化工原理第二版楊祖榮主編課后習(xí)題答案.docVIP

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膁薆螀袀膀蠆薃膈腿莈蝿膄腿薁薂肀膈蚃袇羆膇莃蝕袂膆蒅裊膁膅薇蚈肇芄蝕襖羃芃荿蚆衿芃蒂袂螅節(jié)蚄蚅膃芁莄羀聿芀蒆螃羅艿薈罿袁羋蝕螁膀莇莀薄肆莇蒂螀羂莆薅薂羈蒞莄袈襖莄蕆蟻膃莃蕿袆聿莂蟻蠆羅莂莁裊袁蒁蒃蚇腿蒀薆袃肅葿蚈蚆肁蒈蒈羈羇肅薀螄袃肄螞罿膂肅莂螂肈肂蒄羈羄膁薆螀袀膀蠆薃膈腿莈蝿膄腿薁薂肀膈蚃袇羆膇莃蝕袂膆蒅裊膁膅薇蚈肇芄蝕襖羃芃荿蚆衿芃蒂袂螅節(jié)蚄蚅膃芁莄羀聿芀蒆螃羅艿薈罿袁羋蝕螁膀莇莀薄肆莇蒂螀羂莆薅薂羈蒞莄袈襖莄蕆蟻膃莃蕿袆聿莂蟻蠆羅莂莁裊袁蒁蒃蚇腿蒀薆袃肅葿蚈蚆肁蒈蒈羈羇肅薀螄袃肄螞罿膂肅莂螂肈肂蒄羈羄膁薆螀袀膀蠆薃膈腿莈蝿膄腿薁薂肀膈蚃袇羆膇莃蝕袂膆蒅裊膁膅薇蚈肇芄蝕襖羃芃荿蚆衿芃蒂袂螅節(jié)蚄蚅膃芁莄羀聿芀蒆螃羅艿薈罿袁羋蝕螁膀莇莀薄肆莇蒂螀羂莆薅薂羈蒞莄袈襖莄蕆蟻膃莃蕿袆聿莂蟻蠆羅莂莁裊袁蒁蒃蚇腿蒀薆袃肅葿蚈蚆肁蒈蒈羈羇肅薀螄袃肄螞罿膂肅莂螂肈肂蒄羈羄膁薆螀袀膀蠆薃膈腿莈蝿膄腿薁薂肀膈蚃袇羆膇莃蝕袂膆蒅裊膁膅薇蚈肇芄蝕襖羃芃荿蚆衿芃蒂袂螅節(jié)蚄蚅膃芁莄羀聿芀蒆螃羅艿薈罿袁羋蝕螁膀莇莀薄肆莇蒂螀羂莆薅薂羈蒞莄袈襖莄蕆蟻膃莃蕿袆聿莂蟻蠆羅莂莁裊袁蒁蒃蚇腿蒀薆袃肅葿蚈蚆肁蒈蒈羈羇肅薀螄袃肄螞罿膂肅莂螂肈肂蒄羈羄膁薆螀袀膀蠆薃膈腿莈蝿膄腿薁薂肀膈蚃袇羆膇莃蝕袂膆蒅裊膁膅薇蚈肇芄蝕襖羃芃荿蚆衿芃蒂袂螅節(jié)蚄蚅膃芁莄羀聿芀蒆螃羅艿薈罿袁羋蝕螁膀莇莀薄肆莇蒂螀羂莆薅薂羈蒞莄袈襖莄蕆蟻膃莃蕿袆聿莂蟻蠆羅莂莁裊袁蒁蒃蚇腿蒀薆袃肅葿蚈蚆肁蒈蒈羈羇肅薀螄袃肄螞罿膂肅莂螂肈肂蒄羈羄膁薆螀袀膀蠆薃膈腿莈蝿膄腿薁薂肀膈蚃袇羆膇莃蝕袂膆蒅裊膁膅薇蚈肇芄蝕襖羃芃荿蚆衿芃蒂袂螅節(jié)蚄蚅膃芁莄羀聿芀蒆螃羅艿薈罿袁羋蝕螁膀莇莀薄肆莇蒂螀羂莆薅薂羈蒞莄袈襖莄蕆蟻膃莃蕿袆聿莂蟻蠆羅莂莁裊袁蒁蒃蚇腿蒀薆袃肅葿蚈蚆肁蒈蒈羈羇肅薀螄袃肄螞罿膂肅莂螂肈肂蒄羈羄膁薆螀袀膀蠆薃膈腿莈蝿膄腿薁薂肀膈蚃袇羆膇莃蝕袂膆蒅裊膁膅薇蚈肇芄蝕襖羃芃荿蚆衿芃蒂袂螅節(jié)蚄蚅膃芁莄羀聿芀蒆螃羅艿薈罿袁羋蝕螁膀莇莀薄肆莇蒂 1. 某煙道氣的組成為CO213，N276，H2O 11（體積），試求此混合氣體 在溫度 500、壓力 101.3kPa時(shí)的密度。 解：混合氣體平均摩爾質(zhì)量 Mm= yiMi= (0.13 44 + 0.76 28 + 0.1118)=103328.98 10 kg/mol 混合密度 m = pM m =RT = 0.457kg/m3 101.3 10 28.98108.31 (273 + 500)2已知 20時(shí)苯和甲苯的密度分別為 879 kg/m3和 867 kg/m3,試計(jì)算含苯 40及甲苯 60（質(zhì)量）的混合液密度。 解：1 a11a +2 =m2 0.+ 0.6 = 4 867 879 混合液密度 m=871.8kg/m33某地區(qū)大氣壓力為 101.3kPa，一操作中的吸收塔塔附圖 4如附圖所示，密閉容器中存有密度為 900 kg/m3的液體。容 器上方的壓力表讀數(shù)為 42kPa，又在液面下裝一壓力表，表中心線 在測(cè)壓口以上 0.55m，其讀數(shù)為 58 kPa。試計(jì)算液面到下方測(cè)壓口 的距離。 解：液面下測(cè)壓口處壓力 =+ gz = p+ p p 1gh 1 + z = p 0 gh p = p1p0 g g (58 42) 10 + h = +900 9.81 0.55 = 2.36m 1 3 5.題 5 附圖B D厚度分別為 700mm和 600mm。在容器底部開(kāi)孔與玻璃管相連。已知油與水的密度分別為 800 kg/m3和 1000 kg/m3。 （1）計(jì)算玻璃管內(nèi)水柱的高度； （2）判斷 A 與 B、C 與 D 點(diǎn)的壓力是否相等。 解：（1）容器底部壓力 = + gh + gh = p + ghp pa h + h800 h =油 1水 2 水= 油 水h+ h = 1000 0.7 + 0.6 = 1.16m 12 （2） pA pBpC= pD 6為測(cè)得某容器內(nèi)的壓力，采用如圖所示的U形壓力計(jì)，指示液為水銀。已知該液體密度為 900kg/m3，h=0.8m，R=0.45m。試計(jì) 算容器中液面上方的表壓。 解：如圖，1-2 為等壓面。1p1= p + ghp2pa gR題 6 附圖=+ 0 p + gh = pa+ 0gR 則容器內(nèi)表壓： p pa= gR gh = 13600 0.459.81 900 0.8 9.81 = 53.0 kPa 7如附圖所示，水在管道中流動(dòng)。為測(cè)得A-A、B-B截面的壓力差，在管路上方安裝一U形壓差計(jì)， 指示液為水銀。已知壓差計(jì)的讀數(shù)R180mm，試計(jì) 算A-A、B-B截面的壓力差。已知水與水銀的密度 分別為 1000kg/m3和 13600 kg/m3。 解：圖中，1-1面與 2-2面間為靜止、連續(xù)的 同種流體，且處于同一水平面，因此為等壓面，即 2p1= p1， 題 7 附圖 2 又 p1=pA gmp = + = + 1 p 02gR p 0 gR= pB 2 + + 0 gRg(m R) 所以 p A gm p g(+ ) + 0gR=B m R 整理得 = (0 ) gRpApB 由此可見(jiàn)， U 形壓差計(jì)所測(cè)壓差的大小只與被測(cè)流體及指示液的密度、讀數(shù) R 有關(guān)，而與 U 形壓差計(jì)放置的位置無(wú)關(guān)。 代入數(shù)據(jù) pA pB= (13600 1000) 9.81 0.18 = 22249Pa 8用 U形壓差計(jì)測(cè)量某氣體流經(jīng)水平管道兩截面的壓力差，指示液為水，密度為 1000kg/m3，讀數(shù)R為 12mm。為了提高測(cè)量精度，改為雙液體U管壓差計(jì)，指示液A為含 40 乙醇的水溶液，密度為 920 kg/m3，指示液C為煤油，密度為 850 kg/m3。問(wèn)讀數(shù)可以放大多少倍？此時(shí)讀數(shù)為多少？ 解：用 U 形壓差計(jì)測(cè)量時(shí)，因被測(cè)流體為氣體，則有 p p Rg012用雙液體 U 管壓差計(jì)測(cè)量時(shí)，有 ( ) p = R g A C12p因?yàn)樗鶞y(cè)壓力差相同，聯(lián)立以上二式，可得放大倍數(shù)R 0 = 1000 = 14.3R= AC此時(shí)雙液體 U 管的讀數(shù)為 920 850 R= 14.3R = = 171.6mm14.3 12水 ，9圖示為汽液直接混合式冷凝器，水蒸氣與冷水相遇被冷凝為 并沿氣壓管流至 地溝排出。現(xiàn)已知真空表的讀數(shù)為 78kPa，求氣壓管中水上升的高度 h。 解: p + gh = pa 題 9 附圖 3 水柱高度 = p hap=103= 103 9.817.95mg10硫酸流經(jīng)由大小管組成的串聯(lián)管路，其尺寸分別為764mm和573.5mm。已 知硫酸的密度為 1830 kg/m3，體積流量為 9m3/h,試分別計(jì)算硫酸在大管和小管中的（1）質(zhì) 量流量；（2）平均流速；（3）質(zhì)量流速。 解: (1) 大管: 76 4mmmss u1=Vs = 20.785d9/ 3600= 0.69m/s 2 0.785 0.068 2 = = u = G11 0.69 18301262.7kg/(m s)(2) 57 3.5mm 小管: 質(zhì)量流量不變 ms2=16470kg/hsu2= 1.27m/s0.785d2 = 0.7850.052 2d 或:21d=()= 0.69(12268 250 )= 1.27m/su u= u = 1.27 G221830 =2 2324.1kg/(m s) 11如附圖所示，用虹吸管從高位槽向反應(yīng)器加料，高位槽與反應(yīng)器均與大氣相通，且 高位槽中液面恒定。現(xiàn)要求料液以 1m/s 的流速在管以高位槽液面為 1-1面,管出口211 2u + W+ 2 + 2 2fp 簡(jiǎn)化: H = ( u2 + 2W) / g2 f11+ 20) 9.81 = 2.09m 2 4 12一水平管由47 1 21.23m/sh = p p12= g12 1 2(u u + = 2 1 2 g ) 9.81 (1.23 2.52hf 2 說(shuō)明 2 13如附圖所示，用高位槽向一密閉容器送水，容器中的 10m題 13 附圖表壓為 80kPa。已知輸送管路為 48 3.5 mm 的鋼管，管路系 統(tǒng)的能量損失與流速的關(guān)系為 Wf= 6.8u2（不包括出口能量損失），試求： （1） （2） 若需將流量增加 20，高位槽應(yīng)提高多少 m？ 解：（1 1-1 與管出口內(nèi)側(cè) 2-2 間列柏努利方程 1z g1p +1+1 u2=z 22gp +2 +1 2u + Wf 222簡(jiǎn)化：p12=1 + u2+ 2Wf（1）z g = 3即 80 1010 9.8121 2+ u + 6.8u21000 2 2解得u2= 1.57m/s 3=流量2=2=0.785 0.0411.572Vdu4S 3 3 = 2.07 10 m / s7.45m /h 5 （2）流量增加 20，則 u2= 1.2 1.57 = 1.88m/s 此時(shí)有z 1g= 2 + u 22 + W f 80 1031z =+1 ( 10002 1.882+ 6.8 1.882) / 9.81 = 10.78m即高位槽需提升 0.78m。 14附圖所示的是丙烯精餾塔的回流系統(tǒng)，丙烯由貯槽回 流至塔頂。丙烯貯槽液面恒定，其液面上方的壓力為2.0MPa （表壓），精餾塔附圖 +1.2+ 30 9.81 2150 題 15 附圖 6 = 721.6J/kg 不需要泵,液體在壓力差的作用下可自動(dòng)回流至塔中 15用壓縮空氣將密閉容器中的硫酸壓送至敞口高位 槽，如附圖所示。輸送量為 2m/h，輸送管路為373.5mm 3 的無(wú)縫鋼管。兩槽中液位恒定。設(shè)管路的總壓頭損失為 1m（不包括出口），硫酸的密度為 1830 kg/m3。試計(jì)算壓縮空氣的壓力。 解: 以容器中液面為 1-1面,管出口 p112+z 2g(2gu2+ )f 1 = 1830 9.81 ( 2 9.81 0.786+ 12 + 1)2= 234kPa(表壓) 16某一高位槽供水系統(tǒng)如附圖所示，管子規(guī)格為452.5mm。當(dāng)閥門全關(guān)時(shí)，壓 力表的讀數(shù)為 78kPa。當(dāng)閥門全開(kāi)時(shí)，壓力表的讀數(shù)為 75 kPa2的能量損失可以表示為 Wf= u J/kg（u 為水在管試求： （1）高位槽的液面高度；（2）閥門全開(kāi)時(shí)水在管(1) 閥門全關(guān),水靜止 題 16 附圖p = gh p=78103=103 9.81 h = g 7.95m(2) 閥門全開(kāi): 槽 1-1面與壓力表 2-2面間列柏努力方程: 7 1 z g1+1+ u2=z 2 2g +122u + W 2 + 2 2f p簡(jiǎn)化:=1+ u2+ W2fz g 3 =275 10 1 27.95 9.81 + u + u21000 2 2解之: u2= 1.412m/s 3 流量: V= d2u2=s4 = 6.38m3/h 0.785 0.0421.412 = 1.773 103m/s17用泵將常壓貯槽中的稀堿液送至蒸發(fā)器中濃縮，如附圖所示。泵進(jìn)口管為89 3.5mm，堿液在其中的流速為 1.5m/s；泵出口管為763mm。 貯槽中堿液的液面距蒸發(fā)器入口處的垂直距離為 7m。堿液在 管路中的能量損失為 40J/kg（不包括出口）蒸發(fā)器附圖 在 1-1 與 2-2 間列柏努利方程： 2 z g1p 1 1u + W+ 1 + u+ W = z g + 2 +e f 2 2 2 221p （a） 2) +或 1 u 2) +p21p + W（b）W = (z z2g1(u 22e 1f其中： z1=0； z2=7m；p1=0（表壓）；3u10p2=2010 Pa（表壓）已知泵入口管的尺寸及堿液流速，可根據(jù)連續(xù)性方程計(jì)算泵出口管中堿液的流速： 2 2 =uu入() 2d入d 2= 82 = 1.5( ) 2.06 m/s 70 8 =1100 kg/m， Wf=40 J/kg 3 將以上各值代入（b）式，可求得輸送堿液所需的外加能量 2 = + 2.06 + 20 10 + 40 129 J/kg W= 1100 7 9.812 e m= d2u 2s 2 = 0.785 0.07 2 2.06 1100 = 8.72 kg/s 4 泵的有效功率 N= Wm= 129 8.72 = ees1125W = 1.125kW N N1.125 k = = = 0.58 1.94 W e18如附圖所示，水以 15m3/h的流量在傾斜管中流過(guò)，管 p 1 2 2 p1z g + + u= z g + 2 + u + W 2 2 1fVS其中： u1= 2 15 / 3600 = 2 0.785d1S0.785d22 0.785 0.1 = 0.531m/s 2= = 2.123m/s 15 / 3600 0.785 0.052f 題 18 附圖 W= 0 = 0.1z z m1 pz z )g + = p2 2 112 2 ( 2 1 (u 2 2 u ) 1 （1）9 = 0.1 9.81 + 0.5 (2.123 0.531) = 3.093 22由靜力學(xué)基本方程： = 2( （2）+ + R =11 022( =( )g p + z1 z2)gp12 ) ( )g = 3.0931000 1000 9.81 = 0.365m0.1(1590 1000) 9.81故 U 形壓差計(jì)兩側(cè)為左低右高。 2 （2）當(dāng)管路水平放置時(shí)： 由柏努利方程p p1=122由靜力學(xué)方程 (u u ) 2 2 1 p21) p=Rg( 22Rg ( ) 1=(u u ) 2 2 1兩式聯(lián)立： 可見(jiàn)，流量不變時(shí)， u1, u2不變，即 U 形壓差計(jì)讀數(shù)不變。 19附圖所示的是冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為 1100 kg/m3，循環(huán)量為 45 m3/h。 管路的(1) 對(duì)于循環(huán)系統(tǒng): He= hf= 9 +12 = 21m題 19 附圖 Ne= HeVsg = 21 4536001100 9.81 = 2.83kW N=2.83 = e軸功率 : N = 4.04kW 0.7 (2) A B 列柏努力方程: p 1pu + z = A + 2B1+ 2 + + h 2g A Ag u z 2 g B B g fAB 10 簡(jiǎn)化: B= g3A+ z + hBfABgB15310= p+ 1100 9.81 (7 + 9) p= 19656p(表)Ba B 處真空度為 19656 Pa。 20用離心泵將 20水從貯槽送至水洗塔頂部，槽1 2 2+ = 2 u W1 02 2+ Wf1+ z g22 f題 20 附圖 3即 1.5 26.6+ 1 2 + 2 = 09.81 10 2 u2 解得 u2= 2.18m/s 2在水槽 1-1 截面間列柏努利方程 1 p 1z g + 1 + u2+W = z g + 3 + u + W1 e 3 3 f 2 21p p簡(jiǎn)化為 W = z 3+g 3 1W + u2 + 3 e 2 22f 22 p 1即 W = z g + 3 + u + 2u + 10u = z g + 3 + 12.5u3 3 3 32 ep其中u = u3= u2= 2.18m/s 11 2則10We+1000 12.5 2.18= 294.8J/kg水的流量： 泵有效功率 mS= Vs = d2u =4 = = 8.6NemSWe 30.785 0.0712 2.18 1000 = 8.63kg/s = = 2.544kW294.82544W2125水以 35m3/h的流量在763mm的管道中流動(dòng)，試判斷水在管查附錄 25水物性: Vs =2 = 996.95kg/m3, = 0.903cP353600 =2u = 2.53m/s0.785d 0.785 0.070.07 996.95 2.53Re = = = 30.903 10 du1.955 10 40005 22運(yùn)動(dòng)黏度為 3.2105m2/s的有機(jī)液體在763.5mm的管 Re =dudu = 2000 = 2000 3.2 105max u = d = = 0.927m/s0.069 2 3 = =0.0692 0.927 = 3.46 103m/s Vmax 4 d umax 0.785 = 200012.46323計(jì)算 10水以 2.7103m3/s的流量流過(guò)573.5mm、長(zhǎng) 20m水平鋼管的能量損失、 壓頭損失及壓力損失。（設(shè)管壁的粗糙度為 0.5mm） 解: u = s0.785d2 =0.785 0.052 = 1.376m/s 10水物性: = 999.7k 3 , = du g/m 3 1.305 10 p s a 4 = = Re 0.0 5 999.71.= 376 5.27 310 10 12 1.305 =0.5=d500.01 220查得 = 0.0412l= 0.041 1.376 = Wf= u2d 2 0.0515.53J/kg hf= Wf/ g = 1.583m ff aP= W = 15525 P 24. 如附圖所示，水從高位槽流向低位貯槽，管路系統(tǒng)中有兩個(gè) 90u26631X準(zhǔn)彎頭及一個(gè)截 止閥，管附圖2其中： z1=4； u10； p1=0（表壓）； z2=0； u20； p2=0（表壓） 簡(jiǎn)化得zg = W1f各管件的局部阻力系數(shù)： 進(jìn)口突然縮小 = 0.5 90u26631X準(zhǔn)彎頭 2 個(gè) = 0.75 2 = 1.5 截止閥（全開(kāi)） = 6.0 = 1.0 2出口突然擴(kuò)大 = 0.5 + 1.5 + 6.0 + 1.0 = 9.0 2 l 20 u W= + u = 7.5u 2 = 9.0 + 0.03d 2 0.1 2 f 13 4 9.81 = 7.5u2 u = 2.29 m/s 水流量2 20.1 2.29 = 0.018m3/ s = VS= 4 d u = 0.785 64.8m3/ h（2）截止閥關(guān)小至半開(kāi)時(shí)： = 9.5截止閥半開(kāi)的局部阻力系數(shù) 此時(shí)總阻力 2 l u2 = 12.5 + 0.03 W = + d 2 f 0.1 2= 9.25u 2 z 21不變，所以管路總阻力不變，W = f 即 Wf 7.5u =9.252 u =7.5 = 0.99.25VSu = uVS即流量減少 10。 25 20的水以 40m3/h 恒定，且相差 20m，輸送管= 1.415m/s =2u = d4 20.785 0.1 = 998.2kg/m, = 1.005cP 320水物性：= Re du0.1 998.21.415=1.005 10351.405 10 根據(jù) / d = 0.2 /100 = 0.002 ，查得 = 0.025 題 25 附圖在貯槽 1 截面到高位槽 2 截面間列柏努力方程: z g1 1 p 1 2 + u+ W = z g u W + 1 + + 2 + e 2 f 2 1 2 2 2p 14 簡(jiǎn)化: W = z2g + W e f 而: Wf= l+ leu= 0.025 1.415 = 20.0J/kgd2 0.1 2We 9.81 + 20.0 = 216.2J/kg 40ms= Vs =3600 998.2 11.09kg/s=Ne = We ms= 216.211.09 =2398W 2.40kW 26有一等徑管路如圖所示，從 A 至 B 的總能量損失為 Wf。若壓差計(jì)的讀數(shù)為 R，指示液的密度為 0，管路中流體的密度為 ，試推導(dǎo) Wf的計(jì)算式。 解：在 A-B 截面間列柏努利方程，有 p1p12 z g + A + u2= zg + B + u + WA2AB 2B f 等徑直管，故上式簡(jiǎn)化為 p pz g +A= z g +B+ WA Bf W = () + p pz z gAB（1）fAB 對(duì)于 U 形壓差計(jì)，由靜力學(xué)方程得 pA+ zAgpBzB R)g + R g ( pA pB) + (zA zB) gR( )g (1)、（2）聯(lián)立，得=0 R( )gW= f 題 26 (2)附圖 27求常壓下 35的空氣以 12m/s 的速度流經(jīng) 120m 長(zhǎng)的水平通風(fēng)管的能量損失和壓力損失。管道截面為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)為 300mm，寬為 200mm。（設(shè) d 0.0005） 15 解: 當(dāng)量直徑: de =b)=a + b=2(a +0.3+ 0.2 = 0.24m 35空氣物性:3 = 1.1465kg/18.85106ps a deu=1.1465= 50.24 12Re 61.752 10由 d=0.0005 ,查得 = 0.019 W = lu 2 = 0.019 120 122= 684J/kgf de 20.24 2Pf= Wf = 684 1.1465 =784.2Pa 28如附圖所示，密度為 800 kg/m3、黏度為 1.5 mPas的 液體，由敞口高位槽經(jīng)1144mm 其壓力為 0.16MPa（表壓），兩槽的液位恒定。液體在管在高位槽 1 截面到容器 2 截面間列柏努力方程: z gp 11 +1+u12=z gp +2+u 2+ Wf 1 2222簡(jiǎn)化: zg =+ Wf = du = 0.106 800 = 41.5Re38.48101.5 10 由d=0.002 ,查得 = 0.026管路中: 進(jìn)口 = 0.5 題 28 附圖 90彎 頭 = 0.75 2 個(gè) = 4.5 = 1 半開(kāi)閘閥 出口 16 Wf= ( d + ) 2 = (0.0 + 0.5 + 2 0.75 + 4.5 26 30 1600.106 +1) 52= 60.87J/kg 6( p) / g = (060.87) / 26.6m2+ .16 10 9.81 =+ z = Wf 800 29從設(shè)備排出的廢氣在放空前通過(guò)一個(gè)洗滌塔，以除去其中的有害物質(zhì)，流程如附圖 所示。氣體流量為 3600m3/h，廢氣的物理性質(zhì)