化工原理课后答案解析

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3.在大气压力为101.3kPa 的地区,一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔,仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作,则此时表压的读数应为多少?

解:

KPa

.1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝

1-6 为测得某容器内的压力,采用如图所示的U 形压差计,指示液为水银。已知该液体密度

为900kg/m 3

,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。

解:

kPa

Pa gm

ρgR ρp gh

ρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.133

00==-=??-???=-==+

1-10.硫酸流经由大小管组成的串联管路,其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫

酸的密度为1831 kg/m 3,体积流量为9m 3

/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的(1)质量流量;(2)平均流速;(3)质量流速。

解: (1) 大管: mm 476?φ

h kg ρq m V s /1647918319=?=?= s m d q u V /69.0068.0785.03600

/9785.02

21=?==

s m kg u G ?=?==2

11/4.1263183169.0ρ (2) 小管: mm 5.357?φ

质量流量不变 h kg m s /164792=

s m d q u V /27.105.0785.03600

/9785.02

2

22=?==

或: s m d d u u /27.1)50

68

(69.0)(

222112=== s m kg u G ?=?=?=2

22/4.2325183127.1ρ

1-11. 如附图所示,用虹吸管从高位槽向反应器加料,高位槽与反应器均与大气相通,且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动,设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg (不包括出口),试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。

解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’~ 2-2’间列柏努

力方程:

f W u p

g Z u p g Z ∑+++=++

2

222211

12

121ρρ

简化: g W u H f /)21(22∑+=

m 09.281.9)2012

1

(=÷+?=

1-14.附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统,丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定,其液面上方的压力为 2.0MPa (表压),精馏塔内操作压力为1.3MPa (表压)。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m ,管内径为140mm ,丙烯密度为600kg/m 3

。现要求输送量为40×103

kg/h ,管路的全部能量损失为150J/kg (不包括出口能量损失),试核算该过程是否需要泵。

解: 在贮槽液面1-1’与回流管出口外侧2-2’间列柏努力方程:

f e W u p

g Z W u p g Z ∑+++=+++

2

222211

12121ρρ 简化:

f e W u p

g Z W p ∑+++

=+2

22

21

2

1ρρ

f e W

g Z u p p W ∑+++-=

2221

22

1ρ s m d m u s

/2.114

.0785.060036001040785.02

32

2=???=

=

ρ

15081.9302.12

1

60010)0.23.1(26+?+?+?-=

∴e W kg J /6.721-=

∴ 不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中

1-16.某一高位槽供水系统如附图所示,管子规格为φ45×2.5mm 。当阀门全关时,压力表的读数为78kPa 。当阀门全开时,压力表的读数为75 kPa ,且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为2

u W f =∑J/kg (u 为水在管内的流速)。试求:

(1)高位槽的液面高度;

(2)阀门全开时水在管内的流量(m 3

/h )。

解: (1) 阀门全关,水静止

gh p ρ=

题14 附图

题16 附图

m g p h 95.781

.910107833

=??==

∴ρ (2) 阀门全开:

在水槽1-1’面与压力表2-2’面间列柏努力方程: f W u p g Z u p g Z ∑+++=++

2

222211

12121ρρ 简化: f W u p g Z ∑++=

2

22

12

1ρ 2

22232

11000107581.995.7u u ++?=?

解之: s m u /414.12=

∴ 流量: s m u d V s /10776.1414.104.0785.04

33222-?=??==

π

h m /39.63

=

1-17.附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m 3

,循环量为45 m 3

/h 。管路的内径相同,盐水从A 流经两个换热器至B 的压头损失为9m ,由B 流至A 的压头损失为12m ,问:

(1)若泵的效率为70%,则泵的轴功率为多少?

(2)若A 处压力表的读数为153kPa ,则B 处压力表的读数为

多少?

解: (1) 对于循环系统:

m h H f e 21129=+=∑= kW g V H P s e e 83.281.911003600

4521=???=?=ρ

kW P P e

04.47

.083

.2:

==

=

∴η

轴功率 (2) B A →列柏努力方程:

fAB B B B A A A h Z u g g p Z u g g p ∑+++=++2

22121ρρ 简化:

fAB B B A h Z g

p

g p ∑++=ρρ 题17 附图

)97(81.91100103153

+??+=??B p )(19656表a B p p -=∴

∴ B 处真空度为19656 Pa 。

1-23.计算10℃水以2.7×10-3m 3

/s 的流量流过φ57×3.5mm 、长20m 水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。(设管壁的粗糙度为0.5mm )

解: s m d V u s /376.105.0785.0107.2785.02

3

2=??==

- 10℃水物性:

s p m kg a ??==-33

10305.1,

/7.999μρ

4

3

1027.510

305.1376.17.99905.0Re ?=???=

=

ρ

du

01.050

5

.0==

d ε

查得 038.0=λ

kg J u d l λW f /47.142

376.105.020038.022

2=??==∑∴ m g W h f f 475.1/=∑=∑ a f f P ρW P 7.14465=?∑=?

1-25.如附图所示,用泵将贮槽中20℃的水以40m 3

/h 的流量输送至高位槽。两槽的液

位恒定,且相差20m ,输送管内径为100mm ,管子总长为80m (包括所有局部阻力的当量长

度)。已知水的密度为998.2kg/m 3,粘度为1.005×10-3

Pa ·s ,试计算泵所需的有效功率。ε=0.2

解: s m d πq u V /415.11.0785.0360040

4

22=?=

=

200014054210005.1415

.12.9981.0Re 3

>=???==

-μρdu ε/d=0.2/100=0. 002

023.0=∴λ

在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程

:

题23 附图

f e W u p

g Z W u p g Z ∑+++=+++

2

222211

12

121ρρ 简化: f e W g Z W ∑+=2

而: kg J u d l l λ

W e f /42.182

415.11.080023.022

2=??=∑+=∑ kg J We /6.21442.1881.920=+?=∴

kW W ρV We m We Ne s s 4.223802.9983600

40

62.214≈=??=??=?=

1-28.如附图所示,密度为800 kg/m 3

、粘度为1.5 mPa ·s 的液体,由敞口高位槽经φ

114×4mm 的钢管流入一密闭容器中,其压力为0.16MPa (表压),两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s ,管路中闸阀为半开,管壁的相对粗糙度d ε=0.002,试计算两槽液面的垂直距离z ?。

解: 在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程:

f W u p

g Z u p g Z ∑+++=++

2

222211

12

121ρρ

简化: f W p Zg ∑+=

2

4

3

1048.810

5.15.180010

6.0Re ?=???==-μρ

du 由 002.0=d

ε

,查得026.0=λ

管路中: 进口 5.0=ξ

90℃弯头 75.0=ξ 2个 半开闸阀 5.4=ξ 出口 1=ξ

2

5.1)15.475.025.010

6.016030026.0(2)(2

2?++?+++?=∑+=∑∴u d l W f ξλ

kg J /87.60=

题26 附图

m g W p Z f 6.2681.9/)87.60800

1016.0(/)(6

2

=+?=∑+=?∴ρ 1-31粘度为30cP 、密度为900kg/m 3

的某油品自容器A 流过内径40mm 的管路进入容器B 。

两容器均为敞口,液面视为不变。管

路中有一阀门,阀前管长50m ,阀后管长20m (均包括所有局部阻力的当量长度)。当阀门全关时,阀前后的压力表读数分别为8.83kPa 和4.42kPa 。现将阀门打开至1/4开度,阀门阻力的当量长度为30m 。试求:管路中油品的流量。

解:阀关闭时流体静止,由静力学基

本方程可得:

1081.99001083.83

1=??=-=g p p z a A ρm

581

.99001042.43

21=??=-=g p p z a B ρm

当阀打开41开度时,在A~A ′与B~B ′截面间列柏努利方程: f B B B A A A W p u g z p u g z ∑+++=++

ρ

ρ222121 其中: 0==B A p p (表压),0==B A u u

则有

2

)(2

u d l l W g z z e f B A ∑+=∑=-λ

(a )

由于该油品的粘度较大,可设其流动为层流,则 u

d ρμ

λ64Re 64==

代入式(a ),有 ρ

μρμ2

2)(32264)(d u

l l u d l l u d g z z e e B A ∑+=∑+=-

736.0)

203050(10303281.9)510(90004.0)(32)(3

22=++????-??=∑+-=∴-e B A l l g z z d u μρm/s 校核: 20002.8831030736

.090004.0Re 3

<=???=

=-μ

ρu

d

假设成立。

油品的流量:

/h m 328.3/s m 10244.9736.004.0785.04

33422

=?=??==

-u d πq V 阻力对管内流动的影响:

阀门开度减小时:

(1)阀关小,阀门局部阻力增大,流速u ↓,即流量下降。 (2)在1~1与A~A 截面间列柏努利方程:

A f A A A W p u g z p u g z -∑+++=++

1212112121ρρ 简化得 A f A A W p u g z -∑++=

12121ρ

或 2

)

1(2

111u d l p g z A

++=λρ 显然,阀关小后u A ↓,p A ↑,即阀前压力增加。

(3)同理,在B~B ′与2~2′截面间列柏努利方程,可得:

阀关小后u B ↓,p B ↓,即阀后压力减小。 由此可得结论:

(1) 当阀门关小时,其局部阻力增大,将使管路中流量减小; (2) 下游阻力的增大使上游压力增加;

(3) 上游阻力的增大使下游压力下降。

可见,管路中任一处的变化,必将带来总体的变化,因此必须将管路系统当作整体考虑。 1-36.用离心泵将20℃水从水池送至敞口高位槽中,流程如附图所示,两槽液面差为12m 。输送管为φ57×3.5mm 的钢管,吸入管路总长为20m ,压出管路总长155m(包括所有局部阻力的当量长度)。用孔板流量计测量水流量,孔径为20mm ,流量系数为0.61,U 形压差计的读数为600mmHg 。摩擦系数可取为0.02。试求:

(1)水流量,m 3

/h ;

(2)每kg 水经过泵所获得的机械能。 (3)泵入口处真空表的读数。 解:(1)ρ

ρρRg A C V s )

(2000-=

2

.998)

2.99813600(81.96.0202.0785.061.02

-?????=

h

m

s

m 3

3

3

39.810

331.2=?=-

(2)以水池液面为11'-面,高位槽液面为22'-面,在22~11'-'-面间列柏努

利方程:

∑+++=+++f e W g Z u ρp W g Z u ρp 22

2212112

121 简化: ∑+

?=f

e W

Zg W

而 2

2

u d l l W e f ∑∑+=λ

其中:s m d V u s 19.105.0785.010331.2785.0232=??==- kg J W f 7.492

19.105.022002.02

=??

=∴∑ kg J

W e 4.1677.4981.912=+?=∴

(3)以水池液面为11'-面,泵入口为33'-面,在33~11'-'-面间列柏努利方程:

题36 附图

12

kPa

p p kg

J W g Z u ρp p Kg

J u d l λW s

m u m Z u Z W g Z u ρp g Z u ρp f

f f 6.2081.9023.21/023.2166.581.95.12

19.12

1/66.5219.105.02002.021/19.1,5.1,0,021*******

3312

23311323312

11=?=-=+?+=++=-=??======+++=++∑∑∑

1-39.在一定转速下测定某离心泵的性能,吸入管与压出管的内径分别为70mm 和50mm 。

当流量为30 m 3

/h 时,泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为40kPa 和215kPa ,两测压口间的垂直距离为0.4m ,轴功率为3.45kW 。试计算泵的压头与效率。

解: s m d πq u V 166.207.0785.0360030

4

2

211=?=

=

s m u 246.405.0785.0360030

2

2=?=

在泵进出口处列柏努力方程,忽略能量损失;

22

2212112121Z u g

g p H Z u g g p e ++=+++ρρ Z u u g

g p p H e ?+-+-=

)(21212

212ρ 4.0)116.2246.4(81.92181

.91010)40215(2

23

3+-?+??+= =27.07m

kW g ρQH N e 213.207.2781.9103600

303=???==

%1.64%10045

.3213.2%100=?=?=∴N N ηe

第二章 非均相物系分离

1、试计算直径为30μm 的球形石英颗粒(其密度为2650kg/ m 3

),在20℃水中和20℃常压空气中的自由沉降速度。 解:已知d =30μm 、ρs =2650kg/m 3

(1)20℃水 μ=1.01×10-3

Pa ·s ρ=998kg/m 3

设沉降在滞流区,根据式(2-15)

m/s 1002.810

01.11881.9)9982650()1030(18)(43

262---?=???-??=-=μρρg d u s t 校核流型

)2~10(1038.210

01.19981002.810304

23

46-----∈?=?????==

μ

ρ

t t du Re 假设成立, u t =8.02×10-4

m/s 为所求

(2)20℃常压空气 μ=1.81×10-5

Pa ·s ρ=1.21kg/m 3

设沉降在滞流区

m/s 1018.710

81.11881.9)21.12650()1030(18)(2

5

262---?=???-??=-=μρρg d u s t 校核流型:

)2~10(144.010

81.121.11018.710304

5

26----∈=?????==

μ

ρ

t t du Re 假设成立,u t =7.18×10-2

m/s 为所求。

2、密度为2150kg/ m 3

的烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少? 解:已知ρs =2150kg/m 3

查20℃空气 μ=1.81×10-5

Pa.s ρ=1.21kg/m 3

当2==

μ

ρ

t t du Re 时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径,根据式(2-15)并整理

218)(2

3==-μρ

μ

ρρρt s du g d 所以

μm 3.77m 1073.721

.181.9)21.12150()1081.1(36)(36532

532=?=??-??=-=--ρρρμg d s

3、直径为10μm 的石英颗粒随20℃的水作旋转运动,在旋转半径R =0.05m 处的切向速度为12m/s ,,求该处的离心沉降速度和离心分离因数。 解:已知d =10μm 、 R =0.05m 、 u i =12m/s 设沉降在滞流区,根据式(2-15)g 改为u i / R 即

cm/s 62.2m/s 0262.005.01210

01.118)9982650(1018)(2

3

1022==???-?=?-=--R u d u i s r μρρ 校核流型

)2~10(259.010

01.19980262.0104

3

5---∈=???==

μ

ρ

r t du Re u r =0.0262m/s 为所求。

所以 29481

.905.0122

2=?==

Rg u K i c 6、有一过滤面积为0.093m 2

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,共得到2.27×10-3

m 3

的滤液;过滤时间为100秒时。共得到3.35×10-3

m 3

的滤液。试求当过滤时间为200秒时,可得到多少滤液?

解:已知A =0.093m 2

、t 1=50s 、V 1=2.27×10-3m 3

、t 2=100s 、V 2=3.35×10-3m 3

、t 3=200s

由于 33

111041.24093.01027.2--?=?==A V q 33

221002.36093

.01035.3--?=?==A V q 根据式(2-38a )

2

22

2

112122Kt q q q Kt q q q e e =+=+

K

q K q e e 1001002.362)1002.36(501041.242)1041.24(3

23323=??+?=??+?----

联立解之:q e =4.14×10-3

K =1.596×10-5

因此 5

332310596.12001014.42--??=??+q q

q 3=0.0525

所以 V 3=q 3A =0.0525×0.093=4.88×10-3m

3

第三章 传热

1.有一加热器,为了减少热损失,在壁外面包一层绝热材料,厚度为300mm,导热系数为

0.16w/(m.k),已测得绝热层外侧温度为30℃,在插入绝热层50mm 处测得温度为75℃.试求加热器外壁面温度.

解:t21=75℃, t 3=30℃,λ=0.16w/(m.k)

℃3007554516

.005.030

7516.025.0751123

2121=+?=-=--=-=

t t λb t t λb t t q 2. 设计一燃烧炉时拟采用三层砖围成其炉墙,其中最内层为耐火砖,中间层为绝热砖,最外层为普通砖。耐火砖和普通砖的厚度分别为0.5m 和0.25m ,三种砖的导热系数分别为1.02 W/(m·℃)、0.14 W/(m·℃)和0.92 W/(m·℃),已知耐火砖内侧为1000℃,普通砖外壁温度为35℃。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖内侧温度不超过940℃,普通砖内侧不超过138℃。 解:11213

3221141λλλλb t t b b b t t q -=+

+-=

02.15.0100092.025.014.002.15.035

100022t b -=++-=

(a ) 将t 2=940℃代入上式,可解得b 2=0.997m 3

34333221141λλλλb t t b b b t t q -=+

+-=

92.025.03592.025.014.002.15.035

100032-=++-=

t b (b)

将t 3=138oC 解得b 2=0.250m

将b 2=0.250m 代入(a)式解得:t 2=814.4℃ 故选择绝热砖厚度为0.25m

3. 550?φmm 的不锈钢管,热导率λ1=16W/m·K;管外包厚30mm 的石棉,热导率为λ

2=0.25W/(m ·K)。若管内壁温度为350℃,保温层外壁温度为100℃,试计算每米管长的热损失及钢管外表面的温度;

解:这是通过两层圆筒壁的热传导问题,各层的半径如下

m 02.0mm 201==r 管内半径,

m 025.0mm 252==r 管外半径

()m 055.003.0025.03

=+=+r

保温层厚度管外半径

每米管长的热损失:

39725

55ln 22.012025ln 161)100350(14.32ln 1ln 1)(223

212131=+-??=+-=r r λr r λt t πl Q W/m

3492555ln 22.011002025ln 161359ln 1ln 1ln 1ln 1)(222

212132121212

3212131=-=-?-=-?+-=t t t r r λt t r r λt t r r λr r λt t πl Q 6. 冷却水在φ25?2.5mm 、长度为2m 的钢管中以1m/s 的流速流动,其进出口温度分别

20℃和50℃,试求管内壁对水的对流传热系数。 解:空气的定性温度:352

50

20=+=

t ℃。在此温度查得水的物性数据如下: K

J/kg 174.4p ?=k c ,

K

W/m 1057.622??=-λ,

s Pa 1028.75??=-μ

3kg/m 994=ρ

1=u m/s

1000027307108.72994

102.0Re 5

>=???==

-μρdu 87.4Pr p ==

λ

μc

l/d=2/0.02=100

)

/(478888.135407195.087.42730702

.01057.62023.0Pr Re 023.024

.08.02

4.08.0℃?=??=????==-m W d λα 3-15载热体流量为1500kg/h ,试计算各过程中载热体放出或得到的热量。(1)100℃的饱和蒸汽冷凝成100℃的水;(2)110℃的苯胺降温至10℃;(3)比热容为3.77kJ/(kg ·K)的NaOH 溶液从370K 冷却到290K ;(4)常压下150℃的空气冷却至20℃;(5)压力为147.1kPa 的饱和蒸汽冷凝,并降温至℃。

.9.1035)612.42230(36001500

)]([)/(2.45.802

50

11150/2230,1111.147)5(7.54)20150(009.13600

1500

)()/(009.1852

150

20)

4(126)290370(77.33600

1500

)()/(77.3)2(3.91)283383(19.23600

1500

)()

/(19.23332

283

383)2(94122583600

1500

/2258,/36001500

)

1(212212121kW t t c r q Q kg kJ c t t kg kJ r t kPa p kW

t t c q Q kg kJ c t kW T T c q Q K kg kJ c NaOH kW

T T c q Q K kg kJ c K T kW

r q Q kg kJ r s kg q p m p m s p m p m p m p p m p m m m =?+=

-+=?==+=

=====-??=-=?==+=

=-??=-=?==-??=-=?==+==?====

℃℃℃

℃℃℃ 3-17在一套管式换热器中,用冷却水将1.25kg/s 的苯由350K 冷却至300K ,冷却水进出口温度分别为290K 和320K 。试求冷却水消耗量。

kg/s

91.030174.43

.114)()/(174.43052320

2903.114)300350(83.125.1)()/(83.13252

300

35021221111=?=-=?==+=

=-??=-=?==+=

t t c Q q kg kJ c t kW T T c q Q K kg kJ c K T p m p m p m p m ℃℃解:

3-18 在一列管式换热器中,将某液体自15℃加热至40℃,热载体从120℃降至60℃.试计算换热器中逆流和并流时冷热流体的平均温度差。 解:逆流

℃℃℃并流℃℃℃解:逆流:3.51658.185

20

105ln 20105ln 204060,105151208.605753.035

4580ln 4580ln 451560,8040120212121212121==-=???-?=

?=-=?=-=?==-=???-?=

?=-=?=-=?t t t t t t t t t t t t t t m m

3-20在一内管为φ25?2.5mm 的套管式换热器中,管程中热水流量为3000kg/h ,进出口温度分

别为90℃和60℃;壳程中冷却水的进出口温度分别为20℃和50℃,以外表面为基准的总传

热系数为2000W/(m 2

·℃),试求:(1)冷却水的用量;(2)逆流流动时平均温度差及管子的长度;(3)并流流动时平均温度差及管子的长度。

m d πs l m t K Q S t t t t t t t m d πs l dl πs m t K Q S t KS Q t t t q q kg

kJ c kg kJ c t t c q T T c q Q m m m m m m m p p p m p m 01.31018014.3703.1703.176.302000360030

1019.4300076.3095.160

10

70ln 1070ln 105060,702090315.210

18014.3309.1309.1402000360030

1019.4300040402060,405090kg/h

3011)

2050(174.4)6090(19.43000/174.4,/19.4)()(3

2

321212132

321222*********=??==

=?????=?===-=???-?=

?=-=?=-=?=??==?==?????=?=??==?=-=?=-=?=-??=-??==-=-=--℃℃℃并流℃

℃℃逆流:解:

吸收

2.向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体,经充分接触后,测得水中的CO 2平衡浓度为2.875×10-2

kmol/m 3

,鼓泡器内总压为101.3kPa ,水温30℃,溶液密度为1000 kg/m 3

。试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。 解:

查得30℃,水的kPa 2.4=s p kPa 1.972.43.101*=-=-=s A

p p p

稀溶液:3kmol/m 56.5518

1000

==

S

M c ρ

42

1017.556

.5510875.2--?=?==c c x A

kPa 10876.110

17.51

.9754

*?=?==-x p E A )m kmol/(kPa 1096.21.9710875.2342

*??=?==--A

A p c H

18523

.10110876.15

=?==p E m 5.用清水逆流吸收混合气中的氨,进入常压吸收塔的气体含氨6%(体积),吸收后气体出口中含氨0.4%(体积),溶液出口浓度为0.012(摩尔比),操作条件下相平衡关系为

X Y 52.2*=。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。

解:

064.006

.0106.01111=-=-=

y y Y 03024.0012.052.252.21*1=?==X Y 00402.0004

.01004

.01222=-=-=

y y Y 0052.252.22*2=?==X Y

塔顶: 00402.000402.0*

222==-=?Y Y Y 塔底: 034.003024.0064.0*

111=-=-=?Y Y Y

7.在温度为20℃、总压为101.3kPa 的条件下,SO 2与空气混合气缓慢地沿着某碱溶液的液面流过,空气不溶于某碱溶液。SO 2透过1mm 厚的静止空气层扩散到某碱溶液中,混合气体中SO 2的摩尔分率为0.2,SO 2到达某碱溶液液面上立即被吸收,故相界面上SO 2的浓度可忽略不计。已知温度20℃时,SO 2在空气中的扩散系数为0.18cm 2

/s 。试求SO 2的传质速率为多少?

解 : SO 2通过静止空气层扩散到某碱溶液液面属单向扩散,可用式

)(A2A1Bm

A p p RTzp Dp

N -=

已知:SO 2在空气中的扩散系数D =0.18cm 2

/s=1.8×10-5m 2

/s

扩散距离z =1mm=0.001m ,气相总压p =101.3kPa

气相主体中溶质SO 2的分压p A1=py A1=101.3×0.2=20.27kPa 气液界面上SO 2的分压p A2=0

所以,气相主体中空气(惰性组分)的分压p B1=p -p A1=101.3-20.27=81.06kPa

气液界面上的空气(惰性组分)的分压p B2=p -p A2=101.3-0=101.3kPa 空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为:

B1

B2

B1B2Bm ln

p p p p p -=

=

kPa 8.9006.813.101ln 06

.813.101=- 代入式)(A2A1Bm

A p p RTzp Dp

N -=

,得

)(A2A1Bm

A p p RTzp Dp

N -=

=

)027.20(8

.903

.101001.0293314.8108.15-?????- =1.67×10-4

kmol/(m 2

·s)

10. 用20℃的清水逆流吸收氨-空气混合气中的氨,已知混合气体温度为20℃,总压为101.3 kPa ,其中氨的分压为1.0133 kPa ,要求混合气体处理量为773m 3

/h ,水吸收混合气中氨的吸收率为99%。在操作条件下物系的平衡关系为X Y 757.0*

=,若吸收剂用量为最小用的2倍,试求(1)塔内每小时所需清水的量为多少kg ?(2)塔底液相浓度(用摩尔分数表示)。 解:

(1) 01.00133

.13.1010133

.11=-==

B A p p Y 412101)99.01(01.0)1(-?=-=-=ηY Y

kmol/h 8.31)01.01(4

.22293273

773=-??=

V

kmol/h 8.230757

.001.0)

0001.001.0(8.312

*121min =--=--=X X Y Y V

L

实际吸收剂用量L =2L min =2×23.8=47.6kmol/h =856.8 kg/h (2) X 1 = X 2+V (Y 1-Y 2)/L =0+0066.06

.47)

0001.001.0(8.31=-

11.在一填料吸收塔内,用清水逆流吸收混合气体中的有害组分A ,已知进塔混合气体中组分A 的浓度为0.04(摩尔分数,下同),出塔尾气中A 的浓度为0.005,出塔水溶液中组分A 的浓度为0.012,操作条件下气液平衡关系为X Y 5.2*

=。试求操作液气比是最小液气比的倍数? 解:

0417.004

.0104

.01111=-=-=

y y Y 005.0005

.01005

.01222=-=-=

y y Y

0121.0012

.01012

.01111=-=-=

x x X 2.2

)0417.0005.01(5.2)1(121212

*

121min =-=-=-=--=??? ??Y Y m m

Y Y Y X X Y Y V L

03.30

0121.0005.00417.02121=--=--=X X Y Y V L 38.12

.203

.3/min ==??? ??V L V L 12.用SO 2含量为1.1×10-3

(摩尔分数)的水溶液吸收含SO 2为0.09(摩尔分数)的混合气中的SO 2。已知进塔吸收剂流量为 37800kg/h ,混合气流量为100kmol/h ,要求SO 2的吸收率为80%。在吸收操作条件下,系统的平衡关系为X Y 8.17*

=,求气相总传质单元数。 解: 吸收剂流量kmol/h 210018

37800

==

L 099.009

.0109

.01111=-=-=

y y Y 0198.0)8.01(099.0)1(12=-=-=ηY Y

惰性气体流量km ol/h 91)09.01(100)1(1001=-=-=y V

3321211053.4)0198.0099.0(2100

91101.1)(--?=-+?=-+

=Y Y L V X X

0184.01053.48.17099.03*111=??-=-=?-Y Y Y 43*222102.2101.18.170198.0--?=??-=-=?Y Y Y

344

2

1

21101.4102.20184

.0ln 102.20184.0ln ---?=??-=???-?=?Y Y Y Y Y m

3.19101.40198

.0099.03

21=?-=?-=

-m OG Y Y Y N 13.空气中含丙酮2%(体积分数)的混合气以0.024kmol /(m 2

·s)的流速进入一填料塔,今用流速为0.065 kmol /(m 2

·s)的清水逆流吸收混合气中丙酮,要求的丙酮的吸收率为98.8%。已知操作压力为100 kPa, 在操作条件下亨利系数为 1.77 kPa,气相总体积吸收系数为

s)km ol/(m 0231.03?=a K Y 。试用吸收因数法求填料呈高度?

解:已知 02.002

.0102

.01111=-=-=

y y Y 00024.0)988.01(02.0)1(12=-?=-=ηY Y

77.1100177===

kPa

kPa p E m 653.0065

.0024

.077.1=?==

L mV S ??

????+---=

S S S N OG η11

)1(ln 11 76.9653.0988.011)653.01(ln 653.011=???

???+---=

OG N

m a K V H Y 039.10231

.0024

.0OG ==Ω=

m 14.10039.176.9OG OG =?=?=H N Z

6-3试计算压力为101.3KPa 时,苯-甲苯混合液在96℃时的气液平衡组成,已知96℃,P A *

=160.52KPa, P B *

=65.66KPa 。

P= P A *

x A + P B *

x B

101.3KPa=160.52 x A +65.66(1- x A )

化工原理课后习题答案上下册(钟理版)

下册第一章蒸馏 解: 总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0 A p x A +0 B p x B =P 所以 x A = 000B A B p p p p --;y A =p p A 00 00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下: t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0. 2. 承接第一题,利用各组数据计算 (1)在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α,算出α对i α的最大相对误差。 (2)以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组y i 值的最大相对误差。 解: (1)对理想物系,有 α=00B A p p 。所以可得出

t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326 算术平均值α= 9 ∑i α=1.318。α对i α的最大相对误差= %6.0%100)(max =?-α ααi 。 (2)由x x x x y 318.01318.1)1(1+=-+= αα得出如下数据: t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差= =?i y y m ax )(0.3%。 3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: 95.5947 .32790195.16ln 0 -- =T p A 72 .6357.33280195.16ln 0 --=T p B 式中 0 p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。 问:总压为60mmHg(绝压)时,A 与B 的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率? 解: 由题意知 T A ==-- 0195.1660ln 47 .327995.59334.95K =61.8℃ T B ==--0195 .1660ln 57 .332872.63342.84K=69.69℃ 65℃时,算得0 A p =68.81mmHg ;0 B p =48.93 mmHg 。由0 A p x A +0 B p (1-x A )=60得 x A =0.56, x B =0.44; y A =0 A p x A /60=0.64; y B =1-0.64=0.36。 4 无

化工原理课后答案

3.在大气压力为101.3kPa 的地区,一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔,仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作,则此时表压的读数应为多少? 解:KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力,采用如图所示的U 形压差计,指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。 解: kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378 .081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10.硫酸流经由大小管组成的串联管路,其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3,体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的(1)质量流量;(2)平均流速;(3)质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11. 如附图所示,用虹吸管从高位槽向反应器加料,高位槽与反应器均与大气相通,且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动,设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg (不包括出口),试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’~

(完整版)化工原理下册习题及章节总结(陈敏恒版)

第八章课堂练习: 1、吸收操作的基本依据是什么?答:混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么:对被分离组分溶解度高,对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数E值很大,说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低,难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递;压力低,温度高,将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统,当总压增加时,亨利常数E不变,H 不变,相平衡常数m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2,过程属于(B ) A、气膜控制 B、液膜控制 C、两相扩散控制 ②其气膜阻力(C)液膜阻力A、大于B、等于C、小于 2、溶解度很大的气体,属于气膜控制 3、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m的直线时,则1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数E值很大,则说明该气体为难溶气体 5、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG,当(气膜阻力1/HkG) 项可忽略时,表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、G 、Ky 、Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG分离任表征设备效能高低特性,传质单元数NOG表征了(分离任务的难易)特性。 3、吸收因子A的定义式为L/(Gm),它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当A<1时,塔高H=∞,则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量,操作线的斜率增大,吸收推动力增大,则操作线向(远离)平衡线的方向偏移。 6、液气比低于(L/G)min时,吸收操作能否进行?能 此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中,若其他操作条件不变而系统温度增加,则塔的气相总传质单元高度HOG将↑,总传质单元数NOG 将↓,操作线斜率(L/G)将不变。 8、若吸收剂入塔浓度x2降低,其它操作条件不变,吸收结果将使吸收率↑,出口气体浓度↓。 9、在逆流吸收塔中,吸收过程为气膜控制,若进塔液体组成x2增大,其它条件不变,则气相总传质单元高度将( A )。 A.不变 B.不确定 C.减小 D.增大 吸收小结: 1、亨利定律、费克定律表达式 2、亨利系数与温度、压力的关系;E值随物系的特性及温度而异,单位与压强的单位一致;m与物系特性、温度、压力有关(无因次) 3、E、H、m之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程(并、逆流时)及在y~x图上的画法 6、出塔气体有一最小值,出塔液体有一最大值,及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高,有利于吸收 减压和升温溶解度低,有利于解吸

化工原理作业答案

化工原理作业答案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

Pa ,乙地区的平均大气压力为 kPa ,在甲地区的某真空设备上装有一个真空表,其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作,真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地 区 操 作 时相同? 解:(1)设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? (2)真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 5.如本题附图所示,流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ,R 2=80 mm ,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解:(1)A 点的压力 ()(表)Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ (2)B 点的压力 13.如本题附图所示,用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定,其上方压力为? Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为? Pa ,进料口高于储罐内的液面8 m ,输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ,进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ,求泵的有效功率。 解:在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式,得 19.用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽(见本题附图)。反应器液面上方保持×103 Pa 的真空度,高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管, 总长 为35 m ,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计(局部阻力系数为4)、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m 。若泵的效率 为,求泵的轴功率。(已知溶液的密度为1073 kg/m 3,黏度为? Pa ?s 。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm 。) 解:在反应器液面1-1,与管路出口内侧截面2-2,间列机械能衡算方程,以截面1-1,为基准水平面,得 22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ +++=+++∑ (1) 式中 z 1=0,z 2=17 m ,u b1≈0 p 1=×103 Pa (表),p 2=0 (表) 将以上数据代入式(1),并整理得

化工原理课后答案

3.在大气压力为的地区,一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔,仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作,则此时表压的读数应为多少 解:KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力,采用如图所示的U 形压差计,指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=,R=。试计算容器中液面上方的表压。 解: kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10.硫酸流经由大小管组成的串联管路,其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3,体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的(1)质量流量;(2)平均流速;(3)质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11. 如附图所示,用虹吸管从高位槽向反应器加料,高位槽与反应器均与大气相通,且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动,设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg (不包括出口),试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’~

化工原理课后习题解答

化工原理课后习题解答(夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.) 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。 解:由绝对压强 = 大气压强–真空度得到: 设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa =8.54×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa 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≤σ螺 解:P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N σ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P油≤σ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 型管压差计,如本题附 图所示。测得R1 = 400 mm , R2 = 50 mm,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R3= 50 mm。试求A﹑B 两处的表压强。 分析:根据静力学基本原则,对于右边的U管压差计,a– a′为等压面,对于左边的压差计,b–b′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:设空气的密度为ρg,其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即:P A = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa 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

化工原理 第一章 习题及答案

化工原理第一章习题及答案

第一章流体流动 问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件? 答1.假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。 质点是含有大量分子的流体微团,其尺寸远小于设备尺寸,但比起分子自由程却要大得多。问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点? 答2.前者描述同一质点在不同时刻的状态;后者描述空间任意定点的状态。 问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降? 答3.分子间的引力和分子的热运动。 通常气体的粘度随温度上升而增大,因为气体分子间距离较大,以分子的热运动为主;温度上升,热运动加剧,粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小,因为液体分子间距离较小,以分子间的引力为主,温度上升,分子间的引力下降,粘度下降。 问题4. 静压强有什么特性? 答4.静压强的特性:①静止流体中任意界面

上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力;②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等;③压强各向传递。 问题 5. 图示一玻璃容器内装有水,容器底面积为8×10-3m2,水和容器总重10N。 (1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向); (2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少?哪一侧的压力大?为什么? 题5附图题6附图 答5.1)图略,受力箭头垂直于壁面、上小下

大。 2)内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa ; 外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强4.91kPa 。 因为容器内壁给了流体向下的力,使内部压强大于外部压强。 问题 6. 图示两密闭容器内盛有同种液体,各接一U 形压差计,读数分别为R 1、R 2,两压差计间 用一橡皮管相连接,现将容器A 连同U 形压差计一起向下移动一段距离,试问读数R 1与R 2有何变化?(说明理由) 答6.容器A 的液体势能下降,使它与容器B 的液体势能差减小,从而R 2减小。R 1不变,因为该 U 形管两边同时降低,势能差不变。 问题7. 为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好? 答7.由静力学方程可以导出Δp=H(ρ冷-ρ热)g ,所以H 增加,压差增加,拔风量大。 问题8. 什么叫均匀分布? 什么叫均匀流段? 答8.前者指速度分布大小均匀;后者指速度方向平行、无迁移加速度。 问题9. 伯努利方程的应用条件有哪些?

化工原理下册课后思考题答案

第六章传热 问题1.传热过程有哪三种基本方式答1.直接接触式、间壁式、蓄热式。 问题2.传热按机理分为哪几种答2.传导、对流、热辐射。 问题3.物体的导热系数与哪些主要因素有关答3.与物态、温度有关。 问题4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿答4.流动流体的载热。 问题5.自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热答5.加热面在下,制冷面在上。 问题6.液体沸腾的必要条件有哪两个答6.过热度、汽化核心。 问题7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作为什么答7.核状沸腾状态。以免设备烧毁。 问题8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手答8.改善加热表面,提供更多的汽化核心;沸腾液体加添加剂,降低表面张力。问题9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体答9.避免其积累,提高α。 问题10.为什么低温时热辐射往往可以忽略,而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式 答10.因Q与温度四次方成正比,它对温度很敏感。 问题11.影响辐射传热的主要因素有哪些答11.温度、黑度、角系数(几何位置)、面积大小、中间介质。 问题12.为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数 答12.①相变热远大于显热;②沸腾时汽泡搅动;蒸汽冷凝时液膜很薄。 问题13.有两把外形相同的茶壶,一把为陶瓷的,一把为银制的。将刚烧开的水同时充满两壶。实测发现,陶壶内的水温下降比银 壶中的快,这是为什么 答13.陶瓷壶的黑度大,辐射散热快;银壶的黑度小,辐射散热慢。 问题14.若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么 答14.该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和,传热速率由该步骤所决定。 问题15.传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些 答15.K、qm1Cp1、qm2Cp2沿程不变;管、壳程均为单程。 问题16.一列管换热器,油走管程并达到充分湍流。用133℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃。若现欲增加50%的油处理量, 有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法,以保持油的出口温度不低于80℃,这个方案是否可行 答16.可行。 问题17.为什么一般情况下,逆流总是优于并流并流适用于哪些情况 答17.逆流推动力Δtm大,载热体用量少。热敏物料加热,控制壁温以免过高。 问题18.解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个 答18.传热基本方程,热量衡算式,带有温变速率的热量衡算式。 问题19.在换热器设计计算时,为什么要限制Ψ大于 答19.当Ψ≤时,温差推动力损失太大,Δtm小,所需A变大,设备费用增加。 第七章蒸发 问题1.蒸发操作不同于一般换热过程的主要点有哪些 答1.溶质常析出在加热面上形成垢层;热敏性物质停留时间不得过长;与其它单元操作相比节能更重要。 问题2.提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪降低单程汽化率的目的是什么 答2.不仅提高α,更重要在于降低单程汽化率。减缓结垢现象。 问题3.为什么要尽可能扩大管内沸腾时的气液环状流动的区域 答3.因该区域的给热系数α最大。

化工原理课后答案

第一章 3.答案:p= 30.04kPa =0.296atm=3.06mH2O 该压力为表压 常见错误:答成绝压 5.答案:图和推算过程略Δp=(ρHg - ρH2O) g (R1+R2)=228.4kPa 7.已知n=121 d=0.02m u=9 m/s T=313K p = 248.7 × 103 Pa M=29 g/mol 答案:(1) ρ = pM/RT = 2.77 kg/m3 q m =q vρ= n 0.785d2 u ρ =0.942 kg/s (2) q v = n 0.785d2 u = 0.343 m3/s (2) V0/V =(T0p)/(Tp0) = 2.14 q v0 =2.14 q v = 0.734 m3/s 常见错误: (1)n没有计入 (2)p0按照98.7 × 103 pa计算 8. 已知d1=0.05m d2=0.068m q v=3.33×10-3 m3/s (1)q m1= q m2 =q vρ =6.09 kg/s (2) u1= q v1/(0.785d12) =1.70 m/s u2 = q v2/(0.785d22) =0.92 m/s (3) G1 = q m1/(0.785d12) =3105 kg/m2?s G2 = q m2/(0.785d22) =1679 kg/m2?s 常见错误:直径d算错 9. 图略 q v= 0.0167 m3/s d1= 0.2m d2= 0.1m u1= 0.532m/s u2= 2.127m/s (1) 在A、B面之间立柏努利方程,得到p A-p B= 7.02×103 Pa p A-p B=0.5gρH2O +(ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m (2) 在A、B面之间立柏努利方程,得到p A-p B= 2.13×103 Pa p A-p B= (ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m 所以R没有变化 12. 图略 取高位储槽液面为1-1液面,管路出口为2-2截面,以出口为基准水平面 已知q v= 0.00139 m3/s u1= 0 m/s u2 = 1.626 m/s p1= 0(表压) p2= 9.807×103 Pa(表压) 在1-1面和2-2面之间立柏努利方程Δz = 4.37m 注意:答题时出口侧的选择: 为了便于统一,建议选择出口侧为2-2面,u2为管路中流体的流速,不为0,压力为出口容器的压力,不是管路内流体压力

化工原理典型习题解答

化工原理典型习题解答 王国庆陈兰英 广东工业大学化工原理教研室 2003

上 册 一、选择题 1、 某液体在一等径直管中稳态流动,若体积流量不变,管内径减小为原来的一半,假定管内的相对粗糙度不变,则 (1) 层流时,流动阻力变为原来的 C 。 A .4倍 B .8倍 C .16倍 D .32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时,流动阻力变为原来的 D 。 A .4倍 B .8倍 C .16倍 D .32倍 解:(1) 由 2 22322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ= ??=??= 得 1624 4 212 212 212212121 2==??? ? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2222u d l d f u d l h f ? ??? ? ??=??=ελ 得 322 55 2121421 2211221 2==??? ? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2. 水由高位槽流入贮水池,若水管总长(包括局部阻力的当量长度在内)缩 短25%,而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变,假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变,则水的流量变为原来的 A 。 A .1.155倍 B .1.165倍 C .1.175倍 D .1.185倍 解:由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2 22 2 22211 1ρρ 得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2 222222 11 1u d l l u d l l e e ?+?=?+? λλ 又由完全湍流流动 得 ?? ? ??=d f ελ

化工原理(下)练习题

化工原理(下)练习题 一、填空 1. 精馏和普通蒸馏的根本区别在于;平衡蒸馏(闪蒸)与简单蒸馏(微分蒸馏)的区别是。 2. 双组分精馏,相对挥发度的定义为α=___ ____,其值越表明两组分越。α=1时,则两组分。 3.精馏的原理是,实现精馏操作的必要条件是和。 4.精馏计算中,q值的含义是___ ______,其它条件不变的情况下q值越_______表明精馏段理论塔板数越,q线方程的斜率(一般)越。当泡点进料时,q=,q线方程的斜率=。 5.最小回流比是指,适宜回流比通常取为倍最小回流比。 6. ____ 操作条件下,精馏段、提馏段的操作线与对角线重叠。此时传质推动力,所需理论塔板数。 7.精馏塔进料可能有种不同的热状况,对于泡点和露点进料,其进料热状况参数q值分别为和。 8. 气液两相呈平衡状态时,气液两相温度,液相组成气相组成。 9. 精馏塔进料可能有种不同的热状况,当进料为气液混合物且气液摩尔比为2 : 3时,则进料热状况参数q值为。 10. 对一定组成的二元体系,精馏压力越大,则相对挥发度,塔操作温度,从平衡角度分析对该分离过程。 11.板式精馏塔的操作中,上升汽流的孔速对塔的稳定运行非常重要,适宜的孔速会使汽液两相充分混合,稳定地传质、传热;孔速偏离适宜范围则会导致塔的异常现象发生,其中当孔速

过低时可导致_________,而孔速过高时又可能导致________。 12. 对于不饱和空气,表示该空气的三个温度,即:干球温度t, 湿球温度t w和露点t d间的关系为___________; 对饱和空气则有____ _____。 13. 用相对挥发度α表达的气液平衡方程可写为,根据α的大小,可以用来,若α=1,则表示。14.吸收操作是依据,以达到分离混合物的目的。 15.若溶质在气相中的组成以分压p、液相中的组成以摩尔分数x表示,则亨利定律的表达式为,E称为,若E值很大,说明该气体为气体。 16.对低浓度溶质的气液平衡系统,当总压降低时,亨利系数E将,相平衡常数m 将,溶解度系数H将。在吸收过程中,K Y和k Y是以和为推动力的吸收系数,它们的单位是。 17含低浓度难溶气体的混合气,在逆流填料吸收塔内进行吸收操作,传质阻力主要存在于中;若增大液相湍动程度,则气相总体积吸收系数K Y a值将;若增加吸收剂的用量,其他操作条件不变,则气体出塔浓度Y2将,溶质A的吸收率将;若系统的总压强升高,则亨利系数E将,相平衡常数m 将。 18.亨利定律表达式p*=E x,若某气体在水中的亨利系数E值很小,说明该气体为气体。 19.吸收过程中,若减小吸收剂用量,操作线的斜率,吸收推动力。20.双膜理论是将整个相际传质过程简化为。21. 脱吸因数S可表示为,它在Y—X图上的几何意义是。若分别以S1、S2,S3表示难溶、中等溶解度、易溶气体在吸收过程中的脱吸因数,吸收过程中操作条件相同,则应有S1 S2 S3。 22.不饱和湿空气预热可提高载湿的能力,此时H ,t ,φ,传热传质推动力。

化工原理作业答案 (1)

Pa ,乙地区的平均大气压力为 kPa ,在甲地区的某真空设备上装有一个真空表,其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作,真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同? 解:(1)设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? (2)真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 5.如本题附图所示,流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm , R 2=80 mm ,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的U 管与大气连通的玻璃 管内灌入一段水,其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解:(1)A 点的压力 ()(表)Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ

(2)B 点的压力 13.如本题附图所示,用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定,其上方压力为? Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为? Pa ,进料口高于储罐内的液面8 m ,输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ,进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ,求泵的有效功率。 解:在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式,得 19.用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽(见本题附图)。反应器液面上方保持×103 Pa 的真空度,高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管,总长为35 m ,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计(局部阻力系数为4)、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m 。若泵的效率为,求泵的轴功率。(已知溶液的密度为1073 kg/m 3,黏度为? Pa ?s 。管壁绝对粗糙度可取为 mm 。) 解:在反应器液面1-1,与管路出口内侧截面2-2,间列机械能衡算方程,以截面1-1,为基准水平面,得 22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ +++=+++∑ (1) 式中 z 1=0,z 2=17 m ,u b1≈0 p 1=×103 Pa (表),p 2=0 (表) 将以上数据代入式(1),并整理得 =×17+24312.+1073109.253?+f h ∑=+f h ∑

化工原理第二版(下册)夏清贾绍义课后习题解答带图资料

化工原理第二版夏清,贾绍义 课后习题解答 (夏清、贾绍义主编.化工原理第二版(下册).天津大学出版) 社,2011.8.) 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5(摩尔分率)的苯-甲苯混合液,若外压为99kPa,试求该溶液的饱和温度。苯 和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t(℃) 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解:利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *,P A *,由于总压 P = 99kPa,则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成,这样就可以得到一组绘平衡t-x 图数据。

以t = 80.1℃为例 x =(99-40)/(101.33-40)= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时,相应的温度为92℃ 2.正戊烷(C 5H 12 )和正己烷(C 6 H 14 )的饱和蒸汽压数据列于本题附表,试求P = 13.3kPa下该 溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解:根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 (A)和C 6 H 14 (B)的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例,当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =(13.3-2.826)/(13.3-2.826)= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0

化工原理作业答案解析

3.已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ,乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ,在甲地区的某真空设备上装有一个真空表,其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作,真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同? 解:(1)设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= () kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? (2)真空表读数 真空度=大气压-绝压=() kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 5.如本题附图所示,流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ,R 2=80 mm ,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解:(1)A 点的压力 ()(表) Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ (2)B 点的压力 () (表) Pa 107.836Pa 5.081.91360010165.14 4 1 汞A B ?=??+?=+=gR p p ρ 13.如本题附图所示,用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定,其上方压 力为1.0133?105 Pa 。流体密度为800 kg/m 3 。精馏塔进口处的塔 内压力为1.21?105 Pa ,进料口高于储罐内的液面8 m ,输送管 道直径为φ68 mm ?4 mm ,进料量为20 m 3 /h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ,求泵的有效功率。 解:在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式,得 22 1122 1e 2f 22 p u p u gZ W gZ h ρρ+++=+++∑ ()s m 966.1m 004.02068.04 14.33600204πkg J 700m 0.8Pa 1021.1Pa 100133.12 22f 1125251=?-?=== =≈=-?=?=∑ d V A V u h u Z Z p p ;; ;;

化工原理下册练习题答案

精馏练习 一.选择题 1. 蒸馏是利用各组分( )不同的特性实现分离的目的。 C A 溶解度; B 等规度; C 挥发度; D 调和度。 2.在二元混合液中,沸点低的组分称为( )组分。 C A 可挥发; B 不挥发; C 易挥发; D 难挥发。 3.( )是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。 A A 液相回流; B 进料; C 侧线抽出; D 产品提纯。 4.在( )中溶液部分气化而产生上升蒸气,是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少 条件。 C A 冷凝器; B 蒸发器; C 再沸器; D 换热器。 5.再沸器的作用是提供一定量的( )流。 D A 上升物料; B 上升组分; C 上升产品; D 上升蒸气。 6.冷凝器的作用是提供( )产品及保证有适宜的液相回流。 B A 塔顶气相; B 塔顶液相; C 塔底气相; D 塔底液相。 7.冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的( )回流。 B A 气相; B 液相; C 固相; D 混合相。 8.在精馏塔中,原料液进入的那层板称为( )。 C A 浮阀板; B 喷射板; C 加料板; D 分离板。 9.在精馏塔中,加料板以下的塔段(包括加料板)称为( )。 B A 精馏段; B 提馏段; C 进料段; D 混合段。 10.某二元混合物,进料量为100 kmol/h ,x F = 0.6,要求塔顶x D 不小于0.9,则塔顶最大产 量为( )。 B A 60 kmol/h ; B 66.7 kmol/h ; C 90 kmol/h ; D 100 kmol/h 。 11.精馏分离某二元混合物,规定分离要求为D x 、w x 。如进料分别为1F x 、2F x 时,其相 应的最小回流比分别为1min R 、2min R 。当21F F x x >时,则 ( )。 A A .2min 1min R R <; B .2min 1min R R =; C .2min 1min R R >; D .min R 的大小无法确定 12. 精馏的操作线为直线,主要是因为( )。 D A . 理论板假定; C. 理想物系; B . 塔顶泡点回流; D. 恒摩尔流假定 13. 某二元理想物系,其中A 为易挥发组分。液相组成5.0=A x 时相应的泡点为1t ,气相 组成3.0=A y 时相应的露点为2t , 则( ) B A .21t t =; B .21t t <; C .21t t >; D .无法判断 14.某二元理想物系,其中A 为易挥发组分。液相组成5.0=A x 时泡点为1t ,与之相平衡 的气相组成75.0=A y 时,相应的露点为2t ,则 ( )。 A

化工原理课后习题答案

化工原理课后习题答案 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

第七章 吸收 1,解:(1)008.0=* y 1047.018 100017101710=+=x (2)KPa P 9.301= H,E 不变,则2563.010 9.3011074.73 4 ??==P E m (3)0195.010 9.301109.53 3=??=* y 01047.0=x 2,解:09.0=y 05.0=x x y 97.0=* 同理也可用液相浓度进行判断 3,解:HCl 在空气中的扩散系数需估算。现atm P 1=,,293k T = 故()( ) s m D G 2 52 17571071.11 .205.2112915.361293102 1212 1 --?=+?+?= HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M 粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积mol cm V A 33.286.247.3=+= 4,解:吸收速率方程()()()12A A BM A P P P P RTx D N --= 1和2表示气膜的水侧和气侧,A 和B 表示氨和空气 ()24.986.1002.962 1 m kN P BM =+=代入式 x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm. 5,解:查s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数 下C 80,s cm s cm T T D D 2 5275 .175 .112121044.3344.029*******.0-?==??? ???=??? ? ??= C 80水的蒸汽压为kPa P 38.471=,02=P 时间s NA M t 21693 .041025.718224=???==-π 6,解:画图 7,解:塔低:6110315-?=y s m kg G 234.0=' 塔顶:621031-?=y 02=x 的NaOH 液含3100405.2m kgNaOH l g =? 的NaOH 液的比重=液体的平均分子量: 通过塔的物料衡算,得到()()ZA L y y P K A y y G m G m -=-21 如果NaOH 溶液相当浓,可设溶液面上2CO 蒸汽压可以忽略,即气相阻力控制传递过 程。 ∴在塔顶的推动力6210310-?=-=y 在塔底的推动力61103150-?=-=y 对数平均推动力()()66 105.12231 3151031315--?=?-= -In L y y m 由上式得:()2351093.8m kN s m kmol a K G -?=

化工原理作业答案精编WORD版

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Pa ,乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ,在甲地区的某真空设备上装有一个真空表,其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作,真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同? 解:(1)设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? (2)真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 5.如本题附图所示,流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm , R 2=80 mm ,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的U 管与大气连通的玻璃 管内灌入一段水,其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解:(1)A 点的压力 ()(表)Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ (2)B 点的压力 13.如本题附图所示,用泵2将储罐1中的有机混 合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持 恒定,其上方压力为1.0133?105 Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21?105 Pa ,进料 口 高于储罐内的液面8 m ,输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ,进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ,求泵的有效功率。

化工原理下(天津大学版)_习题答案

第五章蒸馏 1.已知含苯0.5(摩尔分率)的苯-甲苯混合液,若外压为99kPa,试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t(℃)80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解:利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B*,P A*,由于总压 P = 99kPa,则由x = (P-P B*)/(P A*-P B*)可得出液相组成,这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。 以t = 80.1℃为例x =(99-40)/(101.33-40)= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时,相应的温度为92℃

2.正戊烷(C5H12)和正己烷(C6H14)的饱和蒸汽压数据列于本题附表,试求P = 1 3.3kPa下该溶液的平衡数据。 温度C5H12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C6H14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解:根据附表数据得出相同温度下C5H12(A)和C6H14(B)的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例,当t = 248.2℃时P B* = 1.3kPa 查得P A*= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时x = (P-P B*)/(P A*-P B*)

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