化工原理(上册)课后习题.docx

I、某湿物料原含水hi为10%,在干燥器内干镰至含水鼠为11%(以上均为政出).试求好吨j物料除去的水吊。解：方法一:设G1.=It=100OKgO已知W产10法W2=1.1%物料衡算：W1G1VV+(G1.VV)X1.1%解:W=90Kg方法一：G1(1)=(G11.Vr)(1.co,)解：W=90Kg2、采纳两个连续操作的串联蒸发器以浓缩NaOH水溶液，每小时有10吨12%的NaOH水溶液送入第一个蒸发器，经浓缩后的NaOH水溶液再送入其次个蒸发器进一步浓缩至50%的碱液(以上均为质量Q排出。若每个蒸发器蒸发水量相等，试求送入其次个蒸发器的溶液量与其组成(用NaoH的质量先表示)。wW解:不变组份衡算式Z=F22104×0.12=(IO4-IW)×0.5=W=3800小？.Fi=Fn-W=IO(XX)-3800=62以第一蒸发器为衡算范围。稣"mr>2则3、一间壁式换热器用冷却水将间壁另一侧150Okg外、80的某有机液体冷却到40"C,冷却水的初温为30"C,出口温度为35"C,已知该有机液体的平均定压比热容为1.38kJ(kg-0Oo试求冷却水用量。解：cz,4=4.86A(nC)1500×C.(乙-G=WXCp(,-)=W=3956心，第一章1、试求氨在2.55MPa(表乐)和16匕下的密度。已知当地大气压强为100kPao解：Pf：=2.55X10'+100=265(RRJ=18.75mj2650x17RT8.314×2892、某气柜内压强为0.075如2(表压)，温度为40"C,混合气体中各组分的体积百分数为:V.H2COCO2CH1%40203271试求混合气的密度。当地大气压强为100kPa。解：P.=O.O75×10'+I(X)=115kPa必=竺0空竺±窗±2空«立,u81.k,o!也=山随“/加RT8.314x3133、在大气压强为100kBa地区，某真空蒸储塔塔顶的真空式读数为90kPa.若在大气压强为87kPa地区，仍要求塔顶绝压维持在相同数值下操作，问此时真空表读数应为多少kPa?解：Pt=P1.P4=WOnPq=WkPaPt=P1.P恺=77kPa4、计算20°C下苯和甲苯等体积混合时的密度与平均分子量。设苯一甲苯混合液为志向溶液。等体积时解：20"Cps=879kgm3p,1t=867kgm3心小*=勇*=873依/,V278925、用一般U形管压差计测量原油通过孔板时的压降，指示液为汞，原油密度为860必m',压差计上测得的读数为18.7,切。计算原油通过孔板时的压强降，kPa解AP=(>X-Pift)gR=(1.3600-860)x9.81.×O.I87=23.37Apa6,一敞口烧杯底部有一层深度为51mm的常温水，水面上方有深度为12Omm的油层,大气压强为745,MWg柱，温度为30°C,已知油的密度为820幅/相。试求烧杯底部所受的肯定压强，kPa解：P=P+0油+P=PZKR+夕“*，+Gg九=136OO×9.81.×O.745×82O×9.81.×O.I2+995.7×9.81.×O.O51.=1.OO.81.Pw7、如图所示，用连续液体分别器分别相互不溶的混合液。混合液由中心管进入，依靠两液的密度差在器内分层，密度为860依/的有机液体通过上液面溢流口流出，密度1050依/的水溶液通过U形管排出。若要求维持两液层分界面离溢流口的距离为2m,问液封高度ZiI为多少m?解：兄+2林研=4+。水泡.'=9'q2=1638,mIU2）U×y.oI8、用来测量气体导管中某截面上的压强，压差计的一侧与导管测点相连，另一侧敞口。已知大气压强为750"放,指示液为水和轻油，它们的密度分别为100（Ug/加和860JM,压差计读数为150wn.试求被测气体导管截面上的肯定压强？解：4-4=（01.P4JgR）=>f=pg×0.75+（10-860）×g×0.15=1.268j1.V/9、一异径串联管路,小管内径为。5Omnb大管内径为。100mn1。水由小管流向大管，其体积流量为I5m'h,试分别计算水在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。解：解：（1）大管：W,=V1>=15×1000=15000kgfh15/36000.785/一0.785x01y=0.531$G1=w1.7=0.531×1000=530.Skgm2s小管:质量流量不变WC=150004=15缈/23加S'0.785咛O.785×O.O5-或:（彳）2=0.531喘）2=2.123,/$G2=ui>=2.I23×1O(X)=2I2311210、水以17nP力的流量经一水平扩大管段，小官内径4=4OnMH.大管内径4=80”,。如图所示的倒U形管压差计上的读数R为170。求水流经1、2截面间犷大管段的阻力损失为多少柚。解：gzi+号+3=gz2+殍吟+小产加号号十号3"=3.76加S0.785x0.04-上网”-a山f=pgR0.785x0,082*；.Ehj=3'，6:%.-9.81×O.I7=4.96J/kg11、某一高位槽供水系统如附图所示，高位槽高于地面8m,管子规格为族108X4.0mm。埋于地面以下1m,出口管高出地面2m0能量损失可以表示为沙，=45(5>J/kg(U为水在管内的流速试求:1-(1)水在管内的流量(m7h)o7/(2)欲使水量增加10%,应将高位槽的液面增高多少m?:解：Zg+1.M1'=Zyg+-+zP2p2=6×9.81+O+0=0+0+-w;+45x3/2-2-=6×').S23.,Vj=36×0.7850.12X=45.2n'V<=45.2×1.1.=49.72w'子总长为Io加。试求：流过此管的阻力损失，J;若改用无缝钢管25x2.5,阻力损失为多少人奴？钢管的肯定粗糙度可取为0.211mVs=m'/h1.+1.e=0m解：p=022kf>m-“=4.3x10TPaSd=50”=0.05/»»Vv1/3600n1.,uir,=0.14m!s1022X0.05X0.785J0.785×0.052360()().7850052_168143×10-,”=£1必尤=0C8至X四0.052=0.07657136(X)0.78570.785X0.022=0.8S5/?/s1022×0.02×().885Re=：=42054.3x10-302t-=-=0.0120.,.=0.05一毕小。的最嗒=皿小16、水以271.0%"s的流量流过内径为50mm的铸造管。操作条件下的粘度为1.09mPas,密度为992kgmi.求水通过75m水平管段的阻力损失，J1.kR解：½t=2.7×10,m,5d=0.05mw=1.091.0>-5夕=9921依/"/1.=75"】匕2.7X1.O-O.785J-O.785O.O52=1.38h5Re=贷=端*=G8x°£/</=誓=0.01查得2=0.046I“2751瑞2Yhf=0.()46x×=65.7J/kg乙/d20.052617、某液体流过一般一般热轧无缝钢管四73x11.0.管壁粗糙度为2.5mm,管长为150mm,允许阻力损失为5.3m液柱。已知该液体的运动粘度为23x()fs,试确定其体枳流量，m,解：H!=,1-=5.3=>r=0.174d2g设4=0.02则“=2.95"S32廿,£=至=Oe查得r2.3X1.OYd2514=0.038进入完全平方区=0.038则“=2.14W/.v5=3600X0.785x0.2512×2.I4=381>nyh18、原油以28.9"必流过一一般热轧无缝钢管，总管长为530m,允许阻力损失为80依，原油在操作条件下的密度为890m',粘度为3.8mPas0管壁粗糙度可取为0.5mm。试选择相宜的管子规格。28.90,01023t136()0×().785<1.180受"警=4=2886.64d2d*d5设ti=O.O25J=0.097/?/贝J"=1.1/MS=2.5X10'(W97×JJ×890凡:-'3.8X1(T'£="=0.005查得N=0.035d97设2=0.035d=Q.04,则u=0.95m/s0.95x0.104×89(),4Rr=2.3x10r381.-=0.005查得4=0.035dKM=IO411,114x419、如图示用泵将贮槽中的某油品以40",的流量输送到高位槽。两槽的液位差为20m。输送管内径为100mm,管子总长为450mm.试计算泵所需的有效功率。设两槽液面恒定。油品的密度为400.1x1.4x890“=O/3.0?0.18789Qkgmy,粘度为0.187P4s°-=Am!sR,.=36OOxO.785xO.12=-=0.95h1.=0.095×-X-=419,?°U',M*P2,Z+-1.+W,=ZM+1.-i+”-P-PI42nW=20x9.81+彳+419=616Ag6I6×89O×4O?=IW360(=6MW20、用玻璃虹吸管将槽内某酸溶液自吸出来，溶液密度为1200依/粘度为65d.玻璃虹吸管内径为25m1.,总长为4叫其上有两个90标准弯头。若要使输液量不小于05xI()T"3s,高位槽液面至少要比出口高出多少m?设高位槽内液面恒定°4，,0.51.OT,m,C解：M=T102nsR=0.785x0.025-八'0.0251.02×12006.5XIO-3=4703.6:=0.038Z妙=QJ+Zg)5=3.96依1(P2上上+3.96+0.26=-2=().483m9.8124、某流体在光滑圆形直管内作湍流流淌，总管长和管径均不变，而流量增加为原来的两倍，问因流淌阻力而产生的阻力损失为原来的多少倍？摩擦系数可用柏拉修斯公式计算。解：=Vx2=2VxU2=2U1.（I2K.A%=2%=4=暴.着=/x4=336其次章1、某离心泵在转速为M50rmin下用20°C清水做性能试验，测得流量为240,入口真空泵的读数为O.OIM4,出口压强表读数为0.43MPa，两表间垂宜距离为0.。试求此时对应的扬程值。解：0=998.2依/丁。+毋。"嘴需F=45.3n2、某离心泵输水时得到下列数据:转速”=1450min，流量0=60加心,扬程H=52m,轴功率N=16.1AW。试求：此泵的效率；若要求流量增加至80,转速应增加多少？并估算此时相应的扬程和功率。（假设泵的功率不变）解：=M=丝包=0.528生="='n、=1933r/minNN«2Q262=（=-n,=924"的=（%3=史=刈=38.从卬H911-NI273、用内径为106Inmd镀锌钢管输送20°C的水溶液（其物性与水基本相同）。管路中直管长度为180mm,全部管件、阀门等的局部阻力的当量长度为60mm,摩擦系数可取为0.03。要求液体由低位槽送入高位槽，两槽均敞口且液面维持恒定，两液面见垂宜距离为16m,试列出该管路的特性方程（流量Q以加?计）。解：4=z+=16)Pg川+乙)U20,03x(180+60)dO.IO6×2×9.813600×0.785X0.1062=3.43XK)T0.03x24()0.1065×2X9.81X36OO2×O.7852”,=16+3.43x1。-"5.已知某离心清水泵在肯定转速下的特性方程为："=27OT5Q。式中Q为"3min。此泵安装在一管路系统中，要求输送贮罐中密度为1200依/加的液体至高位槽中，罐与槽中的液位差为IOm,且两槽均与大气想通。已知当流量为141.s时二所需扬程为20m。试求该泵在管路中的工作点。解:设管路=IO+BQ?20=10+8(1.41.0'60)2=8=14.17=Q=10+14.170'=27.0-15Q?联立解行=0.58nQ=45.8m'jH=S.3n6.将密度为1500依/加的硝酸由地面贮槽送入反应釜。流量为7y”,反应器内液面与贮槽液面间垂直距离为8m,釜内液面上方压强为200Sa（表压）,贮槽液面上方为常压,管路阻力损失为30APrt.试选择一台耐腐蚀泵，并估算泵的轴功率。解：/,=8+=23.6,"依据Q=7m,/hI1.=23.6;«送入长X宽X高为IOinX2m2m的降尘室。已知烟尘密度为4880依/,求可以完全分别下来的最小烟尘的直径。1.8×1.8OsO.O8f解；dr=98p.81X(4880-1.205=23urn,="=''6=0.08,'B1.2x1028×1.OhO.81.2O51.8×1.()5=O.I4<2成立9.过滤面积为0093M的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。过滤时间为50秒时，共获得2.271.T,/滤液。问过滤时间为200秒时，共获得多少滤液？解：I=生Q=244xU2q,=空皿=36xUT2”0.093*o.O93巩=4.1x1()7A=1.59XIO5/.200秒时炉+2x4.Ix10/q=200x1.59x1()7q=0.0526V=qA=0.05260.093=4.89×1010.BMS50/810-25型板框压滤机,滤框尺寸为XXmm,共36个框,现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数K为2.721.OSM/s,/为3.45x10-%,每滤出1加滤液同时，生成0.148k滤渣。求滤框充溢滤渣所需的时间.解；V=-=3.986Aj=O.81.22×36=47.2390.108aV0=0.812X0.025X36=0.59V2+2VVr=KA't03.986-+2×3.986×3.45×10,×47.239=2.72XIoTx47.239210t=283s第四章3.某蒸汽管外径为159mm,管外保温材料的导热系数=0.11.+0.0002z1.VmC,蒸汽管外壁温度为150C。要求保温层外壁解：Q=36001.(XX)x3.77x1.(fx70=733x1.(nv常压下将30C的空气加热至140C;解：Q=1三U空必空四=3XWW36(X)常压下100C的水汽化为同温度的饱和水蒸气；解1(X)0x2258x10-=627x|a.uz3600100C的饱和水蒸气冷凝，冷却为50C的水。解：qJ*(2258x*48640X0)".Xi。SW360015 .在一套管换热器中,内管为西7x3.5的钢管，流量为2500依/j,平均比热容为20fc/依.C的热液体在内管中从90C冷却为50C,环隙中冷水从20C被加热至40C,已知总传热系数为200IVmj.C,试求；冷却水用量，依“并流流淌时的平均温度差与所需的套管长度，"；逆流流淌时平均温度差与所需的套管长度，m°解：WJkCAa7=W,CftAC=>2500x2.0x(90-50)=W>4.186x(40-20)=>vv=2390依小25(X)×2.0x(90-50)4.I86×(4O-2O)并流1.=9()-20=70C,=5O-4O=IOC"缥=私83CIn-IOQ=WCQrI=KA%=2500X2.0)(9050)X至1.3600200x30.83=9m'A=TCdJ=>/=nd03.14×0.057=5O.5m逆流：=9()-40=50C/,=50-20=30CA九=50+302=40C+x2.04()10'3600200403.1.4×0.057=38.8/h16 .一列管式换热器，管子直径为婷5x2.5,管内流体的对流给热系数为W,RK,管外流体的给热系数为2OOOW,RK,已知两流体均为湍流换热，取钢管导热系数2=45WK,管内外两侧污垢热阻为0.001.1.8m2KW,试问;传热系数K与各部分热阻的安排：若管内流体流量提高一倍，传热系数有何改变？若管外流体流量提高一倍，传热系数有何改变？解：1.=-1.+-÷P+叱+W=-!-+000U8+逊x4-+°0°325K/兄-d.ad,2ooo4522.500×2020=>K=63.6W(mi-K)产O.O23.P；流量增加一倍,流速增加一倍，R,增加产倍,所以a；=2"%,=174.111125K'K2000174.11x20一=0.0104nK'=1.51Ka=o.3A<-p1.(jJ1.)ua=*a=292*171.<«=-+?=0.01554nK"=1.O1.KKrK2(XX)2928.1717 .一传热面积为15病的列管换热器，壳程用UOC的饱和水蒸气将管程某溶液由20C加热至80C,溶液的处理量为2.5x10'依/人比热容为4AJ/依C,试求此操作条件下的传热系数？解：=1.1.x40,×(80-20)=1.67×10h1.V/=54.61C36001.m'1n9030Q1.67x1伊Am15×54.61.=2038.7VV(m2C)20.某换热器的传热面积为30，用100C的饱和水蒸气加热物料,物料的进口温度为30C,流量为2依s,平均比热容为必依C,换热器的传热系数为I25W,RC,求：物料出口温度，水蒸气的冷凝量，依/力。解：=24×105×(r,-30)(100r,)Too-fj1.z1.八100-/,.70Inn-oo-r2100Yf-3()Q=KA九=24XIOX八-30)=125x30x-1.-In100r270125×3O-.c=>In=-=>f,=56.2CI(M)一七2×4×101.12=>=2×4×10'×(56.2-30)=2.1×10'W0=VVa×2258x10'nW=°93Ags=334kg/It21.363K的丁醇在逆流换热器中被冷却至323K,换热器的面积为30/,传热系数为150W/W/。已知丁醇流量为2000版“，冷却水的进口温度为303K,试求冷却水的流量和出口温度。O=WKT1.TJ=2000X2.97X10X(363-323)3600=6,61.0'WQ=KjWiu=M.=6.6×IO1.150x30=14.67C/=36322°=14,67试差：f,=343K时，/=20C,m363-/,1.21.,uIni-20f,=353Kw=14.43C%=35OK时,=1625C心=352K时，A/,=15.05C%=3525K时，,=14.74C22.肯定流量的物料在蒸汽加热器中从20C加热至40C,物料在管内为湍流，对流给热系数为I(X)OWMC,温度为100C的饱和水蒸气在管外冷凝，对流给热系数为10%，/C。现生产要求将物料流量增大一倍，求；物料出口温度为多少？蒸汽冷凝量增加多少？设管壁和污垢热阻可略。32、流量为30kgs的某油品在列管换热器壳程流过，从150°C降至100oC,将管程的原油从25°C加热至60°C。现有一列管换热器的规格为：壳径600mm,壳方单程，管方四程，共有368根宜径为阴9x2,长6m的钢管，管心距为25mm,正三角型排列，壳程装有缺口(宜径方向)为25%的弓形挡板，挡板间距为200mm。试核算此换热器能否满意换热要求？已知定性温度下两流体的物性如下表：流体名称比热容C,.A(.vC)粘度MPas导热系数,W(m-C)污垢热阻m2:CfW原油1.9860.00290.1360.OO1.油品2.200.00520.1190.0005解：Q=W.C.T-T>=30x2.2OX10,×(130-110)=2.64XI(TWW=264×y”41.986×I0×3537.98依/$也二%=87.5C0='口=()58R=A二工2=.4Trtt”,=0.95x87.5=83.1C管程：5=-<y2-=°-785×°°15"×=°°>62w：4'44W._37.98'=氐=00162qP_d,M。t.n.37.98().015×幽=1.2×1040.0029,.=0.027X*R,y,1.05a,=0O27%g。产(0S3严X1.O5=I622W(,RC)0.0150.136壳程：h=200mm=-1=-1=29h0.2So=D(1.-=0.2×0.6(1.-=O.O288mj-R=3405.4.W-30UPS0.0288/7=0.017，a=0.36XX34()5.5"'×96.P×0.95=961H(m2a0.017,_1_1I1919=+0.5+×-+0.1.×-=0.00358896116221515=>K=278.7W(,C).Q2.M×1.(y,Ai=114/wKAfr278.7x83.1*=368×3.14×O.OI9×6=131.7