化学工程基础习题答案武汉大学第二版
化学工程基础习题
第二章.P 69 1.解:o vac P P P =-绝
3313.31098.710o Pa P P --?=?=-绝即 385.410P Pa -?=?绝
o a P P P =-
333
85.41098.71013.310Pa Pa Pa
---=?-?=-?
2.解:
2212
12124
44()70d d de d d d d π
π
ππ-
=?=-=+ 3.解:对于稳定流态的流体通过圆形管道,有
22
1
21
2
d d u u =
若将直径减小一半,即1
2
d 2d =
2
1
4u u ?=
即液体的流速为原流速的4倍.
4.解:
g
u d L H f 22
??=λ
2
111112
222
2222f f L u H d g
L u H d g
λλ=??
=??
2222222111
11211212
2
22222
22
111
1112
2222222
1
2122221
21
226464Re 4,,26426426421()64412224116
1
111
2162416f f f f f f f f f f L u H d g L u H d g
du u u L L d d L u H d u d g L u H d u d g L u H d u d g H u L d g d u H H H H λλμλρ
μρμρμρμ
ρ??
=
??==
===??=????=
??=
=???=
即产生的能量损失为原来的16倍。
6.解:1)雷诺数μ
ρud
=
Re 其中31000kg m ρ-=?,11.0u m s -=?
3252510d mm m -==?
3110cp Ps s μ-==?
故μ
ρud
=
Re 33
1000 1.0251010
--???= 25000=
故为湍流。
2)要使管中水层流,则2000Re ≤
即33
10002510Re 200010
m u
--???=≤ 解得10.08u m s -≤?
7.解:取高位水槽液面为1-1′, A-A ′截面为2-2′截面,由伯努利方程
1222
11
12u u H 22f p p z z g g g g
ρρ++=+++ 其中1210,2;z m z m ==
121;0;f
f p p u H g
h
===
∑
则2
2
216.1510229.89.8
u u =++? 解得
1)A-A ′截面处流量2u u =
12.17u m s -=?
2)q v Au ρ=
其中2321
1 3.14(10010)44
A d π-==???
327.8510m -=? 12.17u m s -=?
33
q 7.8510 2.17360061.32
v m h
-=???=
8.解:对1-1′截面和2-2′截面,由伯努利方程得
1222
11
12u u 22p p z z g g g g
ρρ++=++ 其中2
1211,1H O z z p m gh ρ===
11120.5,u m s p gh ρ-=?=
221121220.2
()0.5 2.00.1
d u u m s d -==?=?
22
0.520.1929.829.8
h m ?+==??
15.解:选取贮槽液面为1-1′截面,高位槽液面为2-2′截面,
由伯努利方程得
1222
11
12u u 22e f p p z H z H g g g g
ρρ+++=+++ 其中:12122,10;0z m z m u u ====
123a p 10013.6109.80.113332.2p 0vac p mmHg
p ==-=-???=-= 13332.219.61000
210(4)9.8980
19.613332.2
12.0814.08 1.38815.468
9.8980e e H g H g
ρ-+
+=++?=++=+=?
3215.4682(5310)9804
0.655kw 102
102
e V H q P π
ρ
-??
?????=
=
=
17.解:取水池液面为1-1′截面,高位截面为2-2′截面,
由伯努利方程得
1222
11
12u u 22e f p p z H z H g g g g
ρρ+++=+++ 其中:1112z 0,z 50;0m p p ==-=
20
9.8
f H =
20
5052.059.8
e H =+= 52.05361000
8.05kw 1021020.63600
e V H q P ρη????=
==?? 19.解:取贮槽液面为1-1′截面,
蒸发器内管路出口为2-2′截面, 由伯努利方程得
122211
12u u 22e f p p z H z H g g g g
ρρ+++=+++ 其中,11z 0,z 15;m ==
1332a 0,
2001013.6109.826656p 120
9.8
f p p H -==-????=-= 12026656
1524.979.89.81200
e H =+-=?
24.97201200 1.632kw 1021023600
e V H q P ρ????===?
20.解:1)取贮水池液面为1-1′截面,
出口管路压力表所在液面为2-2′截面, 由伯努利方程得
122211
12u u 22e f p p z H z H g g g g
ρρ+++=+++ 其中,12z 0,z 5.0;m ==
2
125a 40, 2.5.2.59.8
2.4510p 0.01
p p kgf cm --==?=
=?
忽略出水管路水泵至压力表之间的阻力损失, 则:衡算系统的阻力损失主要为吸入管路的阻力损失:
0.2
9.8
f H =
32
36
2.23600(7610)4
u π-=
=??
522.4510 2.20.2
5.010009.829.89.8
5.0250.250.0230.27
e H ?=+++
??=+++=
30.27361000
3.0kw 1021023600
e V H q P ρ????=
==? 2) 3.0
4.3kw 1020.7
e V H q P ρη??=
== 3)取贮槽液面为1-1′截面,
水泵吸入管路上真空表处液面为2-2′截面, 由伯努利方程得
1222
11
12u u 22f p p z z H g g g g
ρρ++=+++ 其中:12z 0,z 4.8;m ==
120,?p p ==
忽略进水管路水泵中真空表至水泵之间的阻力损失, 则:衡算系统的阻力损失为吸入管路的阻力损失:
0.2
9.8
f H =
22 2.20.2
(4.8)10009.849600pa
29.89.8
p =-++??=-? 得真空表的读数为49600vac Pa P = 23.解:1)取低位槽液面为1-1′截面
高位槽液面为2-2′截面 由伯努利方程得
1222
11
12u u 22e f p p z H z H g g g g
ρρ+++=+++ 其中,12z 0,z 20;m ==120,0p p ==
5,20525f
e H
H ==+=
w 259.8245J/kg e =?=
2)在管路A 、B 截面间列伯努利方程得:
22
A B 22222222u u 22u 2u 2()()6()6
2A B A B A B A B f
B A B A A B Hg H O H O Hg H O H O A B H O H O
p p z z H g g g g
p p L z z g g d g p p d
g z z L g g
p p gR g R p p g u ρρλρρλρρρρρρρρρρ++=+++-=-+=?
?--+-=-?+??-?+?-=
===1
.03m s -?
3)225 2.030.051000
40.976102
P kw π
??
??=
=
4)根据静力学基本方程式:
2002222220222022(6)''(6)
6()6'(6)6'()[13.6 1.211B H O Hg B Hg H O A H O B H O H O Hg A B H O H O Hg A Hg H O H O H O Hg A Hg H O Hg H O p g H gR p p gR p g H p gh p g g h R gR p p g gR gR p gR p g H g gR gR
p p gR gH gR ρρρρρρρρρρρρρρρρρρρρ++=+?=+-++=++-+?=+-+?=+-++-+?-=-+-=?-?5(13.61)0.04]9.810001.5510a
p +-???=?
第三章 传热过程
p105 ex1解:
2
33
2211411243901
.01120
0001.0714.0187.0112045
006.014.01.007.12.030
1150m W t t R t q ==--=
+
+-=
++-=∑?=
λδλδλδ
120073.3)
(1120
300`-???=+∑?+∑=
=W m C R R R R q
12083.2901.073.3-???=-=W m C R
ex2解:
1414141411
11
()()22()2()
()11()i i
i m i
i i i n i i i i i
i n i T T T T A
r L L T T L T T r r r
l r r r r l r φδδλπλππλλ++++--=
=
∑
∑
--=
=
-∑∑-
1
96.138168
.101413
214
.694.30139.01413
007.0435.12.0788.016223.022514.3255
8507.0125552.012025161)
35260(2-?==
++=
++??=
++-=
m W l l l L
n
n n πφ
Ex4解:空气的定性温度220180
T 200C 2
+=
=? 200℃时空气的物性参数为:30.746/Kg m ρ=
2113.9110W m K λ---=???
52.610a P s μ-=?? 11.034C p C KJ Kg -=???
115u m s -=?,
45
0.0254150.746
1.0910
2.610
e du R ρ
μ
-??=
=
=?? 352
1.03410
2.6100.68
3.93110p r C P μ
λ--???===? 0.80.3
2
40.80.320.023()()3.931100.023(1.0910)0.680.0254
53.8e r R P d
W m K
λ
α-=?=?
???=? ex5解:水的定性温度C 302
20
40T ?=+=
30℃时水的物性参数为:3/7.995m Kg =ρ
116176.0--??=K m W λ
s P a ??=-51007.80μ
14.174p C KJ Kg C -=???
4.08.0)()(023.0r e P R d
λ
α=
当11-?=s m u 时, 6.2486810
07.807
.995102.05
=???=
=-μ
ρ
du R e 41.56176
.01007.8010174.453=???==
-λ
μ
p r C P
K
m W ?=???
=24
.08.05.4583)41.5()6.24868(002
.06176
.0023.0α
当0.3u =时
58.7460?=
μ
ρ
du R e ,此时,2000 C m W ??=?-????=28 .15 8 .01638)58 .74601061(58.7460965.185.38023.0α ex7解:甲烷的定性温度:C 752 30 120T ?=+= 0℃条件下:3/717.0m Kg =ρ 1103.0--??=K m W λ s P a ??=-51003.1μ 117.1--??=K Kg KJ C p 由于甲烷是在非圆形管内流动,定性尺寸取de 0255 .0019 .03719.0019.04 3719.04 44 2 2=??+??? -??==πππ π 润湿周边 流体截面积e d 7.177281003.1717 .0100255.05 =???= = -μ ρ du R e 584.003 .01003.110.153=???== -λ μ p r C P 由于甲烷被冷却,3.0n = 1 23 .08.03 .08.01.57851.077.2505176.1023.0)584.0()7.17728(0255 .003 .0023.0)()(023 .0--??=???=??? ==K m W P R d r e e λα 若甲烷在管内流动: 75.1044110 03.1717 .010015.05 =???= = -μ ρ du R e 122.64--??=K m W α Ex8 1401525T C ?=-=? , 21303397T C ?=-=? 2121 9725 53.19725m n n T T T C T l l T ?-?-?= ==???(逆流) 在按照折流校正 3315 0.16 13015 130405 3315P R -= =--==- φ= 0.9753.151.5m T C ?=?=? ex9 (1) () () 1 3 211187503080109.125.1-?=-???=-=s J T T c q p m φ (2) C T ?=-=?1020301 , C T ?=-=?4040802 C l T T l T T T n n m ?=-=???-?= ?64.21410 401 212 (3) 1 23 33 3000000251.010176.01021.002 .0025.002.0025.045025.00025.002.01085.0025.0107.1111---??=?+?+-? ?+??+?= ++++==W K m l R R d d d d K R n s si m i λδαα油 1291.3981 --??== K m W R K (4) 2 74.1364.2191.395118750 m t K A m =?= ?= φ 若近似按平面壁计算,则 26 .45310176.01021.045 0025.01085.01107.111113333000=?+?++?+?= ++++==--K R R K R s si m i λδαα油 211.12m A = ex10 (1) m d 301016-?= ,m d i 31013-?= , m 3105.1-?=δ () 1 23330005.81011.0100414.010231.119015.144016105.110001316111-----??=+?+?=? ??? ??+???+?=??? ? ??++=K m W d d d d K m i i αλδα (2) 1 2300006.14618015.144016105.110001316111---??=???? ??+???+?=???? ??++=K m W d d d d K m i i αλδα (3) () 1 233300078.85011.0100414.010616.019015.144016105.120001316111-----??=+?+?=? ?? ? ??+???+?=??? ? ??++=K m W d d d d K m i i i αλδα ex11解: (1) ()()'' ''11212m p m p q c T T q C T T φ=-=- ' '2550p m p m C q C q = p m p m C q C q 2' '= 5.9260 13560 135. =-= ?n m l T m p m m T k C q T k A ?= ?= 111 150? (2) ()()'' ''21212m p m p q c t t q C t t φ=-=- ()'2'1' '70t t C q C q p m p m -= 35'2'1=-t t ,50' 2=t 81.6930 13530135=-=?n m l t ,m p m m t k C q t k A ?= ?=221270? 又流量及物性不变,21k k = 22 11707092.56475 1.855505069.83490.7m p m m p m q C k t A q C A k T ??====?? 855.11 2 12==A A L L ,m L 855.12= ex12解:(1) ()112331930 2.8810(9050)23063600 61.7610230644.75md pd m m m m q c T T KA t t t t C φ=-=?=???-=???=?=????=? . 9032 44.759032 29.5m n t T t l t C --?= =-=? m p m m T k C q T k A ?= ?= 111 150? ()() ()112123361.7610 4.229.5181.27910 4.6/md pd mh ph mh mh q c T T q c t t q q kg h φ=-=-?=??-=?= 吸收 p187 2ex 解: (1) 33 3 331 20267.8211010010() 2.300.3410002.300 1.13510.2026 A a A A A A a A P P C mol m C C P H mol m P H P *---*---* =??===?===? (2) 7 32 71000 4.895101.13510 1.810 4.89510a A A P E P HM P x --*= ==????=? (3)22.48310013.110895.45 7=??==总 P E m (4)总压提高一倍,E 、H 值均不变 24210026.210895.45 7 1 =??==P E m ex9.解: 02329 .002329.0102329.0102329 .0645299564 511=-= -==+= y y Y y 第一解法: ,12,12,122 1,21 1,1212 1,1 1 1 1,1,( )min min 0 26.7 26.71.6526.7 1.6526.7 0.023850.00054 26.7 1.65512 864.8 14814.8/266.n C n B n C n B n C n B n C n C q Y Y q X X q Y Y Y Y q X Y X q Y Y Y Y Y q X Y X X mol q X q kmol h **? -=?-? ??-??= ?? ???? =? ?=? --=====?====又设又又 3 66m h 第二解法: 设吸收率为η则,()121Y Y η-= 进气量设为 h kg a /. ,3 512.5%.95%2910n B a a kmol q h η-= ?= ? ,12111,1,,,,3 ,3 ,(1)( )min 26.726.7512() 1.65( )min 1.6526.7.5% 2910.95% 14814.8/266.0n C n B n C n C n B n B n C n C q Y Y Y Y Y q X q q q q a q a m q kmol h h ηη * ----= ====?? ??= == ex10.(1)02.01=Y 0002.0%)991(12=-=Y Y 02=X 当液气比为时, ,12,121 0.020.0002 2.2n C n B q Y Y q X X X --= ==- 009.01=X 111*2221212120.020.0090.0110.0002 0.0110.0002 0.0026950.011 ln ln 0.00020.020.0002 7.350.002695 m OG m Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y N Y *?=-=-=?=-=?-?-?= ==??--= ==? (2)当液气比为时, (3) 当X 2=时 01595 .000011.001584.0)(25 .11 2 211=+=+-= X Y Y X 03.19001040 .00002 .002.0=-= OG N (4) 当液气比为,溶质的最大回收率时溶液出口达到气液平衡, 1,122 1,21210.020.81 0.004 0.020.0016 80%0.02 n C n B q Y Y Y Y q X Y Y Y Y η* --====--= == 17 .1501584 .025.1% 9902.01==?=OG N X ex11.03093.003 .0103 .01=-= Y 21(198%)0.030930.020.0006Y Y =-=?= 21 ,3,121,2 1,min 1,,1122 ,0 1.67273(13%)65.16.22.410303 min 1.28 1.2898% 1.25441.28 1.254465.1681.74.81.74 1.512 2.6.()65.16 (0122.6 n B n C n B n C n C n C n B X q mol s q Y Y Y q X q mol s q mol s q X Y Y X q η----==??-=???-===?= ? ???-=?==?== -+= ?.030930.0006)0.016-= 8 .8003465 .00006 .003093.0003465 .00006.001045.0ln 0006 .001045.0ln 0006.001045.0016.028.103093.02 12 1 2 1222111=-= ?-==-= ???-?= ?=-=?=?-=-=?** m OG m Y Y Y N Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y ,65.16 0.6503 1.67 60 1.0 8.80.6503 5.72n B OG Y OG OG q H K S H H N m ?= = =?=?=?= 12.(1) 111222120.05 0.0526110.05 0.00263 0.002637110.0026361.2580.02033(100061.2) 18 0y Y y y Y y X X ===--= ==--= =-= 1112221212 12,32.00.0526 2.00.020230.012140.0026370.012140.002637 0.01214 ln ln 0.0026370.0095 0.00621.527 0.05260.002637 8.06 0.0062 0.55620.9522.410m OG m n B Y X Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y N Y q ** *-=?=-=-?=?=-=?-?-?= =??= =-=?-= == ?? ?1 23173 298 21.602.21.602 0.744 0.84 57.79..V OG Y Y Y mol s q H K S K K mol m s ααπ-?--====?? =