化工原理作业
化工原理(1)-作业题文
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) 水的粘度?=0.00856g/(cm?s)(2) 密度?=1386kgf?s2/m4(3) 某物质的比热容c p=0.24BTU/(lb??F)(4) 传质系数K G=34.2kmol/(m2?h?atm)(5) 表面张力?=74dyn/cm(6) 导热系数?=1kcal/(m?h?K)2. 湿物料原来含水16%(wt%)，在干燥器中干燥至含水0.8%，试求每吨物料干燥出的水量。
第一章流体流动1. 已知甲地区的平均大气压力为85.30kPa，乙地区的平均大气压力为101.33kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20kPa。
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绝对压力与甲地区操作时相同？2. 用一复式U管压差计测定水流管道A、B两点的压差，压差计的指示液为汞，两段汞柱之间放的是水，今若测得h1=1.2m，h2=1.3m，R1=0.9m，R2=0.95m，问管道中A、B两点间的差压?p AB为多少？(先推导关系式，再进行数字运算)。
第2题图3. 在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。
粗管内径d1=10cm，细管内径d2=5cm，当流量为4×10－3m3/s时，求粗管内和细管内水的流速？4.高位槽内的水面高于地面8m，水从φ108×4mm的管路中流出，管路出口高于地面2m。
在本题中，水流经系统的能量损失可按h f=6.5u2计算，其中u为水在管内的流速，试计算：（1）A－A截面处水的流速；（2）出口水的流量，以m3/h计。
第4题图5. 将高位槽内料液向塔内加料。
高位槽和塔内的压力均为大气压。
要求料液在管内以0.5m/s 的速度流动。
设料液在管内压头损失为1.2m （不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？6. 用泵将贮槽中密度为1200kg/m 3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa ，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa （真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m ，进料量为20m 3/h ，溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg ，求泵的有效功率。
化工原理作业
上册第一章流体流动习题解答3. 某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如本题附图所示。
测得R 1=400 mm ，R 2=50 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=50mm 。
试求A 、B 两处的表压强。
解：U 管压差计连接管中是气体。
若以2,,g H O Hg ρρρ分别表示气体、水与水银的密度，因为g Hg ρρ，故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。
由此可以认为A C p p ≈，B D p p ≈。
由静力学基本方程式知232A C H O Hg p p gR gR ρρ≈=+10009.810.05136009.810.05=⨯⨯+⨯⨯7161Pa =(表压)417161136009.810.4 6.0510B D A Hg p p p gR Pa ρ≈=+=+⨯⨯=⨯8. 高位槽内的水面高于地面8 m ，水从1084mm mm φ⨯的管道中流出，管路出口高于地面2 m 。
在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按26.5fh u =∑计算(不包括出口阻力损失)，其中u 为水在管内的流速m/s 。
试计算：CD(l) 'A A -截面处水的流速；(2)水的流量，以m 3/h 计。
解：(1) 取高位槽水面为上游截面11'-，管路出口内侧为下游截面22'-，如图所示，那么128,2z m z m == (基准水平面为地面)1120,0u p p ≈==(表压)，'A A -处的流速与管路出口处的流速相同，2A u u = (管径不变，密度相同)在截面11'-和22'-间列柏努利方程方程，得 222fu g z h ∆=+∑，其中26.5fh u =∑代入数据226.59.81(82)2u u +=⨯-解得2.9/A u u m s ==(2)2332.9(10842)10360082/4h V uA m h π-⎡⎤==⨯⨯-⨯⨯⨯=⎣⎦9. 20℃的水以2.5 m/s 的流速流经38 2.5mm mm φ⨯的水平管，此管以锥形管与另一533mm mm φ⨯的水平管相连。
化工原理作业
化工原理作业1、j01c20112有一串联水平管路已知l1=100m，l2=50m，l3=40m，d1=100mm，d2=50mm，d3=40mm（皆指内径）。
现有20℃的水沿管路作湍流流动，若允许产生的最大压强降为6mH2O，试求水的最大流量，m3/h。
（管路局部阻力不可计。
水在20℃时物性：ρ=1000kg/m3，μ=0.001Pa˙s，摩擦系数λ=0.3164/Re0.25）2、j01c20113用离心泵将原油从油库沿管内径为0.15m，长2公里（包括局部阻力的当量长度）的水平管送往炼油厂。
输油量为40 m3/h。
油泵的总效率为0.65，求泵的轴功率。
某天，该油泵突然发生故障，于是开动一台备用泵，其压头仅为原来泵的80%，问此泵能输送原油多少m3/h。
输送条件下，原油的密度为890kg/m3，黏度为0.4 Pa˙s。
设油库和炼油贮罐均为常压。
3、j01b20093如图所示输水系统。
已知:管路总长度(包括所有局部阻力当量长度)为100m，压出管路总长80m,管路摩擦系数λ=0.025，管子内径为0.05m，水的密度ρ=1000kg/m3,泵的效率为0.8,输水量为10m3/h，求:⑴泵轴功率N的值？⑵压力表的读数为多少kgf/cm2。
4、如图所示的输水系统。
已知管内径为d=50mm，在阀门全开时输送系统系统Σ（l+le）=50m，摩擦系数可取λ=0.03，泵的性能曲线，在流量为6m3/h至156m3/h范围内可用下式描述：H=18.92-0.82Q0.8，此处Ｈ为泵的扬程，Ｑ为泵的流量m3/h，问：（１）如要求流量为１０m3/h，单位质量的水所需外加工为多少？单位重量的水所需外加功为多少？此泵能否完成任务？（２）如要求输送量减至８m3/h（通过关小阀门达到），泵的轴功率减少百分之多少？（设泵的效率变化忽略不计）5、如图所示，用泵将水由低位槽打到高位槽（均敞口且液面保持不变）。
已知两槽液面距离为20m，管路全部阻力损失为5m水柱，泵出口管路内径为50mm，其上装有U管压强计，AB长为6m，压强计读数，R为40mmHg，Ｒ＇为１２００ｍｍＨｇ，Ｈ为１ｍ水柱，设摩擦系数为０.０２，求：（１）泵所需的外加功（Ｊ／ｋｇ）；（２）管路流速（ｍ／ｓ）；（３）Ａ截面压强（ｋｇｆ／ｃｍ２）．。
化工原理习题答案
化工原理习题答案问题一：质量守恒及干燥问题问题描述：一种含有30%水分的湿煤经过加热后，其水分含量降低到15%。
问：为了使1000kg湿煤的水分含量降到15%，需要排除多少千克水分？解答：根据质量守恒原则，该问题可以通过计算质量的变化来求解。
设湿煤的初始质量为m1，水分含量为w1，加热后的质量为m2，水分含量为w2。
根据题意可得到以下关系：m1 = m2 + m水分 w1 = (m水分 / m1) × 100% w2 = (m水分 / m2) × 100%根据题意可得到以下关系： w2 = 15% = 0.15 w1 = 30% = 0.30将以上关系代入计算，可得到： 0.15 = (m水分 / m2) × 100% 0.30 = (m水分 / m1) × 100%解得：m水分 = 0.15 × m2 = 0.30 × m1代入具体数值进行计算： m水分 = 0.15 × 1000kg = 150kg因此，需要排除150千克水分。
问题二：能量守恒问题问题描述：一个装有100升水的水箱，水温为20°C。
向该水箱中加热10000千卡的热量，水温升高到40°C。
问：热容量为1千卡/升·°C的水箱的温度升高了多少度？解答：根据能量守恒原理，可以通过计算热量的变化来求解。
热量的变化可表示为：Q = mcΔT其中，Q为热量的变化量，m为物体的质量，c为物体的比热容，ΔT为温度的变化。
根据题意可得到以下关系： Q = 10000千卡 = 10000 × 1000卡 m = 100升 = 100升 × 1千克/升 = 100 × 1千克 c = 1千卡/升·°C 代入公式计算温度的变化ΔT：10000 × 1000 = (100 × 1) × (ΔT) ΔT = (10000 × 1000) / (100 × 1) = 1000000 / 100 = 10000°C 因此，热容量为1千卡/升·°C的水箱的温度升高了10000度。
化工原理作业汇总
化工原理上册绪论【0-1】从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI制。
（1）40℃时水的粘度μ=0.00656g(cm·s)（2）某物质的比热容CP=0.21BTU/(lb·F)（3）密度ρ＝1386kgf·s2/m4（4）传热系数KG=24.2kmol/(m2·h·atm)（5）表面张力σ＝71dyn/cm（6）导热系数λ＝1kcal/(m·h·℃)[答：μ=6.56×10-4Pa·s；CP=0.8792kJ/(kg·℃)；ρ＝13600kg/m3；KG=6.636×10-5kmol/(m2·s·kPa)；σ＝7.1×10-2N/m；λ＝1.163W/(m·℃)]【0-2】清水在圆管内对管壁的强制湍流对流传热系数随温度的变化可用下面经验公式表示，即：α ＝150（1＋2.93×10-3T）u0.8d-0.2式中α ――对流传热系数，BTU/(ft2·h·F)；T――热力学温度，K；u――水的流速，ft/s；d――圆管内径，in。
试将式中各物理量的单位换算为SI制，即α为W/(m2·K)，T为K，u为m/s，d为m。
[答：α＝1057（1＋2.93×10-3T）u0.8d-0.2]第一章流体流动1-1 流体静力学基本方程式1-1．在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960kg/m3的油品，油面高于罐底9.6m，油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为760mm的圆孔，其中心距罐底800mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为39.23×106Pa，问至少需要几个螺钉？[答：至少要7个]1-2．某流化床反应器上装有两个U管压差计，如本题附图所示。
测得R1＝400mm，R2＝50mm 指示液为水银。
化工原理作业答案
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25.9×103 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。
化工原理作业
1教材42页，9题
3月20，21日
1将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以0.5m/s的速度流动。设料液在管内压头损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？
3月24，26日
1.教材43页11题
2.教材43页12题
试计算在此流量下泵的压头H、轴功率N和效率η。
期中小论文题目
1《化工中的物料衡算和能量衡算》
2《柏努利方程的推导方法的比较》
3《离心泵和往复泵》
4自选题目
要求书写工整，有数据和演算支持，千字左右。
Yaoyy
浙5-1
红砖平壁墙，厚度500mm，内侧温度200℃，外侧30℃，设红砖的平均热导率可取为0.57Wm-1℃-1，试求：（1）传导热通量q（2）距离内侧350mm出的温度tA
4、离心泵启动和关闭前后应该注意什么？
6、如何调节离心泵流量?
7、如何调节往复泵流量?
9、流体的流动形态有哪几种？如何判断？
10、何谓沉降？沉降可分为哪几类？
11、何谓过滤介质？对过滤介质有何要求？
12、在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，问：传热管的壁温接近于哪一种流体的温度？
13、在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，那一种流体走管程？那一种流体走管外？为什么？
NJUCT4-6:
热空气在冷却管管外流过，α2=90W/（m2·℃），冷却水在管内流过，
α1=1000W/（m2·℃）。冷却管外径do=16mm，壁厚b=1.5mm，管壁的λ=40W/（m·℃）。试求：
①总传热系数Ko；
②管外对流传热系数α2增加一倍，总传热系数有何变化？
③管内对流传热系数α1增加一倍，总传热系数有何变化？
化工原理作业答案
第一章 流体流动与输送机械3．某地区大气压力为101.3kPa ，一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa 。
若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？解：''表表绝＋p p p p p a a =+=∴kPa 3.15675)1303.101)(''=-==＋（－＋真表a a p p p p 7．如附图所示，水在管道中流动。
为测得A -A ′、B -B ′截面的压力差，在管路上方安装一U 形压差计，指示液为水银。
已知压差计的读数R ＝180mm ，试计算A -A ′、B -B ′截面的压力差。
已知水与水银的密度分别为1000kg/m 3和13600 kg/m 3。
解：图中，1-1′面与2-2′面间为静止、连续的同种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即'11p p =， '22p p =又 gm p p A ρ-='1gRR m g p gR p gR p p B 002021)('ρρρρ++-=+=+=所以 gR R m g p gm p B A 0)(ρρρ++-=-整理得 gR p p B A )(0ρρ-=-由此可见， U 形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数R 有关，而与U 形压差计放置的位置无关。
代入数据 Pa 2224918.081.9)100013600(=⨯⨯-=-B A p p9．图示为汽液直接混合式冷凝器，水蒸气与冷水相遇被冷凝为水，并沿气压管流至地沟排出。
现已知真空表的读数为78kPa ，求气压管中水上升的高度h 。
解: a p gh p =+ρ水柱高度 m 95.781.910107833=⨯⨯=ρ-=g p p h a11．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。
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精馏和吸收的应用
精馏一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。
精馏操作按不同方法进行分类。
根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏）。
若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏
原理：把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。
为什么把液体混合物进行多次部分汽化同时又多次部分冷凝，就能分离为纯或比较纯的组分呢？对于一次汽化，冷凝来说，由于液体混合物中所含的组分的沸点不同，当其在一定温度下部分汽化时，因低沸点物易于气化，故它在气相中的浓度较液相高，而液相中高沸点物的浓度较气相高。
这就改变了气液两相的组成。
当对部分汽化所得蒸汽进行部分冷凝时，因高沸点物易于冷凝，使冷凝液中高沸点物的浓度较气相高，而为冷凝气中低沸点物的浓度比冷凝液中要高。
这样经过一次部分汽化和部分冷凝，使混合液通过各组分浓度的改变得到了初步分离。
如果多次的这样进行下去，将最终在液相中留下的基本上是高沸点的组分，在气相中留下的基本上是低沸点的组分。
由此可见，
多次部分汽化和多次部分冷凝同时进行，就可以将混合物分离为纯或比较纯的组分。
液体气化要吸收热量，气体冷凝要放出热量。
为了合理的利用热量，我们可以把气体冷凝时放出的热量供给液体气化时使用，也就是使气液两相直接接触，在传热同时进行传质。
为了满足这一要求，在实践中，这种多次部分汽化伴随多次部分冷凝的过程是逆流作用的板式设备中进行的。
所谓逆流，就是因液体受热而产生的温度较高的气体，自下而上地同塔顶因冷凝而产生的温度较低的回流液体（富含低沸点组分）作逆向流动。
塔内所发生的传热传质过程如下1）气液两相进行热的交换，利用部分汽化所得气体混合物中的热来加热部分冷凝所得的液体混合物；2）气液两相在热交换的同时进行质的交换。
温度较低的液体混合物被温度较高的气体混合物加热二部分汽化。
此时，因挥发能力的差异（低沸点物挥发能力强，高沸点物挥发能力差），低沸点物比高沸点物挥发多，结果表现为低沸点组分从液相转为气相，气相中易挥发组分增浓；同理，温度较高的气相混合物，因加热了温度较低的液体混合物，而使自己部分冷凝，同样因为挥发能力的差异，使高沸点组分从气相转为液相，液相中难挥发组分增浓。
精馏塔是由若干塔板组成的，塔的最上部称为塔顶，塔的最下部称为塔釜。
塔内的一块塔盘只进行一次部分汽化和部分冷凝，塔盘数愈多，部分汽化和部分冷凝的次数愈多，分离效果愈好。
通过整个精馏过程，最终由塔顶得到高纯度的易挥发组分，塔尖得到的基本上是难挥发的组分。
加盐萃取生产无水乙醇
用乙二醇为溶剂的萃取精馏，它的优点是产品质量高，适用于大规模生产，乙二醇沸点高，不易挥发，损耗少。
但乙二醇作萃取剂的溶剂比大，通常为5：1（溶剂与进料之比）。
由于溶剂的循环量较大，能量消耗也较大，同时塔内液体负荷高，板效率低（一般为20～40％），这就增加了所需的塔板数，抵消了加入溶剂提高相对挥发度减少塔板数的效果。
溶盐精馏是利用盐能显著地提高乙醇－水体系的相对挥发度的制取无水乙醇技术。
这种方法的脱水效果好，所需的理论板少，流程也比较简单。
工业上用盐作萃取剂制取无水乙醇，是将固体盐加到回流液中，溶解后由塔顶加入。
由于盐完全不挥发，只在液相内出现，因此它不污染塔顶产品，不需要洗涤段，塔顶可以得到高纯产品
加盐萃取精馏制取无水乙醇的工艺，克服了传统工艺的不足，是工业上制取无水乙醇的理想工艺，它具有下述特点：
1、提高了溶剂效果，与国外先进的乙二醇萃取精馏相比，溶剂循环量仅为其1／4～1／5，所需理论板数减少为原来的1／3，从而降低了能耗，减小了设备投资。
2、可连续化生产，生产效率高，溶剂损耗低，乙醇回收率高，生产成本低。
3、没有污染，产品质量好。
吸收
吸收，常指气体吸收，是一种分离气体混合物的过程。
用适当的液体溶剂处理气体混合物，使其中的一种或几种组分溶于溶剂，从而达到分离气体混合物的目的。
被吸收的气体组分称为溶质或吸收质，不被吸收的组分称为惰性气体，所用的液体称为溶剂或吸收剂。
吸收了溶质的吸收剂称为溶液或饱和吸收液。
吸收过程中所谓惰性气体，常常也会被溶解一点，只是溶解量很少.
武龙刚李强王宏凯。