《化工原理》课后习题解答
绪论 P6： 1，2第一章： P7276：4、6、7、9、20、21、22、23、23、24、25第二章： P123：2、4、5、7、8第三章： P183184：1、2、3、5、7、8、9第五章： P271272：1、2、3、4、5、7、8、9、10、11、12、13、20、21、22绪绪 论论绪论 P6： 1，21. 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 =0.00856 g/(cm·s) （2）密度 =138.6 kgf s2/m4 （3）某物质的比热容 CP=0.24 BTU/(lb·) （4）传质系数 KG=34.2 kmol/(m2hatm) （5）表面张力 =74 dyn/cm （6）导热系数=1 kcal/(mh) 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 sPa1056. 8smkg1056. 81m100cm 1000g1kg scmg00856. 044 （2）密度 基本物理量的换算关系为 1 kgf=9.81 N，1 N=1 kgm/s2则 3242 mkg13501Nsm1kg 1kgfN81. 9mskgf6 .138 （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 kgoo51 FC9则 CkgkJ005. 1C95F1 0.4536kg1lb 1BTUkJ055. 1 FlbBTU24. 0 pc（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 kPasmkmol10378. 9101.33kPa1atm 3600sh1 atmhmkmol2 .3425 2G K（5）表面张力 基本物理量的换算关系为 1 dyn=1×105 N 1 m=100 cm 则 mN104 . 71m100cm 1dynN101 cmdyn7425 （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 CmW163. 1CsmJ163. 13600s1h 1kcalJ104.1868 Chmkcall132 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 LL31 0CB4 E3048. 001.121078. 29 . 3ZDGAH式中 HE等板高度，ft； G气相质量速度，lb/(ft2h)； D塔径，ft； Z0每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft； 相对挥发度，量纲为一； L液相黏度，cP； L液相密度，lb/ft3 A、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。 试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为 SI 单位。 解：上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制，而其余诸物理量均为英 制。 经验公式单位换算的基本要点是：找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系，导出物 理量“数字”的表达式，然后代入经验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单 位。具体换算过程如下： （1）从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为 m3049. 0ft1 （见 1）smkg10356. 1hftlb1232 量纲为一，不必换算sPa101cp131=1=16.01 kg/m23lb ft33lb1kg3.2803ft ft2.2046lb1m(2) 将原符号加上“”以代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下面 以 HE为例：mftEEHH则 EEEE2803. 3mft2803. 3ftm ftmHHHH同理 GGG5 .73710356. 13DD2803. 3002803. 3ZZ3 LL101LLL06246. 001.16(3) 将以上关系式代原经验公式，得 LL31 01.24-0.14 E0624. 010002803. 33048. 02803. 301.125 .7371078. 257. 09 . 32803. 3ZDGH整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即 LL31 01.240.1-4 E4 .39205. 010084. 1ZDGAH第一章第一章 流体流动流体流动第一章： P7276：4、6、7、9、20、21、22、23、23、24、254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、Pa10813. 1Pa) 0 . 15 . 9 (81. 9960103 .10133ghpp作用在孔盖上的总力为N10627. 3N76. 04103 .10110813. 1)(4233 a、AppF每个螺钉所受力为N10093. 6N014. 04105 .3932 1F因此 、695. 5N10093. 610627. 334 1FFn习题 4 附图6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 mm，h=800 mm。为防止水银扩散至空气中，在水银 面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。已知当地大气压力为 101.3 kPa，试求管路中心 处流体的压力。习题 6 附图解：设管路中心处流体的压力为 p根据流体静力学基本方程式，AApp则 a+pghgRp汞水80.132kPaPa1 . 08 . 9136008 . 08 . 91000103 .1013gRghppa、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。解：3 .13gh、m36. 1m8 . 9100010003 .133 .13gh、9在实验室中，用内径为 1.5 cm 的玻璃管路输送 20 的 70%醋酸。已知质量流量 为 10 kg/min。试分别用用 SI 和厘米克秒单位计算该流动的雷诺数，并指出流动型态。解：（1）用 SI 单位计算查附录 70%醋酸在 20 时，sPa1050. 2mkg106933、0.015mcm5 . 1dsm882. 0sm1069015. 0460102 bu习题 7 附图故为湍流。5657105 . 21069882. 0015. 03b duRe（2）用物理单位计算scmg025. 0cmg10693、，cm5 . 1dsmc2 .88bu5657025. 0069. 12 .885 . 1bduRe11如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面 7 m，水从108 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hf=5.5u2计算，其中 u 为 水在管内的平均流速（m/s） 。设流动为稳态，试计算（1）A-A'截面处水的平均流速； （2）水的流量（m3/h） 。解：（1）A- A'截面处水的平均流速在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得2212 1b12b2f11 22ppgzugzuh（1） 式中 z1=7 m，ub10，p1=0（表压）z2=1.5 m，p2=0（表压） ，ub2 =5.5 u2 代入式（1）得22 b2b219.81 79.81 1.55.52uusm0 . 3bu（2）水的流量（以 m3/h 计）hm78.84sm02355. 0004. 02018. 0414. 30 . 3332 b2sAuV1220 的水以 2.5 m/s 的平均流速流经38 mm×2.5 mm 的水平管，此管以锥形管 与另一53 mm×3 mm 的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧 A、B 处各插入一 垂直玻璃管以观察两截面的压力。若水流经 A、B 两截面间的能量损失为 1.5 J/kg，求两玻 璃管的水面差（以 mm 计） ，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。解：在 A、B 两截面之间列机械能衡算方程习题 11 附图 习题 12 附图2212 1b12b2f11 22ppgzugzuh式中 z1=z2=0，sm0 . 3b1usm232. 1sm2003. 0053. 020025. 0038. 05 . 222 22 1 b1 21 b1b2 dduAAuuhf=1.5 J/kgkgJ866. 0kgJ5 . 125 . 2232. 1222f2 b12 b2 b221 huuupp 故 mm3 .88m0883. 0m81. 9866. 021 gpp 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/m3。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68 mm 4 mm，进料量为 20 m3/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。习题 13 附图解：在截面和截面之间列柏努利方程式，得-A A-B B22 1122 1e2f22pupugZWgZhsm966. 1sm 004. 02068. 0414. 33600204kgJ700m0 . 8Pa1021. 1Pa100133. 1222f1125 25 1 dV AVuhuZZpp、22 2121 e21f2ppuuWg ZZh768.9WW173800360020kgJ175kgJ704 .7893. 146. 2kgJ700 . 88 . 92966. 1800100133. 12
