化工基礎課后習題答案

流體流動和輸送

?_P^_13600x0.2____

AT_TH------------------2.2/m

1、液體高度：Q理悠=煩花，P1200器底所受的力:

F=的態(tài)=2.27WX0.785X12M2X1200粵X9.81；=21姑娑=21劫Z

活sS壓強：

F_21kN

0.785x12/=26.7片F(xiàn)a

A指示液為CCI4,其讀數(shù):

-等=*=，四氯化碳柱

2、人孔面積：0.785x0.62=0.283w2壓力：

F=pghA=880x9.81(4—0.8)x0.283=78kN槽壁面積.

A=無DH=3.14x3x4=37.7w2槽壁所受壓力：

4

F=880xgx1x37,7=650913-7818=643.W

,,HQ0,5x800八，20x800

H.—....=--------=0.4mHe=16m

3、p10004、1000

=12000=122w

pg1000x9.81

A=n-d2=38x0,785x0.022=0.012m2

6、（1）求空氣的體積流量流通截面：4體積

qy=v^l=10x0.012=0.12—

流量：S(2)求質(zhì)量流量表壓:

p=25dmmHg-250x1^-^=33.3kPair)12,22212/ALP

760絕壓：*=1013+33.3=134.6叱a

空氣的平均分子量：%，=21%x32+79%x28=29當時溫度：7=273+50=323衛(wèi)

尸網(wǎng)_1346x29_］隹?

空氣密度：RT8.314x323^，質(zhì)量流量:

心=0汨=0.12x1.45=0.174迤

S

v=c^A=0.62x72x9.81x0,5=1,942-

7**、對容器A孔口流速：S體積

93

24

qv=v^=1,942x0,785xO.025=9.53xW—

流量：S流出的總體積:

,=0785X?（1.5-0.5）=0.785.3液體降至0.5m處所需時間:

V_0.785

=824S

9,53x10^

剩余部分為非穩(wěn)定流動，所需時間:

,_2A4H_2X0,785X12X7Q3

824s

-ca^~0.62x0.785x0,0252x72x9.81

對于容

v=c^A=0.62x^/2x9.81x1,5=3.36-

BS

一,/0.785--

23t==

qy=v^=3,36x0.785x0.025=1.65xlQ-—~165乂10工=476s

t'=2jL-X-71）=--------2x0.78吁xo,225=262s

ca^2g0.62x0.785x0,0252x72x9^81

由于B下端有短管，管內(nèi)流體在流動中有下拉液體的作用，故需時間短。

8、以水平管中心線為基準面，在1一1,,2-2,間列柏式，

江+以=或+包巧=%=1800=71巴

2gpg2gpg1A3600x0.785x0.32S

1800_is活

Va-3600x0.785x0.22-~SPi=^=0.02x1000x9.81=20x9.81Pa

MpT§16(101325+20x9,81)x273-kg

p=-------=-------------------------=U.oo/-T-

在操作條件下，甲烷的密度：22.4獷22.4x101325x293m

〃==g+互_止=m+20g_.7.1：=13.05+30-2.57=40.47wCCZ4

區(qū)2gpg2g2x9,810.667g2x9.81

^g_40.47x0.667_

h=--1-P-1-=------------=27O

水柱壓差計讀數(shù)：限1000

人竿59嚼川唔

9、Pi=1000?p=1.18

2gKg一白)2x9.81x0,4x1000?大憎

vo=coJ-----------=0.61J-----------------=49.75—

VPV1.18s

2

qM=4%Q=0.785X0.02x49.75x1.18=0.0184^=66.24^

Sh

Vq=g吃(Q「Q)

10、對孔板流量計：°°vP流量與流速度關系：乙=%4,即苗,

”=怪=1.012

qMR⑴當讀數(shù)為80mmHg時，外丫80,即誤差=「2%

"=盧=1.049

(2)讀數(shù)為20mmHg時，20,即誤差=4.9%

n_WP4_區(qū)

七「|2gK(d-Q)VR

Lo、Ai

VP(3)指示液為四氯化碳時，?,?流量的相對誤差與以上相

同。

=0.62f2x9.81x0.5(13600-W=74^

\pV865S

2

qv=vo^=7.45xO.785xO.O165=0.00159—

體積流量：S質(zhì)量流量:

彷

=^=0,00159x865=1,375—

S導管中苯的流速:

V=%爭=7.45X嘮2=1.863著

品+生+立=/+%+立

12、忽略阻力，2gpg2gpg

H、=Q,H.a=,px=\50kPap2=

,_,300.

_4v-2v

V2=V1i（,77^7）i-2.25^1v

T“°將數(shù)據(jù)代入，得i

2

q=vA=1,7x0.785x0.3=433—

體積流量：h

上v包二二+立

+巧

13、H、=H，A,匕=0,He=0,2g,Pg2gpg

22O「小）

v=---------

2PP=hPg

2x9.81x0.025x1000409會220-2?空氣流量:

V

1.22

2q=%『=0.635x1.2=0.76星

qy=20,2x0.785x0.2=0,635—

S質(zhì)量流量：S

立=二+互+H八立+2二與一月

咫2g廖Pg2g,Pgg

V,B=B,5+廖△立=片，bP=pgbR=P\f

2

v2=14.3—qv=v2^=14,3x0.785x0.2=0.45—

解得，S,體積流量：S

14、當量直徑：叁="一"=°-°5一°.O25=°.O25"

54005

〃=2Q?=0.002尸aS流速:pA1200x3600x0.785(0.052-0.0253)

Re=0.025x0.85xl200=r28xl04

0.002湍流

Re=0.021xl.5xl000=31500

15、0.001

￡=上=—=0.0005

相對粗糙度：~d21,查圖得以=0025

Iv2152

=0025—二一=L365w

fd2g0.0212x9.81

功=以/咫=1.365x1000x9.81=134上尸a

v_￡l_0.002=22—

V~~A~0.785x0.0342~~S

16、

「0.034x2,2x1840

Re=---------------=5500e=-=—=0.0015

0.025,d34,查圖得4=0.039

H1=O,H2=10,v1=O,v2=2.2,P2=0

立=%+直+%%=a"

您2g。1d2g

4022

p,=1840x[104-(1+0.0039——)]=335kPa

0.0342x9.81

￡=罷=0.001

17、用試差法求流量，?；A=WRe),Re=f(v),難以直接求解。

由Re?入圖可見，對￡=0.001的無縫鋼管而言，Re在2x104?1x107之間，入值在0.02?

0.028之間，

設入=0.025,H1=5,H2=0,P1=P2=0(表壓)，v1=0

%=二+%=(1+4與二

2gfd，2g

2曲2x9.81x5r-m

--------------------=1.4A/—

J1+0,025-^S

\+A-

dY0.028

0.028x1.47x880

-------------------5——=55724

0.65x10-3,查圖得入=OQ235,

苯的體積流量：qv=1.47x0.785x0.0282=0.91L/S

(若設入=0.024,qv=0.92L/S)

校核：*=[+引梟2。必5^品=473.基本相符。

10

18、強烈湍流時，人可看作常數(shù)。3600x0.785,

=0.02--^—1.2764x104+屋

d2x9.81

芻=芻+々/￡=—=10

PgPg,Pg

10=1.2764x10-6/d5

d5=1.2764x10-7,.,.d=42mm

g

64一

2Z_

/2d

心2

=X7X2gF=

/1亙_

仆d2L

2g

H”

(2)、&id2g

里2或i

HC&2xd乂2g以25“11

-----------x---X----------------——

H,1g_L2^_白12

⑶、Reid2g

/

4-21

/2￡2g_

-XX4

=4/l=

/1

-

d2g

20、(1)、增加3倍

女=駕=也=4x2*3.36

(2)、H,14yl4

&=雪=也=4x"=色=2

⑶、314v22Vl,增加1倍

匕=紅匕=3匕

21、（1）、P1匕=92匕，P\

J_2

P)-P\一30

m=T匕rQi=T匕r勺，/

21

物1]2_4Qi*

0.25

V兄v

IP222Pa2=ter=fe)=1

32%

，

勺伍）2_lf36]=3

勺另一3Q1（匕）2一行〔匕J

42=；物

匕，匕嚼…犯

V

(2)、P\=3看，P%=nRT2

273

A-A--0.732/,為=172停,取=218卬

42為Piv2

旭生廠2田=1.45

物4QF；

250.075x1.57x1200

22、“-3600x0.785x0.075：='嗚,Re==70650

0.002

04

￡=上e=空=0.0053

查圖，入=0.034,d75

1201572

Hf=0.034—--^—(1+0.25)=78活

0.0752x9.81P1=P2=0,H1=O,動壓頭可忽略

He=%+H,=25+7.8=32.%有效功率：

Ne=GgHe=25*1200x9,8lx32.8=2.681k用N==4A7kW

3600軸功率：0.6

7200

v=鋁=__________________

pA.900x3600x0.785x0.0622=。嗚

23、

「0.062x0.74x900

Re=--------------------------=1652==0.039

0.025/1^

H1=0,v1=0,H2=15,v2=0,74,P1=P2=0（表壓）

400.742

/=%+燃+%=15+(l+0.039x+15)x=16.15m

0.0622x9.81理論功率:

7200

P€=Hepgqy=16.15x900x9.81x=317用

3600x900軸功率:

P317

P=—=——=O.SkW

aT)0.4

3

2=。嗚

24、3600x0.785x0,053

oin

0.02—v?=0.03-^—x0.382匕二2%主管中水的流量:

0.30.063

冽3

23

=2,5x0.785x0.3=0,177—1v20.0008一

S支管中流量：3600S

25、支路管道

26、40mm水柱=0.4kPa(表壓)，絕對壓：101.3+04=101.4kPa50°C空氣密度:

29273101.7」1c店

22.4273+50101.3療

2x9.81(1000-1.1)0.4

v0=0.62=52.3—

1.1S空氣在導管中流速:

，53]

v=v052.3

2

qy=v04)=52.3x0.785x0.053=0.115—

S

Re=0.106x13.1x1l=7600Q￡2=0,002

200000106,查圖入=0.026

以『=0.026上上士工一=322制

70,1062x9.81

13.12

徭=3++H,=368活

PS,2x9.81輸送功率:

效率/q=凝=45.7%

Pe=Hepgqv=368xl.lx9.81x0.115=457J7

n1450

夕”=一%2X20=10—

27、(1)＞更換后，輸出量為：n2900h揚程:

<1450

H'H=x25=6,3w

2900(2)、兩臺并聯(lián)

兩臺并聯(lián)后輸出水量最多能達到20m3/h,但是在6.3m的揚程下，而不是25m。實際并聯(lián)

兩臺的輸出水量總小于20m3/h。兩臺串聯(lián)的水泵揚程最多為12.5m,但是在流量為10m3/h

時，實際串聯(lián)兩臺的揚程總小于12.5m。

4.24^Pa=—4^2-4xl0.33=Q,43mH.O

28、30℃時水的蒸汽壓：10L3當?shù)卮髿鈮海?/p>

90

90此a=-^2—x10.33=9.1O

101.3允許安裝高度：

為=6.5-(10.33-9.18)-3-0.43=1.92加現(xiàn)安裝在水源上3m處，不能正常運轉。

29、允許安裝高度=允許吸上高度一當?shù)卮髿鈮旱陀跇藴蚀髿鈮赫鬯愕膲侯^一水蒸氣壓高

于20°(:水蒸氣壓折算的壓頭一阻力一動壓頭50℃水蒸氣壓：12.23kPa,20℃為2.33kPa

蒸汽壓之差=12.23-2.33=9.9kPa=1.01mH2O

大氣壓之差=101.3-100=1.3kPa=0.13mH20

(1)、當流量為20m3/h時

v2_2,522

__________________252—=0.32mHO

3600x0.785x0.0532-'S,2g~2x9.812

允許安裝高度:Hg=7.2-0.13-1.01-2-0.32=3.74m

⑵、流量為30m3/h

2

30yy>v3.78

3.78--

3600x0.785x0.0532-S,2g2x9.81

允許安裝高度：Hg=5.7-0.13-1.01-2-0.73=1.83m

30、流動型態(tài)由Re決定，要使流動型態(tài)相似，則兩種情況下Re應相等。設1為設備條件,

2為模型條件

=4“2避2=空L々,巧=_巴。__1x0,8=0.72-

以1/&但40.1x100010S

QE=1.165+0.5(1.205-1.165)=1.185烏

(2)、

—X8.314(273+25)3

/=空二=_______-=0.38絲

101.3x1000

傳熱

0Ar

7-0一7四二處二960里

E0.240.24nr

4----+-----

1、a、散熱速率:0.90.6

①/A960

=700—=444℃

丁

用0.24

交界面溫度:

①2700-60

__-_______—_______________________—5b()____

2

A~y3~0.2410.110.24-m

b、乙兀肉+碗+肉

①八,+詈=700+篝=732。。

又=%CT爐氣溫度:

2、根據(jù),

'①/AQAf)

h=t3-----6---0----=12℃

外界溫度：&220

4、設交界面溫度為t

O=-(Z-30)=—(80-30)/=」x50+30=堊x50+30=230℃

dS250

?=10000^W—

6、設飽和蒸汽的〃「K,304kPa飽和蒸汽溫度=134℃

2424+21

2=22.5mm

??r\212不保溫時:

①—2ML2)_2x3.14x(134-20)_W

7=-18=10.0031=77

--------F--------1--------------------------------------1--------------------+-----------------

atr.Arma,%10000x0.02145x0.022515x0.024

①2萬(f]-J)

4rH4心2a2r2

=_________________2x3.14x(134-20)_________________=W

"T"0.0030X)31—m

保溫時：10000x0.02145x0.02250.15x0.03715x0.024

,90

In

2兀IX—=157

々,60

—11In—In—

Ar30

7、⑴、x①'=0.630

27dX

①=

I1憶1

A八ar

(2)22

金為+1，”+1

①_4八％弓_0.153010x0.09_.如

①，一1-1-1,60I,

一InH--------In+

2rar^0.153010x0.06.①'=0.746①

x2,,,

8、(1)、設絕熱層外表面溫度為t

2就300-f)2^-20)

1,0.045=r~

0.150.02512x0.045解得t=110℃

2M(3007)2^0-20)

1,O.(M51,0.045+6=1

—In——+—-In-

0.150.0250.100.04512x(0.045+用試探法求得

(300-25)-(200-175)二

in30°-25

0.02m=20mm200-175

=gL"的_9.81x1.23x8002x1x10-3(150-120)

Gr14.5X1O10

—(1.5x10-3)2

11

2.2xl03xl.5xl0-3

ir=---=------------------=22

20.15

PrxGr=22xl4.5xlO10=319x10'°>2xl07,為湍流

2-w

a=0.135-(GrPr)3=372.6-^—

...dm2K

釜壁溫度認為=蒸汽溫度，主耍是因為新器壁的導熱系數(shù)很大，即鋼的導熱系數(shù)大。

97

13./PrxGr=10>2xl0,屬于自然對流中的湍流傳熱。

a=0.135—(GrPr)3Gr=§苛

d，其中〃，小管下標為1,大管為2,則

%=g，272沖3=化丫/2丫=4=%=10Pr2C///2

g/；儲您UiJ/,&Pr,C///2

因為溫度和物系相同，入、d、C、p、p、B、At均不變，因小管傳熱時PrxGr>2x107,

g/G與Pr2T句。

則大管PrxGr?2xl()7,ax(GqPr",

???①=必W,對單位面積而言，①I%

?.①2=1°①I,即單位面積的熱損失不同，比值為10。

27tLbt

①=1.r,r

----+—In—+----

a/Arar

14、}22

0.01251

Pi--------------1---In--------F=0.05335

初始時，令分母=P12000x0.011500.01115000x0.0125

積垢后，令分母=P2

I「221

PiL+M+±In—+——

4r224r\\a2G2

11

0.1532

2000x0.01010.010500.01115000x0.0125

1

①2_%_0.05335

=34.8%

無一丁一0.1532

Pi傳熱量為原來的34.8%

15、①=必加%A=xH=3.14x0.0225x4x38=10.74/n2

50+40

=45℃

2=VA〃X38

①=q,“CAf=vApx38xGV=0.5x0.785x0.022x38x1200x3000(90-60)

=644328-

S

士=.328=]3334

10.74x45m2K

二①二644328=io/g

冷流體的質(zhì)量流量：Ckt3000(40-20)5

(350-100)-(220-180)

=114.6℃

in35。一I。。

17、并流:220-180

(350-180)-(220-100)

143.6℃

ln35°-180

逆流:220-100

A〕_純“2_143.6

①=必八%=心應"24114.6

a'(2叱1.74X500X500435000卬

19、V08——'-1.74x500+500-1370-'m2K

q,“pC8-T；)=q'mPC《~20)*=2q

1m

i60-r

=__lA

12()-方=24-5().22

q',?pC(t'2-20)=0.002xlOOOx4000匕-20)=8000(t'2-20)

800霏-20)=KA\t,n=317.5x20x,⑵埋產(chǎn)-20)

.120—

In-------

T；-20

,160-22

將〃2代入，設72'=49.2℃,整理

354

35.4=0.79375x;二=35.4

,64.6

In

29.2

方程兩邊相等，說明假設正確，.?.熱流體出口溫度=49.2℃。

21＞下標1表示熱，2表示冷。

%G(420-370)=/2c2(310-285).q,C

，??n22

增長后:加G(420-370)=%2c2(巴-迎)

幺6(420-350)+285=t'

eg'?《=320K

,,,

j420-310)+(370-285)=975K

原來的傳熱溫差：2

一(420—320)+(350—285)

——A

管長增長后：2

下標1為原來，2為增長后

①2320-285_1彳①2_](也=14x22

1.655

①?qmC^\310-285O1KAQ%-A,82.5

，，

4=1.655

A=2勿7,Zi,故增長65.5%

(2)、并流時

^6,(420-370)=^^(310-285)qC

fm22

增長后：%iGM2。-350)=q,“2c2?2一285),...t2=320K

=(420-285)-(370-310)=

,420-285—'

In

原來：370-310

(420-285)-(350-320)

=69.8K

,420-285

In

增長后:350-320

A92.5

21.4x=1.855

69.8

并流時換熱器管長應增加85.5%

①=必加

22、

Q=(DXT=^?CA?=1000x2500(60-20)=100000000J

之4%800x10000_W

ic—_______—___—_____________________—//III/_________

一%+%―800+10000一.m2K

A80—40《77上

△“E=57-7K

In——

一側恒溫,40

①=KA\tm=KTdl\tm

Q100000000

：=1800=&6m

K7id\tm741x3.14x0.048x57.7'

Q_100000000

D=~\H=2258.3=M?必g（AH--100℃飽和蒸汽的汽化熱）

.?.把10噸20℃的鹽水加熱到60℃,需飽和蒸汽44.3kg

23、求換熱面積：=n7O.ll=13x3.14x0.022x2=1.8m2

熱量衡算：油釋出熱量=水吸收熱量

16001400

x2200(90-7；)=x4200(/2-15)

36003600

T2=115-1.67r2

(90-X%-15)105472

in90^

T2-15T2-15

（未完）

24、

4。。、5的°一2。）+（1。。-2）=2。。。型乜

=180000-1000?

222

qmC\t=vApC[t,一乙)=0.5x0.12x800x2000(Z2-20)=960012-192000

180000-1000?2=9600r2-192000

解得t2=35.1℃

25、冷凝放熱量：Q=DAH=500x88fX)00=440000U

冷卻放熱量Q'=qmCpkt=500x2800(78.5-30)=67900kJ

穴喘F%—不

冷卻水用量：①

q/①JUPP―6g上

如'(35-15)4200x20S

小67900kJ

①，=-----=1i8.o9a—

冷卻段傳熱面積A2：3600S,

15℃的水吸收q2的熱量溫度變?yōu)閠2

△”士=18900=268C

q,nCp'4200x1.68

t2=t1+2.68=15+2.68=17.68℃

△t1=T2-t2=78.5-17.68=60.82℃

At2=T3-t1=30-15=15℃

60.82-1545.82

=32.7℃

in6^1.4

15

__a,a700xl(XX)W

K=-2=--------------=411.8——

a,+a2700+1000m2K

①，18900.2

AA,=———=----------------=\tAm

KMm411.8x32.7

冷凝段傳熱面積A1:

吁嗡52皿S

17.68°C的水吸收q1的熱量溫度變?yōu)閠3=35℃

(78.5-17.68)-(78.5-35)_17.32

△鼠=51.7℃

,78.5-17.680.335

In-

78.5-35

a.a,3500x1(X?。W

K=?J=----------------=777.8

2

ax+a23500+1000mK

〃，

A=EPP=3.(M2

777.8x51.7

d,?=24+20=22=0.022加

2

A=A1+A2=4.44m2

_A_4.44

=32.12根

Tall0.022x2x；r

化學反應器

kmo

3

0、k的單位：k=kmopf仁2c=（濃度）（時間）?,濃度=m'

,_kmoI

0級反應：'1級反應：七=（濃度）°（時怛尸=S-'

kmol\'m3

k=（濃度廠（時間）T=-------Z-i=----------------.

cm3JkmoLSkp-P~nS

2級反應：a

0級反應：kp=P"S1級反應：kp=S'2級反應：kp=Pa'S

_濃度_kmol

時間m3s

kmolN

對于氣相反應，一%=&M,一心的單位=m^S,PA的單位=療，

kmol

n2n31

kn=—=加-=kmol.N-.m-.S-

pn

pArjvy

kp的單位=（機2，

〃〃c=P

kp與kc的關系：KC，=kpP“,p=CRT）,RT

kpP

\『kc",或k=3（RT）"

1、化學計量式：A+25f2Z

t=0時，HAO=O.14,DBO=O.2,nzo=O.O8?t=t時,riA=0.08,

〃AO~nA_0.14-0.08

%=0.43

〃A0014

?'.，nB=nBo—riAoxXA=O.2—0.14x0.43=0.14

孫。/0.14x0.43

4=0.06"7。/

nz=nzo+nAoxXA=O.O8+O.14x0.43=0.14反應進度：~T~

0.2x1.0

=0.1/no/

2

反應進行完全時的反應進度:VB