化工原理第四版第一章课后习题答案.docx
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化工原理第四版第一章课后习题答案
第一章流体的压力
【1-1】容器A中的气体表压为60kPa,容器B中的气体真空度为1.2104Pa。
试分别
求出A、B二容器中气体的绝对压力为若干帕,该处环境的大气压力等于标准大气压力。
解标准大气压力为101.325kPa
容器A的绝对压力Pa=101.325+60=161.325kPa
容器B的绝对压力pB=101.325-12=89.325kPa
【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa和157kPa,当地大气压力为101.3kPa。
试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。
解进口绝对压力p进=101.3-12=89.3kPa
出口绝对压力p出=101.3V57=258.3kPa
进、出口的压力差
.p=157-(-12)=15712=169kPa或.p=258.3-89.3=169kPa
流体的密度
【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中,正庚烷的摩尔分数为
0.4,试求该混合液在20C下
的密度。
解正庚烷的摩尔质量为100kg/kmol,正辛烷的摩尔质量为
114kg/kmol。
将摩尔分数换算为质量分数
0.4100
正庚烷的质量分数-10.369
0.4X100+0.6X114
正辛烷的质量分数-2=1-0.369=0.631
从附录四查得
20C下正庚烷的密度;-=684kg/m3,正辛烷的密度为:
:
2=703kg/m3
混合液的密度
;-
m0369丄0631
+——
684703
=696kg/m3
【1-4】温度
20C,苯与甲苯按
4:
6的体积比进行混合,求其混合液的密度。
解20C时,
苯的密度为879kg/
m3,甲苯的密度为
867kg/m3。
混合液密度
【1-5】有
气柜,满装时可装6000m3混合气体,
已知混合气体各组分的体积分数为
H2N2COCO2CH4
0.40.20.320.070.01
(1)混合气体在操作条件下的密度;
(2)
操作压力的表压为5.5kPa,温度为40C。
试求:
混合气体的量为多少
kmol。
混合气体的摩尔质量
Mm=20.4280.2280.32440.07160.01=18.6kg/kmol
(1)混合气体在操作条件下的密度为
(2)混合气体V
=6000m3,
cpMm
「m—
RT
摩尔体积为
106.818.63
0.763kg/m
8.314313
Mm18.63小,
m/kmol
;m0.763
混合气体的量为
6000°.763=246kmol
18.6
流体静力学
【1-6】如习题1-6附图所示,有一端封闭的管子,装入若干水后,倒插入常温水槽中,
管中水柱较水槽液面高出2m,当地大气压力为101.2kPa。
试求:
(1)管子上端空间的绝对
压力;
(2)管子上端空间的表压;(3)管子上端空间的真空度;
四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米?
解管中水柱高出槽液面2m,h=2m水柱。
(1)管子上端空间的绝对压力P绝
在水平面1-1'处的压力平衡,有
p绝•:
'gh二大气压力
卩绝=101200—1000x9.81x2=81580Pa(绝对压力)
(2)管子上端空间的表压p表
(4)若将水换成四氯化碳,管中
习题1-6附图
p表二p绝-大气压力=81580-101200=-19620Pa
(3)管子上端空间的真空度P真
p真=-p表=--19620=19620Pa
⑷槽内为四氯化碳,管中液柱高度
h'
h,工
CCl4
常温下四氯化碳的密度,从附录四查得为
匚“=1594kg/m3
10002
h'1.25
1594
【1-7】在20C条件下,在试管内先装入
12cm高的水银,再在其上面装入5cm高的水。
水银的密度为13550kg/m3,当地大气压力为
101kPa。
试求试管底部的绝对压力为多少
Pa。
解水的密度二水=998kg/m3
p=101103
°.
12X13550+0.05x998
81=117.4103Pa
【1-8】如习题1-8附图所示,容器内贮有密度为
1250kg/m3的液体,液面高度为3.2m。
容器侧壁上有两根测压管线,距容器底的高度分别为
2m及1m,容器上部空间的压力(表
压)为29.4kPa。
试求:
(1)压差计读数(指示液密度为
1400kg/m3);
(2)A、B两个弹簧压力
表的读数。
解容器上部空间的压力p=29.4kPa(表压)
33
液体密度壯=1250kg/m,指示液密度忌=1400kg/m
(1)压差计读数R=?
在等压面1-1'上口=P;
p二p亠[3.2-1hR*g
p'1二p3.2_21h*:
gR?
cg
p2.2hR8=p2.2h"gR^g
Rg(岳—P)=0
习题1-8附图
(2)卩人=p+(3.2_1)pg=29.4X103+2.2X1250X9.81=56.4X103Pa
Pb=p+(3.2—2)Fg=29.4O03+1.2X1250X9.81=44.1汽103Pa
【1-9】如习题1-9附图所示的测压差装置,其U形压差计的指示液为水银,其他管中
皆为水。
若指示液读数为R=150mm,试求A、B两点的压力
差。
解等压面1-1',»
P1二Pa-H二水g
p'1二Pb-0.5HR】水g汞g
由以上三式,得
习题1-9附图
Pa一Pb=R:
汞g-°.5'R]'■水g
已知R=0.15m,:
?
汞=13600kg/m3,
=136410Pa=13.64kPa
【1-10】常温的水在如习题1-10附图所示的管路中流动,为测量
A、B两截面间的压
力差,安装了两个串联的U形管压差计,指示液为汞。
测压用的连接管中充满水。
两
U形压差计的水银液面为同
管的连接管中,充满空气。
若测压前两
两点的压力差即与液柱压力汁的读数R、R,之间的关系式。
高度,试推导
解设测压前两U形压差计的水银液面,距输水管中心线的距
离为H。
在等压面2_2'处
.(
P2二PaH亍:
水g—R■汞gp'2二pb[H「导:
7水gR2[汞g
'气g
Pa
卩2二P‘2,由上两式求得
_Pb=(R+R2)'怎%+倍
:
•气:
:
:
:
:
:
:
•水
(
pA-Pb=R1''■汞-
【1-11】力了排除煤气管中的少量积水,
亍丿
附图所示水封设备,使水由煤气管路上的垂直管排出。
已
知煤气压力为1OkPa(表压),试计算水封管插入液面下的
深度h最小应为若干米。
心p10X103
解h=—1.02m
Pg1000X9.81
流量与流速
空帆
习题1-10附图
pHOkPi(表压〉
用如习题1-11
【1-12】有密度为1800kg/m3的液体,在内径为60mm的管中输送到某处。
若其流速为
0.8m/s,试求该液体的体积流量(m"/h)、质量流量(kg/s)与质量流速kg/(m?
,s
解
(1)体积流量qVd2u0.0620.8=2.2610“m3/s=8.14m/h
44
⑵质量流量qm=qv2=2.261031800=4.07kg/s
qm4.072
(3)质量流速'■=—=.=1440kg/(ms)
—X0062
4'
【1-13】如习题1-13附图所示的套管式换热器,其内管为33.5mm3.25mm,外管为
60mm3.5mm。
内管中有密度为1150kg/m3、流量为5000kg/h的冷冻盐水流动。
内、外管之
标准状态下(0C,101.325kPa),气体的密度为1.2kg/m3。
试求气体和盐水的流速。
解液体「=1150kg/m3
内管内径d内=33.5_3.252=27mm=0.027m
液体质量流量qm=5000kg/h,体积流量cv^5000m3/h
1150
流速u液
CV
JT
d
4
5000/1150
=2.11
3600—00272
4
气体质量流量qm=160kg/h
密度:
■气=1.2055.92kg/m3
101325y
体积流量cv=^°m/h
5.92
流速u气
竺竺5.67m/s
3600疋扌(0.0532_0.03352)
20C的水。
要求主管中水的流
习题1-13附图习题1-14附图
【1-14】如习题1-14附图所示,从一主管向两支管输送
速约为1.0m/s,支管1与支管2中水的流量分别为20t/h与10t/h。
试计算主管的内径,并从
无缝钢管规格表中选择合适的管径,最后计算出主管内的流速。
解水:
t=20C,匸=998.2kg/m3:
■1000kg/m3
主管的流量qm
=Cm142=2010=30t/^30103kg/h
3
体积流量C上=3°0沖=30m3/h,流速u40吋s
Cv
3600■-u
30
36000.7851.0=0.103^103讪
选择J?
108mm4mm无缝钢管,内径为d=100mm,
主管内水的流速u=qm_/3600=30/3600=1.06m/s
(O.1)2
连续性方程与伯努利方程
【1-15】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。
在截面1处的流速为0.5m/s,
管内径为200mm,截面2处的管内径为100mm。
由于水的压力,截面1处产生1m高的水
柱。
试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h为多少(忽略从1到2处的压头损失)
解5=0.5m/s
di=0.2m,d2=0.1m
U2
=Ui
d2
=0.5
(2)2
=2m/s
22
Pl__P2.U2
二"2ry
Pi—P2
22
U2Ui
2
22—0.52
2__
=1.875
.:
p=pi_P2=1.875^=1.8751000=1875Pa
另一计算法
22
PiP221
「g2g『g2g
22
Pi—P2U2—Ui
h二
Pg
22
2-05
2g
2X981
=0.191m
计算液柱高度时,用后一方法简便。
【1-16】在习题1-16附图所示的水平管路中,水的流量为2.5L/S。
已知管内径di=5cm,
d2=2.5cm,液柱高度
h=1m。
若忽略压头损失,试计算收缩截面
2处的静压头。
解水的体积流量%=2.5l/s=2.510佥m3/s,
截面1处的流速
Ui
qv
2.5"0佥
-X0052
4
=1.274m/s
截面2处的流速ui十“274器代"
在截面1与2之间列伯努利方程,忽略能量损失。
22P1U
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- 化工 原理 第四 第一章 课后 习题 答案