏 度0 893710 Pa s , 密 度997kg/m , 管 内 径0 05 m,流速u2 m sRedu0 05 2 9975 1 12 104000 为湍流0 8937 103【1-23】1 温度为20、流量为4L s的水,在57 mm3 5 mm的直管中流淌,试判定流淌类型；2 在相同的条件下,水改为运动黏度为4 4cm 2/ s的油,试判定流淌类型；解 1 d 0 05 m , q V 4 10 3m 3/ s,1 005 10 3Pa s , 998 2 kg / m 33流速 u q V 4 102 038 m s /2 2d . 0 05 4 4雷诺数 R e du 0 0 5 . 2 0 3 83 . 9 9 8 21 0 1 51 0 4 0 0 01 0 0 5 1 02 v 4 4 cm / s 4 4 10 m / s 2 4 2雷诺数 Re du 0 05 2 0384 232 2000为层流v 4 4 10【1-24】 20的水在 219 mm 6 mm 的直管内流淌；试求：1管中水的流量由小变大,当达到多少 m 3/ s 时,能保证开头转为稳固湍流；2如管内改为运动黏度为 0 14 cm 2/ s 的某种液体,为保持层流流淌,管中最大平均流速应为多少？细心整理归纳 精选学习资料 解1 水, 20,998 2kg/m3,1 005103Pa s d ,0 207m 第 14 页,共 30 页 Redu 40000 207u998 2u0 01945 m s1 01 005 103体量流量qV42 d u40.2 2 0 7.00 1 9 4 54 36 . 5 42 0 142 cm/s0 14 1042 m/s - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -Redu2000优秀学习资料欢迎下载0 2 0 7u0 135 m s0 14 104管内流体流淌的摩擦阻力缺失【1-25】如习题 1-25 附图所示,用U 形管液柱压差计测量等直径管路从截面 A 到截面 B 的摩擦缺失 fh；如流体密度为,指示液密度为 0 ,压差计读数为 R；试推导出用读数 R 计算摩擦缺失 fh 的运算式；解 从截面 A 到截面 B 列伯努利方程,截面 A 为基准面,就得p A Hg p B h f p p A p B Hpg h f 1习题 1-25 附图液柱压差计 1-1 为等压面p A R g p B H g R 0 g 2p p A p B R 0 g H g由式 1 与式 2 得 h f R 0 g此式即为用 U 形管压差计测量流体在两截面之间流淌的摩擦缺失的运算式；【1-26】如习题 1-26 附图所示,有 57 mm 3