化工原理上册课后习题答案PDF
篇一：化工原理第二版夏清贾绍义版上册课后习题答案天津大学 第一章 流体流动
2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/? 的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ， 问至少需要几个螺钉？
分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力 即 P油 ≤ ?螺
解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N
?螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油 ≤ ?螺 得 n ≥ 6.23 取 n min= 7 至少需要7个螺钉
3．某流化床反应器上装有两个U 压差计，如本题附 4.
本题附图为远距离测量控制装置，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 = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／?。试求当压差计读数R=68mm 时，相界面与油层 型管
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：忽略空气产生的压强，本题中1－1′和4－4′为等压面，2－2′和3－3′为等压面，且1－1′和2－2′的压强相等。根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Δh 在1－1′与2－2′截面之间 P1 = P2 + ρ水银gR ∵P1 = P4 ，P2 = P3
且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h） 联立这几个方程得到 ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即 ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh带入数据
1.03×103×1 - 13.6×103×0.068 = h(1.0×103-0.82×103) ｈ= 0.418ｍ 5．用本题附图中串联Ｕ管压差计测量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管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：ｈ1﹦2.3m，ｈ2=1.2m, ｈ3=2.5m,ｈ4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离ｈ5=3m。大气压强ｐa= 99.3×103ｐａ。
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1－1截面，再选取等压面，最后根据静力学基本原理列出方程，求解 解：设1－1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
Ｐ0 + ρ水g(h5-h4) = Ｐ1 + ρ水银g(h3-h4) 代入数据
Ｐ0 + 1.0×103×9.81×(3-1.4) = Ｐ1 + 13.6×103×9.81×(2.5-1.4)
对右边的Ｕ管取ｂ-ｂ等压面，由静力学基本方程Ｐ1 + ρ水g(h3-h2) = ρ 水银
g(h1-h2) + ｐａ 代入数据
Ｐ1 + 1.0×103×9.81×﹙2.5-1.2﹚= 13.6×103×9.81×﹙2.3-1.2﹚ + 99.3×103
解着两个方程 得 Ｐ0 = 3.64×105Pa
6. 根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920㎏／ｍ3 ,998㎏／ｍ3,Ｕ管中油 ﹑水交接面高度差R = 300 ｍｍ，两扩大室的内径D 均为60 ｍｍ，Ｕ管内径ｄ为6 ｍｍ。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。
分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解
解：由静力学基本原则，选取1－1‘为等压面，
对于Ｕ管左边 ｐ表 + ρ油g(h1+R) = Ｐ1对于Ｕ管右边Ｐ2 = ρ水gR + ρ油gh2 ｐ表 =ρ水gR + ρ油gh2 -ρ油g(h1+R) =ρ水gR - ρ油gR +ρ油g（h2-h1） 2 当ｐ表= 0时，扩大室液面平齐 即 π （D/2）（h2-h1）= π（d/2）2 R
h2-h1 = 3 mmｐ表= 2.57×102Pa
7.列管换热气 的管束由121根φ×2.5mm的钢管组成。空气以9m/s速度 在列管内流动。空气在管内的平均温度为50℃﹑压强为196×103Pa(表压) ，当
地大气压为98.7×103Pa
试求：⑴ 空气的质量流量；⑵ 操作条件下，空气的体积流量；⑶ 将⑵的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。
解：空气的体积流量ＶS = uA = 9×π/4 ×0.02 2 ×121 = 0.342 m3/s 质量流量 ws =ＶSρ=ＶS ×(MP)/(RT) = 0.342×[29×(98.7+196)]/[8.315×323]=1.09㎏/s换算成标准状况 V1P1/V2P2 =T1/T2
ＶS2 = P1T2/P2T1 ×ＶS1 = (294.7×273)/(101×323) × 0.342= 0.843 m3/s 8 .高位槽内的水面高于地面8m，水从φ108×4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按∑
ｈf = 6.5 u2 计算，其中u为水在管道的流速。试计算：
⑴ A—A' 截面处水的流速； ⑵ 水的流量，以m3/h计。
分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面是高位槽1—1,和出管口 2—2,,如图所示，选取地面为基准面。
解：设水在水管中的流速为u ，在如图所示的1—1, ，2—2,处列柏努力方程
Z1ｇ + 0 + Ｐ1/ρ= Z2ｇ+ ｕ2／2 + Ｐ2/ρ + ∑ｈf （Z1 - Z2）g = u2/2 + 6.5u2代入数据 (8-2)×9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s 换算成体积流量 VS = uA= 2.9 ×π/4 × 0.12 × 3600
= 82 m3/h
9. 20℃ 水以2.5m/s的流速流经φ38×2.5mm的水平管，此管以锥形管和另一φ53×3m的
水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A 、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经A ﹑B两截面的能量损失为1.5J/㎏，求两玻璃管的水面差（以ｍｍ计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。
分析:根据水流过A、B两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解 解：设水流经Ａ﹑Ｂ两截面处的流速分别为uA、 uB uAAA = uBAB
∴ uB = （AA/AB ）uA = （33/47）2×2.5 = 1.23m/s 在Ａ﹑Ｂ两截面处列柏努力方程
Z1ｇ + ｕ12／2 + Ｐ1/ρ = Z2ｇ+ ｕ22／2 + Ｐ2/ρ + ∑ｈf 2∴ （Ｐ1-Ｐ2）/ρ = ∑ｈf +（ｕ12-ｕ22）／2 g（h1-h 2）= 1.5 + (1.232-2.52) /2h1-h 2 = 0.0882 m = 88.2 mm 即 两玻璃管的水面差为88.2mm
10.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为Ф76×2.5mm，在操作条件下，
泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按∑ｈf,1=2u2，∑hf,2=10u2计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速ｍ/s
。排水管与喷头连接处的压强为 篇二：化工原理上册课后习题答案 绪论
1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI单位。 （1）水的黏度μ=0.00856 g/(cm·s) （2）密度ρ=138.6 kgf ?s2/m4 （3）某物质的比热容CP=0.24 BTU/(lb·℉) 2
（4）传质系数KG=34.2 kmol/(m?h?atm) （5）表面张力σ=74 dyn/cm （6）导热系数λ=1 kcal/(m?h?℃) 解：本题为物理量的单位换算。
（1）水的黏度 基本物理量的换算关系为 1 kg=1000 g，1 m=100 cm ?4?4
????0.00856?8.56?10kgm?s?8.56?10Pa?s ???cm?s?1000g?1m?则?????? ?g??1kg??100cm?
（2）密度 基本物理量的换算关系为 1 kgf=9.81 N，1 N=1 kg?m/s2 ?kgf?s2??9.81N??1kg?s2?3 ??138.6?1350kgm??????4则 ?m??1kgf??1N?
（3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为 1 BTU=1.055 kJ，l b=0.4536 kg1oF?5oC 9 则
?BTU??1.055kJ??1lb??1?F?
cp?0.24???1BTU??0.4536kg??9?C??1.005kJ?kg??C? lb?F????????
（4）传质系数 基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s，1 atm=101.33 kPa 则
?kmol??1h??1atm??52
?KG?34.2?2?9.378?10m?s?kPa? ??3600s??101.33kPa?m?h?atm??????
（5）表面张力基本物理量的换算关系为 1 dyn=1×10–5 N1 m=100 cm 则 ?5
?dyn??1?10N??100cm??2
??74??7.4?10Nm ???1dyn?1m?cm?????? （6）导热系数基本物理量的换算关系为 1 kcal=4.1868×103 J，1 h=3600 s 则 3
?kcall??4.1868?10J??1h???1?2
??????1.163J?m?s??C??1.163W?m??C? m?h??C1kcal3600s??????
2． 乱堆25cm拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即 HE?3.9A?2.78?10?4G??12.01D??0.3048Z0? B C ??L ?L
式中 HE—等板高度，ft；
G—气相质量速度，lb/(ft2?h)； D—塔径，ft；
Z0—每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft； α—相对挥发度，量纲为一； μL—液相黏度，cP； ρL—液相密度，lb/ft3
A、B、C为常数，对25 mm的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1及1.24。 试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为SI单位。 解：上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制，而其余诸物理量均为英制。 经验公式单位换算的基本要点是：找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系，导出物理量“数字”的表达式，然后代入经验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单位。具体换算过程如下：
（1）从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为 1ft?0.3049m
1?ft2?h??1.356?10?3kg?m2?s?（见1） α量纲为一，不必换算 1cp?1?10?3Pa?s
lb?lb??1kg??3.2803ft?32 13=1?3??=16.01 kg/m???ft?ft??2.2046lb??1m?
(2) 将原符号加上“′”以代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下面以HE为例：
?m HEft?HE ?则HE?HE mm3.2803ft
??? ?HE?3.2803HE ftftm
同理 G?G?1.356?10?3?737.5G? ??
D?3.2803D? ? Z0?3.2803Z0 ??1?10?3? ?L??L
?.01?0.06246?L? ?L??L
(3) 将以上关系式代原经验公式，得 ??3.9?0.57?2.78?10?4?737.5G??3.2803HE -0.1
?12.01?3.2803D??1.24? ? ???
?0.3048??3.2803Z0????? ?1000?L ??0.0624?L?
整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即 HE?1.084?10?4A?0.205G? -0.1
?39.4D?1.24Z0??L ?L
第一章 流体流动 流体的重要性质
1．某气柜的容积为6 000 m3，若气柜内的表压力为5.5 kPa，温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为：H2 40%、 N2 20%、CO 32%、CO2 7%、CH4 1%，大气压力为 101.3 kPa，试计算气柜满载时各组分的质量。 解：气柜满载时各气体的总摩尔数 nt?
pV?101.3?5.5??1000.0?6000 ?mol?246245.4mol RT8.314?313 各组分的质量：
mH2?40%nt?MH2?40%?246245.4?2kg?197kg mN2?20%nt?MN2?20%?246245.4?28kg?1378.97kg mCO?32%nt?MCO?32%?246245.4?28kg?2206.36kg mCO2?7%nt?MCO2?7%?246245.4?44kg?758.44kg mCH4?1%nt?MCH4?1%?246245.4?16kg?39.4kg
2．若将密度为830 kg/ m3的油与密度为710 kg/ m3的油各60 kg混在一起，试求混合油 的密度。设混合油为理想溶液。 解： mt?m1?m2??60?60?kg?120kg Vt?V1?V2? m1 ?1 ? m2
?6060?33
? ???m?0.157m??2?8307101?? ?m?