天津大学版化工原理习题答案

化工原理课后习题解答

（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.） 第

一

章

流

体

流

动………………………………………………………………………第

二

章

流

体

输

送

3 机

械…………………………………………………………………23 第三章

机

械

分

离

和

固

体

流

态

化…………………………………………………….32 第

四

章

传

热……………………………………………………………………第

…五

…章

…

4

2 蒸

馏………………………………………………………………………第

六…

章

…

5

6 吸

收………………………………………………………………………

……65

第七章 干

燥………………………………………………………………………

第一章 流体流动

1. 某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。 解：由 绝对压强 = 大气压强 – 真空度 得到：

设备内的绝对压强P绝 = 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa

=8.54×103 Pa

设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa

2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/? 的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的

……70

钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ，

问至少需要几个螺钉？

分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力 即

P油 ≤ σ螺

解：P油= ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×

0.382

=37.58×103 N

σ螺 = 39.03×106×3.14×0.0072×n P油 ≤ σ螺 得 n ≥ 6.26 取 n min= 7

至少需要7个螺钉

3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附图所示。测得R1 = 400 mm ， R2 = 50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3 = 50 mm。试求A﹑B两处的表压强。

分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a–a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分别列出两个等压面处的静

力学基本方程求解。

解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示 a–a′处 PA + ρggh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2

由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：PA = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa

b-b′处 PB + ρggh3 = PA + ρggh2 + ρ水银gR1 PB = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa

4. 本题附图为远距离测量控制装臵，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位臵。已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度

为820Kg／?。试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。

分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1′和4－4′为等压面，2－2′和3－3′为等压面，且1－1′和2－2′的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解 解：设插入油层气管的管口距油面高Δh 在1－1′与2－2′截面之间

P1 = P2 + ρ水银gR ∵P1 = P4 ，P2 = P3

且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h） 联立这几个方程得到

ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即 ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据

1.03×103×1 - 13.6×103×0.068 = h(1.0×103-0.82×103) ｈ= 0.418ｍ

5．用本题附图中串联Ｕ管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，Ｕ管压差计的指示液为水银，两Ｕ管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：ｈ1﹦2.3m，ｈ2=1.2m, ｈ3=2.5m,ｈ4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离ｈ

5

=3m。大气压强ｐa= 99.3×103ｐａ。

试求锅炉上方水蒸气的压强Ｐ。

分析：首先选取合适的截面用以连接两个Ｕ管，本题应选取如图所示的1－1截面，再选取等压面，最后根据静力学基本原理列出方程，求解 解：设1－1截面处的压强为Ｐ1

对左边的Ｕ管取ａ-ａ等压面， 由静力学基本方程 Ｐ0 + ρ水g(h5-h4) = Ｐ1 + ρ水银g(h3-h4) 代入数据

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