化学工程基础习题答案武汉大学.docx

1、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P69 1.解：Pvac Po P绝 即13.3 10 3Pa 98.7 10 3 Po P绝 P绝 85.4 10 3Pa Pa P Po 85.4 10 3Pa 98.7 10 3Pa 13.3 10 3 Pa 2.解： d2 de 4 1 d22 dd (d1 d2) 70 1 2 3.解：对于稳定流态的流体通过圆形管道，有 u2 d 21 1 d 2 2 若将直径减小一半，即 d 1 d 2 2 u2 4 1 即液体的流速为原流速的4倍. 4.解： HLu2f d 2g L2 H1u1f1 1 d 12g H L2u2

2、 2f2 2d 22g L2H 2u22 f2H d22gf1 L2 1u11d 12g 64 du u2 4u1,L1 L2,d1 2d2 64 L2u2 Hf2H d2u2 2d 22gf1 64 L2 1ud d 11u112g64 L2 2u2Hf2H du 22 d22gf1 64 L(1u2)2 2d 1d u22g242 2Hf2H 1 16 f1 2 2 164Hf2 16Hf1 即产生的能量损失为原来的16倍。 6.解：1）雷诺数Re ud 其中 1000kg m 3，u 1.0m s 1d 25mm 25 10 3m 1cp 10 3Ps s 故Re ud 1000 1.0

3、 25 10 3 10 3 * 故为湍流。 2）要使管中水层流，则Re 2000 1000 25 10 3m u 2000 即Re 3 10 解得u 0.08m s 1 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 z1 z2 Hf g2g g2g 其中z1 10m,z2 2m; p1 p2;u1 0;Hf h g f 2 u216.15u2 则10 2 2 9.89.8 解得 1）A-A截面处流量u u2 u 2.17m s 1 2）q v Au 121 d 3.14 (100 10 3)2 44 其中A 7.85 10 3m2 u 2.17

4、m s 1 qv 7.85 10 3 2.17 3600 61.32m 8.解：对1-1截面和2-2截面，由伯努利方程得 22p1u1p2u1 z1 z2 g2g g2g 3 其中z1 z2,p1 1mH2O gh1 u1 0.5m s 1,p1 gh2 d120.2 u2 2u1 ()2 0.5 2.0m s 1 d20.1 0.5222 h 0.19m 2 9.82 9.8 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 z1 He z2 Hf g2g g2g 其中：z1 2m,z2 10m;u1 u2 0 p1 pvac 100mmH

5、g 13.6 103 9.8 0.1 *.2pa p2 02 *.219.* He 10 ( 4 ) g9.8980 19.*.2 He 12.08 14.08 1.388 15.468 9.8980 g P He qV 102 15.468 2 (53 10 3)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 z1 He z2 Hf g2g g2g 其中：z1 0,z1 50m;p1 p2 0 Hf He 50 20 52.05 9.8 P He qV 52.05 36 1000 8.05kw 102 102 0.6

6、3600 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 z1 He z2 Hf g2g g2g 其中，z1 0,z1 15m; p1 0, p2 200 10 3 13.6 103 9.8 *paHf *-* He 15 24.97 9.89.8 1200 H q 24.97 20 1200P eV 1.632kw * 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 z1 He z2 Hf g2g g2g 其中，z1 0,z2 5.0m; p1 0,p2

7、 2.5kgf.cm 2 2.5 9.8 2.45 105pa 40.01 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： Hf u 36 3600 (76 10 3)2 2.2 2.45 1052.220.2 He 5.0 1000 9.82 9.89.8 5.0 25 0.25 0.02 30.27P 2）P He qV 30.27 36 1000 3.0kw * 3600 He qV 3.0 4.3kw 102 0.7 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 z1 z2 H

8、f g2g g2g 其中：z1 0,z2 4.8m; p1 0,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 ) 1000 9.8 *pa 2 9.89.8 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 z1 He z2 Hf g2g g2g 其中，z1 0,z2 20m;p1 0,p2 0 Hf 5,He 20 5 25 w e 25 9.8 245J/kg 2）在管路A、B截面间列伯努利方程得： 2 p

9、Au2pBuBA zA zB Hf g2g g2g pApBLu2 zB zA g gd2gu2 2g ppd (A B zB zA)L g g pA pB ( Hg H2O) gR H2O g 6pA pB( Hg H2O) R H2O 6 H2Og H2O u 2.03m s 1 25 2.03 3）P 102 0.052 1000 0.976kw 4）根据静力学基本方程式： pB H2Og(6 H) HggR p0 pB HggR p0 H2Og(6 H) pA H2Ogh pB H2Og6 H2Og(h R) HggR pA pB H2Og6 H2OgR HggR pA HggR p0

10、 H2Og(6 H) H2Og6 H2OgR HggR pA p0 HggR H2OgH ( Hg H2O)gR 13.6 1.2 1 1 (13.6 1) 0.04 9.8 1000 1.55 105pa 传热过程 p105 ex1解： q tt1 t* 30 R1 2 3 1 2 31.070.1445 *-* 1243Wm2 0.187 0.714 0.00010.901 q 300 1120 R R0 3.73 C m2 W 1 (R R0) R0 3.73 0.901 2.83 C m2 W 1 ex2解： (T1 T4) i iA (T1 T4) i 2 rmL i 2 L(T1

11、T4)2 L(T1 T4) (ri 1 ri)11r lni 1 ii 1i iri rlni 1 ri 2 (260 35) ln ln ln *.2250.0755 L 2 3.14 *-* 0.0139 3.94 6.214 160.20.*-* 138.96W m 1 10.168 220 180 200 C2 Ex4解：空气的定性温度T 200时空气的物性参数为： 0.746Kg/m3 3.91 10 2W m 1 K 1 1 KJ Kg C 2.6 10 5Pa s Cp 1.034 u 15m s 1， Re du Cp 0.025 41 50.7464 1.09 10 5 2.

12、6 10 1.034 103 2.6 10 5 Pr 0.68 2 3.931 10 0.02R(e 0.8 d 2 3.93 110.8 0.02 3 (1. 0* ) 0.0254 53.8Wm2 K )Pr( 0.3 ) 0.3 0. 68 ex5解：水的定性温度T 40 20 30 C 2 30时水的物性参数为： 995.7Kg/m3 0.6176W m 1 K 1 80.07 10 5Pa s Cp 4.174KJ Kg 1 C 0.023(Re)0.8(Pr)0.4 d 当u 1m s 1时， Re du Cp 0.02 1 995.7 2486.68 5 80.07 10 Pr

13、4.174 103 80.07 10 5 5.41 0.6176 0.023 0.6176 (*.6)0.8 (5.41)0.4 0.002 4583.5Wm2 K 当u 0.3时 Re du 7460.58 ，此时，2000Re* 6 105 0.023 38.85 1.965 7460.58 (1 ) 7460.581.8 0.8 1638Wm2 C ex7解：甲烷的定性温度：T 0条件下： 120 30 75 C 2 0.717Kg/m3 0.03W m 1 K 1 1.03 10 5Pa s Cp 1.7KJ Kg 1 K 1 由于甲烷是在非圆形管内流动，定性尺寸取de de 4 流体

14、截面积润湿周边 0.192 37 4 0.0192 0.19 37 0.019 0.0255 R 0.717 e du 0.0255 10 1.03 10 5 *.7 PCp 1. 103 1.03 10 5r 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 0.023 1.176 2505.77 0.851 57.1W m 2 K 1 若甲烷在管内流动： R .015 10 0.717 e du 01.03 10 5 *.75 64.2W m 2 K 1 Ex8 T1

15、 40 15 25 C ， T2 130 33 97 C Tm T2 T197 25 53.1 C（逆流） T2lnln T1 在按照折流校正 33 15 0.16 130 15 130 40R 5 33 15P 0.97 Tm 0.97 53.1 51.5 C ex9 (1) qmcp T1 T2 1.25 1.9 10 80 30 3 *J s 1 (2) T1 30 20 10 C ， T2 80 40 40 C Tm T2 T140 10 21.64 C T2ln4ln T1 (3) R 11d d 0 0 Rsi Rs0K 0 油di dm 10.0250.0025 0.025 0.

16、21 10 3 0.176 10 3 33 1.7 100.85 10 0.0245 ln 0.02 0.00251m2 K W 1 1 398.91W m 2 K 1 R K (4) A K tm *-*5.91 21.64 13.74m2 若近似按平面壁计算，则 R 111 0 Rsi Rs0K 0 油i m 110.0025 0.21 10 3 0.176 10 3 33 1.7 100.85 1045 K 453.26A 12.11m2 ex10 (1) d0 16 10 3m ，di 13 10 3m ， 1.5 10 3m d0 d01 K d d 0 m ii 161.5 10

17、3 161 13 1000 40 14.5 90 1.231 10 3 0.0414 10 3 0.011 81.5W m 2 K 1 (2) d0 d01 K0 d d 0 m ii 161.5 10 3 161 13 1000 40 14.5 180 146.6W m 2 K 1 (3) d0 d01 Ki d d m0 ii 161.5 10 3 161 13 2000 40 14.5 90 0.616 10 3 0.0414 10 3 0.011 85.78W m 2 K 1 ex11解： (1) 1 qmcp T1 T2 qmCp T1 T2 50qmCp 25qmCp qmCp 2

18、qmCp . Tm 135 60 92.5 135ln 60 A1 (2) 1 k1 Tm 50qmCpk1 Tm 2 qmcp t1 t2 qmCp t1 t2 70qmCp qmCpt1 t2t1 t2 35 ，t2 50 tm 70qmCp 1135 30 69.81 ，A2 135k2 tmk2 tmln 30 k2 又流量及物性不变，k1 2 tm70 92.*A2 1.855 A150qmCp50 69.*.7 1 Tm 70qmCp L2A2 1.855 ，L2 1.855m L1A1 ex12解：(1) 1 qmdcpd T1 T2 KA tm 2.88 103 (90 50)

19、 230 6 tm 61.76 103 230 6 tm tm 44.75 C 90 t 32 44.75 ln 32 t 29.5 C Tm . A1 1 k1 Tm 50qmCpk1 Tm 1 qmdcpd T1 T2 qmhcph t1 t2 61.76 103 qmh 4.2 29.5 18 qmh 1.279 103 4.6kg/h 吸收 p187 ex2解： （1） PA 2026Pa 7.821 10 3100 10 3 CA () 2.300mol.m 3 *CC2.300 3 3 1 PA A H A 1.135 10mol.mPa * （2） E P1000 4.895 1

20、07Pa 3 2 HM1.135 10 1.8 10 PA 4.895 107xA E4.895 107 （3）m 483.22 5 P1.013 10总 （4）总压提高一倍，E、H值均不变 E4.895 107 m 242 5 P2.026 101 ex9解： 5 y 0.02329 2964y10.02329 Y 1 y11 0.02329 0.02329 第一解法： Y1 Y2 qn,BX1 X2 qn,C又设Y2 qn,BX2 0 Y1 X1 qn,CY1 Y2Y Y又 1.6512 Y1qn,BX1 Y1 1.65X1 26.7 0.02385X1 0.00054 26.7 1.65

21、( )min 又 512 8mol64qn,C.X1 8 qn,C Y1 Y2min Y1 qn,C *.8kmol/h 266.66m 第二解法： 设吸收率为 则，Y2进气量设为 3 1 Y1 a.kg/h 512a.5% a. 95%qn,B 29 10 3 ( qn,Cqn,Bqn,Cqn,B )min Y1 Y2Y1 (1 )Y1 26.7 Y1X1 qn,Cqn,B )min 1.65 26.7 512a.5% () 1.65( qn,C 29 10 3 a.95% 3 qn,C *.8kmol/h 266.0m ex10（1）Y1 0.02 Y2 Y1(1 99%) 0.0002

22、X2 0 当液气比为2.2时， qn,Cqn,B Y1 Y20.02 0.0002 2.2 X1 X2X1 X1 0.009 Y1 Y1 Y1 0.02 0.009 0.011 Y2 Y2 Y2* 0.0002 Ym Y1 Y20.011 0.0002 0.002695 Y10.011 lnln 0.0002 Y2Y1 Y20.02 0.0002 7.35 Ym0.002695 NOG （2）当液气比为1.25时， 0.02 99%X1 0.01584 1.25 NOG 15.17 (3) 当X2=0.00011时 X1 1 (Y1 Y2) X2 1.25 0.01584 0.00011 0.

23、01595NOG 0.02 0.0002 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， Y1 Y20.02 Y2 0.8 Y1qn,BX1 Y2 0.004 qn,C Y1 Y20.02 0.0016 80%Y10.02 0.03 0.03093 1 0.03 ex11.Y1 Y2 Y1(1 98%) 0.03093 0.02 0.0006 X2 0 qn,B qn,C q n,B 1.* 1 (1 3%) 65.16mol.s 22.4 10 3303 Y1 Y2min 1.28 1.28 98% 1.2544 Y1 X2 1.28 qn,

24、Cmin 1.2544 65.16 81.74mol.s 1qn,C 81.74 1.5 122.6mol.s 1X1 qn,Cqn,B (Y1 Y2) X2 65.16 (0.03093 0.0006) 0.0*.6 Y 1 Y1 Y1 0.03093 1.28 0.016 0.01045 Y 2 Y2 Y2 0.0006 Y Y1 Y2 m ln1 Y2 0.01045 0.0006 0.003465 ln 0.0006 N Y1 Y2 OG Ym 0.03093 0.0006 0.003465 8.8 Hqn,B OG K 65.16 0.6503 Y S60 1.0 H HOG NOG

25、 8.8 0.6503 5.72m 12.(1) Y1 y11 y 0.05 0.0* 0.05 Yy22 1 y 0.00263 0.*-* 0.00263 X61.2581 (1000 61.2) 0.02033X2 0 Y 2.0X Y 1 Y1 Y1 0.0526 2.0 0.02023 0.01214 Y2 Y2 Y 2 0.002637 Y Y1 Y2m 0.01214 0.002637 ln 1 Yln2 0.002637 0.0095 1.527 0.0062NY1 Y2OG Ym 0.0526 0.002637 0.0062 8.06 q0.556n,B 22.4 10 3 0.95 273 298 21.602mol.s 1 HqV21.602 OG K Y S K 0.82 0.744Y 4 KY 57.79mol.m 3.s 1（2） qn,CY2q Y1 n,BX1 X2 0.0526 0.*-* 0.02023 2.4698 qn,C=2.4698 21.602=53.35mol.s-1XA1 n 53.35 3600 n=0.0202353.353600=3885.37mol m=583885.37=225.4kg （1）另解： qn,C Y2q Y1n,BX1 X2 0.0526 0.*-* 0.02023 2.4698