化学工程基础习题答案武汉大学.docx
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化学工程基础习题答案武汉大学
化学工程基础习题答案(武汉大学_
第二章.P691.解:
Pvac
PoP绝
即13.3103Pa98.7103PoP绝
P绝85.4103PaPaPPo
85.4103Pa98.7103Pa13.3103
Pa
2.解:
d2
de41
d22
dd(d1d2)70
12
3.解:
对于稳定流态的流体通过圆形管道,有
u2
d21
1
d2
2
若将直径减小一半,即
d1
d2
2
u2
4
1
即液体的流速为原流速的4倍.
4.解:
HLu2fd2g
L2
H1u1f11d
12g
HL2u2
2f2
2d
22g
L2H2u22
f2H
d22gf1
L21u11d12g
64
du
u24u1,L1L2,d12d2
64L2u2
Hf2Hd2u2
2d22gf1
64L2
1udd11u112g64L2
2u2Hf2H
du22d22gf1
64
L(1u2)2
2d1du22g2422Hf2H
116
f1
22164Hf216Hf1
即产生的能量损失为原来的16倍。
6.解:
1)雷诺数Re
ud
其中1000kgm3,u1.0ms1d25mm25103m
1cp103Pss
故Re
ud
10001.025103
103*****
故为湍流。
2)要使管中水层流,则Re
2000
100025103mu
2000即Re3
10
解得u
0.08ms1
7.解:
取高位水槽液面为1-1′,A-A′截面为2-2′截面,由伯努利方程
22
p1u1p2u1
z1z2Hf
g2gg2g
其中z110m,z22m;
p1p2;u10;Hf
h
g
f
2
u216.15u2
则102
29.89.8
解得
1)A-A′截面处流量u
u2
u2.17ms1
2)q
v
Au
121
d3.14(100103)244
其中A
7.85103m2u2.17ms1
qv7.851032.17360061.32m
8.解:
对1-1′截面和2-2′截面,由伯努利方程得
22p1u1p2u1
z1z2
g2gg2g
3
其中z1
z2,p11mH2Ogh1
u10.5ms1,p1gh2
d120.2
u22u1()20.52.0ms1
d20.1
0.5222
h0.19m
29.829.8
15.解:
选取贮槽液面为1-1′截面,高位槽液面为2-2′截面,
由伯努利方程得
22
p1u1p2u1
z1Hez2Hf
g2gg2g
其中:
z12m,z210m;u1u20
p1pvac100mmHg
13.61039.80.1*****.2pap202
*****.219.*****
He10(4)g9.8980
19.*****.2
He12.0814.081.38815.468
9.8980g
P
HeqV
102
15.4682
(53103)2*****
0.655kw
17.解:
取水池液面为1-1′截面,高位截面为2-2′截面,
由伯努利方程得
22
p1u1p2u1
z1Hez2Hf
g2gg2g
其中:
z10,z150m;p1p20
HfHe50
20
52.059.8
P
HeqV52.05361000
8.05kw
1021020.63600
19.解:
取贮槽液面为1-1′截面,
蒸发器内管路出口为2-2′截面,由伯努利方程得
22
p1u1p2u1
z1Hez2Hf
g2gg2g
其中,z10,z115m;
p10,
p220010313.61039.8*****paHf
***-*****
He1524.97
9.89.81200
Hq24.97201200PeV1.632kw
*****3600
20.解:
1)取贮水池液面为1-1′截面,
出口管路压力表所在液面为2-2′截面,由伯努利方程得
22p1u1p2u1
z1Hez2Hf
g2gg2g
其中,z10,z25.0m;
p10,p22.5kgf.cm2
2.59.8
2.45105pa40.01
忽略出水管路水泵至压力表之间的阻力损失,则:
衡算系统的阻力损失主要为吸入管路的阻力损失:
Hfu
36
3600(76103)2
2.2
2.451052.220.2
He5.0
10009.829.89.8
5.0250.250.0230.27P
2)P
HeqV30.27361000
3.0kw
*****3600
HeqV3.0
4.3kw
1020.7
3)取贮槽液面为1-1′截面,
水泵吸入管路上真空表处液面为2-2′截面,由伯努利方程得
22
p1u1p2u1
z1z2Hf
g2gg2g
其中:
z10,z24.8m;
p10,p2?
忽略进水管路水泵中真空表至水泵之间的阻力损失,则:
衡算系统的阻力损失为吸入管路的阻力损失:
Hf
2.220.2p2(4.8)10009.8*****pa
29.89.8
得真空表的读数为
P
vac
*****Pa
23.解:
1)取低位槽液面为1-1′截面
高位槽液面为2-2′截面由伯努利方程得
22
p1u1p2u1
z1Hez2Hf
g2gg2g
其中,z10,z220m;p10,p20
Hf5,He20525we259.8245J/kg
2)在管路A、B截面间列伯努利方程得:
2
pAu2pBuBA
zAzBHf
g2gg2g
pApBLu2zBzAggd2gu22g
ppd
(ABzBzA)Lgg
pApB(HgH2O)gRH2Og6pApB(HgH2O)RH2O6
H2OgH2O
u2.03ms1
252.03
3)P
102
0.0521000
0.976kw
4)根据静力学基本方程式:
pBH2Og(6H)HggR'p0pBHggR'p0H2Og(6H)
pAH2OghpBH2Og6H2Og(hR)HggRpApBH2Og6H2OgRHggRpAHggR'p0H2Og(6H)H2Og6H2OgRHggR
pAp0HggR'H2OgH(HgH2O)gR[13.61.211(13.61)0.04]9.810001.55105pa
传热过程
p105ex1解:
q
tt1t*****30
R123
1231.070.1445
***-*****
1243Wm2
0.1870.7140.00010.901
q`300
1120
RR03.73Cm2W1
(RR0)
R03.730.9012.83Cm2W1
ex2解:
(T1T4)
iiA
(T1T4)
i
2rmLi
2L(T1T4)2L(T1T4)
(ri1ri)11r
lni1
ii1iiri
rlni1
ri
2(26035)
lnlnln
*****.2250.0755
L
23.14***-*****
0.01393.946.214
160.20.***-*****
138.96Wm1
10.168
220180
200C2
Ex4解:
空气的定性温度T
200℃时空气的物性参数为:
0.746Kg/m3
3.91102Wm1K1
1
KJKgC2.6105PasCp1.034
u15ms1,
Re
du
Cp
0.0254150.7464
1.09105
2.610
1.0341032.6105
Pr0.682
3.93110
0.02R(e
0.8
d
2
3.93110.8
0.023(1.0*****)
0.025453.8Wm2K
)Pr(
0.3
)
0.3
0.68
ex5解:
水的定性温度T
4020
30C2
30℃时水的物性参数为:
995.7Kg/m3
0.6176Wm1K1
80.07105Pas
Cp4.174KJKg1C
0.023(Re)0.8(Pr)0.4
d
当u
1ms1时,
Re
du
Cp
0.021995.7
2486.685
80.0710
Pr
4.17410380.071055.41
0.6176
0.023
0.6176
(*****.6)0.8(5.41)0.4
0.002
4583.5Wm2K
当u
0.3时
Re
du
7460.58,此时,2000Re*****
6105
0.02338.851.9657460.58
(1)
7460.581.8
0.8
1638Wm2C
ex7解:
甲烷的定性温度:
T
0℃条件下:
12030
75C2
0.717Kg/m30.03Wm1K1
1.03105PasCp1.7KJKg1K1
由于甲烷是在非圆形管内流动,定性尺寸取de
de4
流体截面积润湿周边
0.19237
40.0192
0.19370.019
0.0255
R
0.717
e
du
0.0255101.0310
5
*****.7PCp
1.1031.03105r
0.03
0.584
由于甲烷被冷却,n
0.3
0.023
d(R0.8e)(P0.3
r)e
0.023
0.03
(*****.7)0.8(0.584)0.3
0.0255
0.0231.1762505.770.85157.1Wm2K1
若甲烷在管内流动:
R
.015100.717
e
du
01.03105
*****.75
64.2Wm2K1
Ex8
T1401525C,
T21303397C
Tm
T2T19725
53.1C(逆流)
T2lnlnT1
在按照折流校正
3315
0.16
13015
13040R5
3315P
φ=0.97
Tm0.9753.151.5C
ex9
(1)
qmcpT1T2
1.251.9108030
3
*****Js1
(2)
T1302010C,
T2804040CTm
T2T14010
21.64C
T2ln4ln
T1
(3)
R
11dd00RsiRs0K0油didm
10.0250.00250.025
0.211030.17610333
1.7100.85100.0245ln
0.02
0.00251m2KW1
1
398.91Wm2K1R
K
(4)
A
Ktm
***-*****5.9121.64
13.74m2
若近似按平面壁计算,则
R
1110RsiRs0K0油im
110.0025
0.211030.17610333
1.7100.851045
K453.26A12.11m2
ex10
(1)
d016103m,di13103m,
1.5103m
d0d01
Kdd0mii
161.5103161
1310004014.590
1.2311030.04141030.01181.5Wm2K1
(2)
d0d01
K0dd0mii
161.5103161
1310004014.5180
146.6Wm2K1
(3)
d0d01
Kiddm0ii
161.5103161
1320004014.590
0.6161030.04141030.01185.78Wm2K1
ex11解:
(1)
''
1qmcpT1T2qmCpT1'T2'
''
50qmCp25qmCp''
qmCp2qmCp.
Tm
13560
92.5
135ln
60
A1
(2)
1
k1Tm
50qmCpk1Tm
''
2qmcpt1t2qmCpt1't2'
'''
70qmCpqmCpt1't2''t1't235,t250
tm
70qmCp113530
69.81,A2135k2tmk2tmln
30
k2
又流量及物性不变,k1
2tm7092.*****A2
1.855A150qmCp5069.*****.7
1Tm
70qmCp
L2A2
1.855,L21.855mL1A1
ex12解:
(1)
1qmdcpdT1T2KAtm
2.88103(9050)2306tm
61.761032306tmtm44.75C
90t32
44.75ln
32
t29.5CTm
.
A1
1
k1Tm
50qmCpk1Tm
1qmdcpdT1T2qmhcpht1t2
61.76103qmh4.229.518qmh1.2791034.6kg/h
吸收
p187
ex2解:
(1)
PA2026Pa
7.821103100103
CA()2.300mol.m3
*****CC2.300331
PAAHA1.13510mol.mPa
*****
(2)
E
P1000
4.895107Pa
32
HM1.135101.810
PA4.895107xA
E4.895107
(3)m483.225
P1.01310总
(4)总压提高一倍,E、H值均不变
E4.895107
m2425
P2.026101
ex9.解:
5
y0.02329
2964y10.02329
Y
1y110.023290.02329
第一解法:
Y1Y2
qn,BX1X2
qn,C又设Y2
qn,BX20
Y1X1
qn,CY1Y2YY又1.6512
Y1qn,BX1
Y1
1.65X1
26.7
0.02385X10.00054
26.71.65(
)min又
512
8mol64qn,C.X18
qn,C
Y1Y2minY1
qn,C*****.8kmol/h266.66m
第二解法:
设吸收率为则,Y2进气量设为
3
1Y1
a.kg/h
512a.5%
a.95%qn,B
29103
(
qn,Cqn,Bqn,Cqn,B
)min
Y1Y2Y1
(1)Y126.7
Y1X1
qn,Cqn,B
)min1.6526.7
512a.5%
()1.65(
qn,C29103
a.95%
3
qn,C*****.8kmol/h266.0m
ex10.
(1)Y1
0.02
Y2Y1(199%)0.0002X20
当液气比为2.2时,
qn,Cqn,B
Y1Y20.020.0002
2.2
X1X2X1
X10.009
Y1Y1Y10.020.0090.011Y2Y2Y2*0.0002
Ym
Y1Y20.0110.0002
0.002695Y10.011
lnln
0.0002Y2Y1Y20.020.0002
7.35Ym0.002695
NOG
(2)当液气比为1.25时,
0.0299%X10.01584
1.25
NOG15.17
(3)当X2=0.00011时
X1
1
(Y1Y2)X2
1.25
0.015840.000110.01595NOG
0.020.0002
19.03
0.001040
(4)当液气比为0.8,溶质的最大回收率时溶液出口达到气液平衡,
Y1Y20.02Y2
0.8
Y1qn,BX1
Y20.004
qn,C
Y1Y20.020.0016
80%Y10.02
0.03
0.03093
10.03
ex11.Y1
Y2Y1(198%)0.030930.020.0006
X20
qn,Bqn,Cqn,B
1.*****1
(13%)65.16mol.s
22.4103303
Y1Y2min1.281.2898%1.2544Y1X2
1.28
qn,Cmin1.254465.1681.74mol.s1qn,C81.741.5122.6mol.s1X1
qn,Cqn,B
(Y1Y2)X2
65.16
(0.030930.0006)0.0*****.6
Y
1Y1Y10.030931.280.0160.01045Y2Y2Y20.0006YY1Y2
m
ln1
Y2
0.010450.0006
0.003465
ln
0.0006
NY1Y2
OGYm
0.030930.0006
0.003465
8.8
Hqn,B
OG
K
65.16
0.6503
YS601.0
HHOGNOG8.80.65035.72m12.
(1)
Y1y11y0.05
0.0*****0.05
Yy22
1y0.00263
0.***-*****0.00263X61.2581
(100061.2)
0.02033X20
Y2.0XY
1Y1Y10.05262.00.020230.01214Y2Y2Y20.002637YY1Y2m
0.012140.002637
ln
1Yln2
0.002637
0.0095
1.527
0.0062NY1Y2OGYm
0.05260.002637
0.0062
8.06
q0.556n,B
22.41030.95
273
29821.602mol.s1
HqV21.602
OGKYS
K0.82
0.744Y
4
KY57.79mol.m3.s1
(2)
qn,CY2q
Y1n,BX1X2
0.05260.***-*****
0.02023
2.4698
qn,C=2.469821.602=53.35mol.s-1XA1
n
53.353600
n=0.02023×53.35×3600=3885.37molm=58×3885.37=225.4kg
(1)另解:
qn,CY2q
Y1n,BX1X2
0.05260.***-*****
0.02023
2.4698
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