化工原理课后答案Word格式文档下载.docx
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1.27m/s
d2
50
1-11．如附图所示，用虹吸管从高位槽向反响器加料，高位槽与反响器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。
现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包含出口），试确立高位槽中的液面应比虹吸管的出口超出的距离。
以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～2-2’间列柏努力方程:
简化:
H（1u22
Wf）/g
2
1-14．附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，丙烯由贮槽回流至塔顶。
丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为（表压），精馏塔内操作压力
为（表压）。
塔内丙烯管出口处超出贮槽内液面30m，管内径为140mm，
丙烯密度为
600kg/m3。
现要求输送量为40×
103kg/h，管路的所有能量
损失为150J/kg（不包含出口能量损失），试核算该过程能否需要泵。
题14
附图
在贮槽液面1-1’与回流管出口外侧2-2’间列柏努力方
程:
p1
p21
We
Z2g
u2Wf
不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中
1-16．某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为φ45×
当阀门全关时，压力表的读数为78kPa。
当阀
门全开时，压力表的读数为75kPa，且此时水槽液面至压力表处的能量损失能够表示为Wfu2J/kg（u为水
在管内的流速）。
试求：
1h
题16附图
（1）高位槽的液面高度；
（2）阀门全开时水在管内的流量（m3/h）。
（1）阀门全关,水静止
（2）阀门全开:
在水槽1-1’面与压力表2-2’面间列柏努力方程:
p2
1
Wf
Z1g
解之:
u2
1.414m/s
流量:
Vs
d2u2
0.785
0.0421.4141.776103m3/s
4
1-17．附图所示的是冷冻盐水循环系统。
盐水的密度为
1100kg/m3，
循环量为45m3/h。
管路的内径同样，盐水从
A流经两个换热器至
B的
压头损失为9m，由B流至A的压头损失为
12m，问：
（1）若泵的效率为70％，则泵的轴功率为多少？
（2）若A处压力表的读数为153kPa，则B处压力表的读数为多
少？
题17附图
（1）关于循环系统:
（2）AB列柏努力方程:
pA
pB
ZB
hfAB
g
B处真空度为19656Pa。
1-23．计算10℃水以×
10
－3m3/s的流量流过φ57×
、长20m水平钢管的能量损失、
压头损失及压力损失。
（设
管壁的粗拙度为）
Vs
2.7
103
1.376m/s
u
0.052
0.785d
10℃水物性:
查得
λ0.038
1-25．如附图所示，用泵将贮槽中20℃的水以40m3/h的流量输送至高位槽。
两槽的液位恒定，且相差
20m，
输送管内径为
100mm，管子总长为
80m（包含所有局部阻力的当量长度）
已知水的密度为m3，粘度为×
10-3
·
Pas，
试计算泵所需的有效功率。
ε=
qV
40
3600
m
s
u
20.785
0.12
1.415/
π
d
ε/d=100=0.002
在贮槽1截面到高位槽
2截面间列柏努力方程:
WeZ2g
题23附图
而:
λl
leu2
0.023
80
1.4152
18.42J/kg
0.1
1-28
．如附图所示，密度为
800kg/m3、粘度为
mPa·
s的液体，由敞口高位槽经
φ114×
4mm的钢管流入一
密闭容器中，其压力为（表压），两槽的液位恒定。
液体在管内的流速为
s，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗
糙度
d＝，试计算两槽液面的垂直距离
z。
在高位槽
1截面到容器2截面间列柏努力方程:
Zg
由
0.002,查得
0.026
管路中:
进口
90℃弯头
半开闸阀
0.5
0.752个
题26附图
4.5
出口
1-31粘度为30cP、密度为900kg/m3的某油品自容器
A流过内径40mm的管路进入容器B。
两容器均为敞口，
液面视为不变。
管路中有一阀门，阀前管长
50m，阀后
管长20m（均包含所有局部阻力的当量长度）。
当阀门
全关时，阀前后的压力表读数分别为和。
现将阀门翻开
至1/4开度，阀门阻力的当量长度为
30m。
管路中
油品的流量。
阀封闭时流体静止，由静力学基本方程可得：
8.83
10m
zA
p21
4.42
5m
zB
当阀翻开14开度时，在A~A′与B~B′截面间列柏努利方程：
此中：
pApB
0（表压），uA
uB
则有
（zA
zB）gWf
l
leu2
（a）
因为该油品的粘度较大，可设其流动为层流，则
代入式（a），有
zB）g
64
leu2
32（l
le）u
du
（zA
zB）g
0.042
（10
5）
32
（l
le）
30
（50
0.736m/s
20）
校核：
0.04
0.736
883.2
2000
Re
10
3
假定建立。
油品的流量：
阻力对管内流动的影响：
阀门开度减小时：
（1）阀关小，阀门局部阻力
增大，流速
u↓,即流量降落。
（2）在1~1与A~A截面间
列柏努利方程：
简化得
z1g
1uA
Wf1A
或
z1g
（l1
1）u12
明显，阀关小后uA↓，pA↑，即阀前压力增添。
（3）同理，在B~B′与2~2′截面间列柏努利方程，可得：
阀关小后uB↓，pB↓，即阀后压力减小。
由此可得结论：
（1）当阀门关小时，其局部阻力增大，将使管路中流量减小；
（2）下游阻力的增大使上游压力增添；
（3）上游阻力的增大使下游压力降落。
可见，管路中任一处的变化，势必带来整体的变化，所以一定将管路系统看作整体考虑。
1-36．用离心泵将20℃水从水池送至敞口高位槽中，流程如附图所示，两槽液面差为12m。
输送管为φ57×
的钢管，吸入管路总长为20m，压出管路总长155ｍ（包含所有局部阻力的当量长度）。
用孔板流量计丈量水流
量，孔径为20mm，流量系数为，U形压差计的读数为６00mmHg。
摩擦系数可取为。
（1）水流量，m3/h；
（2）每kg水经过泵所获取的机械能。
（3）泵进口处真空表的读数。
题36附图
ρρ）
（1）Vs
C0A0
Rg
ρ
（2）以水池液面为
1面，高位槽液面为
22
面，在1
1~2
2面间列柏努利方程：
而
le
u2
2.331
1.19m
0.785d2
（3）以水池液面为
11
面，泵进口为
33
1~3
3面间列柏努利方程：
1-39．在必定转速下测定某离心泵的性能，
吸入管与压出管的内径分别为
70mm和50mm。
当流量为30m3/h
时，泵进口处真空表与出口处压力表的读数分别为
40kPa和215kPa，两测压口间的垂直距离为，轴功率为。
试计
算泵的压头与效率。
2.166m
0.072
4d1
在泵出进口处列柏努力方程，忽视能量损失；
=
第二章非均相物系分别
1、试计算直径为30μm的球形石英颗粒（其密度为2650kg/m3），在20℃水中和20℃
常压空气中的自由沉降速度。
已知d=30μm、ρs=2650kg/m3
（1）20℃水μ=×
10-3Pa·
sρ=998kg/m3
设沉降在滞流区，依据式（2-15）
校核流型
假定建立，ut=×
10-4m/s为所求
（2）20℃常压空气μ=×
10-5Pa·
sρ=m3
设沉降在滞流区
校核流型：
假定建立，ut=×
10-2m/s为所求。
2、密度为2150kg/m3的烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多
已知
ρs
=2150kg/m
查20℃空气
μ=×
ρ=m3
当Ret
dut
2时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，依据式（
2-15）并整理
d3（
）g
所以
18
3、直径为10μm的石英颗粒随
20℃的水作旋转运动，在旋转半径R＝处的切向速度为
12m/s
，，求该处的离心沉降速度和离心分别因数。
已知d=10μm、
R=、ui=12m/s
设沉降在滞流区，依据式（
2-15）g改为ui
/R即
ur=s为所求。
Kc
ui2
12
0.05
294
6、有一过滤面积为的小型板框压滤机，
恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。
过滤时间为
50秒时，共获取×
10-3m3的滤液；
过滤时间为100秒时。
共获取×
10-3m3的滤液。
试求当
过滤时间为200
秒时，可获取多少滤液？
已知A=、t1=50s
、V1=×
10-3m3、t2=100s、V2=×
10-3m3、t3=200s
因为q1
V1
2.27
24.41103
A
0.093
依据式（2-38a）
联立解之：
qe=×
10-3
K=×
10-5
所以q32
4.14103q3
2001.596105
q3=
所以V3=q3A=×
=×
10-3m3
第三章传热
1.有一加热器,为了减少热损失,在壁外面包一层绝热资料,厚度为300mm,导热系数为,已测得绝热层外侧温度为
30℃,在插入绝热层50mm处测得温度为75℃.试求加热器外壁面温度.
t21=75℃,t3=30℃,λ=
2.设计一焚烧炉时拟采纳三层砖围成其炉墙，此中最内层为耐火砖，中间层为绝热砖，最外层为一般砖。
耐火砖和一般砖的厚度分别为和，三种砖的导热系数分别为W/（m·
℃）、W/（m·
℃）和W/（m·
℃），已知耐火
砖内侧为1000℃，一般砖外壁温度为35℃。
试问绝热砖厚度起码为多少才能保证绝热砖内侧温度不超出
940℃，一般砖内侧不超出
138℃。
t1
t4
t2
1000
35
1000t2
q
b2
b3
b1
0.25
1.02
0.14
0.92
将t2=940℃代入上式，可解得b2=
q
t1
t3t4
t3
（b）
将t3=138oC解得b2=
将b2=代入（a）式解得：
t2=℃
应选择绝热砖厚度为
3.505mm的不锈钢管，热导率λ1=16W/m·
K；
管外包厚30mm的石棉，热导率为λ2=（m·
K）。
若管内壁
温度为350℃，保温层外壁温度为100℃，试计算每米管长的热损失及钢管表面面的温度；
这是经过两层圆筒壁的热传导问题，各层的半径以下
管内半径r120mm0.02m,管外半径r225mm0.025m
每米管长的热损失：
Q
2π（t1
t3）
3.14（350
100）
397W/m
l1lnr2
1lnr3
ln25
ln55
λ
r
r2
16
20
0.22
25
6.冷却水在25、长度为2m的钢管中以1m/s的流速流动，其出进口温度分别20℃和50℃，
试求管内壁对水的对流传热系数。
35℃。
在此温度查得水的物性数据以下：
空气的定性温度：
t
cp
4.174kJ/kgK，λ62.57
102W/mK，μ7.28
105Pasρ994kg/m3
1m/s
l/d=2/=100
3-15
载热体流量为1500kg/h，试计算各过程中载热体放出或获取的热量。
（1）100℃的饱和蒸汽冷凝成100℃的
水；
（2）110℃的苯胺降温至10℃；
（3）比热容为（kg·
K）的NaOH溶液从370K冷却到290K；
（4）常压下150℃
的空气冷却至20℃；
（5）压力为的饱和蒸汽冷凝，并降温至℃。
3-17在一套管式换热器中，用冷却水将s的苯由350K冷却至
300K，冷却水出进口温度分别为
290K和
320K。
试
求冷却水耗费量。
3-18在一列管式换热器中，将某液体自15℃加热至40℃，热载体从120℃降至60℃.试计算换热器中逆流和并
流时冷热流体的均匀温度差。
逆流
逆流：
120
80℃,
t2601545℃
t
45
60.8℃
tm
0.5753
ln
t2
并流t1
15105℃,
t260
4020℃
105
85
51.3℃
1.658
60
15
3-20在一内管为25
的套管式换热器中，管程中热水流量为
3000kg/h
，出进口温度分别为90℃和60℃；
壳程中
冷却水的出进口温度分别为20℃和50℃，以表面面为基准的总传热系数为
1）冷却水
2000W/（m·
℃）,试求：
的用量；
（2）逆流流动时均匀温度差及管子的长度；
3）并流流动时均匀温度差及管子的长度。
汲取
2．向盛有必定量水的鼓泡汲取器中通入纯的
CO2气体，经充足接触后，测得水中的CO2均衡浓度为×
－2kmol/m3，
鼓泡器内总压为，水温
30℃，溶液密度为
1000kg/m3。
试求亨利系数
E、溶解度系数H及相均衡常数
m。
查得30℃，水的ps4.2kPa
稀溶液：
c
55.56kmol/m3
MS
5．用清水逆流汲取混淆气中的氨，
进入常压汲取塔的气体含氨
6％（体积），汲取后气体出口中含氨％
（体积），
溶液出口浓度为（摩尔比），操作条件下相均
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