化工原理上册答案.docx
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化工原理上册答案.docx
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化工原理上册答案
1.某设备上真空表的读数为X103Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。
已知该地区大气压强为X103Pao解:
由绝对压强=大气压强-真空度得到:
设备内的绝对压强Pfft=xio3PaXio3Pa=X103Pa
设备内的表压强P«=-真空度=-X103Pa
2.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960kg/ms的油品,油面高于罐底m,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14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料
的工作应力取为X106Pak问至少需要儿个螺钉
分析:
罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油W。
解:
卩螺=pghXA=960XXXX=X103N
o螺=X103XXXn,卩油Wo螺得n$
取nmin=7至少需要7个螺钉
3.
某流化床反应器上装有两个U型管压差计,如本题附图所示。
测得R1=400mm,R2=50mm,指示液为水
银。
为防止水银蒸汽向空气中扩散,于右侧的U型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R3=50mmo试求A、B两处的表圧强。
分析:
根据静力学基本原则,对于右边的U管压差计,a-a'为等压面,对于左边的压差计,b-b为另一等压面,分别列岀两个等压面处的静力学基本
方程求解。
解:
设空气的密度为Pg,其他数据如图所示
a-a处Pa+Pggh!
=P水gRs+P水银gR?
Ul于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记
即:
PA=xio3xX+X103XX
=Xio3Pa
b-b处PB+pggh3=PA+Pggh2+P水银gRi
PB=X103XX+X103=X103Pa
4.
本题附图为远距离测量控制装置,用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。
已知两吹气管出口的距离H=lm,U管压差计的指示液为水银,煤油的密度为820Kg/试求当压差计读数R=68mm时,相界面与油层的吹气管出口距离ho
分析:
解此题应选取的合适的截面如图所示:
忽略空气产生的压强,本题中1—2
•和4一4‘为等压面,2—2“和3—3’为等压面,且1—T和2—2“的压强相等。
根据静力学基本方程列岀一个方程组求解
解:
设插入油层气管的管口距油面高Ah
在i-r与2—2‘截面之间
P1=P2+P水银gR
VP1=P4,P2=P3
且P3=P煤油gAh,P4=P水g(H-h)+P煤油g(Ah+h)
联立这儿个方程得到
P水银gR=P水g(H-h)+P煤油g(△h+h)-P煤油gAh即
P水银gR=P*gH+P煤油gh-P水gh带入数据
3Xio3X1-Xio3X=hXio3Xio3)
h=m
5.用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压,U管压差计的指示液为水银,两u管间的连接管内充满水。
以知水银面与基准面的垂直距离分别为:
hl=,h2=h3=,h4=o锅中水面与基准面之间的垂直距离h5=3mo大气压
强pa二X103Pa。
试求锅炉上方水蒸气的压强P。
分析:
习题5附图
首先选取合适的截面用以连接两个U管,本题应选取如图所示的1-1截面,再选取等压面,最后根据静力学基本原理列出方程,求解
解:
设1-1截面处的压强为P1
对左边的U管取a-a等压面,由静力学基本方程
P0+P水g(h5-h4)=P1+P水银g(h3-h4)代入数据
P0+X103XX=
P1+X103XX对右边的U管取b-b等压面,由静力学基本方程P1+P水g(h3-h2)=
P水银g(hl-h2)+pa代入数据
Pl+X103XX(X103XX(+X103
解着两个方程得P0=X105Pa
6.根据本题附图所示的微差压差计的读数,计算管路中气体的表压强P。
压差计中以油
和水为指示液,其密度分别为920kg/m3,998kg/m3,U管中油■水交接面高
度差R=300mm,两扩大室的内径D为60mm,U管内径d为6mm。
当管路内气体压强等于大气压时,两扩大室液面平齐。
此题的关键是找准等压面,根据扩大室一端与大气相通,另一端与管路相通,可以列岀两个方程,联立求解
静力学基本原则,选取1-1'为等压面,
对于U管左边p表+P油g(hl+R)=Pl
对于U管右边P2=P水gR+P油gh2
P表二P水gR+P油gh2-P油g(hl+R)
=PZl 当p表=0时,扩大室液面平齐即X(D/2)2(h2-hl)=(d/2)2R h2-hl=3mm 卩表=X102Pa 7.列管换热气的管束由121根"X的钢管组成。 空气以9m/s速度在列管内流动。 空气在管内的平均温度为50°C、压强为196X103Pa(表压),当地大气压为X103Pa试求: (1)空气的质量流量;⑵操作条件下,空气的体积流量;⑶将⑵的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。 解: 空气的体积流量VS=uA=9XhMX2X121=m^s 质量流量ws=Vsp=VSX(MP)/(RT)=X[29X+196)]/[X323]=kg/s 换算成标准状况V1P1/V2P2=T1/T2 VS2=P1T^/P2T1XVS1=X273)/(101X323)X=m^s 8.高位 槽内的水面高于地面8m,水从 试计算: A'截面处水的流速; (2)水的流量,以ilo 分析: 此题涉及的是流体动力学,有关流体动力学主要是能量恒算问题,一般运用的是柏努力方程式。 运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面,对于本题来说,合适的截面是高位槽1—1,和出管口2—2〃如图所示,选取地面为基准面。 解: 设水在水管中的流速为u,在如图所示的1-1,,2—2,处列柏努力方程 Zig+0+Pl/P=Z2g+U2/2+P”P+Zhf (Z1-Z2)g=u^/2+代入数据 (8-2)X=7u2,u=s 换算成体积流量 VS=uA=XJI/4XX3600=82m^h 9.20°C水以s的流速流经4>38X的水平管,此管以锥形管和另一4>53X3m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 面的压强。 若水流经A.B两截面的能量损失为kg,求两玻璃管的水面差(以mmil),并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。 分析: 根据水流过A、B两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解 解: 设 /•uB 在A、 水流经A、B两截面处的流速分别为uA、uB uAAA=uBAB =(AA/AB)uA=(3物7)2X=s B两截面处列柏努力方程 本题附图所示。 管路的直径均为Q76X, IZ1=Z2 (P1-P2)/P=Ihf+(U12-U22)/2 g(hl-h2)=+/2hl-h2=m=mm 即两玻璃管的水面差为 10•用离心泵把20°C的水从贮槽送至水洗塔顶部,槽内水位维持恒定,各部分相对位置如 在操作条件下,泵入口处真空表的读数为Xio3Pa,水流经吸入管与排处管(不包括喷头)的能量损失可分别按2hf,l=2u2,Ehf,2=10u2计算,由于管径不变,故式中u为吸入或排出管的流速m/so排水管与喷头连接处的压强为X103Pa(表压)。 试求泵的有效功率。 分析: 此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理,从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管,在两段分别列柏努力方程。 解: 总能量损失Ehf=Ehf+,lEhf,2 ul=u2=u=2u2+10u2=12u2 在截面与真空表处取截面作方程: zOg+uO^+PO/P=zlg+u? /2+Pl/P+Ehf,1 (PO-P1)/P=zlg+u^/2+Ehf,1Au=2m/s •: ws=uAP=s 在真空表与排水管-喷头连接处取截面zlg+u2/2+Pl/P+We=z2g+u旳+P”P+Lhf,2 /.We=z2g+u^2+P^/P+Ehf,2—(zlg+u^/2+Pl/P) =X+(+)/X103+10X22 =kg Ne=Wews=X= 11.•本 习题li附图 题附图所示的贮槽内径D为2m,槽底与内径do为33mm的钢管相连,槽内无液体补充,其液面高度hO为2m(以管子中心线为基准)。 液体在本题管内流动时的全部能量损失可按Ehf=2Ou2公式来计•算,式中u为液体在管内的流速m/so试求当槽内液面下降 lm所需的时间。 分析: 此题看似一个普通的解柏努力方程的题,分析题中槽内无液体补充,则管内流速 并不是一个定值而是一个关于液面高度的函数,抓住槽内和管内的体积流量相 等列出一个微分方程,积分求解。 解: 在槽面处和岀口管处取截面2・2列柏努力方程 hlg=u2/2+Ehf=u”2+20u2 /.u二1/2=2 槽面下降dh,管内流出uA2dt的液体 : .Adh=uA2dt=2A2dt .\dt=Aldh/ (2) 对上式 积分: t=l.8.h 12•本 习建12附图 1一换鸡JS2—系 题附图所示为冷冻盐水循环系统,盐水的密度为 1100kg/m3,循环量为36m3o管路的直径相同, 盐水山A流经两个换热器而至B的能量损失为/kg,IIIB流至A的能量损失为49J/kg,试求: (1)若泵的效率为70%时,泵的抽功率为若干kw (2)若A处的压强表读数为X103Pa时,B处的压强表读数为若干Pa 分析: 本题是一个循环系统,盐水由A经两个换热器被冷却后乂回到A继续被冷却,很明显可以在A-换热器-B和B-A两段列柏努利方程求解。 解: (1)由A到B截面处作柏努利方程 O+uA2/2+PA/Pl=ZBg+uB2/2+PB/P+ 管径相同得uA=uB/.(PA-PB)/P=ZBg+ 111B到A段,在截面处作柏努力方程BZBg+uB2/2+PB/P+We=0+uA2+PA/P+49 •••We二(PA-PB)/P-ZBg+49=+49=kg •IWS=VSP=3晞600X1100=llkg/s Ne=WeXWS=Xll= 泵的抽功率N=Ne/76%== (2)由第一个方程得(PA-PB)/P=ZBg+得 PB=PA-P(ZBg+) =X103-1100X(7X+ =X104Pa 13.用 圧缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽,两槽的液位恒定。 管路直径均为(l>60X,其他尺寸见本题附图。 各管段的能量损失为Ehf,AB=Ehf,CD
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