《化工原理》第四版习题答案67311

绪 论

【0-1】 1m3水中溶解0.05kmol CO2，试求溶液中CO2的摩尔分数，水的密度为100kg/m3。

解 水

1000kg/m3?1000kmol/m3

18 CO2的摩尔分数

x?0.05?8.99?10?4

10000.05?18【0-2】在压力为101325

Pa、温度为25℃条件下，甲醇在空气中达到饱和状态。试求：(1)甲醇的饱和蒸气压pA；(2)空气

中甲醇的组成，以摩尔分数

yA、质量分数?A、浓度cA、质量浓度?A表示。

pA

解 (1)甲醇的饱和蒸气压

lgp(2) 空气中甲醇的组成

A?7.19736?1574.99 p25?238.86A?16.9kPa

摩尔分数

yA?16.9?0.167

101.3250.167?32?0.181

0.167?32?(1?0.167)?29质量分数

?A?浓度

cA?pA16.9??6.82?10?3 kmol/m3 RT8.314?298质量浓度

?A?cAMA=6.82?10?3?32?0.218 kg/m3

NaOH质量分数10%、NaCl的质量分数10%、H2O的质量分数80%，用真空蒸发器浓NaOH 50%、NaCl 2%、H2O48%，均为质量分数。试求：(1)水分蒸发量；(2)分离

NaOH量保持一定。

【0-3】1000kg的电解液中含

缩，食盐结晶分离后的浓缩液中含

的食盐量；(3)食盐分离后的浓缩液量。在全过程中，溶液中的

解 电解液1000kg 浓缩液中

NaOH 1000×0.l=100kg NaOH ?=0.5（质量分数） NaOH

1000×0.l=100kg

NaCl ?=0.02（质量分数）

=0.48（质量分数）

H2O 1000×0.8=800kg H2O ?在全过程中，溶液中浓缩液量为

NaOH量保持一定，为100kg

100/0.5?200kg

200kg浓缩液中，水的含量为200×0.48=96kg，故水的蒸发量为800-96=704kg

浓缩液中

NaCl的含量为200×0.02=4kg，故分离的 NaCl量为100-4=96kg

第一章 流体流动

流体的压力

【1-1】容器A中的气体表压为60kPa，容器B中的气体真空度为为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力。

1.2?104Pa。试分别求出A、B二容器中气体的绝对压力

解 标准大气压力为101.325kPa

容器A的绝对压力

pA?101.325+60?161.325 kPa pB?101.325?12?89.325 kPa

容器B的绝对压力

【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa和157kPa，当地大气压力为101.3kPa。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、

出的压力差各为多少帕。

解 进口绝对压力

p进?101.3?12?89.3 kPa p出?101. 3?157?258.3 kPa

出口绝对压力

进、出口的压力差

?p?157?（?12）?157?12?169kPa 或 ?p?258. 3?89. 3?169 kPa

流体的密度

【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为0.4，试求该混合液在20℃下的密度。

解 正庚烷的摩尔质量为

100kg/kmol，正辛烷的摩尔质量为114kg/kmol。

将摩尔分数换算为质量分数

正庚烷的质量分数

?1?0.4?100?0.369

0.4?100?0.6?114正辛烷的质量分数

?2?1?0.369?0.631

?1?684kg/m3，正辛烷的密度为?2?703kg/m3

10.3690.631?684703?696kg/m3

从附录四查得20℃下正庚烷的密度

混合液的密度

?m?【1-4】温度20℃，苯和甲苯按4:6的体积比进行混合，求其混合液的密度。

解 20℃时，苯的密度为

879kg/m3，甲苯的密度为867kg/m3。

混合液密度

3 ?m?879?.04?86?7．60?871.8k g/m【1-5】有一气柜，满装时可装

6000m3混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为

H2N2COCO2CH40.4 0.2 0.32 0.07 0.01

操作压力的表压为5.5kPa，温度为40℃。试求：(1)混合气体在操作条件下的密度；(2)混合气体的量为多少

kmol。

解

T?273?40?3K1，3p?101. 3?.5 5?1.06k （绝对压力）P8a

混合气体的摩尔质量

Mm?2?0.4?28?0.2?28?0.32?44?0.07?16?0.01?18.6 kg/kmol

(1)混合气体在操作条件下的密度为

?m?pMm106.8?18.6??0.763 kg/m3

RT8.314?313(2)混合气体

V?6000m3，摩尔体积为

Mm?m?18.63m/kmol

0.763

混合气体的量为

n?V6000?0.763??246 kmolMm18.6?m流体静力学

【1-6】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m，当地大

气压力为101.2kPa。试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯

化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？

解 管中水柱高出槽液面2m，h=2m水柱。

(1)管子上端空间的绝对压力

p绝

在水平面

1?1'处的压力平衡，有

p绝??gh?大气压力p绝?101200?1000?9.81?2?81580 Pa（绝对压力）(2)管子上端空间的表压

p表

习题1-6附图

p表? p绝-大气压力=81580?101200??19620 Pa

(3)管子上端空间的真空度

p真

p真=-p表=-??19620??19620 Pa

(4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度

h'

h'??水h

?ccl4常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为

?ccl?1594 kg/m3

4h'?1000?2?1.25 m

1594【1-7】在20℃条件下，在试管内先装入12cm高的水银，再在其上面装入5cm高的水。水银的密度为

13550kg/m3，

当地大气压力为

101kPa。试求试管底部的绝对压力为多少Pa。

解 水的密度

?水=998kg/m3

p?101?103??0.12?13550?0.05?998??9.81?117.4?103Pa

【1-8】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为

1250kg/m3的液体，液面高度为3.2m。容

器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m及1m，容器上部空间的压力（表压）为29.4kPa。试求：(1)压差计读数（指

示液密度为

；(2)A、B两个弹簧压力表的读数。 1400kg/m3）

解 容器上部空间的压力

p?29. 4kPa（表压）液体密度

??1250kg/m3，指示液密度?0?1400kg/m3

(1)压差计读数R=?

在等压面

1?1'上p1?p'1

习题1-8附图

p1?p??3.2?1?h?R??g p'1?p??3.2?2?1?h??g?R?0gp??2.2?h?R??g?p??2.2?h??g?R?0g Rg??0????0因g??0????0，故R?0

(2)

pA?p??3.2?1??g?29.4?103?2.2?1250?9.81?56.4?103Pa

pB?p??3.2?2??g?29.4?103?1.2?1250?9.81?44.1?103Pa

【1-9】如习题1-9附图所示的测压差装置，其U形压差计的指示液为水银，其他管中皆为水。若指示液读数为试求A、B两点的压力差。

R?150mm，

解 等压面

1?1'，p1?p'1

p1?pA?H?水g

p'1?pB??0.5?H?R??水g?R?汞g

由以上三式，得

pA?pB?R?汞g??0.5?R??水g

已知

习题1-9附图

R?0.15m，?汞?13600kg/m3，

pA?pB?0.15?13600?9.81??0.5?0.15??1000?9.81

?13.64?103Pa?13.64 kPa

【1-10】常温的水在如习题1-10附图所示的管路中流动，为测量A、B两截面间的压力差，安装了两个串联的U形管压差计，

指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两U形管的连接管中，充满空气。若测压前两U形压差计的水银液

面为同一高度，试推导A、B两点的压力差

?p和液柱压力汁的读数R1、R2之间的关系式。

解 设测压前两U形压差计的水银液面，距输水管中心线的距离为H。

在等压面

2?2'处

习题1-10附图

R???R?R2?p2?pA??H?1??水g?R1?汞g??1??气g2???2?R??p'2?pB??H?2??水g?R2?汞g

2??因

p2?p'2，由上两式求得

???气??pA?pB?(R1?R2)??汞?水?g

2??因

?气???水

故

?? pA?pB??R1?R2???汞-水2???g ?【1-11】力了排除煤气管中的少量积水，用如习题1-11附图所示水封设备，使水由煤气管路上的垂

，试计算水封管插入液面下的深度h最小应为若干米。 10kPa（表压）

直管排出。已知煤气压力为

解

p10?130h???1.02m

?g100?0.981流量和流速

【1-12】有密度为

1800kg/m3的液体，在内径为

60mm的管中输送到某处。若其流速为

习题1-11附图

0．8m/s，试求该液体的体积流量

(m3／h)、质量流量

?kg/?s和质量流速

?kg/?m2?s??。

??解 (1) 体积流量

qV??4d2u??4?3?0．062?．08?2.2?610m3/s?3.81m4／ h

(2) 质量流量

qm?qV??2.26?10?3?1800?4.07 kg/s

(3) 质量流速

?=qm4.07==1440 kg/(m2?s) A??0.0624【1-13】如习题1-13附图所示的套管式换热器，其内管为

?33.5mm?3.25mm，外管为?60mm?3.5mm。

内管中有密度为

1150kg/m3、流量为5000kg/h的冷冻盐水流动。内、外管之间的环隙有绝对压力为0．5MPa，进、

出口平均温度为

101.325kPa)，气体的密度为0℃，流量为160kg/h的气体流动。在标准状态下(0℃，1.2kg/m3。试求气体和盐水的流速。

解 液体

3??1150k g/m

内管内径

d内?33.5?3.2?52?m2m7?.00m27

液体质量流量

qm?5000kg/h ，体积流量 qV?50003m／h

1150

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