化工原理典型例题题解
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 222322642dluu d l du u d l h f ρμμρλ=⋅⋅=⋅⋅= 得162442122122122121212==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==d d d d d d d u du h h f f (2) 由 2222ud l d f u d l h f ⋅⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅⋅=ελ 得322 55212142122112212==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==d d d d d d d u d u h h f f2． 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 ∑+++=++2222222111ρρ 得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2222222111u d l l u d l l e e ⋅+⋅=⋅+⋅λλ 又由完全湍流流动得 ⎪⎭⎫⎝⎛=d f ελ所以 ()()222211u l l u l l e e ⋅+=⋅+而 24d u uA V π⋅== 所以 ()()1547.175.01211212==++==e e l l l l u u V V3． 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。
《化工原理》练习题及解答
《化工原理》练习题一、简答题1、汽蚀现象2、真空度3、层流二、选择题1. 在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是( )A. 同一种流体内部B. 连通着的两种流体C. 同一种连续流体D. 同一水平面上，同一种连续的流体2. 离心泵的效率η和流量Q的关系为（）。
A. Q增大，η增大B. Q增大，η先增大后减小C. Q增大，η减小D. Q增大，η先减小后增加3. 双层平壁定态热传导，两层壁厚相同，各层的导热系数分别为λ1和λ2，其对应的温度差为△t1和△t2，若△t1＞△t2，则λ1和λ2的关系为（）。
A. λ1＜λ2,B. λ1＞λ2C. λ1=λ2D. 无法确定4. 在阻力平方区内，摩擦系数λ（）。
A. 为常数，与ε/d、Re均无关B.随Re值加大而减小C. 与Re值无关，是ε/d的函数D. 是Re值与ε/ d的函数三、计算题1.有一石油裂解装置，所得热裂物的温度300℃。
今欲设计一换热器，欲将石油从25℃预热到180℃，热裂物经换热后终温不低于200℃，试计算热裂物与石油在换热器中采用并流与逆流时的对数平均温差ΔΤm。
2.如图所示，水由常压高位槽流入精馏塔中。
进料处塔中的压力为0.1大气压（表压），送液管道为φ 45×2.5 mm、长8 m的钢管。
管路中装有180°回弯头一个(le/d =75)，90°标准弯头一个(le/d =35)。
塔的进料量要维持在3.6m3/h，试计算高位槽中的液面要高出塔的进料口多少米？参考数据：水的粘度为1cP Array《化工原理》练习题答案一、简答题1、汽蚀现象泵的入口处的压力低于被输送流体的饱和蒸汽压，形成大量气泡，气泡进入到离心泵的高压区破裂，液滴填充真空区击打器壁，形成汽蚀现象。
2、真空度真空度= 大气压力－绝对压力3、层流流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合二、选择题1.D2.B3.A4.C三、简答题1. 解：求得 ∆Tm1=97.2℃∆Tm2=145.7℃2.解： 由流量可求得流速为u=0.8 m/s(5分)。
化工原理习题及解答
+
196
ρg 2g ρg
2 * 9.8
0.666 * 9.8
èp1=263.5pa=26.9 mmH2O 柱
Hgjc_shsd
(4/51)
ssd2-12、有一垂直管道，内径由 φ300mm 渐缩至 φ200mm，水由下而
上在管中流动。测得水在粗管口和细管口的静压力分别为 p1=150kPa 和 p2=100kPa(如图)，两测压点间垂直距离为 4.5m，若此距离间的摩擦阻力可 以忽略，试求水的流量。(432m3/h)
直距离分别为：h1=2.3m、h2=1.2m、 h3=2.5m 及 h4=1.4m。锅炉中水面与基准 面间的垂直距离 h5=3m。大气压强 p0=99.3kPa。试求锅炉上方水蒸气的压 强 p5。(分别以 Pa 和 kgf/cm2 来计量)。 [答 p=3.64×105Pa=3.71kgf/cm2 ]
至观察孔中心的垂直距离 H 应为多少？设液
体在器内的流动缓慢，可按静力学处理。而且
油水易于分层。没有乳化界面。(0.4m)
解 ρ0gH 0 = ρ1gH1
H1
=
ρ0H0 ρ1
=
800 * 0.5 1000 Nhomakorabea= 0.4m
ssd2-4、精馏塔塔顶分出轻油和水蒸气，经冷凝和油水分离后，轻油一
部分回至塔中，其余为产品，冷凝水则排走，油水分离器应高过塔顶。为操
ssd2-6、列管式换热器的管束 38 根 Φ25×2.5mm 的钢管组成。空气以
10m/s 的速度在管内流动，其平均温度为 50℃，由液柱压力计测得其压力为
250mmHg，压力计一端接通大气，当时大气压 101.3kPa，试求空气的体积
流量和质量流量。(0.12m3/s 0.174kg/s)
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。
化工原理例题及习题
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1-49984.018306.01+=m ρ=（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4ρm =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/m3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 。
化工原理习题(含答案)
·流体流动部分1．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 n2．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习题2附图习题1附图3、如本题附图所示，水在管道内流动。
为测量流体压力，在管道某截面处连接U 管压差计，指示液为水银，读数R=100毫米，h=800mm 。
为防止水银扩散至空气中，在水银液面上方充入少量水，其高度可忽略不计。
化工原理精彩试题及其问题详解
化工原理试题与答案一、填空题1. 流体在一根圆形水平直管中流动，测得其平均流速为0.5 m ·s -1，雷诺数Re =1000，压降Δp =10 Pa ，问管中心处的最大流速为 m ·s -1。
若平均流速增大为1 m ·s -1，则压降Δp 为 Pa 。
2.反应器流体的混和按考察的尺度可划分为 混和和 混和。
3. 填料吸收塔正常操作时,若液气比增大,则吸收液的出塔浓度 ,吸收的推动力 。
4. 某间壁式换热器传热面积为2.5 m 2，传热平均温差为45 K ，传热速率为9000 W ，则该换热器此时的总传热系数K = 。
5. 气体的粘度值随温度的升高而 ；液体的粘度值随温度的升高而 。
6. 雷诺数Re 是流体流动 的判据。
流体在管道中流动，当Re 时为稳定层流；当Re 时，可以形成湍流；只有当Re 时，方可达到稳定的湍流。
7. 活塞流反应器的量纲一平均停留时间（无因次平均停留时间）θ等于 ；其停留时间的量纲一方差（无因次方差）为 。
8. 在连续接触的填料塔,进行定常等温吸收操作,填料层高度的计算,可由物料衡算式和吸收速率方程联列导出计算式, 填料层总高度等于 和 之乘积。
9. 列举四种工业上常用的间壁式热交换器： 、 、、 。
10.伯努利方程gZ 1+ρ1p +221u +W e =gZ 2+ρ2p +222u +)21(,-∑f H 适用的条件是在 流动时的 流体。
11. 从手册中查得某液体在25℃和1 atm 时的粘度为0.80 厘泊，试将其换算成国际单位制，粘度应为 。
12. 在研究流体流动规律时，要注意区分是定常（或称定态）流动和不定常（或称不定态）流动，稳定态和不稳定态。
如果所考察的流体流动过程或系统中任何一个部位或任何一个点上的流体性质和过程参数都不随时间而改变，则该过程为 过程，反之，则为 过程。
当流体流动过程的雷诺数大于1×104时，可以认为是 的湍流；当雷诺数在2000 ~4000 之间流体的流动型态为 的过渡区域。
化工原理流体通过颗粒层的流动典型例题题解
例3：确定板框过滤机的生产条件 利用板框过滤机进行恒压过滤,滤饼可压缩性指数S=0.5,当操作 压力（表压）为P1时,滤框充满滤饼需要1.5hr,现悬浮液不变,滤饼 体积与滤液体积之比c值不变,生产要求框内充满可延长为3hr,则操 作压力P2应调节为原来的多少倍?(过滤介质阻力可忽略)
例4 ：转筒真空过滤机的生产能力 某悬浮液，在过滤压力（表压）为3kgf/cm2时，k=5×105m2/s,q =0.01m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比c=0.08m3/m3.现拟 e 采用真空过滤机进行过滤，过滤机的型号为GP20－2.6。G代表外 滤面真空过滤机，p代表普通用途。转筒直径2.6m，转筒宽度2.6m， 过滤面积20m2，转速0.13rpm-0.8rpm,浸入角度90º -133º ,生产中拟 采用的转速为0.13rpm,浸入角度130º ,操作真空度为0.7kgf/cm2.滤 饼的压缩性指数s=0.3,滤布阻力在压力改变时不起变化，试求生产 能力，以V滤饼m3/hr表示。并计算滤饼厚度为多少？ 解：核算过滤面积， 吹松 洗 涤
P 1 a2 1 a 2 4.17 u 0.29 u 3 3 L
2
在该问题中，因为床层的参数不变，可将欧根公式的表达式进行简化。
1 a B 0.29
3
则，欧根公式可以写成为
P 2 A u B u L
在20oC 、101.3KPa的条件下，查得空气的物性数据为：
0.0181 mPa s; 1.20kg / m 3
将空气试验的两组数据代入压降计算式，求出A、B的数值。 空床气速 0.3m/s 空床气速 0.8m/s 单位床层高度的压降 220 Pa/m 单位床层高度的压降 1270 Pa/m 解得： A=12193 , B=1424
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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 ’=1.2ΔP
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
412
2412
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）=0.08m 3/min （2） K ∝ΔP
V ’∝ΔP 1/2
V ’=21/2V=1.414×4=5.65m 3 Q=5.65/50=0.113m 3/min
例4：在9.81×103Pa 的恒定压力差下过滤某种的悬浮液。
悬浮液中固相为直径0.1mm 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1.0×10-3Pa·s，过滤介质阻力可以忽略，试求：（1）每平方米过滤面积上获得1.5m 3滤液所需的过滤时间；（2）若将此过滤时间延长一倍，可再得滤液多少？
解：（1）过滤时间 已知过滤介质阻力可以忽略时的恒压过滤方程式为
单位面积上所得滤液量q =1.5m 3/m 2
过滤常数
对于不可压缩滤饼，s =0,
常数，则
已知=9.81×103Pa =1.0×10-3Pa·s，滤饼的空隙率
=0.6
球形颗粒的比表面为
m2/m3
于
是
m2
又根据料浆中的固相含量及滤饼的空隙率，可求出滤饼体积与滤液体积之比υ。
形成1m3滤饼需要固体颗粒0.4m3，所对应的料浆量是4m3，因此，形成1m3滤饼可得到4-1=3m3滤液，则
m 3
/m
3
m3/s
所以
s （2）过滤时间加倍时增加的滤液量
s
则
m 3
/m
2
m 3
/m
2
即每平方米过滤面积上将再得0.62m3滤液。
例5 用转筒真空过过滤机过滤某种悬浮液，料浆处理量为40m3/h。
已知，每得1m3滤液可得滤饼0.04m3，要求转筒的浸没度为0.35，过滤表面上滤饼厚度不低于7mm。
现测得过滤常数为K=8×10-4m2/s，q e=0.01m3/m2。
试求过滤机的过滤面积A和转筒的转速n。
解：以1min为基准。
由题给数据知
m3/min (a)
s
(b)
滤饼体积0.642×0.04=0.02568m3/min
取滤饼厚度，δ=7mm，于是得到
r/min (c) 每分钟获得的滤液量为
m3/min (d) 联立式a、b、c、d解得m2，r/min。
例6 若分别采用下列各项措施，试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化。
已知滤布阻力可以忽略，滤饼不可压缩。
（1）转筒尺寸按比例增大50％。
（2）转筒浸没度增大50％。
（3）操作真空度增大50％。
（4）转速增大50％。
（5）滤浆中固相体积分率由10％增稠至15％，已知滤饼中固相体积分率为60％。
（6）升温，使滤液粘度减小50％。
再分析上述各种措施的可行性。
答：根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为
而A=πDL
（1）转筒尺寸按比例增大50％。
新设备的过滤面积为
A’=(1.5)2A=2.25A
即生产能力为原来的2.25倍，净增125％，需要换设备。
（2）转筒浸没度增大50％
即生产能力净增22.5％。
增大浸没度不利于洗涤。
（3）操作真空度增大50％
增大真空度使为原来的1.5倍，则效果同加大浸没度50％，即生产能力提高了22.5％。
加大真空度受操作温度及原来真空度大小的制约。
（4）滤浆中固体的体积分率由10％提高至15％。
Xv的加大使v加大，两种工况下的v分别为
(a)
则
即生产能力（以滤液体积计）下降25.47％
（5）升温，使粘度下降50％
由式a可知
则
即可使生产能力提高41.4％。
但温度提高，将使真空度难以保持。
工业生产中，欲提高生产能力，往往是几个方法的组合。
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