化工原理习题课
1、比较板式塔和规整填料塔的优缺点
2. 简述板式塔雾沫夹带现象，其会导致什么结果以及影响雾沫夹带量的主要因素
3. 解释对流扩散
4. 说明双模理论的要点
5. 写出总板效率和单板效率的公式，并对公式中的各项进行说明
6. 画出精馏塔的负荷性能图，并进行简要说明
1.在填料吸收塔中用清水吸收一混合气体中的二氧化硫。混合气体量为1000m 3·h -1，混合气体
温度为20℃。炉气中含9%的二氧化硫（体积分数），其余可视为惰性气体。要求二氧化硫的回收率为90%。吸收剂用量为最小用量的1.3倍。已知操作压力为101.33kPa ，温度为20℃，平衡关系为Y =30X 。试求：（1）当塔顶吸收剂组成X 2=0.0003时，塔底溶液组成X 1为多少？（2）吸收剂若为清水，即X 2=0，回收率不变。吸收剂的用量（kg ·h -1）及出塔溶液组成X 1为多少？
解：将气体入塔组成（体积分数）9%换算为摩尔比
099.009
.0109.0y 1y 111=-=-=Y 回收率=0.9所以
0099.09.01099.01Y Y A 12=-?=-?=）（）（?
11s kmol 0105.0h kmol 9.37）09.01（20
2732734.221000--?=?=-+?=V 因为m=31 ，所以 0032.031/099.0m /Y X 11===*
（1） X 2=0.0003时，吸收剂用量
7.300003.00032.00099.0099.0m /2121min
=--=--=???? ??X Y Y Y V L 9.397.30.313.1min
=?=???? ???=V L V L 11h kg 27220h kmol 21.15129.379.399.39--?=?=?=?=V L
00253.09
.390099.0099.00003.0)(X X 2121=-+=-+=L Y Y V （2）X 2=0，回收率η不变时,即出塔炉气中二氧化硫的组成Y 2不变，仍为Y 2=0.0099
8.2700032.00099.0099.0m /2121min
=--=--=???? ??X Y Y Y V L 1.368.27.313.1min
=?=???? ???=V L V L 11h kg 24627h kmol 2.13689.371.361.36--?=?=?=?=V L
00247.01
.360099.0099.00)(X X 2121=-+=-+=L Y Y V
2. 组成为x F =0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中汽液摩尔比为1:2，塔顶x D =0.95（以上均为摩尔分率），塔顶易挥发组分回收率为95%，回流比R =1.5R min ，塔釜间接蒸汽加热，相对挥发度α=2.5 。求：（1）原料中汽相和液相组成；（2）列出提馏段操作线方程。
（1）设原料中汽相组成为y e ，液相组成为x e ，则
（2）列出提馏段操作线方程
即： ()???????-+==+e e e F e e x x y x x y 11323
1αα----物料衡算 ----相平衡 ???????+==+e e
e e e x x y x y 5.115.245.03231x e =0.375y e =0.632=q e e e D x y y x R --=min 334
.2=556.1375.06.06.095.0=--=m in 5.1R R =95.0=F
D Fx Dx ()()F q D R qF RD V L 11-+++=''()()47.113245.0334.33245.0334.211=??
? ??-+?+?=-+++=q F R q F D R ()???-++=+=F q D R V qF RD L )1(1''1=+F
w F D Fx Wx Fx Dx 05.0=F w Fx Wx ()()()0193.013245.0334.345.005.01105.01105.0=-+??=-++=-++='q F D R x F q D R Fx V Wx F F w Wx L w '
3. 如图所示的精馏塔由一只蒸馏釜及一层实际板组成。料液
由塔顶加入，进料热状况参数q=1，x F =0.20（摩尔分率，
下同）。今测得塔顶易挥发组分的回收率为80%，且
x D =0.30，系统相对挥发度为3.0。试求：（1）残液组成x w ；
（2）该层塔板的液相默弗里板效E mL 。设蒸馏釜可视为一
个理论板。
（1）残液组成x w
（2）该层塔板的液相默弗里板效E mL
???????=--=%80F D
D F W Fx Dx D F Dx Fx
x 533
.0=F
D
0859
.0533.013
.0533.020.01=-?-=--=F
D x F
D
x x D F W ()11*
11y y x --=αα125
.03
.00.20.33.0=?-=()22
.00859
.00.210859
.00.311=?+?=-+=
w w w x x y αα()D
V F q V V ==-+
='1F qF L L =+='V Wx x V L y w
w '-''
=1D Dx Fx x D F
D
F --=10752
.0876.11-=x 157
.0876.10752
.022.0876.10752
.01=+=+
=∴w y x %
3.57125.02.0157
.02.0*11=
--=--=∴
x x x x E F F mL *
1
1
x x x x F F
--
=
4. 在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。进料量为
1000kmol·h -1，含苯0.4（摩尔分率，下同），要求塔顶馏出液中含苯0.9，苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流。已知α=2.5，取回流比为最小回流比的1.5倍。试求：
（1）塔顶产品量、塔底液量及组成x w ；（2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）提馏段操作线方程；（5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成为多少？
解：（1）塔顶产品量q nD 、塔底残液量q nW 及组成x w ；
由 F
D A Fx x q nD =?，得： 1-n h kmo 4009.09.04.01000?=??=D q q nW =q nF - q nD =1000-400=600 kmol·h -1
又由物料衡算 W nW D nD F nF x q x q x q +=
得 0667
.0600/)9.04004.01000(W =?-?=x （2）最小回流比；
泡点进料，q =1, 4.0==F q x x
625.04
.05.114.05.2)1(1=?+?=-+=q q q x x y αα 22.14
.0625.0625.09.0min =--=--=
q q q D x y y x R (3) 精馏段操作线方程；
83.15.1min ==R R
318.0646.0111+=+++=+n D n n x R x x R R y (4) 提馏段操作线方程；
1132
40083.2)1(nD =?=+=='q R V V 1732100040083.1nF nD nF =+?=+=+='q Rq qq L L
则 0353.053.11132
0667.0600113217321-'=?-'='-'''='+m m W m m
x x V Wx x V L y （5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成
152.00667
.05.110667.05.2)1(1=?+?=-+=w w w x x y αα 由操作线方程
0353.053.11-'='+m m x y 得 0353.053.11-'=x y w ; 1224.01='x
工艺化工原理第一章习题课计算题答案
三、计算题 1．用离心泵将蓄水池中20℃的水送到敞口高位槽中，流程如本题附图所示。管路为φ57×3.5mm 的光滑钢管，直管长度与所有局部阻力（包括孔板）当量长度之和为250m 。输水量用孔板流量计测量，孔径d 0=20mm ，孔流系数为0.61。从池面到孔板前测压点A 截面的管长（含所有局部阻力当量长度）为80m 。U 型管中指示液为汞。摩擦系数可近似用下式计算，即25.0Re /3164.0=λ 当水流量为7.42m 3/h 时，试求： (1)每kg 水通过泵所获得的净功； (2)A 截面U 型管压差计的读数R 1； (3)孔板流量计的U 型管压差计读数R 2。 解：该题为用伯努利方程求算管路系统所要求的有效功和管路中某截面上的压强（即R 1），解题的关键是合理选取衡算范围。至于R 2的数值则由流量计的流量公式计算。 1） 有效功 在1-1截面与2-2截面间列伯努利方程式，以1-1截面为基准水平面，得： ∑+?+?+?=f e h u p z g W 22ρ 式中：021==u u ，021==p p （表压） 01=z ，m z 152= s m A V u s /05.105.04/360042.72=??==π 查得：20℃水的密度为3/1000m kg =ρ，粘度s Pa .100.13-?=μ
5250010 0.11000 05.105.0Re 3=???==-μρ du 0209.0) 52500/(3164.0Re /3164.025.025.0===λ kg J u d l e l h f /6.57205 .105.0250 0209.0222=??=∑+=∑λ kg J W e /7.2046.5781.915=+?=∴ 2） A 截面U 形管压差计读数R1 由A 截面与2-2截面之间列伯努利方程，得： ∑+=+--2,22 2A f A A h gz u p ρ 式中：s m u /05.1=，m z A 12=- kg J h A f /17.39205.105 .0) 80250(0209.022,=?-?=∑- Pa 42108.41000)205 .181.9117.39(?=?-?+=（表压） 读数R 1由U 形管的静力平衡求算： g R g R p A ρρ111)5.1(=++ m g g p R A A 507.081.9)100013600(81 .910005.1108.4)(5.141=?-??+?=-+=ρρρ 3） U 形管压差计读数R 2 ρρρg R A C V A S )(2200-= 将有关数据代入上式得 100081.9)100013600(202.0461.0360042 .72 2R ?-??=π m R 468.02= 2．用离心泵向E 、F 两个敞口高位槽送水，管路系统如本题附图所示。已知：所有管路内径均为33mm ，摩擦系数为0.028，AB 管段的长度（含所有局
化工原理例题与习题
化工原理例题与习题标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
第一章流体流动 【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4 =（+）10-4=×10-4 ρ m =1372kg/m3 【例1-2】已知干空气的组成为：O 221%、N 2 78%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在 压力为×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×+28×+× =m3 根据式1-3a气体的平均密度为： 【例1-3 】本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=、密度ρ 1 =800kg/m3，水层高度h2=、密度ρ2=1000kg/m3。 （1）判断下列两关系是否成立，即p A=p'A p B=p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h。 解：（1）判断题给两关系式是否成立p A=p'A的关系成立。因A与A'两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p' B 的关系不能成立。因B及B'两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通 着的同一种流体，即截面B-B'不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度h由上面讨论 知，p A=p'A，而p A=p'A都可以用流体静力学基本方程式计算，即 p A =p a +ρ 1 gh 1 +ρ 2 gh 2 p A '=p a +ρ 2 gh 于是p a+ρ1gh1+ρ2gh2=p a+ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×+1000×=1000h 解得h= 【例1-4】如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。 解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg与ρ，根据流体静力学基本原理，截面a-a'为等压面，则 p a =p a ' 又由流体静力学基本方程式可得 p a =p 1 －ρgM
化工原理计算题例题
三 计算题 1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m ，其中压力表之后的管路长度为80m ， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ， 水的密度为1000Kg/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/h 。求： （1）整个管路的阻力损失，J/Kg ； （2）泵轴功率，Kw ； （3）压力表的读数，Pa 。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ； 由题意知， s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ （2）泵轴功率，kw ； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η 2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定 不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ，压力表读数为2.452×
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222322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ=??=??=得 1624 4 212212 2122 121212==??? ? ??=???? ??????? ??==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 5 5 21214 212 2112212==???? ??=????? ??==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 所以 ()()2 2 2211u l l u l l e e ?+=?+，而 24 d u uA V π ?== 所以 ()()1547.175 .01 2 11 2 12== ++==e e l l l l u u V V 3． 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度为2500kg/m 3，水 的密度为998.2kg/m 3，水的粘度为 1.005?10-3Pa ?s ，空气的密度为 1.205kg/m 3，空气的粘度为1.81?10-5Pa ?s 。 （1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 B 。 A ．8.612 B ．9.612 C ．10.612 D ．11.612 （2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒 直径之比为 D 。 A ．10.593 B ．11.593 C ．12.593 D ．13.593 解：(1) 由 ()μ ρρ182g d u s t -=，得 ()g u d s t ρρμ-= 18
化工原理课后习题答案上下册
下册第一章蒸馏 1. 苯酚(C 6H 5OH)(A )和对甲酚(C 6H 4(CH 3)OH)(B )的饱和蒸气压数据为 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 00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下： t, ℃ x y 1 1 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, ℃ i α 算术平均值α= 9 ∑i α=。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, ℃ x 1 0 y 1 0 各组y i 值的最大相对误差= =?i y y max )(%。 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 .327995.59＝℃ T B ==--0195 .1660ln 57 .332872.63=℃ 65℃时，算得0 A p ＝；0 B p = mmHg 。由0 A p x A ＋0 B p （1－x A ）=60得 x A ＝， x B =; y A =0A p x A /60=; y B ==。 4 无
化工原理习题(2)
化工原理
第一章 练习 1． 湍流流动的特点是 脉动 ，故其瞬时速度等于 时均速度 与 脉动速度 之和。 2．雷诺准数的物理意义是 黏性力和惯性力之比 。 3．当地大气压为755mmHg ，现测得一容器内的绝对压力为350mmHg ，则其真空度为405 mmHg 。 4．以单位体积计的不可压缩流体的机械能衡算方程形式为 ρρρρρρf s w p u gz w p u gz +++=+++22 2 212112 2。 5．实际流体在管道内流动时产生阻力的主要原因是 黏性 。 6．如图所示，水由敞口恒液位的高位槽流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后，管路总阻力损失（包括所有局部阻力损失）将 （1） 。 (1)不变 (2)变大 (3)变小 (4)不确定 7．如图所示的并联管路，其阻力关系是 （C ） 。 （A ）(h f )A1B (h f )A2B （B ）(h f )AB =(h f )A1B +(h f )A2B （C ）(h f )AB =(h f )A1B =(h f )A2B （D ）(h f )AB (h f )A1B =(h f )A2B 8．孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒 截面 、变 压头 ，而后者是恒 压头 、变 截面 。 9．如图所示，水从槽底部沿内径为100mm 的水平管子流出，阀门前、后的管长见图。槽中水位恒定。今测得阀门全闭时，压力表读数p=。现将阀门全开，试求此时管内流量。 已知阀门（全开）的阻力系数为，管内摩擦因数=。 答：槽面水位高度m g p H 045.681 .91000103.593 =??==ρ 在槽面与管子出口间列机械能衡算式，得： 2 4.60.1 5.01.0203081.9045.62 u ??? ??++++=?λ 解得：s m u /65.2= h m s m u d V /9.74/0208.065.21.04 14 1 3322==??==ππ 反 应 器 题7附图 1 A B 2 题8附图 p 30m 20m 题1附图
化工原理精选例题
1、用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯0、88(摩尔分数,下同),流量为200kmol/h。今要求馏出液中乙烯的回收率为99、5%,釜液中乙烷的回收率为99、4%,试求所得馏出液、釜液的流量与组成。 2、例题:设计一精馏塔,用以分离双组分混合物,已知原料液流量为100kmol/h,进料中含轻组分0、2(摩尔分数,下同),要求馏出液与釜液的组成分别为0、8与0、05。泡点进料(饱与液体),物系的平均相对挥发度α=2、5,回流比R=2、7。试求:1)精馏段与提馏段操作线方程;2)从塔顶数第二块板下降的液相组成。 3、例题用一常压精馏塔分离某二元理想溶液,进料中含轻组分0、4(摩尔分数,下同),进料量为200kmol/h饱与蒸汽进料,要求馏出液与釜液的组成分别为0、97与0、02。已知操作回流比R=3、0,物系的平均相对挥发度α=2、4,塔釜当作一块理论板处理。试求:(1)提馏段操作线方程;(2)塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。(从塔底向上计算) 4、例题:常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔,进料中丙酮50%(摩尔分数,下同),其中气相占80%,要求馏出液与釜液中丙酮的组成分别为95%与5%,回流比R=2、0,若进料流量为100kmol/h,分别计算精馏段与提馏段的气相与液相流量,并写出相应的两段操作线方程与q 线方程。 5、在连续精馏塔中分离苯—甲苯混合液。原料液组成为0、4(摩尔分数,下同),馏出液组成为0、95。汽--液混合进料,其中汽相占1/3(摩尔数比),回流比为最小回流比的2倍,物系的平均相对挥发度为2、5,塔顶采用全凝器。试求:(1)精馏段操作线方程;(2)从塔顶往下数第二层理论板的上升气相组成。 6、在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液,原料液流量为1000kmol/h,组成为含苯0、4(摩尔分数,下同),馏出液组成为含苯0、9,苯在塔顶的回收率为90%,泡点进料(q=1),操作回流比为最小回流比的1、5倍,物系的平均相对挥发度为2、5。试求:(1)精馏段操作线方程;(2)提馏段操作线方程。 7、板式精馏塔常压下分离苯-甲苯物系,塔顶采用全凝器,物系平均相对挥发度为2、 5,进料就是流量为150kmol/h,组成为0、4的饱与蒸汽,回流比为4、0,塔顶馏出液中苯的回收率为0、97,釜液中苯的组成为0、02。试求:(1)塔顶产品流率,组成与釜液流率;(2) 精馏段、提馏段操作线方程;(3)实际回流比与最小回流比的比值。 8、某二元连续精馏塔,进料量100kmol/h,组成为0、5(易挥发组分mol分率),饱与液体进料。塔顶、塔底产品量各为50kmol/h,塔顶采用全凝器,泡点回流,塔釜用间接蒸汽加热,物系平均相对挥发度为2、0,精馏段操作线方程为yn+1=0、714xn+0、257,试求:1 塔顶、塔底产品组成(mol分数)与塔底产品中难挥发组分回收率 ;2最小回流比;3提馏段操作线方程。 9用常压精馏塔分离某二元理想溶液,其平均相对挥发度α=3,原料液组成0、5(摩尔分率),进料量为200kmol/h,饱与蒸汽进料,塔顶产品量为100kmol/h。已知精馏段操作线方程为
化工原理例题与习题
化工原理例题与习题
第一章 流体流动 【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m 3与998kg/m 3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4 9984.018306.01+=m ρ =（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4 ρm =1372kg/m 3 【例1-2】 已知干空气的组成为：O 221%、N 278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa 及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m 3 根据式1-3a 气体的平均密度为： 3kg/m 916.0373314.896.281081.9=???=m ρ 【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h 1=0.7m 、密度ρ1=800kg/m 3，水层高度h 2=0.6m 、密度ρ2=1000kg/m 3。 （1）判断下列两关系是否成立，即 p A =p'A p B =p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h 。 解：（1）判断题给两关系式是否成立 p A =p'A 的关系成立。因A 与A '两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p'B 的关系不能成立。因B 及B '两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B '不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度h 由上面讨论知，p A =p'A ，而
化工原理第四版第一章课后习题答案word精品文档21页
第一章 流体的压力 【1-1】容器A 中的气体表压为60kPa ，容器B 中的气体真空度为 .?41210Pa 。试分别求出 A 、 B 二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境 的大气压力等于标准大气压力。 解 标准大气压力为101.325kPa 容器A 的绝对压力 ..p kPa ==A 101325+60161325 容器B 的绝对压力 ..B p kPa =-=1013251289325 【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa 和157kPa ，当地大气压力为101.3kPa 。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。 解 进口绝对压力 ..进101312893 =-=p kPa 出口绝对压力 ..出101 31572583 =+=p kPa 进、出口的压力差 流体的密度 【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4，试求该混合液在20℃下的密度。 解 正庚烷的摩尔质量为/kg kmol 100，正辛烷的摩尔质量为/kg kmol 114。 将摩尔分数换算为质量分数 正庚烷的质量分数 (104100) 03690410006114 ω?= =?+? 正辛烷的质量分数 ..2103690631ω=-= 从附录四查得20℃下正庚烷的密度/kg m ρ=31684，正辛烷的密度为 /kg m ρ=32703
混合液的密度 /..3169603690631 684703 ρ= =+m kg m 【1-4】温度20℃，苯与甲苯按4:6的体积比进行混合，求其混合液的密度。 解 20℃时，苯的密度为/3879kg m ，甲苯的密度为/3867kg m 。 混合液密度 ../3879048670．68718 ρ=?+?=m kg m 【1-5】有一气柜，满装时可装36000m 混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为 操作压力的表压为5.5kPa ，温度为40℃。试求：(1)混合气体在操作条件下的密度；(2)混合气体的量为多少kmol 。 解 ...T K p kPa =+==+=27340313，101 35 5106 8 （绝对压力） 混合气体的摩尔质量 (1)混合气体在操作条件下的密度为 (2)混合气体36000=V m ，摩尔体积为./.m m M m kmol ρ= 3 1860763 混合气体的量为 ..m m V n kmol M ρ?= ==60000763 246 186 流体静力学 【1-6】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m ，当地大气压力为101.2kPa 。试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多 少米？
化工原理典型例题题解
第4章 流体通过颗粒层的流动典型例题 例1：过滤机的最大生产能力 用一板框压滤机对悬浮液进行恒压过滤，过滤20分钟得滤液 20m 3 ，过滤饼不洗涤，拆装时间为15分钟，滤饼不可压缩，介质阻力可略。试求： （1） 该机的生产能力，以 m 3 （滤液）/h 表示 (2)如果该机的过滤压力增加 20℅，该机的最大生产能力为多少 m 3（滤液）/h 解：（1）h m V Q D /3.346015 2020 3=?+=+= θθ （2）根据恒压过滤方程V 2=KA 2θ 2020 202 2 2 ===θV KA 为了得到最大生产能力，则应 min 15==D f θθ 在原压力下对应的滤液量为 300152022 =?==f opt KA V θ 33.17m V opt = ΔP ’=ΔP V ∝ΔP 1/2 395.183.172.1m V opt =?= h m V Q D f opt /9.376015 1595 .183max =?+= += θθ 例2：滤饼的洗涤问题 采用板框压过滤机进行恒压过滤，操作1小时后，得滤液 15m 3 ，然后用2m 3 的清水在相同的压力下对滤饼进行横穿洗涤。假设清水的粘度与滤液的粘度相同。滤布阻力可略，试求： （1） 洗涤时间 （2） 若不进行洗涤，继续恒压过滤1小时，可另得滤液多少 m 3 解：V 2=KA 2θ
KA 2=152 采用横穿洗涤法，则有： E w d dV d dV ??? ??=??? ??θθ41 hr V KA V f w w 07.115 215 4122412 2=??=?= θ 或者 hr J f w 07.114 1152 22=?? ==θδθ ''22θKA V = ， 322.21215''m KA V =?==θ 32.6152.21m V =-=? 例3：操作压强对过滤机生产能力的影响 用板框过滤机过滤某悬浮液，一个操作周期内过滤 20分钟后共得滤液 4m 3 （滤饼不可压缩，介质阻力可略）。若在一个周期内共用去辅助时间30分钟，求： （1） 该机的生产能力 （2）若操作压强加倍，其它条件不变（物性、过滤面积、过滤时间与辅助时间），该机生产能力提高了多少 解：滤饼不洗涤 （1） Q=4/（20+30）=min （2） K ∝ΔP V ’∝ΔP 1/2 V ’=21/2V=×4= Q=50=min 例4：在×103Pa 的恒定压力差下过滤某种的悬浮液。悬浮液中固相为直径的球形颗粒，固相体积分率为10%，过滤时形成空隙率为60%的不可压缩滤饼。已知水的粘度为×10-3Pa·s，过滤介质阻力可以忽略，试求：（1）每平方米过
化工原理第一章习题课
一、概念题 1．某封闭容器内盛有水，水面上方压强为p 0，如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为R 1、R 2和R 3，试判断： 1）R 1 R 2（＞，＜，＝）； 2）R 3 0（＞，＜，＝）； 3）若水面压强p 0增大，则R 1 R 2 R 3 有何变化（变大、变小，不变） 2．如图所示，水从内径为d 1的管段流向内径为d 2管段，已知122d d = ，d 1管段流体流动 的速度头为，m h 7.01=，忽略流经AB 段的能量损失，则=2h m ，=3h m 。 3．如图所示，管中水的流向为A →B ，流经AB 段的能量损失可忽略，则p 1与p 2的关系为 。 21)p p A > m p p B 5.0)21+> m p p C 5.0)21-> 21)p p D < 4．圆形直管内，Vs 一定，设计时若将d 增加一倍，则层流时h f 是原值的 倍，高度
湍流时，h f 是原值的 倍（忽略管壁相对粗糙度的影响）。 5．某水平直管中，输水时流量为Vs ，今改为输2Vs 的有机物，且水μμ2=，水ρρ5.0=，设两种输液下，流体均处于高度湍流状态，则阻力损失为水的 倍；管路两端压差为水的 倍。 6．已知图示均匀直管管路中输送水，在A 、B 两测压点间装一U 形管压差计，指示液为水银，读数为R （图示为正）。则： 1）R 0（>，=，<） 2）A 、B 两点的压差p ?= Pa 。 )()ρρ-i Rg A gh Rg B i ρρρ+-)() )()ρρρ--i Rg gh C gh Rg D i ρρρ--)() 3）流体流经A 、B 点间的阻力损失f h 为 J/kg 。 4）若将水管水平放置，U 形管压差计仍竖直，则R ，p ? ，f h 有何变化 7．在垂直安装的水管中，装有水银压差计，管段很短，1，2两点间阻力可近似认为等于阀门阻力，如图所示，试讨论： 1）当阀门全开，阀门阻力可忽略时，1p 2p （＞，＜，＝）； 2）当阀门关小，阀门阻力较大时，1p 2p （＞，＜，＝），R （变大，变
化工原理习题
第一章流体流动 填空题 （1）边界层的形成是液体具有___________________ 的结果。 答案：粘性 （2）用离心泵在两个敞口容器间输液。若维持两容器的液面高度不变，当关小输送管道的阀门后，管道的总阻力将—。 答案：不变 分析：在两个液面间列柏努力方程式，因位能、静压能和动能均不变化，所以管道总损失不变；阀门开度减小后，导致局部阻力增大，水量减小，直管阻力减小，总阻力不变化。 （3）粘性流体流体绕过固体表面的阻力为_________ 和_________ 之和，称局部阻力。 答案：摩擦阻力；形体阻力 （4）经内径为158mm的钢管输送运动粘度为90mm2/ s的燃料油。若 保持油品作滞流流动，最大流速不能超过_____________ 。 答案：1.14m/s 分析：令临界雷诺数等于2000,即可求得大速度。 Re dU 0.158U62000 解之u 1.14m/s v 90 10 6 （6）流体在阻力平方区流动，若其他条件不变，其压降随着管子的相对粗糙度增加而________________ ，随着流体的密度增大而 _________ 。
答案：增加：增大 分析：在阻力区， 只与相对粗糙度有关，且随其增大而增 大。由范宁公式 （7）流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著 的 ______ ，即使 _____ 很小，_________ 然很大，不容忽视。 答案：速度梯度；粘度；内摩擦应力 选择题 （1）滞流与湍流的本质区别是（ ） A. 流速不同； C.雷诺数不同； B. 流通截面积不同 D 滞流无径向运动，湍流有径向运动; 答案：D （3）完成下面各类泵的比较： （1）离心泵（）；（2）往复泵（）；（3）旋转泵（）。 A. 流量可变，压头不很高，适用于粘性大的流体； B. 流量不均匀，压头根据系统需要而定，用旁路阀调节流量； C. 流量恒定，压头随流量变化，往复运动振动很大； D . 流量较小，压头可达很高，适于输送油类及粘稠性液体； E . 流量均匀，压头随流量而变，操作方便。 答案：（1） E ；⑵ B ； （3） D （3）用离心泵将贮槽内的溶液送到敞口的高位槽 A 和B 中。已知泵 P f h f l u 2 d 2
化工原理精选例题
1.用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯0.88（摩尔分数，下同），流量为200kmol/h。今要求馏出液中乙烯的回收率为99.5%，釜液中乙烷的回收率为99.4%，试求所得馏出液、釜液的流量和组成。 2.例题：设计一精馏塔，用以分离双组分混合物，已知原料液流量为100kmol/h，进料中含轻组分0.2（摩尔分数，下同），要求馏出液和釜液的组成分别为0.8和0.05。泡点进料（饱和液体），物系的平均相对挥发度α=2.5，回流比R=2.7。试求：1）精馏段和提馏段操作线方程；2）从塔顶数第二块板下降的液相组成。 3.例题用一常压精馏塔分离某二元理想溶液，进料中含轻组分0.4（摩尔分数，下同），进料量为200kmol/h饱和蒸汽进料，要求馏出液和釜液的组成分别为0.97和0.02。已知操作回流比R=3.0，物系的平均相对挥发度α=2.4，塔釜当作一块理论板处理。试求：（1）提馏段操作线方程；（2）塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。（从塔底向上计算） 4.例题：常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔，进料中丙酮50%（摩尔分数，下同），其中气相占80%，要求馏出液和釜液中丙酮的组成分别为95%和5%，回流比R=2.0，若进料流量为100kmol/h，分别计算精馏段和提馏段的气相和液相流量，并写出相应的两段操作线方程和q线方程。 5.在连续精馏塔中分离苯—甲苯混合液。原料液组成为0.4（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.95。汽--液混合进料，其中汽相占1/3（摩尔数比），回流比为最小回流比的2倍，物系的平均相对挥发度为2.5，塔顶采用全凝器。试求:(1)精馏段操作线方程；（2）从塔顶往下数第二层理论板的上升气相组成。 6.在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，原料液流量为1000kmol/h，组成为含苯0.4（摩尔分数，下同），馏出液组成为含苯0.9，苯在塔顶的回收率为90%，泡点进料(q=1)，操作回流比为最小回流比的1.5倍，物系的平均相对挥发度为2.5。试求：（1）精馏段操作线方程；（2）提馏段操作线方程。 7.板式精馏塔常压下分离苯-甲苯物系，塔顶采用全凝器，物系平均相对挥发度为2. 5，进料是流量为150kmol/h，组成为0.4的饱和蒸汽，回流比为4.0，塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，釜液中苯的组成为0.02。试求：（1）塔顶产品流率，组成和釜液流率；（2）精馏段、提馏段操作线方程；(3）实际回流比和最小回流比的比值。 8.某二元连续精馏塔，进料量100kmol/h，组成为0.5（易挥发组分mol分率），饱和液体进料。塔顶、塔底产品量各为50kmol/h，塔顶采用全凝器，泡点回流，塔釜用间接蒸汽加热，物系平均相对挥发度为2.0，精馏段操作线方程为yn+1=0.714xn+0.257，试求：1 塔顶、塔底产品组成（mol分数）和塔底产品中难挥发组分回收率；2最小回流比；3提馏段操作线方程。
昆工化工原理马晓迅第一章流体流动习题答案1
第一章 流体流动习题解答 1.解：（1） 1atm=101325 Pa=760 mmHg 真空度=大气压力—绝对压力，表压=绝对压力—大气压力 所以出口压差为 p =4 61097.8)10082.0(10132576.00?=?--?N/m 2 （2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为4 1097.8?Pa 2.解： T=470+273=703K ，p=2200kPa 混合气体的摩尔质量 Mm=28×0.77+32×0.065+28×0.038+44×0.071+18×0.056=28.84 g/mol 混合气体在该条件下的密度为： ρm=ρm0×T0T×pp0=28.8422.4×273703×2200101.3=10.858 kg/m3 3.解：由题意，设高度为H 处的大气压为p ，根据流体静力学基本方程，得 dp=-ρgdH 大气的密度根据气体状态方程，得 ρ=pMRT 根据题意得，温度随海拔的变化关系为 T=293.15+4.81000H 代入上式得 ρ=pMR （293.15-4.8×10-3H ）=-dpgdh 移项整理得 dpp=-MgdHR293.15-4.8×10-3H 对以上等式两边积分， 101325pdpp=-0HMgdHR293.15-4.8×10-3H 所以大气压与海拔高度的关系式为 lnp101325=7.13×ln293.15-4.8×10-3H293.15
即： lnp=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526 （2）已知地平面处的压力为101325 Pa ，则高山顶处的压力为 p 山顶=101325×330763=45431 Pa 将p 山顶代入上式 ln 45431=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526 解得H =6500 m ，所以此山海拔为6500 m 。 4.解：根据流体静力学基本方程可导出 p 容器-p 大气=Rgρ水-ρ煤油 所以容器的压力为 p 容器=p 大气+Rgρ水-ρ煤油=101.3+8.31×9.81×（995-848）1000=113.3 kPa 5.解：6030sin 120sin '=?== αR R mm 以设备内液面为基准，根据流体静力学基本方程，得 8.101106081.98501013253001=???+=+=-gR p p ρkPa 6.解： （1）如图所示，取水平等压面1—1’， 2—2’， 3—3’与4—4’，选取水平管轴心水平面为位能基准面。根据流体静力学基本方程可知 pA=p1+ρgz1 同理，有 p1=p1'=P2+ρigR2 ，p2=p2'=P3-ρg （z2-z3） p3=p3'=p4+ρigR3 ，p4=p4'=pB-ρgz4 以上各式相加，得 PA-PB=ρigR2+R3-ρgz2-z1+z4-z3 因为 z2-z1=R2，z4-z3=R3 PA-PB=ρi -ρgR2+R3=13.6-1×9.81×0.37+0.28=80.34kPa 同理，有 PA-PB=ρi -ρgR1=ρi -ρgR2+R3 故单U 形压差的读数为 R1=R2+R3=0.37+0.28=0.65 m
化工原理例题与习题(含答案)
化工原理例题与习题（含答案） 第一章 流体流动 【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m 3与998kg/m 3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4 998 4.018306.01+=m ρ =（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4 ρm =1372kg/m 3 【例1-2】 已知干空气的组成为：O 221%、N 278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa 及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m 3 根据式1-3a 气体的平均密度为： 3k g /m 916.0373 314.896.281081.9=???=m ρ 【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h 1=0.7m 、密度ρ1=800kg/m 3，水层高度h 2=0.6m 、密度ρ2=1000kg/m 3。 （1）判断下列两关系是否成立，即 p A =p'A p B =p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h 。 解：（1）判断题给两关系式是否成立 p A =p'A 的关系成立。因A 与A '两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p'B 的关系不能成立。因B 及B '两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B '不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度h 由上面讨论知， p A =p'A ，而p A =p'A 都可以用流体静力学基本方程式计算，即 p A =p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2 p A '=p a +ρ2gh 于是 p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2=p a +ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×0.7+1000×0.6=1000h 解得 h =1.16m 【例1-4】 如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U 管压差计，
化工原理第四版第一章课后习题答案
第一章 流体的压力 【1-1】容器 A 中的气体表压为 60kPa ，容器B 中的气体真空度为 1.2 104 Pa 。试分别 -12kPa 和157kPa ，当地大气压力为 101.3kPa 。 试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。 进、出口的压力差 将摩尔分数换算为质量分数 求出A 、 B 二容器中气体的绝对压力为若干帕, 该处环境的大气压力等于标准大气压力。 标准大气压力为 101.325k Pa 容器 A 的绝对压力 P A 101.325+60 161.325 kPa 容器 B 的绝对压力 P B 101.325 12 89.325 kPa 【1-2】某设备进、出口的表压分别为 解进口绝对压力 101.3 12 89.3 kPa 出口绝对压力 101.3 157 258.3 kPa p 157 （ 12） 157 12 169kPa 或 P 258. 3 89. 3 169 kPa 流体的密度 【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为 0.4，试求该混合液在 20 C 下 的密度。 解正庚烷的摩尔质量为 100kg / kmol ，正辛烷的摩尔质量为 114kg/ kmol 。 正庚烷的质量分数 0.4 100 正辛烷的质量分数 0.4 100 1 0.369 0.369 0.6 114 0.631 从附录四查得 20 C 下正庚烷的密度 1 684kg /m 3 ,正辛烷的密度为 2 703kg/m 3 混合液的密度 1 ------------ 696kg / m 3 m 0.369 0 631 9 684 703 【1-4】温度20 C,苯与甲苯按 4:6的体积比进行混合， 求其混合液的密度。 解 20 C 时，苯的密度为 879 kg/m 3，甲苯的密度为 867 kg / m 3 。 混合液密度 m 879 0.4 867 0.6 871.8 kg / m " 【1-5】有一气柜，满装时可装 6000m 3混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为
化工原理(第一章练习题与答案)
第1章流体流动 学习目的与要求 1、掌握密度、压强、绝压、表压、真空度的有关概念、有关表达式和计算。 2、掌握流体静力学平衡方程式。 3、掌握流体流动的基本概念——流量和流速，掌握稳定流和不稳定流概念。 4、掌握连续性方程式、柏努利方程式及有关应用、计算。 5、掌握牛顿黏性定律及有关应用、计算。 6、掌握雷诺实验原理、雷诺数概念及计算、流体三种流态判断。 7、掌握流体流动阻力计算，掌握简单管路计算，了解复杂管路计算方法。 8、了解测速管、流量计的工作原理，会利用公式进行简单计算。 综合练习 一、填空题 1．某设备的真空表读数为200 mmHg，则它的绝对压强为____________mmHg。当地大气压强为 . 2．在静止的同一种连续流体的内部，各截面上__________与__________之和为常数。 3．法定单位制中粘度的单位为__________，cgs制中粘度的单位为_________，它们之间的关系是__________。 4．牛顿粘性定律表达式为_______，它适用于_________流体呈__________流动
时。 5．开口U 管压差计是基于__________原理的测压装置，它可以测量管流中___________上的___________或__________。 6．流体在圆形直管内作滞流流动时的速度分布是_____________形曲线，中心最大速度为平均速度的________倍。摩擦系数与_____________无关，只随_____________加大而_____________。 7．流体在圆形直管内作湍流流动时，摩擦系数λ是_____________函数，若流动在阻力平方区，则摩擦系数是_____________函数，与_____________无关。 8．流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为_____________。邻近管壁处存在_____________层，Re 值越大，则该层厚度越_____________ 9．实际流体在直管内流过时，各截面上的总机械能_________守恒，因实际流体流动时有_____________。 10．测速管测得的是管道中___________速度，孔板流量计测得的是__________速度。可从__________上直接读出被测流体的体积流量。 答案： 1. 560mmHg 2. 位能 静压能 3. s Pa . P 或cP 1s Pa P cP .10110132--?=?= 4.dy du μ τ= 牛顿型 滞流 5. 流体静力学 任意截面 表压强 真空度 6. 抛物线 2 管壁粗糙度 Re 减小 7. ε/d 及Re ε/d Re 8. 零 滞流内 薄 9. 不 摩擦阻力 10. 局部 平均速度 转子流量
化工原理例题与习题
第一章 流体流动 【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m 3与998kg/m 3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4 9984.018306.01+=m ρ =（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4 ρm =1372kg/m 3 【例1-2】 已知干空气的组成为：O 221%、N 278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa 及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m 3 根据式1-3a 气体的平均密度为： 3kg/m 916.0373 314.896.281081.9=???=m ρ 【例1-3 】 本题附图所示的开口容器盛有油和水。油层高度h 1=0.7m 、密度ρ1=800kg/m 3，水层高度h 2=0.6m 、密度ρ2=1000kg/m 3。 （1）判断下列两关系是否成立，即 p A =p'A p B =p'B （2）计算水在玻璃管的高度h 。 解：（1）判断题给两关系式是否成立 p A =p'A 的关系成立。因A 与A '两点在静止的连通着的同一流体，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p'B 的关系不能成立。因B 及B '两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B '不是等压面。 （2）计算玻璃管水的高度h 由上面讨论知，p A =p'A ， 而p A =p'A 都可以用流体静力学基本方程式计算，即 p A =p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2 p A '=p a +ρ2gh 于是 p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2=p a +ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×0.7+1000×0.6=1000h 解得 h =1.16m 【例1-4】 如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U 管压差计，压差计读数R =200mm 。试求两截面间的压强差。