《化工基礎》張近習題解答

1、化工基礎習題解答(第二版張近主編)第3章流體流動過程及流體輸送設備1、某合成氨工藝以煤為原料的氣化法生產中，制得的半水煤氣組成為：印42%, N221.5%,CO27.8% ,CH41.5%, CO27.1%, 020.1% (均為體積分數)，求表壓為 88.2kPa,溫度為25c時，混合氣體 的密 度。解：解法一：先求混合的摩爾質量；Mm=(My)H2+(My 卜上+(M-y)co+(My)cH4+(My)co2+(My)s=2x042-28x0.215+28x0.278+16x0.015+44x0.07 l+32xOJ001-18.04kg.tmolMP 18,04x(101,3 + 88

2、,2) , y 3p =二 L38/<?/ 陽RT 8.314x(273+25)算出在操作溫度和壓力下各純組分的密度，然后再按組分的摩爾分數疊加。解法略。6、 套管換熱器的內管為 ()25mm< 2.5mm外管為()57mm< 3.5mm的無縫鋼管。液體以 5400kg/h 的流量流過環(huán)隙。液體的密度為 1200kg/m3,粘度為2M0-3Pas。試判斷液體在環(huán)隙流動時的流動解：設大管內徑為d1,小管外徑為d2流體在環(huán)隙流動當量直徑為：de=d 1-d2d=O.057-0.00352=0.05iiuih 4=0.025111111； de=0.05-0.025=0.025nm

3、iW4 印4 x 5400“二 777- =z=0.8511VS萬詔海； “；d；)p 3.14(x0.053 - 0,0252) X1200 X 3 600=12740>4000 屬湍流dup 0.025 x 0.85 x 1200/ -2x10-37、現要求將原油以一定流量，通過一條管道由油庫送往車間，并保證原油在管道中呈層流流動，現分別提出如下措施：(1)管道長度縮短20%; (2)管徑放大20%; (3)提高原油溫度使原油粘度下降20%,而假設密度變化不大，可忽略不計。問上述措施分別可使由于管道沿程 摩擦而損失的機械能比原設計降低百分之幾？解：層流流動的摩擦損失為：Z%=32學d

4、p(1)、 :,1=0.8/：，工的=0.8£% A (三幼=£/;廣工%=0.2 X%(2)、7d=L2也門=32 "” =3694x(32半)=0一694£川:f (l.2dypd2pf ( E hf)= t % = /|門=0-306 t hf(3 ) x U i=0.8 口； *'+ Z Zyi=0.8 E h廣 (2 h=2 hp E a#=0.2 E %298、欲建一水塔向某工廠供水，如圖所示，從水塔到 工廠的管長（包括局部阻力當量長度）為 500m,最大 流量為0.02m3s-i。管出口處需保持10m水柱的壓頭（表壓）。若摩擦系數

5、入4023,求：（a）當管內流速為 1.05 ms-1,所需管徑及塔高；（b）當管內流速為4 m s-1, 所需管徑及塔高； 由（a）、（b）計算結果，分析滿足一 定流量時，塔高與管徑的關系。解：如圖選取1, 2截面，計算基準面為管出口水平面。 壓力以表壓表示。在1 -2列柏努利方程，得：12 Pi rr12rT馬+丁公 +4 + 乩=??； +幺+”二i=hm：二2=0in； 產0；2g pg2g pg4x0.023,14x1.050J56m；1 052士一二414m水柱pi=O（表壓）:P2=10m 水柱（表壓=0.023 x!-x0.156 2x9.811 £h - 0 + +1

6、0 + 4.14 = 142% 2x9.81 i ；，4x0.02 八八。(b) "=4m，s , ，= J- 0.08 m：Y3.14x4 snn d.2 7Yf=0.023xx= 117,23 m 水柱 '0.08 2x9.819、用離心泵經（）57mnm< 3.5mm的鋼管，將敞口貯罐內的有機溶劑（粘度為 20X10-3） Pa s,密度為800 kg m-3）,輸送到反應器中，設貯罐內液面離反應器內液面高度保持16m,見附圖。已知鋼管總長度（包括局部阻力當量長度） 為25m,反應器內壓力恒定為4kgf m-2 （表壓），有機溶液輸送量為6.6m3 h-1,試確定

7、泵提供的壓頭。解：如圖選取截面1, 2計算基準面為敞口貯罐液 面，壓力以表壓表示。在1 -2列柏努利方程，得：12 Pl u14 H% HF H = H2 g Pg2gPgZi=0m；二2=16in： i=30： n=0（表壓）；s=4k曰Fm （表壓）:Re4Fnd1dup4x6.63.14x0.052 x36000.05x0.934x800=0,934m s1=1868<2000Z=25m；20x1032_ 32x0,934x25x20xl0-3800x9.81x0.052=0,76m4x9.81xl04z 少800x9.81H = 16hk 0.76 = 66.76 （ni 液柱）

8、10、用泵將密度為850kg m-1的某液體從低 位槽打到高位槽。低位槽據地面高2m,管子出口距地面高20m,管路阻力損失為30J kg-1,泵入口流速為0.915m s ,入口管徑為4 89mme 6mm,出口管徑為（）60mm< 4mm求泵的有效功率。解：如圖選取低位槽液面為 1-1面，高位槽 為2-2面，地面為計算基準面，在 1 一2列柏努利方程，得:12 Plt 1 2 Pi vQZ. 4IL 4F W = H4 +，W廣1 2 1 p e - 2 - p f二=2m；二2=20m： "=2掄0； pi=pz=0 （表壓）；ity=30 J-kg'1：代入上式得

9、： 嗎=-zL） + （z/； ；）+ & + Euy“2op，叫=9,81 x （20 - 2） + 30 = 206.58J - kg-1不 b3 14F1m =r d u p =x0.077- x0.915x850 = 3.62kgs-1 42mJ=206.58x3,62 747.79 （W）11、如圖所示，槽內水位維持不變，槽底部 與內徑為100mm的鋼管聯結，管路上裝有一個閘閥，閥前離管路入口端15m, B處裝有一個指示劑為汞的U型管壓差計，測壓點與管出路出口端之間距離為20m。v（1）當閥門關閉時讀數 R=600mm, h=1500mm。閥門部分開啟時，測得R=400mm,

10、 h=1400mm,管路的摩擦系數取 =0.02,入口處局部阻力系數取乒0.5,問管內流量為多少 m3/h?（2）閥門全開時（取閘閥全開 口=15,.018）, 問壓差計測壓點B處的靜壓強為多少kPa （表 壓）？解：（1） a、首先根據當閥門關閉時 R, h求水槽液面到出口處的垂直距離H。根據流體靜力學方程P4=Pg 水（H+卜）； P4，=PgHgR,力4=。夕；得：pg 水（H+卜）=pgHR ；1000x（/1.5）=13600x0,6解得：H=6.66m。b、當閥門部分開啟時 B點的壓力為PB=PgH/pg 水 /? = 13600x9.81 x0.4-1000x9.81x 1,4=3,96x104Pa在1一 B列而努利方程，0-0面為計算基準面12Pl1 2 Pbv 7+ =ZBg + Hb + 十 £卜 fiB2P2 PZi=H； zb=0； ui=0； pi=0（表壓）;pb=3,96>< 104Pa（表壓）H.TV 225 Y廠 1，21V = 兀 d = 乂兀