化工原理第四版答案.pdf
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1、绪绪论论【0-10-1】1m 1m 水水中中溶溶解解 0.05kmol CO0.05kmol CO2 2,试,试 求求溶溶液液中中 COCO2 2的的摩摩尔尔分分数数,水水的的密密度为度为 100kg/m100kg/m。3 33 3解解 水水1000kg/m31000kmol/m318COCO2 2的的摩摩尔尔分分数数x 0.05 8.9910410000.0518【0-20-2】在】在 压压力力为为 101325101325组组成成,以以摩摩尔尔分分数数Pa、温、温 度度为为 2525 条条件件下下,甲,甲 醇醇在在空空气气中中达达到到饱饱和和状状态态。试。试 求求:(1)(1)甲甲醇醇的的
2、饱饱和和蒸蒸气气压压pA;(2)(2)空空气气中中甲甲醇醇的的yA、质质量量分分数数A、浓浓度度cA、质质量量浓浓度度A表表示示。pA解解(1)(1)甲甲醇醇的的饱饱和和蒸蒸气气压压lg p(2)(2)空空气气中中甲甲醇醇的的组组成成A7.197361574.99p25238.86A16.9kPa摩摩尔尔分分数数yA16.9 0.167101.3250.16732 0.1810.16732(10.167)29质质量量分分数数A浓浓度度cApA16.9 6.82103kmol/m3RT8.314298质质量量浓浓度度A cAMA=6.8210332 0.218 kg/m3NaOH质质量量分分数数
3、 10%10%、【0-30-3】1000kg1000kg 的的电电解解液液中中含含分分离离后后的的浓浓缩缩液液中中含含NaCl的的质质量量分分数数 10%10%、H2O的的质质量量分分数数 80%80%,用用真真空空蒸蒸发发器器浓浓缩缩,食食盐盐结结晶晶NaOH50%50%、NaCl2%2%、H2O48%48%,均,均 为为质质量量分分数数。试。试 求求:(1)(1)水水分分蒸蒸发量发量;(2)(2)分分离离的的食食盐盐量;量;(3)(3)食食盐盐分分离离后后的的浓浓缩缩液液量量。在在全全过过程程中中,溶溶液液中中的的NaOH量量保保持持一一定定。解解电电解解液液 1000kg1000kg浓浓
4、缩缩液中液中NaOH10000.l=100kg10000.l=100kgNaOH=0.5=0.5(质(质 量量分分数数)NaOH10000.l=100kg10000.l=100kg NaCl=0.02=0.02(质(质 量量分分数数)=0.48=0.48(质质量量分分数数)H2O10000.8=800kg10000.8=800kgH2O在在全全过过程程中中,溶溶液液中中NaOH量量保保持持一一定定,为为 100kg100kg 200kg浓浓缩缩液液量量为为100/0.5200kg200kg 浓浓缩缩液液中中,水水的的含含量量为为 2000.48=96kg,2000.48=96kg,故故水水的的
5、蒸蒸发发量量为为 800-96=704kg800-96=704kg浓浓缩缩液液中中 NaCl的的含含量量为为 2000.02=4kg,2000.02=4kg,故分故分 离离的的 NaCl量量为为 100-4=96kg100-4=96kg第第一一章章流流体体流流动动流体的压力流体的压力【1-11-1】容容器器 A A 中中的的气气体体表表压压为为 60kPa60kPa,容容器器 B B 中中的的气气体体真真空空度度为为1.210PaPa。试试分别分别 求求出出 A A、B B 二二容容器器中中气气体体的的绝绝对对压压力力为为若若干干帕帕,该该处处环环境境的的大大气气压压力力等等于于标标准准大大气
6、气压压力力。解解标标准准大大气气压压力力为为 101.325kPa101.325kPa容容器器 A A 的的绝绝对对压压力力容容器器 B B 的的绝绝对对压压力力4pA101.325+60 161.325 kPapB101.32512 89.325 kPa【1-21-2】某某设设备备进进、出出口口的的表表压压分分别别为为-12kPa-12kPa和和 157kPa157kPa,当当地地大大气气压压力力为为 101.3kPa101.3kPa。试试求求此此设设备备的的进进、出出口口的的绝绝对对压压力力及及进进、出出的的压压力力差差各各为为多多少少帕帕。解解 进进口口绝绝对对压压力力p进101.312
7、 89.3 kPap出101.3157 258.3 kPa出出口口绝绝对对压压力力进进、出出口口的的压压力力差差p 157(12)15712 169kPa 或 p 258.389.3 169 kPa流体的密度流体的密度【1-31-3】正正庚庚烷烷和和正正辛辛烷烷混混合合液液中中,正正庚庚烷烷的的摩摩尔尔分分数数为为 0.40.4,试试求求该该混混合合液液在在 2020 下下的的密密度度。解解正正庚庚烷烷的的摩摩尔尔质质量量为为100kg将将摩摩尔尔分分数数换换算算为为质质量量分分数数/kmol,正正辛辛烷烷的的摩摩尔尔质质量量为为114kg/kmol。正正庚庚烷烷的的质质量量分分数数10.41
8、00 0.3690.41000.6114正正辛辛烷烷的的质质量量分分数数210.369 0.6311 684kg/m3,正正辛辛烷烷的的密密度度为为2 703kg/m310.3690.631684703 696kg/m3从从附附录录四四查查得得 2020 下下正正庚庚烷烷的的密密度度混混合合液液的的密密度度m【1-41-4】温温度度 2020,苯苯与与甲甲苯苯按按 4:64:6 的体的体 积积比比进进行行混混合合,求求其其混混合合液液的的密密度度。解解2020 时时,苯苯的的密密度度为为879kg/m3,甲甲苯苯的的密密度度为为867kg/m3。混混合合液液密密度度m 8790.48670 6
9、 871.8 kg/m36000m3混混合合气气体体,已已知知混混合合气气体体各各组组分分的的体体积积分分数数为为【1-51-5】有有一一气气柜柜,满满装装时时可可装装H2N2COCO2CH40.4 0.2 0.32 0.07 0.01操操作作压压力力的的表表压压为为 5.5kPa5.5kPa,温温度度为为 4040。试试求求:(1)(1)混混合合气气体体在在操操作作条条件件下下的的密密度度;(2)(2)混混合合气气体体的的量量为为多多少少kmol。解解T 27340 313K,p 101.35.5 106.8 kPa(绝对压力)混混合合气气体体的的摩摩尔尔质质量量Mm 20.4280.228
10、0.32440.07160.0118.6 kg/kmol(1)(1)混混合合气气体体在在操操作作条条件件下下的的密密度度为为m(2)(2)混混合合气气体体VpMm106.818.6 0.763 kg/m3RT8.31431318.63m/kmol0.763 6000m3,摩摩尔尔体体积积为为Mmm混混合合气气体体的的量量为为n V60000.763 246 kmolMm18.6m流体静力学流体静力学【1-61-6】如如习习题题 1-61-6 附附图图所所示示,有有一一端封端封 闭闭的的管管子子,装装入入若若干干水水后后,倒倒插插入入常常温温水水槽槽中中,管管中中水水柱柱较较水水槽槽液液面面高高
11、出出 2m2m,当当地地大大气气压压力力为为101.2kPa101.2kPa。试。试 求求:(1)(1)管管子子上上端端空空间间的的绝绝对对压压力力;(2)(2)管管子子上上端端空空间间的的表表压压;(3)(3)管管子子上上端端空空间间的的真真空空度度;(4)(4)若若将将水水换换成成四四氯氯化化碳碳,管,管 中中四氯四氯化化碳碳液液柱柱较较槽槽的的液液面面高高出出多多少少米米?解解管管中中水水柱柱高高出出槽槽液液面面 2m2m,h=2mh=2m 水柱水柱。(1)(1)管管子子上上端端空空间间的的绝绝对对压压力力p绝在在水水平平面面11处处的的压压力力平平衡衡,有有p绝gh 大气压力p绝101
12、20010009.812 81580 Pa(绝对压力)(2)(2)管管子子上上端端空空间间的的表表压压p表习题 1-6 附图p表 p绝-大气压力=81580101200 19620 Pa(3)(3)管管子子上上端端空空间间的的真真空空度度p真p真=-p表=-1962019620 Pa(4)(4)槽槽内内为为四四氯氯化化碳碳,管管中中液液柱柱高高度度hh 水hccl4常常温温下下四四氯氯化化碳碳的的密密度度,从从附附录录四四查查得得为为ccl1594 kg/m34h 100021.25 m1594【1-71-7】在在 2020 条条件件下下,在在试试管管内内先先装入装入 12cm12cm 高高的
13、的水水银银,再再在在其其上上面面装装入入 5cm5cm 高高的的水水。水水银银的的密密度度为为13550kg/m3,当当地地大大气气压压力力为为101kPa。试试求求试试管管底底部部的的绝绝对对压压力力为为多多少少 PaPa。解解水水的的密密度度水=998kg/m3p 1011030.12135500.059989.81117.4103Pa【1-81-8】如如习习题题 1-81-8 附附图图所所示示,容容器器内贮内贮 有有密密度度为为1250kg/m3的的液液体体,液液面面高高度度为为 3.2m3.2m。容容器器侧侧壁壁上上有有两两根根测测压压管管线线,距距容容器器底底的的高高度度分分别别为为
14、 2m2m 及及 1m1m,容,容 器器上上部部空空间间的的压压力(力(表表压压)为)为 29.4kPa29.4kPa。试。试 求求:(1)(1)压压差差计计读读数(数(指指示示液液密密度度为为1400kg;(2)A(2)A、B B 两两个个弹弹簧簧/m3)压压力力表表的的读读数数。解解容容器器上上部部空空间间的的压压力力p 29.4kPa(表压)液液体体密密度度1250kg/m3,指指示示液液密密度度01400kg/m3(1)(1)压压差差计计读读数数 R=?R=?在在等等压压面面11上p1 p1习题 1-8 附图p1 p3.21h Rgp1 p3.221hg R0gp2.2h Rg p2.
15、2hg R0gRg0 0因g0 0,故R 0(2)(2)pA p 3.21g 29.41032.212509.8156.4103PapB p3.22g 29.41031.212509.81 44.1103Pa【1-91-9】如】如习习题题 1-91-9 附附图图所所示示的的测测压压差装差装 置置,其,其 U U 形形压压差差计计的的指指示示液液为为水水银银,其,其他他管管中中皆皆为为水水。若。若指指示示液液读读数数为为B B 两两点点的的压压力力差差。解解等等压压面面11,p1R 150mm,试,试求求 A A、p1p1 pA H水gp1 pB0.5 H R水g R汞g由由以以上上三三式式,得
16、得pA pB R汞g 0.5 R水g已已知知习题 1-9 附图R 0.15m,汞13600kg/m3,pA pB 0.15136009.810.50.1510009.8113.64103Pa 13.64 kPa【1-101-10】常】常 温温的的水水在在如如习习题题 1-101-10 附附图图所所示示的的管管路路中中流流动动,为,为 测测量量 A A、B B 两两截截面面间间的的压压力力差差,安,安 装装了了两两个个串串联联的的 U U 形形管管压压差差计计,指,指 示示液液为为汞汞。测测压压用用的的连连接接管管中中充充满满水水。两两 U U 形形管管的的连连接接管管中中,充充满满空空气气。若
17、若测测压压前前两两 U U 形形压压差差计计的的水水银银液液面面为为同同一一高高度度,试试推推导导 A A、B B 两两点点的的压压力力差差p与与液液柱柱压压力力汁汁的的读读数数R1、R2之之间间的的关关系系式式。解解设设测测压压前前两两 U U 形形压压差差计计的的水水银银液液面面,距距输输水水管管中中心心线线的的距距离离为为 H H。在在等等压压面面22处处R R R2p2 pAH 1水g R1汞g 1气g22R p2 pBH 2水g R2汞g2因因p2 p2,由由上上两两式式求求得得气pA pB(R1 R2)汞水g2气水习题 1-10 附图因因故故pA pBR1 R2汞-水g2【1-11
18、1-11】力力了了排排除除煤煤气气管管中中的的少少量量积水积水,用用如如习习题题 1-111-11 附附图图所所示示水水封封设设备备,使使水水由由煤煤气气管管路路上上的的垂垂直直管管排排出出。已已知知煤煤气气压压力力为为10kPa(表表压压),试试计计算算水水封封管管插插入入液液面面下下的的深深度度 h h 最最小小应应为为若若干干米米。p10103解解h 1.02mg10009.81流量与流速流量与流速习题 1-11 附图【1-121-12】有】有密密度度为为1800kg/m3的的液液体体,在,在内内径径为为 60mm60mm 的的管管中中输输送送到到某某处处。若。若其其流流速速为为h)、质
19、质量量流流量量kg/s与与质质量量流流速速kg/m2s。0 8m/s,试试求求该该液液体体的的体体积积流流量量(m3解解(1)(1)体体积积流流量量qV4d2u 40 0620 8 2.26103m3/s 8.14 m3h(2)(2)质质量量流流量量qm qV 2.261031800 4.07 kg/s(3)(3)质质量量流流速速=qm4.07=1440 kg/(m2s)A0.0624【1-131-13】如如习题习题 1-131-13 附附图图所所示示的的套套管式管式 换换热热器器,其其内内管管为为33.5mm3.25mm,外外管管为为60mm3.5mm。内内管管中中有有密密度度为为1150k
20、g/m3、流、流 量量为为5000kg/h的的冷冷冻冻盐盐水水流流动动。内。内、外、外 管管之之间间的的环环隙隙有有绝绝对对压压力力为为0 5 MPa,进,进、出、出 口口平平均均温温度度为为0,流,流 量量为为160kg/h的的气气体体流流动动。在在标标准准状状态态下下(0,101.325kPa),气气体体的的密密度度为为1.2kg/m3。试试求求气气体体和和盐盐水水的的流流速速。解解液液体体1150 kg/m3内内管管内内径径d内 33.53.252 27mm 0.027 m液液体体质质量量流流量量qm5000kg/h,体体积积流流量量qVqV2内50003mh1150流流速速u液5000
21、/115036004d4 2.11 m/s20.027气气体体质质量量流流量量qm160 kg/h0.5106密密度度气1.25.92kg/m3101325体体积积流流量量qV1603mh5.92160/5.923600流流速速u气0.053420.03352 5.67 m/s习习题题 1-131-13 附附图图习习题题 1-141-14 附附图图【1-141-14】如如习习题题 1-141-14 附附图图所所示示,从从一主一主 管管向向两两支支管管输输送送 2020 的的水水。要要求求主主管管中中水水的的流流速速约约为为1.0m s,支支管管 1 1 与与支支管管 2 2 中中水水的的流流量
22、量分分别别为为20t/h与10t/h。试试计计算算主主管管的的内内径径,并并从从无无缝缝钢钢管管规规格格表表中中选选择择合合适适的的管管径径,最最后后计计算算出出主主管管内内的的流流速速。水:t 20,998.2kg/m31000 kg/m3qm qm1qm2 2010 30t/h 30103kg/h解解主主管管的的流流量量30103体体积积流流量量qV 30m3/h,流流速速u 1.0m s1000qm管管径径d qV36004u30 0.103m 103 mm36000.7851.0选选择择108mm4mm无无缝缝钢钢管管,内内径径为为d 100mm,u qm/3600主主管管内内水水的的
23、流流速速430/3600d241.06 m/s(0.1)2连续性方程与伯努利方程连续性方程与伯努利方程【1-151-15】常常温温的的水水在在如如习习题题 1-151-15 附附图所图所 示示的的管管路路中中流流动动。在在截截面面 1 1 处处的的流流速速为为0.5m/s,管管内内径径为为 200mm200mm,截截面面 2 2 处处的的管管内内径径为为 100mm100mm。由由于于水水的的压压力力,截截面面 1 1 处处产产生生 1m1m 高高的的水水柱柱。试试计计算算在在截截面面 1 1 与与 2 2 之之间间所所产产生生的的水水柱柱高高度度差差 h h 为为多多少少(忽忽略略从从 1
24、1 到到 2 2 处处的的压压头头损损失失)?解解u1 0.5m/sd1 0.2m,d2 0.1m d u2 u11 0.5(2)2 2m/sd22p1p1 p222u1p2u22222u2u1220.521.87522p p1 p21.8751.8751000 1875Pah p1875 0.191m 191mmg10009.81习题 1-15 附图另另一一计计算算法法2p1u12p2u2g2gg2g习题 1-16 附图2p1 p2u2u12220.52h 0.191mg2g29.81计计算算液液柱柱高高度度时时,用用后后一一方方法法简简便便。【1-161-16】在】在 习习题题 1-161
25、-16 附附图图所所示示的的水水平管平管 路路中中,水,水 的的流流量量为为若若忽忽略略压压头头损损失失,试试计计算算收收缩缩截截面面 2 2 处处的的静静压压头头。2.5L/s。已。已 知知管管内内径径d1 5cm,d2 2.5cm,液,液 柱柱高高度度h11m。解解水水的的体体积积流流量量qV 2.5L/s 2.5103m3/s,截截面面 1 1 处处的的流流速速u1qV4212.5103d421.274m/s0.052 d1 0.05 截截面面 2 2 处处的的流流速速u2 u11.274 5.1m/sd0.0252在在截截面面 1 1 与与 2 2 之之间间列列伯伯努努利利方方程程,忽
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