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