武汉大学化学工程基础课后习题答案(第3版)

化学工程基础课后习题答案第一章第一章流体力学习题流体力学习题2 第二章第二章 流体流动与输送流体流动与输送14 第三章第三章 传热过程传热过程.19 第三章第三章习题和答案习题和答案. 26 第五章第五章 吸收吸收.38 第六章第六章 精馏精馏.47 第六章第六章 精馏习题和答案精馏习题和答案49 第八章第八章 化学反应工程基本原理化学反应工程基本原理 56 第九章第九章 均相反应器均相反应器. 58- 1 -第一章第一章流体力学习题流体力学习题11试将下列物理量换算成指定的单位质量：1.5kgf·s2/m _kg；密度：13.6g/cm3_kg/m3；压强：35kgf/cm2 _Pa；4.7atm _Pa；670mmHg _Pa；功率：10马力_kW；比热容：2Btu/(Ib·) _J/(kg·K)；3kcal/(kg·) _J/(kg·K)；流量：2.5L/s _m3/h；表面张力：70dyn/cm _N/m；5kgf/m _N/m。12在气体状态方程中求用以kJ/(kmol.K)表示时，R 等于多少？13燃烧重油得到的燃烧气，经分析测知其中含8.5%CO2，7.5%O2，76N2，8H2O（体积百分数） 。试求温度为500，压强为1atm时，该混合气体的密度。14某设备上真空表的读数为100mmHg，试计算设备内的绝对压强与表压强各为多少。 （已知该地区大气压强为740mmHg）15在右图所示的储油罐中盛有密度为960kg/m3的油，油面距罐底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M14钢制的螺钉材料的作应力取为3.93×107N/m2。问至少需要几个螺钉？16右图所示的测压管分别与3个设备A，B，C 相连通。连通管的下部是水银，上部是水，3个设备内水面在同一水平面上。问：（1）1，2，3，3处压强是否相等？（2）4，5，6，3处压强是否相等？（3）若h1=100mm，h2=200mm，且知设备A 直接通大气（大气压强为760mmHg） ，求B，C 两设备内水面上方的压强。17用右图中串联的U 型管压差计测量蒸汽锅炉上面上方的蒸汽压。 U 形管压差计的指示液为水银。 两U- 2 -形管间的连接管内充满水。 已知水银面与基准面的垂直距离分别为： h1=2.3m， h21.2m， h3=2.5m， h4=1.4m，锅中水面与基准面间的垂直距离h5=3m，大气压强Pa=745mmHg。试求锅炉上方水蒸汽的压强p0。18根据右图所示的微差压差计的读数计算管路中气体的表压强p0压差计中以油和水为指示液， 其密度分别为920kg/m3及998kg/m3，U 形管中油水交界面高差R=300mm。两扩大室的内径D 为60mm，U 形管内径d 为6mm，当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐。19平均压强为0.101Mpa 的某气体在76mm×3mm 的管道内流动。当气体的平均压强变为0.505Mpa 时， 若要求气体以同样的温度、流速、质量流量在管道内流动，问此时管道的内径应为多少？112如右图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽内液面维持恒定，塔内表压强为9.807×103Pa，进料量为5m3/h。连接管为38mm×2.5mm的钢管，料液在连接管内流动时的能量损失为30J/kg（不包括出口的能量损失） 。问高位槽内的液面应比塔的进料口高出多少米。113见右图，高位槽内水面高于地面8m，水从108mm×4mm 的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失（不包括出口的能量损失）可按 计算，其中u 为水在管内的流速m/s。试计算： （1）A-A截面处水的流速；（2）水的流量（以 m3/h计） 。11420的水以2.5m/s的流速流经38mm×2.5mm的水平管。此管以锥形管与另 一53mm×3mm 的水平管相连，如右图所示。在锥形管两侧A,B 处各插入一垂直玻璃管以 观察两截面的压强，若水流经A,B 两截面间的能量损失为1.5J/kg，求两玻璃管的水面差（以mm计） 。115用离心泵把20的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。 各部分相对位置如右图所示， 管路的直径均为76mm×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表读数为185mmHg，水流经吸入管（包括管入口）与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按与计算，由于管径不变，故式中u 为吸入或排出管的流速m/s，排水管与喷头连接处的压强为9.81×104Pa（表压） 。试求泵的有效功率。- 3 -117内截面为1000mm×1200mm 的矩形烟囱的高度为30m，平均分子量为30kg/kmol，平均温度为400的烟气自下而上流动， 烟囱下端维持49Pa的真空度。 在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值， 大气温度为20，地面处的大气压强为0.101MPa。烟囱内壁的摩擦系数可取为0.05。试求烟道气的流量为若干kg/h。120一转子流量计，转子材料为铝，出厂时用20，0.1MPa 压强下的空气标定，得转子高度为100mm 时，流量为10m3/h。今将该流量计用于测量T=50，P=0.15MPa 下的氯气，问在同一高度下流量为多少？若将该转子材料换为黄铜，问在同一高度下氯气和空气的流量各为多少？121从设备送出的废气中含有少量可溶物质， 在放空之前令其通过一个洗涤塔， 以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m3/h(操作条件下)，其物理性质与50的空气基本相同，如右图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U 形管压差计，其读数为30mm。输气管与放空管内径均为250mm，管长、管件与阀门的当量长度之和为50m（不包括进、出塔及管出口阻力）放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m，已估计气体通过塔内填料层的压降为1961Pa。管壁的绝对粗糙度可取为0.15mm，大气压强为0.101Mpa，求鼓风机的有效功率。122用离心泵从井中抽水（如右图） ，吸水量为20m3/h，吸水管直径为108mm×4mm，吸水管路阻力损失为4904Pa，求泵入口处的真空度为多少？123如右图所示，储槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100mm 钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀。距管路入口端15m 处安有以水银为指示液的U 形管压差计，压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20m。(1) 当闸阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm；当闸阀部分开启时，测得R=400mm，h=1400mm。摩擦系数可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为 0.5，问每小时从管中流出多少m3的水；(2) 当闸阀全开时，le/d=15，摩擦系数仍可取0.025。问U 形管压差计测点处的静压强为多少Pa(表压)？128在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26m3/h时，泵出口压强表读数为0.152Mpa，泵入口处真空表读数为24.66kPa，轴功率为0.24kW，转速为2900r/min，真空表与压强表两测压口间的垂直距离为0.4m ，泵的进出口管径相等，两测压口间管路的流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。129用离心泵由真空度为48kPa 的容器中输送液体，所选用泵的需要气蚀余量为49kPa。该液体在输送温度下的饱和蒸汽压为26.66kPa，密度为900kg/m3，吸入管道因阻力损失的压头为0.20米液柱 ，试决定泵的安装位置。若泵入口端容器改为敞口，该泵又应如何安装？- 4 -第一章第一章流体力学习题解答流体力学习题解答11解：质量：14.71kg；密度：1.36×104kg/m3；压强：3.43×106Pa；4.76×105Pa；8.93×104Pa；功率：7.46kW；比热容：8.37×103J/(kg·K)；1.256×104J/(kg·K)；流量： 9m3/h；表面张力：0.07N/m；49.05N/m。12解：答：R 等于8.31kJ/(kmol.K)1解：对于一般气体来说，可以认为体积百分数摩尔分数， 所以 可由式（15）求得混合气体的平均摩尔质量为：答：该混合气体的密度0.455kg/m3。讨论：误用（14）式计算，其中I用非500，1atm状态下的数据代进去计算。1解：绝对压强740100640mmHg由附录2查得1mmHg=133.32Pa故640mmHg8.53×104Pa表压强真空度故表压强100mmHg1.33×104Pa答：设备内的绝对压强是8.53×104Pa。设备内的表压强是1.33×104Pa。- 5 -1解：孔中心处静压强：960×9.81×(9.60.8)8.287×104Pa圆孔受力：F=P×A孔=3.76×104N每个螺钉受力极限：F钉6050N所需螺钉数：答： 最少需要7个螺钉。讨论：容器内孔盖中心处的压强考虑了大气压强，可又忽略了孔盖外的大气压，错误地得出14颗螺钉的结论。这样其实是将空盖外的环境置于真空中。16解： （1）1，2，3，3处虽然是在同一水平面上，也是静止的，但竖管内液体注入情况 不同，1，2，3，3处不是连续、均一的流体，故压强不相等。（2）4，5，6，3处是在同一水平面上的连续、均一、静止的的流体，故压强相等。（3）PaPa答： （1）1，2，3，3处压强不相等。（2）4，5，6压强相等。（3）B 上方压强Pa，C 上方压强Pa。17解：对于习题右图所示之b，c，d 位置，有答：锅炉上方水蒸汽的压强是3.64×105Pa 。18解：当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐，则管路内的压强在不同的P 时，两扩大室液面差r 与R 的关系为：- 6 -R0.3mr0.003m答：管路内气体压强是256.55Pa（表压） 。讨论：当扩大室截面积和管截面积之比不大于100时，要考虑扩大室中液面的变化。19解：T 不变.u,qm不变 ，答：管道的内径应为31.3mm 。112解：取高位槽内液面为11截面，出料口内侧液面为22截面，则有： u1=0，P1=0（表压） ，z1=h；连接管内径为382.5×233mm0.033m，P2=9.807×103Pa（表压） ，z2=h；We=0，。根据柏努利方程：得h=4.369m答：高位槽内的液面应比塔的进料口高出4.369m。讨论：应用柏努利方程时，要注意单位统一。根据阻力计算的不同的表达式，选用相应的柏努利方程式，如在习题112，113，115中。113解：取高位槽内液面为11截面，出料口外侧为22截面，则有：u1=0，u2=0，z1=8m，z2=2m，P1P20（表压） ，We0。管道出口 局部阻力系数 1所以全程能量损失- 7 -由柏努利方程，解得速度为： u=2.90m/s答： （1）A-A截面处水的流速是2.90m/s 。（2）水的流量是82m3/h 。114解：dA=38-2.5×2=33mm0.033m ；dB=533×2=47mm=0.047m ；uA=2.5m/s；根据连续性方程式（133b）有zA=zB由柏努利方程可得：答：B 处玻璃管水面比A 处玻璃管高88.6mm。115解：取截面00为槽中水面，11截面为泵入口处，22截面为排水管与喷头连接处得截面。则有：u0=0，z0=0，P0=0（表压） ；u1=u，z1=1.5m，P1=185mmHg（表压）= 2.47×104Pa；u2=u，z2=14m，P2=9.81×104Pa（表压） 。所以，在截面00与11之间有：即：解得速度