化工基础课-后习题-答案~内容(高教版~).doc

#*流体流动和输送流体流动和输送 1、液体高度：, 器底所受的力：压强：指示液为 CCl4,其读数：2、人孔面积： 压力：槽壁面积：槽壁所受压力：3、 4、6、（1）求空气的体积流量 流通截面： 体积流量： （2）求质量流量 表压：绝压： 空气的平均分子量： 当时温度：#*空气密度：质量流量：7*、对容器 A 孔口流速： 体积流量： 流出的总体积：液体降至 0.5m 处所需时间：剩余部分为非稳定流动，所需时间：对于容 B 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 11，22，间列柏式， 在操作条件下，甲烷的密度： #*水柱压差计读数： 9、 10、对孔板流量计： 流量与流速度关系： ，即， (1)当读数为 80mmHg 时，即误差1.2% (2)读数为 20mmHg 时，即误差4.9% (3)指示液为四氯化碳时， 流量的相对误差与以上相同。 11、 #*体积流量： 质量流量：导管中苯的流速：12、忽略阻力， ， 将数据代入，得 体积流量： 13、，, , ， 空气流量：质量流量： ， ， #*解得，体积流量： 14、当量直径： 流速： 湍流 15、 相对粗糙度：，查图得 16、 ，查图得 H1=0，H2=10，v1=0，v2=2.2，P2=0 ， #*17、 用试差法求流量，f(Re),Re=f(v),难以直接求解。 由 Re 图可见，对 0.001 的无缝钢管而言，Re 在 2×1041×107 之间， 值在 0.020.028 之间， 设 0.025，H1=5，H2=0，P1=P2=0（表压），v1=0 ，查图得 0.0235， 苯的体积流量：qv=1.47×0.785×0.0282=0.91L/S （若设 0.024，qv=0.92L/S） 校核： 基本相符。 18、强烈湍流时， 可看作常数。 ， , 10=1.2764×10-6/d5 d5=1.2764×10-7，d=42mm #*19、（1）、 （2）、 （3）、 20、（1）、，增加 3 倍 （2）、 （3）、，增加 1 倍 21、（1）、, , , , #* （2）、 ， ， ， 22、， 查图，0.034, P1=P2=0，H1=0，动压头可忽略 有效功率：轴功率： 23、 , #*H1=0，v1=0，H2=15，v2=0.74，P1=P2=0（表压） 理论功率：轴功率：24、 ， 主管中水的流量：支管中流量： 25、支路管道 26、40mm 水柱0.4kPa(表压)，绝对压：101.3+0.4=101.4kPa 50空气密度：空气在导管中流速：, , 查图 0.026 #*输送功率：效率： 27、（1）、更换后，输出量为： 扬程：（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。 28、30时水的蒸汽压： 当地大气压：允许安装高度：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当地大气压低于标准大气压折算的压头水蒸气压高 于 20水蒸气压折算的压头阻力动压头 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101.3100=1.3kPa=0.13mH2O (1)、当流量为 20m3/h 时 ， 允许安装高度：Hg=7.2-0.13-1.01-2-0.32=3.74m (2)、流量为 30m3/h ， #*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 ， 31、（1）、 （2）、， （3）、传传 热热 1、a、散热速率：29606 . 0 24. 09 . 0 24. 060700 mWt A 交界面温度：44424. 09 . 0 960700/1112Att#*b、23606 . 0 24. 009. 01 . 09 . 0 24. 060700 mWt A 2、根据，ttA1炉气温度：73230960700/1Att外界温度：122096060/233 Att4、设交界面温度为 t 30803021 t230305050200305021t6、设饱和蒸汽的KmW .100002 ，304kPa 饱和蒸汽温度134 2212412rr，mmrm5 .2222124不保温时： mWrrrtt lm257024. 0151 0225. 045003. 0021. 01000012013414. 32 112221121 保温时： mWrrrrtt lmm7 .107024. 0151 037. 015. 003. 00225. 045003. 0021. 01000012013414. 32112222221111121 #*7、(1)、12ln12rrtl， 57. 13060ln3090lnlnln1212 rrrr，63. 0（2）、22121ln12rrrtl342. 106. 0101 3060ln15. 0109. 0101 3090ln15. 011ln11ln122122212 rrrrrr，746. 08、(1)、设绝热层外表面温度为 t 045. 0121202025. 0045. 0ln15. 013002tltl，解得 t=110 （2）、)045. 0(121202045. 0045. 0ln10. 01 025. 0045. 0ln15. 013002 tltl用试探法求得0.02m=20mm 10417520025300ln)175200()25300(mt11、10 23323223 105 .14)105 . 1 (1201501018002 . 181. 9tglGr2215. 0105 . 1102 . 2Pr33 C7101010210319105 .1422PrGr，为湍流 #*KmWGrd. 2316 .372Pr)(135. 0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、7910210PrGr，属于自然对流中的湍流传热。 31 Pr)(135. 0Grd ，其中223tglGr ，小管下标为 1，大管为 2，则 312 223 1223 212 / ll tgltgl GrGr ，1012123112 dd ll GrGr，1/ PrPr12 CC因为温度和物系相同，、d、C、t 均不变，因小管传热时7102PrGr，则大管7102PrGr， 10PrPr31112212 GrGr ， tA，对单位面积而言，101212 1210，即单位面积的热损失不同，比值为 10。 14、2212111ln112rrr rtL初始时，令分母P1 05335. 00125. 0150001 011. 00125. 0ln501 011. 0200011p积垢后，令分母P2 #*1532. 00125. 0150001 011. 00125. 0ln501 010. 0011. 0ln11 010. 0200011ln1ln112221122122111112rrr rr rp%8 .341532. 005335. 0111212pp传热量为原来的 34.8% 15、mtKA，274.103840225. 014. 3mndlA4524050mt ，381vAqmSJtCvAtCqm6443286090300012003802. 0785. 05 . 0382 1KmJ tAKm213334574.10644328冷流体的质量流量：Skg tCqm7 .102040300064432817、并流： 6 .114180220100350ln1802201003501mt逆流： 6 .143100220180350ln1002201803502mt2211mmtKAtKA25. 16 .1146 .1431221mm tt AA#*19、 74. 1228 . 08 . 08 . 0 vv KmWK25 .3171370435000 50050074. 150050074. 120221tCqTTCqmm，mmqq250212022tT，21602 2Tt2080002040001000002. 020222tttCqm 20120ln20120205 .3172080002222 2TtTttKAtm将21602 2Tt 代入，设2 .492T，整理 4 .352 .296 .64ln4 .3579375. 04 .35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。 )285310()370420(2211CqCqmm，5 . 02211CqCqmm增长后：)285()370420(22211tCqCqmm2 2211285)350420(tCqCqmm ，Kt3202原来的传热温差：Ktm5 .972)285370(3104201#*管长增长后：Ktm5 .822)285350(3204202下标 1 为原来，2 为增长后 4 . 12853102853201212 tCqtCqmm，4 . 1112212mm tKAtKA，655. 15 .825 .974 . 112AArlA2，655. 112ll，故增长 65.5% (2)、并流时 )285310()370420(2211CqCqmm，5 . 02211CqCqmm增长后：)285()350420(22211tCqCqmm，t2=320K 原来： Ktm5 .92310370285420ln310370285420增长后： Ktm8 .69320350285420ln320350285420855. 18 .695 .924 . 112AA并流时换热器管长应增加 85.5 22、mtKAJtCqQm100000000)2060(25001000#*KmWK2 21217 .7401000080010000800， 一侧恒温，Ktm7 .574080ln4080mmtdlKtKAmtdKQlm6 . 87 .57048. 014. 37411800100000000kgHQD3 .443 .2258 100000000 ，饱和蒸汽的汽化热100H把 10 吨 20的盐水加热到 60，需饱和蒸汽 44.3kg 23、求换热面积：28 . 12022. 014. 313mdlnA热量衡算：油释出热量水吸收热量 tCqTCqmm11)15(420036001400)90(22003600160022tT2267. 1115tT 1590ln1051590ln159022222222TttTTtTttm（未完） 24、tCqtKAmm#*2221000180000218020002)100(201005400ttt1920009600)20(200080012. 05 . 0)(2212ttttCvAtCqm1920009600100018000022tt解得 t2=35.1 25、冷凝放热量：kJHDQ440000880000500冷却放热量：kJtCpqQm67900)305 .78(2800500SJQQq/1411003600507900 3600冷却水用量：tpCqmSkg pCqm68. 1204200141100 )1535(冷却段传热面积 A2：SkJ9 .183600679002 ， 15的水吸收 q2 的热量温度变为 t2 68. 268. 1420018900pCqtmt2=t1+2.68=15+2.68=17.68 t1=T2-t2=78.5-17.68=60.82 t2=T3-t1=30-15=15 #*7 .324 . 1 82.451582.60ln1582.60mtKmWK2 21218 .4111000700100070022 24 . 17 .328 .41118900mtKAm冷凝段传热面积 A1: SkJ /2 .1223600440000117.68的水吸收 q1 的热量温度变为 t3=35 7 .51335. 032.17355 .7868.175 .78ln)355 .78()68.175 .78(mtKmWK2 21218 .777100035001000350021 104. 37 .518 .777122200mtKAmmdm022. 02222024A=A1+A2=4.44m2 根12.322022. 044. 4dlAn化学反应器化学反应器 0、k 的单位： 1331hmkmolknn11时间浓度n Ck，浓度，浓度3mkmol#*0 级反应：hmkmolkC31 级反应：110)(SkC时间浓度2 级反应：SkmolmSmkmolkC.)(3 11311 时间浓度SPkn aP10 级反应：SPakP/1 级反应：1 SkP2 级反应：11SPakPSmkmolr3时间浓度对于气相反应，n ApApkr ，Ar的单位Smkmol3，pA的单位2mN，kp的单位132 223.SmNkmolmNSmkmolprknn n AA pkp与 kc的关系：n pn cpkCk，p=CRT，RTpC n pnCpkRTpk ，n CpRTkk，或n pCRTkk1、化学计量式：ZBA22t=0 时，nA0=0.14，nB0=0.2，nZ0=0.08，t=t 时，nA=0.08，43. 014. 008. 014. 000AAA Annnx，nB=nB0nA0×xA=0.20.14×0.430.14nZ=nZ0+nA0×xA=0.08+0.14×0.43=0.14 反应进度：molxnAAA06. 0143. 014. 00反应进行完全时的反应进度：molxnBBB B1 . 020 . 12 . 002、（1）、速率常数 kp=3.66 其单位为，hPSPPSP prkaaaaAA p.11/22(2)、hmmol hdtmoldn mVrA A.)()( )(133#*hmolmmmolhmmolCrkAA .32332对于理想气体，RTnpAA，RTCRTVnpAA A ，266. 3AApdtdp变为 266. 3RTCdtRTCdAA ， 266. 3AARTCdtdC hrkmolmKatmp Kkmolatmm hrpkaac3 7310217. 1400110132508206. 0166. 34、倍6804. 10002. 0314. 8/75000)9231 7731(/773/ 0923/ 0773923eeeeAeA rrRERERE6、对于二级反应，)11(10AACCktSt5 .11611 01. 01 85. 011 ，St4 .11751 01. 01 85. 012讨论讨论：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205. 0AACr 时，计算方法同上，St198011 01. 01 05. 011 ，St199651 01. 01 05. 012停留时间分布停留时间分布1、min1199 . 01 1ln0193. 01 11ln1Axkt2、同第七章 6 题 3、3075. 116097. 474750 mkmolCA（分子量：醋酸60，丁醇74，醋酸丁酯116）hkmolFA724. 15 . 011624 24000 ，hm CFvAA300985. 075. 1724. 1#*33245. 185. 0/058. 1/058. 160305 .34985. 060mVVmttvVRTR 4、（1）、3 3 0447. 12 . 041097. 160 8 . 0171. 0)1 (mxkCxqVAfAAfV R（2）、3 3 0255. 31 . 041097. 160 9 . 0171. 0)1 (mxkCxqVAfAAfV R（3）、3 3 0723. 02 . 081097. 160 8 . 0171. 0)1 (mxkCxqVAfAAfV R另解：001,1ARR ACVVtCt与（1）相比，CA0增大 1 倍，VR减小 1 倍，VR=1.447/2=0.723M35、301 . 42 . 0400278. 0608 . 0684. 0)1 (mxkCxqVAfAAfV RPFR 的长度：mAVLR3 .334125. 0785. 01 . 426、3072. 12 . 04006633. 0608 . 0684. 0)1 (mxkCxqVAfAAfV RmAVLR7 .146125. 0785. 072. 127、（1）、02 02 05 . 0 1 5 . 0 5 . 0)1 (AAAAA kCkCxkCxtVR=qVt，VR2=6VR，6VR=6qVt=qVt22 00)1 (5 . 06AAAVAV xkCxq kCq ，012252AAxx，75. 0Ax另解：2 0)1 (6AAAVR xkCx qV （a） 2 0)5 . 01 (5 . 0AVR kCqV(b)(a)/(b)，2)1 (12AA xx ，75. 0Ax（2）、对于 PFR 由于体积相同，其他条件不变，所以 t3=t1，kt3CA0=kt2CA0=2 因为流动情况不同，根据 PFR 的特点，有以下关系式，#* 300323111AACCAAAA CCkkCdCt，2130 03AA ACCCkt3103AA CC，32 311103 3AA ACCx8、 2A+BR， 可写成，A + 1/2B 1/2RxA=0 时 CA0 CB0 CR0=0 xA=0.6 时 CA=CA0(1xA) CB=CB0-1/2CA0xA3 2 0022 00146. 0)6 . 025 . 03()6 . 01 (20025. 06060/028. 0)5 . 0()1 (mxCCxkCxCqVAABAAAAV R9、（1）、300496. 0)8 . 01 (0806. 08 . 060244 .14)1 (mxkCxCqVAAAAV R（2）、)1 (00AAAAV RxkCxCqV ，95. 038. 0496. 060244 .1438. 0496. 0 kVqkVxRVR A（3）、300117. 1)9 . 01 (0806. 09 . 001. 0)1 (mxkCxCqVAAAAV R（4）、3 12 . 08 . 01 1ln0806. 001. 011lnmxkqVAV R（5）、22)1 (11kxA ，2111Axk，min8 .260806. 019 . 01 11112 kxA3268. 08 .2601. 0mqVVR总容积：0.268×20.536m310、（1）、3075. 116097. 474750 mkmolCAhkmolFA724. 15 . 011624 24000 ，hm CFqAA V300985. 075. 1724. 1hxkCxtAAA55. 060min335 . 075. 1104 .175 . 0)1 (3 03034. 105. 1985. 0)5 . 000. 0(mqVVR#*（2）、30539. 0)5 . 01 (75. 10174. 0605 . 0985. 0)1 (mxkCxqVAAAV R（3）、3 22 0078. 1)5 . 01 (75. 10174. 0605 . 0985. 0)1 (mxkCxqVAAAV R（4）、3 22 12 010 138. 0)323. 01 (75. 10174. 060323. 0985. 0)1 (mxkCxCqVAAAAV R3 22 22 0120 238. 0)5 . 01 (75. 10174. 060)323. 05 . 0(985. 0)1 ()(mxkCxxCqVAAAAAV R反应器的总容积 VR=VR1+VR2=0.38+0.38=0.76m3 计算结果说明，VCSTR>VBTR>Vn-CSTR>VPFR11、（1）、3 1010 11 . 31 . 0 8 . 00567. 015 . 4/11mkmol qVkC tkCCVRAA A 3 210 288. 180806. 011 . 311 1mkmol tktkCCA A3 3210 383. 08158. 0188. 111 11 1mkmol tktktkCCA A3 43210 4205. 0838. 0183. 011 11 11 1mkmol tktktktkCCA A（2）、NA ANktCC10，ANAN CCkt01 ，ANA CCktN0ln1ln2 . 6498. 0089. 380806. 01ln205. 05 . 4ln N为保证最终出口浓度0.205kmol/m3，应需 7 个反应釜串联。12、BBBVR rxC qV 0，BBBR VxCrVq0)( min0064. 075. 075. 0175. 08 . 04 . 12 . 012. 01)(3000010 mxCxCxCCkV xCrVqBBBBBBARBBBR V#*min0032. 020064. 023mqqqV VBVA13、ApVP xkqV 11ln1，)1 (ASAVS xkx qV VP与 VS的关系：AAASPS PxxxVkkV 11ln)1 (若 VP=VS，则，)1 (ASA xkx Apxk11ln1，PPAAPA Skkxxkxk64. 16 . 01 1ln)6 . 01 (6 . 011ln)1 (求反应温度，RTEAek/21RTESRTEPekekA，kS=1.64kP，1264. 1RTE RTE ee 3 .23423314. 883740495. 064. 1ln12 RTE RTE，KT432)3 .23(314. 8837402