化工原理习题集Word格式文档下载.doc
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(c)传质系数kG=1.6kmol/(m2×
h×
atm),换算成SI单位:
kmol/(m2×
s×
Pa)。
(a)s=71dyn/cm=71´
(10-5N)/(10-2m)=0.071N/m;
(b)m=0.008g/(cm×
s)=0.008´
(10-3kg)/(10-2m×
s)
=8×
10-4kg/(m×
(c)kG=1.6kmol/(m2×
atm)=1.6kmol/(m2×
3600s×
101300Pa)
=4.39×
10-9kmol/(m2×
Pa)
3.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。
干燥前物料总量:
1000kg
干燥前含水:
1000×
16%=160kg
干燥后含水:
[1000×
(1-16%)/(1-0.8%)]×
0.8%=6.8kg
则每吨物料干燥出的水量=160-6.8=153.2kg
4.例3中的两个蒸发器,若每个的蒸发量相等,而原料液和最终浓缩液的浓度都不变,试求从第一个蒸发器送到第二个蒸发器的溶液量及其浓度。
按例3附图,作全系统的物料衡算
总物料:
5000=A+C+D=2A+D⑴
NaOH:
5000×
0.12=D×
0.5⑵
由式
(2)解得D=1200kg/h
代入式
(1)A=(5000-1200)/2=1900kg/h
由蒸发器1物料衡算:
B=5000-1900=3100kg/h
xB=5000×
0.12/3100=0.194=19.4%
5.1atm下苯的饱和蒸汽(80.1℃)在换热器中冷凝并冷却到70℃。
冷却水于30℃下送入,于60℃下送出。
求每千克(重量)苯蒸汽需要多少冷却水。
1atm下苯的汽化潜热为94.2kcal/kg,在0~70℃内的平均比热为0.42kcal/(kg×
℃)。
以1kg苯蒸汽为基准作热量衡算,基准温度70℃,设水流量为W
以整个体系为研究对象:
热量输入:
苯94.2+0.46(80.1-70)=98.85
水W(30-70)×
1=-40W
热量输出:
苯0
水W(60-70)×
1=-10W
热量衡算:
98.85-40W=-10W
所以水流量W=98.85/30≈3.3kg水/kg苯
第一章流体流动
1.试计算空气在-40℃和310mmHg真空度下的密度和重度(用SI制和工程单位制表示。
)
解:
已知空气T=-40℃=233.15K,p=p大气压-p真空度=760-310=450mmHg
SI制表示:
=0.898kg/m3
g=rg=0.898×
9.81=8.81(kg/m3)(m/s2)=8.81N/m3
工程单位制表示:
g=0.898kgf/m3
r=g/g=0.898/9.81=0.092kgf×
s2/m4
2.在大气压为760mmHg的地区,某真空蒸馏塔塔顶真空表的读数为738mmHg。
若在大气压为655mmHg的地区使塔内绝对压力维持相同的数值,则真空表读数应为多少?
因为p绝=p大-p真
据题意有:
p绝==
已知=760mmHg=738mmHg=655mmHg
=-+=655-760+738=633mmHg
3.敞口容器底部有一层深0.52m的水(r=1000kg/m3),其上为深3.46m的油(r=916kg/m3)。
求器底的压力,以Pa、atm及mH2O三种单位表示。
这个压力是绝压还是表压?
已知r水=1000kg/m3,h水=0.52m,r油=916kg/m3,h油=3.46m
器底压力p=r水gh水+r油gh油
=1000×
9.81×
0.52+916×
3.46
=36193Pa
=36193/101325=0.357atm
=0.357×
10.33=3.69mH2O
此压力为表压。
第4题图
4.如附图所示,封闭的罐内存有密度为1000kg/m3的水。
水面上所装的压力表读数为42kPa。
又在水面以下装一压力表,表中心线在测压口以上0.55m,其读数为58kPa。
求罐内水面至下方测压口的距离。
已知p1=42000Pa,p2=58000Pa,h=0.55m
取a-a为等压面可列出下式:
p1+rgDz=p2+rgh
Dz=(p2-p1)/(rg)+h
=(58000-42000)/(1000×
9.81)+0.55=2.13m
第5题图
5.图示的汽液直接接触混合式冷凝器,蒸汽被水冷凝后冷凝液和水一道沿气压管流至地沟排出,现已知器内真空度为0.85kgf/cm2,问其表压和绝压各为多少mmHg、kgf/cm2和Pa?
并估计气压管内的液柱高度H为多少米?
(大气压为752mmHg)
由表压和绝压的定义式可知:
p表=-p真
p表=-0.85kgf/cm2
=-0.85×
735.5mmHg=625.2mmHg
98100Pa=-833400Pa
p绝=p大-p真
=752-0.85×
735.5=126.8mmHg
=0.173kgf/cm2=16905.8Pa
取地沟液面a-a为等压面得
p大=p绝+rgH
p大-p绝=p真
rgH=p真
H=p真/(rg)=0.85×
98100/(1000×
9.81)=8.5m
第6题图
6.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DpAB为多少?
(先推导关系式,再进行数字运算)。
如图取等压面,推导p1与p6的关系
已知p1=p2,p3=p4,p5=p6
p1=p4+rHggR1
p6=p4+rg(R1+h2-h1)
p1-rHggR1=p6-rgR1-rgh2+rgh1
p1=pA+rgh1
p6=pB+rHggR2+rg(h2-R2)则
pA-pB=rHggR1-rgh1+rHggR2+rgh2-rgR2-rgR1-rgh2+rgh1
=rHgg(R1+R2)-rg(R1+R2)
=(rHg-r)g(R1+R2)
=(13600-1000)×
(0.9+0.95)
=2.287×
105Pa=1.71×
103mmHg
7.用双液体U管压差计测定两点间空气的差压,读数为320mm。
由于侧壁上的两个小室不够大,致使小室内两液面产生4mm的高差。
求实际的差压为多少Pa。
若计算时不考虑两小室内液面有高差,会造成多大的误差?
两液体的密度如附图所示。
第7题图
如图取a-a为等压面,则静力学方程式可得:
R=0.32m,Dh=0.004m
p1+rcgR=p2+rcgDh+rAgR
实际压差p1-p2=(rA-rc)gR+rcgDh
=(1000-910)×
0.32+910×
0.004
=282.5+35.7=318.2Pa
若不计两液面高差则
p1-p2=(1000-910)×
0.32=282.5Pa
误差=(318.2-282.5)/318.2=11.2%
8.硫酸流经由大小管组成的串联管路,硫酸相对密度为1.83,体积流量为150L/min,大小管尺寸分别为f57´
3.5mm和f76´
4mm,试分别求硫酸在小管和大管中的⑴质量流量;
⑵平均流速;
⑶质量流速。
由题意知,r=1830kg/m3,d小=50mm,d大=68mm,V=150L/min
⑴质量流量m小=m大=Vr=150´
10-3´
1830=274.5kg/min=4.575kg/s
⑵平均流速u=V/[(p/4)d2],则
小管u小==1.274m/s
大管u大=u小=1.274´
(50/68)2=0.689m/s
⑶质量流速G=ur
小管G小=u小r=1.274´
1830=2331kg/(m2×
大管G大=u大r=0.689´
1830=1261kg/(m2×
第9题图
9.如图在槽A中装有NaOH和NaCl的混合水溶液,现须将该溶液放入反应槽B中,阀C和D同时打开。
问如槽A液面降至0.3m需要多少时间。
已知槽A与槽B的直径为2m,管道尺寸为f32´
2.5mm,溶液在管中的瞬时流速u=0.7m/s,式中为该瞬时两槽的液面高差。
A、B槽直径相同,故当A槽液面下降2.7m时,B槽液面将升高2.7m。
现对B槽列微分衡算式
uS小dq=S大dh
式中S小—管截面,S大—槽截面,m2。
已知u=0.7,dh=(-1/2)d(Dz)
代入上式得0.7S小dq=S大(-1/2)d(Dz)
分离变量,在Dz=18至18-2´
2.7间积分:
q=
=5432s=1.51h
10.一高位槽向喷头供应液体,液体密度为1050kg/m3。
为了达到所要求的喷洒条件,喷头入口处要维持0.4atm(表压)的压力。
液体在管路内的速度为2.2m/s,管路损失为25J/kg(从高位槽算至喷头入口为止)。
求高位槽内的液面至少要在喷头入口以上几米。
取槽内液面为1面,取喷头入口处为2面,以2面为基准,对1、2截面列柏努利方程式。
取高位槽内液面至喷头入口垂直距离为Dz
已知:
p1=0,p2=0.4atm,u1=0,u2=2.2m/s,wf1-2=25J/kg,则
=6.73m
第11题图
11.从容器A用泵B将密度为890kg/m3的液体送入塔C。
容器内与塔内的表压如附图所示。
输送量为15kg/s。
流体流经管路(包括出口)的机械能损耗为122J/kg。
求泵的有效功率。
如图所示,对容器A液面至塔内的管出口外列柏努利方程式:
z1=2.1m,z2=36m,u1=0,u2=0(管出口外),p1=0,
p2=2160kPa,wf=122J/kg。
代入上式得:
we=(z2-z1)g+p2/r+wf
=(36-2.1)´
9.81+2160´
103/890+122
=332.6+2427+122
=2881.5J/kg
泵的有效功率Ne=wems=2881.5´
15=43.2kW
第12题图
12.图示一冷冻盐水的循
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