化工原理(第二版)习题答案.doc

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1、 第一章1-1 0.898 1-2 633mmHg1-3 1-4 H =8.53m1-5 1-6 318.2Pa ; 误差11.21-7 在大管中： 在小管中： 1-8 6.68m解 取高位槽液面为1-1，喷头入口处截面为2-2面。根据机械能横算方程，有 gz1 + u12/2 + p1/=gz2+u22/2+p2/+wf式中，u1 =0，p2 =0，u2 =2.2 m .s-1，p2 = 40*103 Pa，wf =25J.kg-1，代入上式得z =u22/2g+p2p1/g+wf/g=2.22/2*9.81+40*103-0/1050*9.81+25/9.81=6.68m1-9 43.2k

2、W 解 对容器A液面1-1至塔内管出口截面2-2处列机械能衡算式 已知 z1=2.1m，z2 =36m , u1 =0, 的速度头已计入损失中，p1=0, p2=2.16*106 Pa, =122J.kg-1, 将这些数据代入上式得 = (z2-z1)g+p2/+ =(36-2.1)*9.81+2.16*106/890+122 =333+2417+122=2882J.kg-1泵的有效功率Ne=2882*15/1000=43.2kw1-10 (1) 4.36Kw；(2) 0.227MPa 1-11 B处测压管水位高，水位相差172mm1-12 H=5.4m，pa=36.2kPa 解 在截面1-1

3、和2-2间列伯努利方程，得 即 (a) z1、z2 可从任一个基准面算起（下面将抵消），取等压面a-a ，由静力学方程得 p1+g(z1-z2)+ gR=p2+即 (b)由式(a)和式(b)可得 （c）又由连续性方程知 u2= u1(d1/d2)2= u1 (125/100)2=1.252 u1代入式（c）得 （1.252 u1）2 - u12=29.89 u1=3.70m.s-1于是 u2=1.252 3.70=5.78 喷嘴处 u3= u1（d1/d3）2=3.70125/75）2=10.28在截面0-0与3-3间列机械能衡算式 H= u32/2g=10.282/29.81=5.39m在截

4、面0-0与a-a间列伯努利方程 H=u22/2g+ pA/g故有 pA=gH-=1000*9.81*5.39-5.782/2 *1000 =36.2 Pa1-13 d39mm1-14 水0.0326ms-1，空气2.21ms-11-15 (1) 38.3kPa； (2) 42.3%1-16 不矛盾1-17 答案略1-18 (1) 第一种方案的设备费用是第二种的1.24倍；(2) 层流时，第一种方案所需功率是第二种的2倍；湍流时，第一种方案所需功率是第二种的1.54倍1-19 0.37kW1-20 2.08kW1-21 0.197m；不能使用 解 （1）求铸铁管直径 取10氺的密度=1000,查

5、附录五知=1.305 Pa.s 取湖面为1-1面，池面为2-2面，在面1-1与面2-2间列机械能衡算方程 因u1、u2、p1、p2皆为零，故= （a）式中，45m , 代入式（a）得 9.81 45= =0.01275 (b) 的范围约为0.02-0.03，现知VS很大，Re也大，故的初值可取小些。设=0.02，代入式（b）解得 d =(0.02)0.2=0.191m 检验值： 新铸铁管的绝对粗慥度=0.03mm，则/d=0.3/191=0.00157 Re=4.26105=0.02316可见初设的偏小，故需进行迭代计算。再设=0.02316，代入（b）得 d=0.1968m于是 =0.001

6、52 Re=与数据相近，故迭代一次即可结束。对d取整为0.2m即200mm(2) =1mm时，核算是否能满足引水量为300的要求 =1/200=0.005Re=代入式（b）得 d=0.207m可见，d=0.2m的管子不能满足在=1mm时引水量不变的要求，为此应将管径取为210mm才行。1-22 66.5Lmin-11-23 (1) 0.54ms-1 ；(2) R1=10.65cm，R2=17.65cm1-24 输送能力变小，阀门前压力变大1-25 u1=7.25 ms-1，u2=10.52 ms-1；风机出口压力p=65.2mmH2O 解 （1）求u1,u2 根据并联管路的特点，知 即 现，故

7、上式化简为 （a）又根据质量衡算可得 （b）由（a）（b）求u1，u2需试差。初设，则由（a）得 代入（b）得=7.36 于是 =17.78- =17.78-7.36=10.42检验以上数值的准确性：查附录六知30空气=1.165kg.m-3, Pa.s，则与初设值稍有偏差，再将=0.0217，=0.0205迭代入（a）（b）得 检验： 与第一次迭代值很接近，故所得结果为（2）求风机出口处压力 设风机出口处压力为p。 根据风机出口与管出口间的机械能衡算，有 总管 于是 1-26 11.3m1-27 (1) 10.19； (2) 方案二可行1-28 当阀门k1关小时， ，V减小，增加，增加1-2

8、9 表压为492.31-30 7.08 1-31 634 1-32 9.8 倍第二章2-1 0.7 2-2 (1)管路特性方程 (2) 绘制管路特性曲线图，可得型号Q/m3.h-1H/mN/kWIS250-200-31567831.167.385%IS250-200-315A62727.857.083% 2-3 (1)对泵进、出口列机械能衡算方程，有 (a)把H=he=15.04m代入式(a)可得Q=34.76m3.h-1 (2) Q=90%Q=31.28m3.h-1代入式(a)，可得 he=12.18m有效功率 Ne=heQg=1.04kW百分率 Q/Q=D/D=0.902-4 (1)图(c

9、)的安装方式无法将谁送上高位槽，而(a)、(b)可以，且流量相同； (2)泵所需的功率相同2-5 (1)由公及查表及公式可得：he=77m查附录十七，可选IS100-65-250型泵，n=2900r.min-1 (2)合适 (3)不能，不合理2-6 IH40-20-160，2.07kW2-7 解： (1)齿轮泵或螺杆泵 (2)离心泵(带开式或半开式叶轮)或齿轮泵； (3)若压力不大，选离心泵(带开式叶轮)，若压力大，选隔膜泵(4)双吸离心泵； (5)往复泵或螺杆泵；(6)计量泵 2-8 222mmH2O2-9 不能，将转速提高至1500r.min-1即可2-10 解：在汽缸中压缩、排除时：根据

10、理想气体状态方程得压缩前体积压缩功在密闭筒中压缩时： 第三章3-1 水中uo=0.00314 ms-1，空气中uo=0.282 ms-1， 解答：根据题意给定及查取附录，可得如下数据。 石英颗粒：d=6010-6m；s=2600kgm-320水：=1000kgm-3；=110-3Pas20空气：=1.205kgm-3；=0.018110-3Pas(a)在20水中沉降，设斯托克斯定律适用， 0.00314 ms-1验算 0.1882故可用斯托克斯公式， uo结果正确。(b)在20空气中沉降=0.282 ms-1验算： =1.1323-2 4.74Pas3-3 (1)64.7m；(2)59.7%(

11、1)先设沉降在斯托克斯区,则能被完全去除的最小颗粒直径查附录知常压、100空气 kgm-3又已知 kgm-3，Vs=2700/3600=0.75m3s-1，A0=21.5=3m2代入上式得=64.7m检验: =0.25m/s=0.7104）以管外表面为基准的传热系数K2，根据题意可计算如下：= =1.19510-3 K2=837 W/（m2k） (2)操作一年后的传热方程用Q= K2Atm表示，与操作初期的Q= K2Atm比较，两传热系数有以下关系式5-11c：以下分别求tm和tm。查196kPa（表压）饱和水蒸汽的温度133度，有 133133 133133 2080 2070113 53

12、113 63tm=（113-53）/ln（113/53）=79.25tm=（113-63）/ln（113/63）=85.58故 其中的污垢热阻 Rs1比Rs1=6*10-4 W-1m2k增加了约47%。5-17能满足要求 5-18 = 140Wm-2K-1 5-19 =458Wm-2K-15-20 = 1410Wm-2K-1 5-21 K=758Wm-2K-1 5-22 = 53Wm-2K-15-23 = 533Wm-2K-1 5-24 = 533Wm-2K-1；= 533Wm-2K-15-25 K=2040Wm-2K-1；T=124解答 使用初期的传热系数K用热衡算式计算求tm 水蒸气 11

13、0110 溶液 20 80 90 30=54.6则 K= m2cp2（t2-t1）/（Atm）=（2.5*10000/3600）*4000*（80-20）/（15*54.6）=2035 W/（m2k）使用一年后的平均温差变为tm 水蒸气 110110溶液 20 72 90 38=60.3则 = 1597Wm-2K-1为使溶液出口温度保持80度，必须是平均温差 满足即使得 =69.6 此时的加热水蒸气的温度T应该满足下式=69.6或 得T=123.9 比原来的T=110升高13.9。5-26 = 2630Wm-2K-1 5-27 =0.818 5-28 =0.75；t2=103解 油ms1cp1

14、=0.92.1=1.89kJs-1K-1 水ms2cp2=0.64.187=2.51kJs-1K-1可知 ms1cp1p,过程为脱吸。9-4 吸收率0.95，吸收量285h-1。9-5 10下7.89Lm-3,11.27mgL-1，x*=6.3410-6， H=1.67610-5kmolm-3kPa-1。9-6 解：根据例9-5中所得的算式及 计算，取三位有效数字，可得下表（作图从略）：104x2.815.268.4314.019.728.142.0103y6.2615.726.348.069.31051679-7 100kPa下：x=6.5610-5，P=90.9kPa。9-8 100kPa

15、下： 9-9 解：从两相给质系数 、 按以下公式求总传质系数式中溶度系数 根据传质系数间得换算式，有气相阻力在总阻力中所占得比例为9-11 9-12 加倍，h0不改变； 加倍，h0增加23。9-13 回收122.8h-1；减少4.2h-19-14 L0.0429kmolm-2s-1，h0=15.7m。解：出塔水中丙酮得组成为对塔顶、塔底得物料衡算式（9-39）为故 为原用水量 的0.875倍。以下用平均推动力法求填料层高h 与例9-6相同故 所求h0为原高度11.8m的1.33倍9-15 。9-16 （1） 或 ， ；（2）h0约4.4m。 9-17 ya=2.5510-49-18 （1）NO

16、G=7.84；（2）NOG=15.2；（3）NOG=18.5； 。9-20 ya=7.8610-4。解：应用式（9-76），其中 故据习题9-17（1）的用水量及平衡关系已得A1.18，代入上式，得9-21 式(9-92)算得为0.175m,式(9-93)算得为0.45m 第十章10-1 解法一 由例10-1中表10-2和此物系在指定条件下的气液平衡组成x=0.256，y=0.455，设液相所占的摩尔分数为q，可列出方程0.256q+0.455(1-q)=0.4解得 q=0.276故液气比为q /(1-q)=0.276/0.724=0.381 解法二 做较准确的计算。 苯(A)和甲苯(B)的蒸

17、汽压 、 按下述安托万方程计算：则当t=100时，求=180.0kPa， =74.17kPa。根据拉乌尔定律和道尔顿定律，得以下方程组：代入数据 、 、P(101.3kPa)，解得 xA=0.2563,xB=0.4555根据苯的物料衡算0.4F=0.2563L+0.4555(F-L)可解得F/L=3.589,而q=L/F=1/3.589=0.2786故液气比为 q/1-q=0.2786/(1-0.2786)=0.386210-2 pA=25.2kPa，pB=1.5kPa；x=0.844,y=0.942；=3.02。10-3 解 (1)应用式(10-3)由题意有P=80kPa，xA=0.4，yA

18、=1-0.4=0.6则显然，当蒸汽压 、 满足上式的温度t，即为泡点。 联立下述安托万方程，可通过计算机求解得t：故认为所求的泡点t=87.25。此状况下的平衡气相组成为(2)在P =101.3kPa下，x=0.4时平衡气相组成可按例10-2计算。由表10-3可得=2.36+0.25x代入x=0.4，则有=2.46。于是偏差以本题(1)中同样的求解方法求P=26.7kPa、x=0.4时的泡点。求得 t=55.14， =43.81kPa， =15.23kPa此时平衡气相组成为偏差由以上计算结果可知，当总压变化不大时(80/101.3=0.79)，按本题定义的偏差不大(0.032)；但总压变化甚大

19、时(26.7/101.3=0.264)，相应的偏差也较大(0.158)，不能忽略。10-4 在x较小处，按组成得到的相对挥发度较按理想溶液计算值为大，而x较大处偏小；可知甲醇-水与理想溶液的偏差颇大，不能作为理想溶液。10-5 釜液组成x2=0.498，馏出液组成xD=0.804。10-6 x=0.508，y=0.784；若冷凝量增大，组成将变大；若使x0=0.6的液体汽化1/3，结果与上述相同。10-7 x=0.508，y=0.784，与习题10-6的结果相同。10-8 y2=0.898，x2=757。10-9 精馏段约需7.7层，提馏段约需6.3层。10-10 解 由题意有 xD=0.97

20、， xW=0.04，xF=0.5；=2.5相平衡关系 由于q=1，则将xF=0.5代入平衡关系，求得y=0.714，即定出点e(0.5，0.714)。 由最小回流比的定义可知，该线经过e(0.5，0.714)和a(0.97，0.97)。应用式(10-40)，得所以，实际回流比R=1.5Rmin=1.79，可求得精馏段操作线为即 提馏段操作线可由b(xW，xW)及精馏段操作线和q线的交点d决定。将x=0.5代入精馏段操作线，求得y=0.6685，即有d(0.5，0.6685)。 由此可求得提馏段操作线为下面进行逐板计算：精馏段 x2=0.869(用平衡关系) y3=0.905(用物料衡算，即操作

21、线) x3=0.793(用平衡关系) y4=0.856(用操作线)； x4=0.705(用平衡关系) y5=0.800 (用操作线)； x5=0.615(用平衡关系) y6=0.742 (用操作线)； x6=0.535(用平衡关系) y7=0.691(用操作线)； x7=0.472(用平衡关系) 提馏段 y9=0.540；x9=0.319 y10=0.422；x10=0.226 y11=0.294；x11=0.143 y12=0.181；x12=0.081 y13=0.096；x13=0.0408 y14=0.041；x14=0.0169因此，理论板数为(14-1)=13层，进料位置为第7层板

22、。10-11 (1) R=1.7； (2) D=40.3kmol.h-1；(3) q=0.654。10-12 解 根据单板效率定义，对n板有 同时，对全回流的物料衡算为 yn+1=xn 从所测得的数据可得到第n+1、n+2板的效率如下：其中故 Emv，n+1=0.700同理 Emv，n+2=0.69110-13 精馏段14层，提馏段7.5层。10-14 解 由习题10-13中的数据xD=0.95、xF=0.6、xW=0.25、R=4、=1.45进行计算。(1)最少理论板数Nmin按式(10-44)计算 (2)最小回流比Rmin应用式(10-45)计算：(3)应用吉利兰关联理论板数N。现按式(1

23、0-48)计算Y： (4)精馏段理论板数N1。先求精馏段的最少理论板数Nmin，1，也由式(10-44)计算。其中，按式(10-49)计算：提馏段理论板数 N2=N-N1-1=6.9510-15 Dmax=6.91kmol.h-110-16 梯级的两个线段各代表经过这层理论版的组成变化。10-17 可采取以下措施： 加大回流比R；降低进料管位置；减少料液的焓10-18 解：由题意有根据物料衡算，有F=D+W代入已知值，两式联立求解，得由于分凝器相当于一块精馏板，而釜相当于一块提馏板，而 ，则由相平衡方程可得而点 满足如附图所示虚线框内得物料衡算： 代入 ，可求得R3.871。由于是饱和液体进料

24、，因此，塔釜产生蒸气 10-19 由题意有 根据物料衡算，有F=D+W由此解得精馏段操作线方程为即有 （1） 蒸馏过程相当于通过一层精馏板和一层提馏板由精馏段操作线方程式（4）于是 将 代入式（3），从而求得（2） 蒸馏过程相当于通过两侧精馏板和一层提馏板。类似地使用操作线方程和相平衡方程，可求得 y1=xD=0.8=0.6154, =0.7385 ，x2=0.5304，y 3=0.7101 将x w代入式（3），从而求得：D67.2kmol(3)蒸馏过程相当于通过两层精馏板和一层提馏板。类似地交替使用操作线方程和相平衡方程，可求得 y1=xD=0.8=0.6154, =0.7385，x 2=

25、0.5304将xF=0.7代入精馏段操作线方程，可求得从而可据d(0.7，0.7666)和b( ， )确定提馏段操作线方程为显然（x2，y3）在上述提馏段操作线上，则有又据相平衡方程，有联立式（6），式（7）解得 (另一根0.74070.5304，不合题意，舍去)将 代入式（3），从而求得D=78.2kmol由上述求解过程可知，欲获得最大得苯回收率，宜采用流程（）。10-20A+B+C+DA+B+CDA+BCABA+B+C+D 10-21 解 对物系进行物料衡算，如下列式子可得： 总衡算 F=D+W 对组分A 0.04F=xA，DD 对组分B 0.06F=xB，DD 对组分C 0.4F=0.0

26、5D+0.75W由上面式子可得 D=W=0.5F xA，D=0.08 xB，D=0.12 则 xC，D=0.75再用捷算法估计分离轻重关键组分所需的理论板数。得：Nmin=10.25计算最小回流比Rmin=2.637然后应用吉利兰关联，可得：X=0.2727；Y=0.3910。则可计算所需的理论板数共为 N=17.5精馏段的最少理论板数为 Nmin，1=6.69故其理论板数为 N1=11.4提馏段理论板数 N2=N-N1-1=5.1 与例10-13比较，在C+E二元溶液中加入较易挥发的组分A+B后精馏段、提馏段的理论板数都有所减少(N1从14减少到11.4，N2从7.5减少到5.1)。 第十一

27、章11-1（1）0.81；（2）0.081；（3）0.078m清液柱。11-2 泡沫液面高0.29m,需加大板间距；停留时间4.6s，合用。11-3 D=0.9m 11-4 (1)总板效率E46%；（2）未计入底段、顶段的高度近20m。11-5 D=1.4m，液泛分率为0.61.11-6 mG =10000kgh-1；勉强可用，但偏高。11-7 D=0.7m，h020m；压降约为筛板塔的0.2倍。 第十二章12-2 x=18%，y=62%；E=0.27F，R=0.73F。12-3 1=429，4=87.5，7=7.0312-4 x=9.5%，y=51.5%，E=0.486F，R=0.514F。

28、12-5 x=5.2%，y=54%，E=0.51F，R=0.49F。12-6 S=501kgh-112-7 N=7。12-8 N=4，CR1=0.69gL-1，CR2=0.42 gL-1，CR3=0.28 gL-1，GR4=0.19gL-1。 第十三章13-1（1） =0.256，H=0.0862kgkg-1；（2） =0.0675，H=0.53413-2 H=0.0186 kgkg-1， =0.238，I=98.6kJkg-1，VH=0.942，td=23.713-3（1）HM=0.0481 kgkg-1，IM=166 kgkg-1；（2）H=0.0481 kgkg-1,=0.01，I=21

29、9 kJkg-1解 由t=20， =0.05，查附录七得ps=2.338kPa，则 H1=0.622 =0.622 =0.00072 kgkg-1 I1=（1.01+1.88H1）t1+2492H1=（1.01+1.880.00072）20 +24920.00072=22.0 kJkg-1, 类似地，由t=50、 =0.8，查附录七得ps=12.33kPa，则 H2=0.622 =0.622 =0.0671 kgkg-1 I2=（1.01+1.88H2）t2+2492H2=224.0 kJkg-1经过混合后 HM=2/7H1+5/7H2=0.0481 kgkg-1 IM=2/7I1+5/7I2

30、=166.3 kJkg-1加热至90时，可在图13-3定出该点，沿水平线与t=90等温线相交，得该温度如下：H=0.0481kgkg-1， =0.01；而I=（1.01+1.880.0481）90+24920.0481=218.9 kJkg-1。13-4（1）H2=0.019 kgkg-1，I2=78.7 kJkg-1， 2=0.7；（2）Q=3780kJW=1.09kg。13-5 W1/W2=1.29。13-6 （1）W=37.9kgh-1；（2） L=2100 kgh-1；（3）G2=9090 kgd-1。13-7 （1）L=59200 kgh-1，Q=1080kW；（2）L=67700 kgh-1，Q=1310kW。解 （1） 先求出每小时除去的水分WW=2000 =948 kgh-1由t=16、tw=14查图13-3得H0=0.009 kgkg-1，可算出