10化工基礎習題解

《化工基礎》習題解第一章流體的流動與輸送（1212題）1、解：質(zhì)量為1000g的水的體積為1L，它的密度用國際單位制表示為：1000 g 1kg 1000 kgm31L 1103m32、解：已知r

=1000mm=0.5m，1200kgm3內(nèi) 2h=200mm=2001.013105Pa760選擇容器底面為水平基準面，根據(jù)靜力學基本方程式，在這個水平面上的任一點壓強應相等：Pa+ρgH=Pa+ 2001.0131057601.013105Pa+1200kg3s1=1.013105Pa+

2001.013105Pa=1.28×105Pa760∴容器底所受的壓強p=1.28×105Pa1.28105Pa-Pa

1.28105Pa-Pa容器內(nèi)液體高度= =2.27mg 1200kgm3s2=1.005×105N 】3、解：已知q 1800m3h1，P=200Pa(表壓)，v 21P1d1d1d2當壓力變化不大時，可以認為不變，根據(jù)理想氣體方程式：n p ppVnRT

V RT RTpMRT

200 )16101325 0.6673gL10.6673kgm30.082293q ωA∵vq

1800 A

0.3 3600 3.14 ( ) 2

7.08ms-1體積流量不變，AωAω1 1 2 2A 12 A 2

15.93ms1p 2 p 2根據(jù)伯努利方程式得： 1

1

2

.........(z

z)2g 2g 1 22 2 2 2 p p1

( 22

1 )2g

g 2 1 2(7.08)20.667368Pa2p 68202270Pa14、解：選擇與地面平行的排水管管中心線為基準面，高位水池液面為截面1-1，排水管出口處為截面2-2。根據(jù)題意: 1

0(

p1

1

hfm)2ω2 p1)2

ω2 pz 1 z 2 2

hf1 2g ρg 2 2g ρg 2 2 z2g

hf

1.98ms20.1440.008qA 2

r22

3.14( )22

1.980.0287m3s6.Φ24mm*2mm101.5m*-1水溫為200c,求摩察阻力引起的壓強降6、解：∵d244 1.5ms6、解：1000kgm3 1.00510-3Pasdρ 0.021.51000Re 2.99104 1.005103根據(jù)(1-21)式得： λ 0.3164Re0.25

0.024λl 2

13.5kPa根據(jù)(1-19)式得： d 2

28、200c的水在Φ60mm*3.5mm7.94m3*h-1,100m管路的壓強降及損失壓頭為多少？8、解：由題知管的內(nèi)直徑為d=53mm=0.053m，20°C時,水的粘度

1.004 103kgm1s1 m3 流量q 7.94m3h12.21103m3s1vll100m d 0.q

2.21103 v

1ms1水的流速 r

0.0533.14 ( )22d

0.05311000Re 5.3104 1.004103根據(jù)圖1-16得 0.03由摩擦阻力引起的壓強降pl

0.03100100012

28.302KPad 2 2由速度頭引起的壓強降

p

22

0.5KPap總的壓強降 pp

0.528.30228.802KPah 總f g

2.939 (m)第二章傳導傳熱 (0.6140.52)20.567wm1k1 0.567q A(tt) 1(20030)20s1 1

0.48200mm200mm1275Ct t1 211

75 30 21

1 2

k

t1=?t-75=135 t1

=210°C t2 0.163q At (7530)146.7Js1 0.05 15、解：依題意作圖如右：2 蒸汽管r=0.03m，r=0.027m m1K2 2

m1K1石棉泥外徑r=0.07m，內(nèi)徑r=r=0.03m tt=20°C3 2 1 3r2 ∵r

∴蒸汽管的平均半徑：r

=(0.027+0.03)/2=0.0285m1 mr r 0.070.03r3 2

m2 0.07

0.047m根據(jù)2 ln0.03t q R

R ii i i i t t

q R

q 1 2 q 1 2 1 3 i

A

A

2Lr

2Lr 1 1q

2 2 12 12

m1 2 m22L

r 1m1

r 2 m2 q

0.003

0.04

1.1297q1.13q 23.14500.0285 0.120.047110-20=1.13q ∴q≈79.646W6解：已知1

0.05Wm1K

11

0.03m，a空

8Wm-1K-1t)

La

(t15) m 空1r=[(50+80)×10-3]/2=0.065m ∴r=0.08mm解得：t=32.23°C8解：已知q8v

6m3h11.667103m3s1，t1

=75°C2 1080kgm31

2.9kJkg-1K-1752055C134°CΔH2160kJkg1q q C tq C tq Hl m1 p1 v 1 p1 m21.667 1031080 2.955q 2610m2(1.66710-310802.855)q 0.133kgs-12160補充題(崔恩選58頁習題10)5m2,142.90C液，水溶液沸點為1050C。如果將水溶液先預熱到沸點后再放入鍋內(nèi)蒸發(fā)，忽略熱損失，蒸發(fā)鍋傳熱系數(shù)為581.5W·m-2·k-1.試求每小時蒸發(fā)掉的水量為多少。已知 1050C水的氣化熱為2243KJ·Kg-1解：已知Km2KAt1

Ct2

C105°C水的氣化熱：ΔH=2243kJkg1qKAt581.55(142.9105)110194Wq 110.1941033600 3.967105kJh-1l3.967105kJh1q 176.86kgh1m 2243kJkg1第三章吸收5、解：【此題不是本教材的題】i把題中氨水濃度cpi

換算成比摩爾分率X和Yc1710018Xc1710018

)/mol(H3

O)]2

pY i p-pi

[mol(NH

)/mol(惰性氣體)]3式中p=0.1MPa，將計算結(jié)果列表如下[氨-水的氣液平衡(30°C)]：1.20.001530.01270.015520.002570.02120.026430.003940.03180.041040.005350.04230.056550.006800.05300.07307.50.01060.07940.1190100.01470.1060.172c[g(NH)/g(HO)32p(c[g(NH)/g(HO)32p(MPaiX[mol(NH3)/mol(H2O)Y[mol(NH3)/mol(惰性氣∵進塔氣體中含氨100 (mol)，換算成比摩爾分率為：0Y 0.1 0.111

)/mol(惰性氣體)1 10.1 3出塔氣體中含氨0.990 (mol)，換算成比摩爾分率為：00.9900Y 0.9900

)/mol(惰性氣體)002 10.99 00進塔水中氨的比摩爾分率X=0，出塔氨水的最大濃度可從圖求得。即由縱2軸Y=0.111點作水平線交平衡曲線于A點。再由A點引垂線求得：1X =0.076。maxA、B程：L

-X)=G(Y-Y)min max 2 1 2L YY 0.1110.01最小液氣比： min 1 2 1.33G X Xmax 2

0.0761.2X：∵∵L Y 1.331.2 1 21.596G XX2X=0.0633 mol(NH3)/mol(H2O)處理混合氣量為90kmolh-1L'G=90×(1-100 )=81kmolh-10L'=1.596×81=129.276kmolh-1≈36mols-1吸收補充習題：1．空氣在20℃時E值為6.73×109Pax和標準水）——是指標準狀態(tài)下的體積）.解：根據(jù)亨利定律：P*=Ex固常壓下，P*=101.3Kpa溶液中空氣的摩爾分數(shù)：x=P*／E=（101.3×103）÷（6073×109）=0.151×10﹣4100mol0.00151mol0.00151mol 完全在標準狀態(tài)下的體積為： 0.00151×22.4=0.0338L=33.8cm3換算的：溶液的水中空氣質(zhì)量=1.88cm3（標準g實驗值為1.87c3（標準·100g-12用水吸收空氣中的氨，初始摩爾分數(shù)x1=0 ,吸收終，x2=0.20..若水的爾流量為100Kmol·h-1,試求每小時吸收氨的量。解：x1=0 ，x2=0.20. X1=0X2=x2＼（1-x2）=0.2＼（1-0.2）=0.25則每小時吸收氨的量=（X2-X1）×100Kmol·h﹣1=(0.25-0)×100=25Kmol·h﹣15、解：

第五章化學反應器根據(jù)題意：該反應為二級反應1 X故反應て=kC 1AX ) 已知k=1.046 X

=50%AO A A當醋酸為1mol，丁醇是4.97mol 故當醋酸為1mol時所有反1604.9774應物料占有的體積為

m3750n 1C = 1.75Kmolm3 醋酸的初始濃度為1 X

AO v 1604.97747500.5 A 0.55hkC X ) 1.0461.75AO A依題：平均每小時生產(chǎn)醋酸丁酯的量為： /116 0.86(kmol h12450%1mol1mol醋酸0.86kmolh1

1.72kmolh1

的醋酸1.724.97kmolh1

的丁醇1.7260+1.724.9774=735.8kg 3 3V=ひ（て+て`）=0.98R

（0.55+0.5）=1.03m33C 另解：設在1m 的反應物中有xkg醋酸ykg丁醇33AO則 x : y

14.97

解得 x=105.19kg60 74x+y=750

y=644.8kg105.1960醋酸的初始濃度C =60AO

1.75Kmolm3計算公式小結(jié)一、間歇釜式反應器（一）的計算：1、通式：

x dx A A

（5-1）0 0 rVA R n x

c x dx c d2、等容時：

A0 V

A A r

A A r

cA cr

（5-2）0 0 0 cR A A A（二）等容過程時間間歇釜式反應器的計算方程式對一級和二級不可逆反應的積分式1、一級反應rkcA A積分式I：

1ln xk 1xc

或x 1ekAA

（5-3）

1lnk

cA0A

或c cA A0

ek

（5-4）2、二級反應

rkcxA

[或rA

kccA

(提高)]c c 1 1 1 xcxc

A(1

)k(c

)kA0

（5-5）A A A A0

cA0 Ac 提高： c A B

kc1 ，(，

lnA ) cc0A cA0 0 A BcA0 0 B0 1

)B Ak(c c)

c

(5-6)A B0 0 B A A0 0（三）

和總體積V

的計算：1、有效容積VR

U

R T ') (5-7)TR2、總體積 V V (5-8)TR式中VR

為(τ+τ')為反應物進料的體積流量；τ'為裝料、清洗等輔助時間； 為裝料系數(shù)，其值根據(jù)經(jīng)驗選定一般取0.5—0.8。二、活塞流管式反應器（一）定義式：1ττ

V 反應器有效容積 (5-9)RU 反應器中物料的體積流量RV 反應器有效容積2

RC U0

(5-10)初始進料的體積流量1s13

0 VR

(5-11)等溫恒容過程時，對于活塞流管反應器，因U0

=U，則空間時間τ 等C于停留時間τ（真實停留時間。（二）等溫恒容過程時，基本設計方程式同(5-1)~ (5-6)三、全混流釜式反應器（理想混合反應器）（一）對液相恒容系統(tǒng)，其基本設計方程式：V τ

c crFR c rr

A0 A

(5-12)ccA A A A Acc 0 0cx 0 V A r或 R A或U 00 A

0r (5-13)A由于物料質(zhì)點在反應器中的停留時間不一，所以所求的是平均停留 。（二）對液相恒容系統(tǒng)，理想混合反應器的基本設計方程式：1、一級反應：1、一級反應rA kcAV

x c c c

c x kk R kU0

A )xAx

0