化工原理(第二版)上册课后习题答案

大学课后习题解答之

化工原理(上)-天津大学化工学院-柴诚敬主编

09化工2班制作 QQ972289312

绪 论

1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI单位。 （1）水的黏度μ=0.00856 g/(cm·s) （2）密度ρ=138.6 kgf ?s2/m4

（3）某物质的比热容CP=0.24 BTU/(lb·℉) （4）传质系数KG=34.2 kmol/(m2?h?atm) （5）表面张力σ=74 dyn/cm

（6）导热系数λ=1 kcal/(m?h?℃)

解：本题为物理量的单位换算。

（1）水的黏度 基本物理量的换算关系为

1 kg=1000 g，1 m=100 cm

?8.56?10?4kg?m?s??8.56?10?4Pa?s ?????则 ??0.00856??cm?s??1000g??1m?（2）密度 基本物理量的换算关系为

1 kgf=9.81 N，1 N=1 kg?m/s2

?g??1kg??100cm??kgf?s2??9.81N??1kg?ms2?3??1350kgm 则 ??138.6?m4??1kgf???????1N?（3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为

1 BTU=1.055 kJ，l b=0.4536 kg 1oF?5oC

9则

?BTU??1.055kJ??1lb??1?F?cp?0.24???1.005kJ?kg??C? ???????lb?F??1BTU??0.4536kg??59?C?（4）传质系数 基本物理量的换算关系为

1 h=3600 s，1 atm=101.33 kPa

则

?kmol??1h??1atm?KG?34.2?2?9.378?10?5kmol?m2?s?kPa?

??????m?h?atm??3600s??101.33kPa?（5）表面张力 基本物理量的换算关系为

1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm

1

则

?5?dyn??1?10N??100cm??2??74??7.4?10Nm ???1dyn?1m?cm??????（6）导热系数 基本物理量的换算关系为 1 kcal=4.1868×103 J，1 h=3600 s 则

3?kcall??4.1868?10J??1h???1?2?1.163J?m?s??C??1.163W?m??C? ?????1kcal?m?h??C????3600s?2． 乱堆25cm拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即

HE?3.9A?2.78?10?4G??12.01D??0.3048Z0?BC13??L?L

式中 HE—等板高度，ft；

G—气相质量速度，lb/(ft2?h)； D—塔径，ft；

Z0—每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft； α—相对挥发度，量纲为一； μL—液相黏度，cP； ρL—液相密度，lb/ft3

A、B、C为常数，对25 mm的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1及1.24。 试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为SI单位。 解：上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制，而其余诸物理量均为英制。 经验公式单位换算的基本要点是：找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系，导出物理量“数字”的表达式，然后代入经验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单位。具体换算过程如下：

（1）从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为

1ft?0.3049m

1lb?ft2?h??1.356?10?3kg?m2?s? （见1）

α量纲为一，不必换算

1cp?1?10?3Pa?s

lb?lb??1kg??3.2803ft?32 13=1?3??=16.01 kg/m???ft?ft??2.2046lb??1m? (2) 将原符号加上“′”以代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下面以HE为例：

?m HEft?HE?则 HE?HEmm3.2803ft??? ?HE?3.2803HEftftm同理 G?G?1.356?10?3?737.5G?

2

??

D?3.2803D?

? Z0?3.2803Z0??1?10?3? ?L??L?16.01?0.06246?L? ?L??L(3) 将以上关系式代原经验公式，得

??3.9?0.57?2.78?10?4?737.5G??3.2803HE-0.1?12.01?3.2803D??1.24??0.3048??3.2803Z3??1000???0??1??L??0.0624??L??整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即

H40.1E?1.084?10?A?0.205G?-?39.4D?1.24Z13??L0?L

3

第一章 流体流动

流体的重要性质

1．某气柜的容积为6 000 m3，若气柜内的表压力为5.5 kPa，温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为：H2 40%、 N2 20%、CO 32%、CO2 7%、CH4 1%，大气压力为 101.3 kPa，试计算气柜满载时各组分的质量。

解：气柜满载时各气体的总摩尔数

nt?pV?101.3?5.5??1000.0?6000?mol?246245.4mol RT8.314?313各组分的质量：

mH2?40%nt?MH2?40%?246245.4?2kg?197kg mN2?20%nt?MN2?20%?246245.4?28kg?1378.97kg mCO?32%nt?MCO?32%?246245.4?28kg?2206.36kg

mCO2?7%nt?MCO2?7%?246245.4?44kg?758.44kg mCH4?1%nt?MCH4?1%?246245.4?16kg?39.4kg

2．若将密度为830 kg/ m3的油与密度为710 kg/ m3的油各60 kg混在一起，试求混合油

的密度。设混合油为理想溶液。

解： mt?m1?m2??60?60?kg?120kg

Vt?V1?V2?m1?1?m2?6060?33? ???m?0.157m??2?8307101???m?mt12033?kgm?764.33kgm Vt0.157流体静力学

3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= 85.3?103?20?103Pa?65.3kPa （2）真空表读数

真空度=大气压-绝压=101.33?103?65.3?103Pa?36.03kPa

4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的孔，其中心距罐底1000 mm，孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa）？

解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm处的流体压力为

4

????

p?p??gh?101.3?103?960?9.81?(9.5?1.0)Pa?1.813?103Pa（绝压） 作用在孔盖上的总力为

??π F?(p?pa)A＝（1.813?103－101.3?103）??0.762N＝3.627?104N

4每个螺钉所受力为

π F1?39.5?10??0.0142N?6.093?103N

4因此

n?FF1?3.627?104?6.093?103?N?5.95?6（个）

习题4附图

习题5附图

5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为R1=500 mm，R2=80 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=100 mm。试求A、B两点的表压力。 解：（1）A点的压力

pA??水gR3??汞gR2??1000?9.81?0.1?13600?9.81?0.08?Pa?1.165?104Pa（表）

（2）B点的压力

pB?pA??汞gR1 ?1.165?10?13600?9.81?0.5Pa?7.836?10Pa（表）?4?46．如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接U管压差计，指示液为水银，读数R=100 mm，h=800 mm。为防止水银扩散至空气中，在水银面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。已知当地大气压力为101.3 kPa，试求管路中心处流体的压力。

解：设管路中心处流体的压力为p

根据流体静力学基本方程式，pA?pA? 则 p+?水gh+?汞gR?pa

5

习题6附图

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