化工原理1-7章习题答案(新课本)(共130页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录第一章 流体流动与输送机械(2)第二章 非均相物系分离(32)第三章 传热(42)第四章 蒸发(69)第五章 气体吸收(73)第六章 蒸馏(95)第七章 固体干燥(119)第一章 流体流动与输送机械1. 某烟道气的组成为CO2 13,N2 76,H2O 11(体积),试求此混合气体在温度500、压力101.3kPa时的密度。解:混合气体平均摩尔质量 混合密度 2已知20时苯和甲苯的密度分别为879 kg/m3和867 kg/m3,试计算含苯40及甲苯60(质量)的混合液密度。解: 混合液密度 3某地区大气压力为101.3kPa,一操作中的吸收塔塔内表压为130k
2、Pa。若在大气压力为75 kPa的高原地区操作该吸收塔,且保持塔内绝压相同,则此时表压应为多少?解:题4 附图4如附图所示,密闭容器中存有密度为900 kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa,又在液面下装一压力表,表中心线在测压口以上0.55m,其读数为58 kPa。试计算液面到下方测压口的距离。解:液面下测压口处压力 BDh1h2AC题5 附图5. 如附图所示,敞口容器内盛有不互溶的油和水,油层和水层的厚度分别为700mm和600mm。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800 kg/m3和1000 kg/m3。(1)计算玻璃管内水柱的高度;(2)判断A与B、C与D
3、点的压力是否相等。解:(1)容器底部压力 题6 附图12(2) 6为测得某容器内的压力,采用如图所示的U形压力计,指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m3,h=0.8m,R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。解:如图,1-2为等压面。 则容器内表压: 7如附图所示,水在管道中流动。为测得A-A、B-B截面的压力差,在管路上方安装一U形压差计,指示液为水银。已知压差计的读数R180mm,试计算A-A、B-B截面的压力差。已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和13600 kg/m3。解:图中,1-1面与2-2面间为静止、连续的同种流体,且处于同一水平面,因此为等压面,即, 题7
4、附图又 所以 整理得 由此可见, U形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数R有关,而与U形压差计放置的位置无关。代入数据 8用U形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差,指示液为水,密度为1000kg/m3,读数R为12mm。为了提高测量精度,改为双液体U管压差计,指示液A为含40乙醇的水溶液,密度为920 kg/m3,指示液C为煤油,密度为850 kg/m3。问读数可以放大多少倍?此时读数为多少?解:用U形压差计测量时,因被测流体为气体,则有 用双液体U管压差计测量时,有 题9 附图因为所测压力差相同,联立以上二式,可得放大倍数 此时双液体U管的读数为 9图示为汽液直接混
5、合式冷凝器,水蒸气与冷水相遇被冷凝为水,并沿气压管流至地沟排出。现已知真空表的读数为78kPa,求气压管中水上升的高度h。解: 水柱高度 10硫酸流经由大小管组成的串联管路,其尺寸分别为764mm和573.5mm。已知硫酸的密度为1830 kg/m3,体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的(1)质量流量;(2)平均流速;(3)质量流速。 解: (1) 大管: (2) 小管: 质量流量不变 或: 11如附图所示,用虹吸管从高位槽向反应器加料,高位槽与反应器均与大气相通,且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动,设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg(不包括出口)
6、,试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。解: 以高位槽液面为1-1面,管出口内侧为2-2面,在1-1 2-2间列柏努力方程: 简化: 12一水平管由内径分别为33mm及47mm的两段直管组成,水在小管内以2.5m/s的速度流向大管,在接头两侧相距1m的1、2两截面处各接一测压管,已知两截面间的压头损失为70mmH2O,问两测压管中的水位哪一个高,相差多少?并作分析。解:1、2两截面间列柏努利方程: 21其中: 说明2截面处测压管中水位高。这是因为该处动能小,因而静压能高。 13题13 附图10m如附图所示,用高位槽向一密闭容器送水,容器中的表压为80kPa。已知输送管路为mm的钢管,
7、管路系统的能量损失与流速的关系为(不包括出口能量损失),试求:(1) 水的流量;(2) 若需将流量增加20,高位槽应提高多少m?解:(1)如图在高位槽液面1-1与管出口内侧2-2间列柏努利方程 简化: (1)即 解得 流量 (2)流量增加20,则此时有 即高位槽需提升0.78m。题14 附图14附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统,丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定,其液面上方的压力为2.0MPa(表压),精馏塔内操作压力为1.3MPa(表压)。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m,管内径为140mm,丙烯密度为600kg/m3。现要求输送量为40103kg/h,管路的全部能量损失为150J/
8、kg(不包括出口能量损失),试核算该过程是否需要泵。 解:在贮槽液面1-1与回流管出口外侧2-2间列柏努利方程:简化: 题15 附图不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中15用压缩空气将密闭容器中的硫酸压送至敞口高位槽,如附图所示。输送量为2m3/h,输送管路为373.5mm的无缝钢管。两槽中液位恒定。设管路的总压头损失为1m(不包括出口),硫酸的密度为1830 kg/m3。试计算压缩空气的压力。解: 以容器中液面为1-1面,管出口内侧为2-2面,且以1-1面为基准,在1-12-2间列柏努力方程: 简化: 其中: 代入: 1h题16 附图16某一高位槽供水系统如附图所示,管子规格为45
9、2.5mm。当阀门全关时,压力表的读数为78kPa。当阀门全开时,压力表的读数为75 kPa,且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为J/kg(u为水在管内的流速)。试求:(1)高位槽的液面高度;(2)阀门全开时水在管内的流量(m3/h)。解: (1) 阀门全关,水静止 (2) 阀门全开: 在水槽1-1面与压力表2-2面间列柏努力方程: 简化: 解之: 流量: 题17 附图17用泵将常压贮槽中的稀碱液送至蒸发器中浓缩,如附图所示。泵进口管为893.5mm,碱液在其中的流速为1.5m/s;泵出口管为763mm。贮槽中碱液的液面距蒸发器入口处的垂直距离为7m。碱液在管路中的能量损失为40J/k
10、g(不包括出口)蒸发器内碱液蒸发压力保持在20kPa(表压),碱液的密度为1100kg/m3。设泵的效率为58,试求该泵的轴功率。解:取贮槽液面为1-1截面,蒸发器进料口管内侧为2-2截面,且以1-1截面为基准面。在1-1与2-2间列柏努利方程: (a) 或 (b) 其中: z1=0; p1=0(表压); u10 z2=7m; p2=20103 Pa(表压) 已知泵入口管的尺寸及碱液流速,可根据连续性方程计算泵出口管中碱液的流速: m/s =1100 kg/m3, Wf=40 J/kg将以上各值代入(b)式,可求得输送碱液所需的外加能量 J/kg碱液的质量流量 kg/s泵的有效功率 泵的效率为
11、58%,则泵的轴功率 kW18如附图所示,水以15m3/h的流量在倾斜管中流过,管内径由100mm缩小到50mm。A、B两点的垂直距离为0.1m。在两点间连接一U形压差计,指示剂为四氯化碳,其密度为1590 kg/m3。若忽略流动阻力,试求:(1) U形管中两侧的指示剂液面哪侧高,相差多少mm?(2) 若保持流量及其他条件不变,而将管路改为水平放置,则压差计的读数有何变化?解:在1-1与2-2截面间列柏努利方程题18 附图 其中: (1)由静力学基本方程: (2)故U形压差计两侧为左低右高。 (2)当管路水平放置时:由柏努利方程 由静力学方程 两式联立: 可见,流量不变时,不变,即U形压差计读
12、数不变。题19 附图19附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m3,循环量为45 m3/h。管路的内径相同,盐水从A流经两个换热器至B的压头损失为9m,由B流至A的压头损失为12m,问:(1)若泵的效率为70,则泵的轴功率为多少?(2)若A处压力表的读数为153kPa,则B处压力表的读数为多少? 解: (1) 对于循环系统: (2) 列柏努力方程: 简化: B处真空度为19656 Pa。20用离心泵将20水从贮槽送至水洗塔顶部,槽内水位维持恒定。泵吸入与压出管路直径相同,均为762.5mm。水流经吸入与压出管路(不包括喷头)的能量损失分别为及(J/kg),式中,u为水在管内
13、的流速。在操作条件下,泵入口真空表的读数为26.6kPa,喷头处的压力为98.1kPa(表压)。试求泵的有效功率。题20 附图解:以水槽液面为1-1截面,泵入口处为2-2截面,且以1-1面为基准面。在两截面间列柏努利方程 简化为 即 解得 在水槽1-1截面与喷头处3-3截面间列柏努利方程简化为 即 其中 则 水的流量: 泵有效功率 2125水以35m3/h的流量在763mm的管道中流动,试判断水在管内的流动类型。解: 查附录25水物性: 为湍流22运动黏度为3.2105m2/s的有机液体在763.5mm的管内流动,试确定保持管内层流流动的最大流量。解: 23计算10水以2.7103m3/s的流
14、量流过573.5mm、长20m水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。(设管壁的粗糙度为0.5mm)解: 10水物性: 查得 24. 如附图所示,水从高位槽流向低位贮槽,管路系统中有两个90标准弯头及一个截止阀,管内径为100mm,管长为20m。设摩擦系数,试求:(1) 截止阀全开时水的流量;(2) 将阀门关小至半开,水流量减少的百分数。解:如图取高位槽中液面为1-1面,低位贮槽液面为2-2截面,且以2-2面为基准面。在1-1与2-2截面间列柏努利方程:11224m题24 附图 其中: z1=4; u10; p1=0(表压); z2=0; u20; p2=0(表压) 简化得 各管件的局部阻力系
15、数:进口突然缩小 90标准弯头2个 截止阀(全开) 出口突然扩大 水流量 (2)截止阀关小至半开时:截止阀半开的局部阻力系数 此时总阻力阀门关小后,局部阻力发生变化,但由于高位槽高度不变,所以管路总阻力不变,即 即流量减少10。25如附图所示,用泵将贮槽中20的水以40m3/h的流量输送至高位槽。两槽的液位恒定,且相差20m,输送管内径为100mm,管子总长为80m(包括所有局部阻力的当量长度)。试计算泵所需的有效功率。(设管壁的粗糙度为0.2mm)题25 附图解: 20水物性: 根据 ,查得在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程: 简化: 而: 题26 附图26有一等径管路如图所示,从A至
16、B的总能量损失为。若压差计的读数为R,指示液的密度为,管路中流体的密度为,试推导的计算式。解:在A-B截面间列柏努利方程,有等径直管,故上式简化为 (1)对于U形压差计,由静力学方程得 (2)(1)、(2)联立,得27求常压下35的空气以12m/s的速度流经120m长的水平通风管的能量损失和压力损失。管道截面为长方形,长为300mm,宽为200mm。(设0.0005) 解: 当量直径: 35空气物性: 由 ,查得 题28 附图28如附图所示,密度为800 kg/m3、黏度为1.5 mPas 的液体,由敞口高位槽经1144mm的钢管流入一密闭容器中,其压力为0.16MPa(表压),两槽的液位恒定
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