《化工原理》第二版 邹华生主编 第一章习题
化工原理课后习题答案详解
《第一章 流体流动》习题解答1某敞口容器内盛有水与油。
如图。
已知水及油的密度分别为1000和860kg/m 3，解：h 1=600mm ，h 2=800mm ，问H 为多少mm ？m h h h m kg m kg mm h mm h 32.181.91080.081.91060.081.9860?,/860/10,800,6003333321=∴⨯=⨯⨯+⨯⨯===== 油水ρρ2.有一幢102层的高楼，每层高度为4m 。
若在高楼范围内气温维持20℃不变。
设大气静止，气体压强为变量。
地平面处大气压强为760mmHg 。
试计算楼顶的大气压强，以mmHg 为单位。
⎰⎰=∴-=⨯⨯⨯-=⨯⨯-=⎩⎨⎧---⨯=⨯⨯=----=---127.724,04763.040810190.181.9)760/(10190.181.910190.1)2.2938314/(29151408055P P p m mHg P p Ln dz pdp p p gdz d ②代入①，得②①解：ρρ3.某水池，水深4米，水面通大气，水池侧壁是铅垂向的。
问：水池侧壁平面每3米宽度承受水的压力是多少N ？外界大气压为1atm 。
Ndz gz P F 5423501045.12/481.9103410013.13)(3⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=⎰水ρ4．4．外界大气压为1atm ，试按理想气体定律计算0.20at （表压）、20℃干空气的密度。
空气分子量按29计。
345/439.12.293831429)1081.020.010013.1(m Kg RT PM =⨯⨯⨯⨯+⨯==ρ解：5．5．有个外径为R 2、内径为R 1为的空心球，由密度为ρ’的材料制成。
若将该球完全淹没在某密度为ρ的液体中，若球能在任意位置停留，试求该球的外径与内径之比。
设球内空气重量可略。
3/1'1232'3132)/1(/)3/4())3/4(--=∴=-ρρρπρπR R g R g R R （解：6．6．为放大以U 形压差计测气体压强的读数，采用倾斜式U 形压差计。
化工原理1-7章习题答案(新课本)
目录第一章流体流动与输送机械 (2)第二章非均相物系分离 (32)第三章传热 (42)第四章蒸发 (69)第五章气体吸收 (73)第六章蒸馏 (95)第七章固体干燥 (119)第一章 流体流动与输送机械1. 某烟道气的组成为CO 2 13％，N 2 76％，H 2O 11％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。
解：混合气体平均摩尔质量kg/mol 1098.2810)1811.02876.04413.0(33--⨯=⨯⨯+⨯+⨯=∑=i i m M y M ∴ 混合密度333kg/m 457.0)500273(31.81098.28103.101=+⨯⨯⨯⨯==-RT pM ρm m2．已知20℃时苯和甲苯的密度分别为879 kg/m 3和867 kg/m 3,试计算含苯40％及甲苯60％（质量％）的混合液密度。
解：8676.08794.012211+=+=ρρρa a m混合液密度 3kg/m 8.871=m ρ3．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 p4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。
容器上方的压力表读数为42kPa ，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m ，其读数为58 kPa 。
试计算液面到下方测压口的距离。
解：液面下测压口处压力 gh p z g p p ρρ+=∆+=10题4 附图m 36.255.081.990010)4258(30101=+⨯⨯-=+ρ-=ρ-ρ+=∆∴h g p p g p gh p z5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm 和600mm 。
化工原理习题及解答(中文)
化工原理习题及解答华南理工大学化工原理邹华生流体力学与传热第一章 流体流动1.1 解：混合气体的平均分子量Mn 为Mn=M 2co y 2co + M 2o y 2o + M 2N y 2N + M O H 2y O H 2 =44×0.085+32×0.075+28×0.76+18×0.08 =28.86kg/kmol该混合气体在500℃，1atm 时的密度为 ρ=poT p To Mm **4.22**=4.2286.28×273273=0.455kg/m ³ 1.2 解：设备上真空表的绝对压强为绝对压强=大气压―真空度 =740―100 =640mmHg=640×760100133.15⨯=8.53×104N/m²设备内的表压强为表压强=―真空度=―100mmHg=―（100×760100133.15⨯）=―1.33×104N/m²或表压强=―（100×1.33×102）=―1.33×104N/m²1.3 解：设通过孔盖中心的0—0水平面上液体的静压强为p ，则p 便是罐内液体作用于孔盖上的平均压强。
根据流体静力学基本方程知p=p a +ρg h作用在孔盖外侧的是大气压强p a ，故孔盖内外两侧所受压强差为 Δp =p ―p a = p a +ρgh ―=a p ρghΔp=960×9.81(9.6―0.8)=8.29×104N/m²作用在孔盖上的静压力为=p Δp ×24d π=8.29×104241076.376.04⨯=⨯⨯πN每个螺钉能承受的力为N 321004.6014.04807.9400⨯=⨯⨯⨯π螺钉的个数=3.76×10341004.6⨯=6.23个1.4解：U 管压差计连接管中是气体。
化工原理第二版上册答案
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 ·s 2/m 4（3）某物质的比热容C P =0.24 BTU/(lb·℉) （4）传质系数K G =34.2 kmol/(m 2·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则 )s Pa 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.044⋅⨯=⋅⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅=--μ （2）密度 基本物理量的换算关系为1 kgf=9.81 N ，1 N=1 kg ·m/s 2则 3242m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅=ρ （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 kg o o 51F C 9=则)C kg kJ 005.1C 95F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055.1F lb BTU 24.0︒⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒︒⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒=p c （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()kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.34252G ⋅⋅⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⋅=-K（5）表面张力 基本物理量的换算关系为1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm则m N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 7425--⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡=σ （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())C m W 163.1C s m J 163.13600s 1h 1kcal J 104.1868C h m kcall 132︒⋅=︒⋅⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅⋅=λ 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()()()LL310CB4E 3048.001.121078.29.3ραμZ D G A H -⨯=式中 H E —等板高度，ft ；G —气相质量速度，lb/(ft 2·h)； D —塔径，ft ；Z 0—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/ft 3A 、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。
《化工原理》第二版 邹华生主编 第一章2
若 dx/dt =ux、dy/dt =uy、dz/dt =uz
d ∂ ∂ ∂ ∂ = + ux + uy + uz dt ∂t ∂x ∂y ∂z
第一章 流体力学基础
对流导数项
12
作业
P75-77 2、5 、7(读数h)、9,10,11,14
第一章 流体力学基础
13
1.3 流体流动的基本方程 1.3.1 基本概念 质量衡算---连续性方程方程 1.3.2 质量衡算--连续性方程方程 1.3.3 机械能衡算
第一章 流体力学基础
1
1.3.1 基本概念
质量守恒 三大守恒定律 动量守恒 能量守恒
第一章 流体力学基础
2
1.3.1 基本概念
一、粘性——牛顿粘性定律 粘性 牛顿粘性定律
影响因素：主要有温度、压力、 影响因素：主要有温度、压力、组成
T ↑, µ L ↓, µ G ↑
第一章 流体力学基础
4
1.3.1 基本概念
非牛顿型流体
τ
宾汉塑性流体 宾汉塑性流体 牛顿流体
τ0
涨塑性流体
假塑性流体
du/dy
第一章 流体力学基础
5
运动粘度
单位：1St=1cm2/s=100cSt =10-4m2/s
µ ν= ρ
简称斯
不同流体的粘度差别很大。在压强为101.325kPa、 温度为20℃的条件下，空气、水和甘油的动力粘度和运 动粘度为： 空气 µ＝17.9×10-6 Pa s， γ ＝14.8×10 -6 m2/s 水 µ ＝1.01×10 -3 Pa s， 甘油 µ ＝1.499Pa s， γ ＝1.01×10 -6 m2/s γ ＝1.19×10 -3 m2/s
化工原理第二版两册答案(习题5 附图主编).
第一章流体流动4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m，油面上方与大气相通。
在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的孔，其中心距罐底1000 mm，孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa）？解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm处的流体压力为作用在孔盖上的总力为每个螺钉所受力为因此习题5附图习题4附图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=500mm ，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（2）B 点的压力7．某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3 kPa （表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本题附图所示。
液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。
试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h 。
习题7附图解：10．有一装满水的储槽，直径1.2 m ，高3 m 。
现由槽底部的小孔向外排水。
小孔的直径为4 cm ，测得水流过小孔的平均流速u 0与槽内水面高度z 的关系为：试求算（1）放出1 m 3水所需的时间（设水的密度为1000 kg/m 3）；（2）又若槽中装满煤油，其它条件不变，放出1m 3煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800 kg/m 3）？ 解：放出1m 3水后液面高度降至z1，则由质量守恒，得， （无水补充）(A 为储槽截面积故有即上式积分得11．如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m ，水从φ108 mm×4 mm 的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m 。
已知水流经系统的能量损失可按∑h f =5.5u 2计算，其中u 为水在管内的平均流速（m/s ）。
化工原理(第二版 华南理工大) 习题
2 2' 1 1'
0.5m
解：在两测压口中心截面1－1'及2－2'间列柏努利式，以2－2'面的中心 线为基准面，取ρH2O＝1000kg/m3。
Z1=0 P1= -2.6×104 Pa （表压） （因真空度的负值为表压）
We =待求值 Z2=0.5m P2= 2.6×105 Pa （表压）
解得：
1-5、在如图所示的列管换热器内，管束外的冷溶液与管束内的热
1-8
1-9
1-10 如图所示，某厂计划建一水塔，将20℃水分别送至第一、第二
车间的吸收塔中。第一车间的吸收塔为常压，第二车间的吸收塔内压力为 20kPa（表压）。总管为573.5mm的钢管，管长为（30+z0）m，通向 两吸收塔的支管均为 252.5mm的钢管，管长分别为 28m和 15m（以上 各管长均已包括所有局部阻力的当量长度在内）。喷嘴的阻力损失可以忽 略。钢管的绝对粗糙度可取为=0.2mm。现要求向第一车间的吸收塔供应 1800kg/h的水，向第二车间的吸收塔供应2400kg/h的水，试确定水塔离 地面至少多高才行？
即： =1.0133×105 + 0.02×1000×9.81+1.2×13600×9.81 -（6+1） ×1000×9.81= 193000 Pa PA=PB +△P=193000+63800=256800 Pa
1-4、实验室测定离心泵性能时，采用本题附图所示的定态流动流
程 。 每 小 时 以 45m3 、 20℃ 的 清 水 为工 作 介 质 。泵 的 进 口 管直 径 为 φ85×4mm，出口管直径为φ75×4mm。在泵的进口和出口附近分别装 有真空表及压强表，已测得真空表上读数为 2.6×104Pa 、压强表读数 为 2.6×105Pa ，两测压口中心线间的垂直距离为 0.5m，因其间管路较 短，故流体在两表间的摩擦阻力可以忽略。泵由电动机直接带动，传 动效率可视为1，已测得电动机输出功率为5.5kW，试求泵的效率。
化工原理第二版两册答案(习题5 附图主编)
第一章 流体流动4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。
在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa ）？ 解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为[]（绝压）Pa 10813.1Pa )0.15.9(81.9960103.10133⨯=-⨯⨯+⨯=+=gh p p ρ 作用在孔盖上的总力为N 10627.3N 76.04π103.10110813.1)(4233a ⨯⨯⨯⨯⨯-=＝）－＝（A p p F每个螺钉所受力为N 10093.6N 014.04π105.39321⨯=÷⨯⨯=F因此()（个）695.5N 10093.610627.3341≈=⨯⨯==F F n5．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 5.081.91360010165.1441汞A B ⨯=⨯⨯+⨯=+=gR p p ρ 7．某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3 kPa （表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本题附图所示。
液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。
试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h 。
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超压； （2）防止气体外泄； 水封
0 P 0 h0 水 气体
4.远距离液位测定 4.远距离液位测定
例：为测量腐性液体贮槽中的存液量，采用图示的 为测量腐性液体贮槽中的存液量， 装置．测量时通入压缩空气， 装置．测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓 慢地鼓泡通过观察瓶．今测得U形压差计读数为R 慢地鼓泡通过观察瓶．今测得U形压差计读数为R＝ 130mm，通气管距贮槽底面h=20cm 贮槽直径为2m h=20cm， 2m， 130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m， 液体密度为980kg 980kg／ 液体密度为980kg／m3，试求贮槽内液体的储存量为 多少吨? 多少吨?
1.1 几个概念 一．连续介质模型 二．流体的性质 三、流体所受到的力 1.2 流体静力学方程及其应用 1.2.1 静止流体所受的力 1.2.2 流体静力学基本方程 1.2.3 流体静力学基本方程的应用
第一章 流体力学基础 1
1.2.3 流体静力学基本方程的应用
1．压力计 ．
(1)U 形压力计
ρ A 1穧 h R pa
p1 + ρgh = pa + ρ 0 gR
p1 = p a + ρ 0 gR − ρgh
2
3 ρ0
指示液
(2)单管压力计 单管压力计 单管压力计是U形压力计的 单管压力计是 形压力计的 变形，用一只杯形代替U形压强 变形，用一只杯形代替 形压强 计中的一根管子，如图2所示 所示。 计中的一根管子，如图 所示。 由于杯的截面S杯远大于玻璃 管的截面S玻（一般情况下S杯/S玻 ），所以其两端有压强差 ≥200），所以其两端有压强差 ）， 根据等体积原理， 时，根据等体积原理，细玻璃管 一边的液柱升高值h1远大于杯内 液面下降h2，即h1>>h2，这样h2 可忽略不计， 可忽略不计，在读数时只需读一 边液柱高度，误差比U形压差计 边液柱高度，误差比 形压差计 3 第一章 流体力学基础 减少一半
R 3 3′ ′ ρ0
U 形压差计的读数 R 的大小反映了 被测两点间广义压力之差
1.2.3 流体静力学基本方程的应用 (2)双液体压差计 双液体压差计 略小于ρ ρ1略小于ρ2
p1 p2
z1
ρ1
z1
p1 − p 2 = (ρ 2 − ρ 1 )gR
ρ2
R
读数放大
第一章 流体力学基础 5
U形压力计 压力计和U形压差计的区别 压力计
1.2.3 流体静力学基本方程的应用 2．压差计（manometer） ．压差计（ ） (1)U形压差计 形压差计
p1 + ρg(z1 + R) = p2 + ρgz2 + ρ 0 gR
z1
2 1 ρ Байду номын сангаас2
( p1 + ρgz1 ) − ( p2 + ρgz2 ) = (ρ 0 − ρ )gR
Γ1 − Γ2 = (ρ 0 − ρ )gR
U形测压管测的是 点的压强 形测压管测的是A点的压强 形测压管测的是 U形压差计测的是 、B两点的广义压强差。 形压差计测的是A、 两点的广义压强差 两点的广义压强差。 形压差计测的是
第一章 流体力学基础 6
3.液封高度 液封高度
目的： 目的： （1）恒定设备内的压力，防止
气 气 液
P 水 溢流 0 h0 0 安全液封
已知：R = 130mm, h = 20cm, D = 2m, kg , ρ = 13600 kg ρ = 980 m3 i m3 管道中空气缓慢流动。 求：贮槽内液体的存储量W。 解：（ ）管道内空气缓慢鼓泡，u ≈ 0, 用静力学原理求解。 1 （2）空气的ρ很小，忽略空气柱的影响。 ∴ Hρg = Rρi g
ρi R 13600 H= = × 0.13 = 1.8m ρ 980
1 2 ∴W = πD ⋅ ( H + h) ρ = 0.785 × 2 2 × (1.8 + 0.2) × 980 4 = 0.65(吨)