化工原理天津大学版化上下册习题答案.docx

《化工原理天津大学版化上下册习题答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理天津大学版化上下册习题答案.docx（53页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。

1、化工原理课后习题1 .某设备上真空表的读数为133X10Pa,试计算设备内的肯定压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7IO8Pa.解：由肯定压强=大气压强-真空度得到：设备内的肯定压强Pe1.=98.710sPa-13.310,Pa=8.5410sPa设备内的表压强PW=-真空度=-13.310sPa2 .在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960kgrf的油品，油面高于罐底6.9叫油面上方为常压.在罐侧壁的下部有始终径为760皿的圆孔，其中心距罐底800皿，孔盖用14皿的钢制螺钉紧固.若螺钉材料的工作应力取为39.23X10Pa,问至少须要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应

2、力即P.W。解：P.=PghXA=9609.81X(9.6-0.8)3.140.76,150.30710,N。=39.0310,3.140.014anPW。得n6.23取nIn=7至少须要7个螺旬3.某流化床反应器上装有两个U型管压差计，如本题附图所示.测得Ri=40011m,Ra=50三,指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度Rj=50皿。试求A、B两处的表压强。分析：依据静力学基本原则，对于右边的U管压差计，a-a为等压面，对于左边的压差计，bb为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。解I设空气的密度为P,其他数据如图

3、所示a-a处P*+Ptgh1.=p*gR3+PagR3由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽视不记即：P4=1.010,9.810.05+13.610,9.81X0.05=7.16108Pab-b处Pb+P,gh3=P4+P,gh3+PgRtP8=13.610*9.810.4+7.1610,=6.05XIOsPa4.本题附图为远距离测量限制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置.已知两吹气管出口的距离H=Im,U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kgm,.试求当压差计读数R=68三11时，相界面与油层的吹气管出口距离h.分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽视空气产生的压

4、强，本题中IT和4-4为等压面，22和37为等压面，且IT和2-2的压强相等。依据静力学基本方程列出一个方程组求解解，设插入油层气管的管口距油面高h在1一1与2-2赣面之间P1.=Pi+pMgRVPi=P,R=P,且H=Psmgh,P4=P*g(H-h)+Pag(h+h)联立这几个方程得到P*gR=P*g(H-h)+PMg(Ah+h)-P*ttgh即P*gR=P*g11+PBMgh-p*gh带入数据1.O3X1.O3X1.-13.610iX0.068=h(1.010s-0.82103)h=0.418m5.用本题附图中串联U管压差计测:蒸汽锅炉水面上方的蒸气压,U管压差计的指示液为水银，两U管间

5、的连接管内充溢水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：1.2.3m,h1=1.2叫h8=2.5m,h4=1.4m.锅中水面与基准面之间的垂直距离hEm。大气压强p.=99.310,p。试求锅炉上方水蒸气的压强P分析：首先选取合适的截面用以连接两个U管，本题应选取如图所示的1一1截面,再选取等压面，最终依据静力学基本原理列出方程，求解解：设11截面处的压强为P1.对左边的U管取a-a等压面，由静力学基本方程P。+P*g(h-h4)=Pi+P*g(h3-h4)代入数据Po+1,010,9.81(3-1.4)=Pi+13.610,9.81X(2.5-1.4)对右边的U管取b-b等压面,由静力学基本方

6、程P+P*g(h,-ha)=P*g(h-h1)+p.代入数据P1+1.010,9.81(2.5-1.2)=13.610,9.81X(2.3-1.2)+99.310,解着两个方程得P.=3.64IOePa6 .依据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强P。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920kg/11,998产?m4.kg/m,U管中油、水交接面高度差R=300T:mm,两扩大室的内径D均为60mm,U,Jd管内径d为6mm.当管路内气体压强等于位恒定。管路直径均为603.5m,其他习士?W叫.，尺寸见本题附图.各管段的能量损失为hf.1.1.=hf,=uhf.K=1.1

7、8u,.两压差计中的指示液均为水银。试求当R=45三n,h=200三n时：(1)压缩空气的压强H为若干？(2)U管差压计读数Ra为多少？解I对上下两槽取截面列柏努力方程(M)+P/P=Zg+O+Pp+hfP=ZgP+0+P8+Phf=109.811100+1100(2u,+1.18u2)=107.9110i+3498u2在压强管的B,C处去取截面，由流体静力学方程得Pb+Pg(x+R)=P+Pg(h+x)+PRigPb+11009.81(0.045+x)=PC+11009.81(5+x)+13.61039.810.045P.-Pc=5.95X1.O4Pa在B,C处取截面列柏努力方程0+22+P

8、bp=Zg+u,2+Pp+hf,V管径不变，.ub=uP-Pc=p(Zg+hf,)=1100(1.18u,+59.81)=5.9510*Pau=4.27ms压缩槽内表压P1=1.23IO5Pa(2)在B,D处取截面作柏努力方程Q+u72+Pb/p=Zg+O+O+hf,r+hf,Pr(79.81+1.18u,+ua-0.5ua)X1100=8.35XIO4PaPi-Pgh=P*Rag8.35X10-11009.810.2=13.6X1.O39.81XR2Rj=609.711ra14.在试验室中,用玻璃管输送20C的70%醋酸.管内径为1.5cm,流量为IOkgmin,用SI和物理单位各算一次雷诺

9、准数,并指出流型.解，三20。70%的醋酸的密度P=1049Kgm,粘度=2.6mPas用SI单位计算：d=1.5X10,U=W8/(PA)=O.9msRe=dup=(1.510a0.91049)/(2.6103)=5.4510,用物理单位计算1P=1.049gcm,u=f(pA)=90cms,d=1.5cm=2.610-sPaS=2.610(sm)=2.61.Vscm1.Re=dup=(1.5901.049)/(2.610i)=5.4510,V5.4510,4000此流体属于湍流型15.在本题附图所示的试验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两裁面的压强差。当水的流量为1

10、0800kgh时，U管压差计读数R为100三,粗细管的直径分别为60X3.511n与453.511n0计Jh(1)Ikg水流经两截面间的能量损失。(2)与该能量损失相当的压强降为若干Pa?解I(D先计算A,B两处的流速IUa=WP8a=295118,1.=W./PSb在A,B截面处作柏努力方程IZAg+ujk,2+PP=ZBg+u22+P+hf1.kg水流经A,B的能量损失：hf=(u*2-u2)/2+(PA-Pb)/P=(u*a-u2)/2+PgRP=4.41Jkg(2).压强降与能量损失之间满意：hf=PpP=phf=44110316.密度为850kgnj,粘度为8X1.(8PaS的液体在

11、内径为14dhi的钢管内流淌，溶液的流速为1.m/s试计算：(1)泪诺准数，并指出属于何种流型？(2)局部速度等于平均速度处与管轴的距离I(3)该管路为水平管，若上游压强为147X10sPa,液体流经多长的管子其压强才下降到127.5XIOaPa?解：(1)Re=dup=(1410h,1850)/(8108)=1.49IO52000此流体属于滞流型(2)由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布，令管径和流速满意y,=-2p(U-Ue)当U=O时，y?=P=2pu.p=82=d,8当U=Ur=0.5Ueu=0.5ms时，ya=-2p(0.5-1)=d,8=0.125d,即与管轴的距离r=4.9510

12、(3)在147X10和127.5X10两压强面处列伯努利方程ui22+PP+Zig=u1,2+P1/P+Z2g+hf：U=U,Zi=ZjPp=Pb/p+hf损失能h产(Pa-Pb)p=(14710,-127.510,)/850=22.94 流体属于滞流型 摩擦系数与雷若准数之间满意=64Re又7hf=(d)0.5u,.I=14.95m 输送管为水平管，管长即为管子的当量长度即：管长为14.95m17.流体通过圆管淌流淌时，管截面的速度分布可按下面阅历公式来表示，S=Ij(yR)v,式中y为某点与壁面的距离，与y=R-r.试求起平均速度u与最大速度Ue的比值。分析：平均速度U为总流量与截面积的商

13、，而总流量又可以看作是速度是Ur的流体流过2”rdr的面积的叠加即：V=JVUrX2Jtrdr解1平均速度U=V/A=Jur211rdr/(11R,)=J71.I(yR)v211rdr/(11Ra)=2R1.zJ7(R-r),zrdr=0.82uauu/u=0.8218 .肯定量的液体在圆形直管内做滞流流淌.若管长与液体物性不变，而管径减至原有的1/2,问因流淌阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？解：管径削减后流量不变工UiAi=UaAJ而=1Ai=4Aju1=4u由能量损失计算公式Ehr=(d)X(1.2ua)得hf,1.=(d)X(1.2u1.,)hf,1=(Id)(12u2,)=(d)8

14、(U1)2=16hf.1*h11=16hn19 .内截面为100omX120Omm的矩形烟囱的高度为30Axrn。平均分子量为30kgkno1.,平均温度为400IC的烟道气自下而上流淌.烟囱下端维持49Pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值,大气温度为2QX)t地面处的大气压强为101.33103Pa.流体经烟囱时的摩擦系数可取为0.05,试求烟道气的流量为若干kg/h?解1姻囱的水力半径b=A11=(IX1.2)/2(1+1.2)=0.273b当量直径Ct=4h=1.109m流体流经烟囱损失的能量Ehf=(/(1.)u,2=0.05(301.109)u,2.=0.687u,空气

15、的密度P=PM/RT=1.21Kgms烟囱的上表面压强（表压）P=-P-gh=1.21X9.81X30=-355.02Pa烟囱的下表面压强（表压）P=-49Pa期囱内的平均压强P=（P上+P）/2+P0=101128Pa由P=PM/RT可以得到烟囱气体的密度P=（3010,101128）/（8.314X673）=0.5422Kg三,在烟囱上下表面列伯努利方程Pp=PP+Zg+ht.*.hf=（P上-P）p-Zg=（-49+355.02）/0.5422-30X9.81=268.25=0.687u,流体流速U=19.76m/s质量流量,=uAp=19.761X1.2X0.5422=4.63IO4K

16、g/h20.每小时将2105kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽.反应器液面上方保持26.7X1.O3Pa的真空读，高位槽液面上方为大气压强.管道为的钢管，总长为50m,管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流计（局部阻力系数为4）,5个标准弯头.反应器内液面与管路出口的距离为15m,若泵效率为0.7,求泵的轴功率。解,流体的质量流速3.=2X1073600=5.56kg/s流速u=3(Ap)=1.4311s雷偌准数Re=dup=1651994000查本书附图1-29得5个标准弯头的当：长度：52.1=10.5m2个全开阀的当量长度：2X0.45=0.9m,局部阻力当量长度I.=10.5+0.9=11

17、.4m假定1.w=2Ig(d)+1.14=2Ig(68/0.3)+1.14=0.029检验d(R,z8)=0.0080.005符合假定即=0.029全流程阻力损失h=(t+I.)du1.2+u,2=0.029(50+11.4)(6810,)+41.4372=30.863J/Kg在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得Pp+We=Zg+PP+EhWe=Zg+(P1.P1)p+h=159.81+26.7X1071073+30.863=202.9J/Kg有效功率Ne=We.=202.95.56=1.12810,轴功率N=Nen=1.128X1070.7=1.61X1.OsW.=1.61KW.习21WW21

18、.从设备送出的废气中有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些物质进行综合利用，并避开环境污染.气体流为3600m3h,其物理性质与50C的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计，起读数为30三.输气管与放空管的内径均为250mm,管长与管件，阀门的当量长度之和为50三,放空机与鼓风机进口的垂直距离为2011,已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96105Pa.管壁的肯定粗糙度可取0.15皿1,大气压强为101.33X1.O5.求鼓风机的有效功率.解:查表得该气体的有关物性常数P=1.O93,=1.9610s气体流速u=3600/(3

19、6004/110.25,)=20.38m/s质量流量.三uAs=20.384110.25,1.093=1.093Kg/s流体流淌的雷偌准数Re=dup=2.8410为湍流型全部当量长度之和Ia=I+E1.=50me取0.15时d=0.15/250=0.0006查表得=0.0189全部能量损失包括出口,入口和管道能损失即：h=0.5ua2+1.u,2+(0.0189500.25)ua2=1100.66在I-E2-2两截面处列伯努利方程u,2+Pxp+We=Zg+u22+P1.p+hWe=Zg+(P,-P1)p+h而1-1、2-2两截面处的压强差Pj-P1=P1-P*gh=1.9610,-10,9

20、.813110,=1665.7PaAWe=2820.83W/Kg泵的有效功率Ne=We.=3083.2W=3.08KW22.如本题附图所示,，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为100m的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管差压计,其一管与管道相连,另一臂通大气。压差计连接管内充溢了水，测压点与管路出口端之间的长度为20m.(1).当同阀关闭时，测得R=600m,h=150011m;当闸阀部分开启时，测的R=400三b,h=1400三.摩擦系数可取0.025,管路入口处的局部阻力系数为0.5。问每小时从管中水流出若干立方米。(2),当闸陶全开时，U管压差

21、计测压处的静压强为若干(Pa,表压).闻阀全开时1.d=15,摩擦系数仍取0.025。解：依据流体管力学基本方程，设槽面到管道的高度为XP*g(h+x)=PgR10,(1.5+x)=13.610,0.6X=6.6m部分开启时截面处的压强Pi=P*gR-P*gh=39.63XIOTa在槽面处和1-1截面处列伯努利方程Zg+0+0=0+u82+P1.p+h而2h=(+,)d+u72=2.125U2.6.6X9.81=ua2+39.63+2.125u,u=3.09/s体积流量=UAP=3.09x4(0.D,3600=87.41n,h闸阀全开时取2-2,3-3戳面列伯努利方程Zg=u,2+0.5u72

22、+0.025(15+d)u,2u=3.47ms取1-1、3-3截面列伯努利方程Pi7p=u,2+0.025(15+7d)u,2P1=3.7IO4Pa23. IoC的水以5001.min的流量流过一根长为300三的水平管，管壁的肯定粗糙度为0.05。有6m的压头可供克服流淌阻力，试求管径的最小尺寸.解：查表得I(TC时的水的密度P=999.7Kgm,=130.77106PasU=VeZA=10.8510-,daVEh,=69.81=58.86JKgEhf=(AId)u22=150u*d假设为滞流入=64/Re=.64duPVghfd1.510*检殴得Re=7051.222000不符合假设为湍流假

23、设Re=9.7X1.O4即dup=9.7IO4；d=8.34X101则e/d=0.0006查表得=0.021要使2hWH,g成立则150u7d58.86d1.8210a11JM24Wff1.24.某油品的密度为800kgns,粘度为41cP,由附图所示的A槽送至B槽，A槽的液面比B槽的液面高出1.5m输送管径为893.5三n(包括阀门当量长度)，进出口损失可忽视。试求：(1)油的流量(n3h)(2)若调整阀门的开度，使油的流量削减20%,此时阀门的当量长度为若干皿？解I(1)在两槽面处取截面列伯努利方程u72+Zg+P1.P=u,2+Pa/P+hrVP1=P1Zg=Ehf=(Id)u,21.5

24、9.81=(50/82X1.(t)ua2假设流体流淌为滞流,则摩擦阻力系数=64Re=64duP联立(D两式得到u=1.2ms核算Re=dup=1920JM25Mffi25.在两座尺寸相同的汲取塔内，各填充不同的填料，并以相同的管路并联组合。每条支管上均装有同阀，两支路的管长均为5m(均包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度)，管内径为200三.通过田料层的能量损失可分别折算为5uP与4u22,式中U为气体在管内的流速m/s,气体在支管内流淌的摩擦系数为0.02,管路的气体总流量为0.3*/s.试求：(1)两阀全开时，两塔的通气量；(2)附图中AB的能量损失。分析：并联两管路的能量损失相等，

25、且各等于管路总的能*损失,各个管路的能量损失由两部分组成，一是气体在支管内流淌产生的,而另一部分是气体通过填料层所产生的，即Ehf=入(+Id)u72hf,而且并联管路气体总流量为个支路之和,即V.=V”+Vrt解I两阀全开时，两塔的通气量由本书附图1-29查得d=20011m时阀线的当量长度.=150mhn=(11+1.1d)U,2+5U/=0.02(50+150)/0.2u1.,2+5u1.,Ehn=A1.(Ij+IJd)u2+4UJ=0.02(50+150)/0.2u2,2+4u1,Vhn=h11u1,/U1.i=I1.75/12.75即5=0.96*又V.=Vu+Vq=UiAi+UjA

26、a,Ai=Aj=(0.2)211/40.01=(0.96u2+u1)O.O1*.=0.3：,.u1=4.875msUA=4.68m/s即两塔的通气量分别为VU=0.147m7s,Veu=O.153m7s习眩261H用总的能量损失hf=hn=h=0.02155/0.2u1a2+5u1,=12.5Uj=279.25J/Kg26.用离心泵将20C水经总管分别送至A,B容器内，总管流量为8911h3总管直径为1275mm.原出口压强为1.93XIO1Pa,容器B内水面上方表压为1.kgfcm2,总管的流淌阻力可忽视，各设备间的相对位置如本题附图所示。试求：(1)离心泵的有效压头H.(2)两支管的压头损

27、失H,.I，Hf.-B,解I(D离心泵的有效压头总管流速u=VA而A=3600114(117),10-u=2.3ms在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程Zog+We=u,2+PP+hf，总管流淌阻力不计hf=0We=u72+PJp-Zog=2.3,2+1.93107998.2-29.81=176.38JKg,有效压头He=We/g=17.98m两支管的压头损失在贮水槽和A、B表面分别列伯努利方程Zog+We=Zjg+PP+hnZg+We=Ztg+P1.p+ho得到两支管的能量损失分别为Ehn=Zg+We-(Zig+PP)=2X9.81+176.38-(169.81+0)=39.04JKg

28、hO=ZOg+We-(Z1.g+Pjp)=2X9.81+176.38-(89.81+101.3310,998.2)=16.0J/Kg压头损失Hn=hng=3.98mHn=EhnJg1.63m27.用效率为80%的齿轮泵将粘稠的液体从散口槽送至密闭容器中，两者液面均维持恒定，容器顶部压强表读数为3010,Pa.用旁路调整流量，起流程如本题附图所示，主管流量为14m7h,管径为66311m,管长为80m(包括全部局部阻力的当量长度旁路的流量为5n,h,管径为322.5m,管长为20b(包括除阀门外的管件局部随力的当量长度)两管路的流型相同，忽视贮槽液面至分支点。之间的能量损失。被输送液体的粘度为5

29、0三Pa-s,密度为I1.OOkg/优，试计算：(1)泵的轴功率(2)旁路阀门的阻力系数。解I泵的轴功率分别把主管和旁管的体积流换算成流速主管流速U=V/A=14/3600(114)(60),IO-*=1.3811s旁管流速u1=V1.A=5/3600(114)(27),10-=2.43m/s先计算主管流体的雷偌准数Re=dup=1821.62000属于滞流摩擦阻力系数可以按下式计算=64/Re=0.03513在槽面和容器液面处列伯努利方程We=Ztg+Pp+hf=5X9.81+30X1071100+0.035131.38,80/(60IOT)=120.93J/Kg主管质量流量.三uAp=1.

30、38(114)(60),1100.=5.81Kgs泵的轴功率Nen=We=877.58W.=0.877KW旁路阀门的阻力系数旁管也为滞流其摩擦阻力系数1.=64/Re1=0.04434有效功We=0+u,2+0+hf=u2+ui2220d+U,2旁路阀门的阻力系数=(We-u1.72-.u1.,220d1)-2/u，7.1128.本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从BC与BD两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离为Um,AB段内径为38nn,长为58m；BC支管内径为32三,长为12.5叫BD支管的内径为2611m,长为14m,各段管长均包括管件与阀门全开时的当量长度.

31、AB与BC管的摩擦系数为0.03.试计算：(1)当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量为若干M/h?(2)当全部的阀门全开时,两支管的排水量各为若干Dis/h?BD支管的管壁肯定粗糙度为0.15三,水的密度为100OkgzW,粘度为0.OO1.Pas分析：当BD支管的阀门关闭时，BC管的流置就是AB总管的流当全部的阀门全开时，AB总管的流量应为BC,BD两管流量之和.而在高位槽内，水流速度可以认为忽视不计。解:(DBD支管的阀门关闭Vs,=Vs,即UoAo-UiAiuJt3814=u1132a4:Ue=O.71UI分别在槽面与C-C,B-B截面处列出伯努利方程0+0+Z0g=u1.,2+

32、0+0+hf.ic0+0+Z1g=u072+0+0+hf.i.而hr,jc=(4d0),2+(1/dj)ij,2=0.03(58000/38)u,2+0.03(12500/32)U,2=22.89u2+5.86u1,EhEJe=(1tfd)Uo*2=0.03X(58000/38)ua2=22.89u,.*.U=2.46nsBC支管的排水*Vi=UA=7.Im7s全部的阀门全开V4=V&Ie+V8,bU0Ao=UiAi+U2A2U03824=Ui113284+uj1126,4u0382=u1.32,+u1.26,量孔板两测的压强差，以水银为指示液，策压连接管中充溢甲笨.测得U管压差计的读数为60

33、0三m,试计算管中甲苯的流量为若干kg/h?解I查本书附表20IC时甲苯的密度和粘度分别为P=867Kgn,=0.67510,假设Re=8.67X1.O4当VA1=(16.4/33)=0.245时,查孔板流量计的CO与Re,AAj的关系得到C0=0.63体积流量V8=CoA2gR(pi-p)/0产=0.63Xa/4X16.4?X1.oY2X9.810.6(13.6-0.867)/0.867S=1.75X10sm7s流速u=V8/A=2.05m/s核算雷偌准数Re=dup=8.67X104与假设基本相符，甲笨的质量流量s=Vsp=1.7510-,8673600=5426Kg/h2=0.457w/(nr)依据多层平壁热传导速率公式Q=(t1-tj(b1SJ和