化工原理课后题答案

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.）

东哥整理 2012.6.24

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 98.7×10 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 = - 13.3×10 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 ≤ ζ螺

解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N

ζ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×

第二章 吸收习题解答

1从手册中查得101.33KPa、25℃时,若100g水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987KPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数H(kmol/ (m3·kPa))及相平衡常数m。 解: (1) 求H 由PNH3??CNH3H.求算.

已知:PNH3??0.987kPa.相应的溶液浓度CNH3可用如下方法算出:

以100g水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为

1000kg/m3.则:

1CNH3?17?0.582kmol/m3100?1 1000CNH30.5823?H???0.590kmol/(m?kPa)?PNH30.987yNH3??mNH3xNH3P1(2).求m.由17xNH3??0.01051100?1718yNH3?0.00974m???0.928xNH30.0105yNH3??PNH3??0.987?0.00974101.33

2: 101.33kpa、1O℃时,氧气在水中的溶解度可用po2=3.31×106x表示。式中:Po2为氧在气相中的分压,kPa、x为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中,每立方米溶有多少克氧.

容器A 中的气体表压为60kPa ，容器B中的气体真空度为1.2×I0Pa ,试分别求出A 、B二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力

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 容器B 的绝对压力PB=101.325-12=89.325 kPa

[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

出口绝对压力P出=101.3+157 = 258.3 kPa

进、出口的压力差△P=157-(-12) =157+12=169kPa或△P=258.3-89.3=169 kPa

[1-8] 如图所示，容器内贮有密度为1250kg/m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1400kg/m); (2) A 、B 两个弹簧压力表的读数。 解：容器上部空间的压力P=29.4kPa (表压) 液体密度

第二章 吸收习题解答

1从手册中查得101.33KPa、25℃时,若100g水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987KPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数H(kmol/ (m3·kPa))及相平衡常数m。 解: (1) 求H 由PNH3??CNH3H.求算.

已知:PNH3??0.987kPa.相应的溶液浓度CNH3可用如下方法算出:

以100g水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为

1000kg/m3.则:

1CNH3?17?0.582kmol/m3100?1 1000CNH30.5823?H???0.590kmol/(m?kPa)?PNH30.987yNH3??mNH3xNH3P1(2).求m.由17xNH3??0.01051100?1718yNH3?0.00974m???0.928xNH30.0105yNH3??PNH3??0.987?0.00974101.33

2: 101.33kpa、1O℃时,氧气在水中的溶解度可用po2=3.31×106x表示。式中:Po2为氧在气相中的分压,kPa、x为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中,每立方米溶有多少克氧.

容器A 中的气体表压为60kPa ，容器B中的气体真空度为1.2×I0Pa ,试分别求出A 、B二容器中气体的绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力

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 容器B 的绝对压力PB=101.325-12=89.325 kPa

[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

出口绝对压力P出=101.3+157 = 258.3 kPa

进、出口的压力差△P=157-(-12) =157+12=169kPa或△P=258.3-89.3=169 kPa

[1-8] 如图所示，容器内贮有密度为1250kg/m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1400kg/m); (2) A 、B 两个弹簧压力表的读数。 解：容器上部空间的压力P=29.4kPa (表压) 液体密度

化工原理课后习题答案详解

《第一章 流体流动》习题解答

1某敞口容器内盛有水与油。如图。已知水及油的密度分别为1000和860kg/m 3，解：h 1=600mm ，h 2=800mm ，问H 为多少mm ？

m h h

h m kg m kg mm h mm h 32.181.91080.081.91060.081.9860?

,/860/10,800,6003333

321=∴?=??+??===== 油水ρρ

2.有一幢102层的高楼，每层高度为4m 。若在高楼范围内气温维持20℃不变。设大气静止，气体压强为变量。地平面处大气压强为760mmHg 。试计算楼顶的大气压强，以mmHg 为单位。

??=∴-=???-=??-=???---?=??=----=---127.724,04763.040810190.181.9)760/(10190.181.910190.1)2.2938314/(29151408055P P p m mHg P p Ln dz p dp p p gdz d ②代入①，得

②

①解：ρρ

3.某水池，水深4米，水面通大气，水池侧壁是铅垂向的。问：水池侧壁平面每3米宽度承受水的压力是多少N ？外界大气压为1atm 。

N dz gz P F

绪论

2.解：

JPaL?3atm?1 ?1?105

?23?1.01325?10N?mN?mmPaL?atm?N?m2 ?1.01325?10?23∴N?m?J?mL?atm2?1.01325?10∴J

以J·mol-1·K-1表示R的值

R =0.08206×1.01325×102 J﹒mol-1﹒K-1

=8.315 J﹒mol-1﹒K-1

第一章 流体流动

1. 表压=－真空度=－4.8×104Pa 绝压=5.3×104 Pa

2.解：设右侧水面到B′点高为h3，根据流体静力学基本方程可知PB=PB′ 则ρ

油

gh2=ρ

水

gh3

?油h2820kg?m?3?600mmh3???492mm ?3?水1000kg?mh=h1+h3=892mm

3.解：正U型管水银压差计 由图可知 PA=P1＋(x＋R1)ρ

水

g

PB=P2＋xρ

水

g

gR1 gR1

∵P1－P2=2.472kPa ∴PA－PB=2.472kPA＋ρ

又有PA =PC PC= PB＋ρ

HggR1

水

∴ρ

∴R1?HggR1=2.472kPa＋ρ

水

2.472kPa?0.0200m?20.00mm ?3?2(13600?1000

绪论习题

1） 含水份52%的木材共120kg，经日光照晒，木材含水份降至25%，问：共失去水份多少千克？以上含水份均指质量百分数。

木材 木材 ? 120(1-0.52)=(120-w)(1-0.25) 照晒 ?w=43.2kg

2） 以两个串联的蒸发器对NaOH水溶液予以浓缩，流程及各符号意义如图所示，F、G、E皆为NaOH水溶液的质量流量，x表示溶液中含NaOH的质量分数，W表示各蒸发器产生水蒸汽的质量流量。若

，

，

，

，问：W1、W2、E、x1各为多少？

W1kg/s W2kg/s NaOH水液 G kg/s E kg/s F=6.2Kg/s 蒸发器1 蒸发器2 X2 =0.30

X0=0.105

W1:W2=1:1.15 , X---

化工原理(大题目)

绪论

第一章 流体流动

流体的压力

【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

出口绝对压力 p出?101. 3?157?258.3 kPa 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

从附录四查得20℃下正庚烷的密度?1?684kg/m3，正辛烷的密度为?2?703kg/m3 混合液的密度 ?m?10.3690.631?684703?696kg/m3

流体静力学

【1-9】如习题1-9附图所示

第一章 流体流动习题答案

o

1.试计算空气在真空度为41.3kPa及－40C时的密度。（79%的N2和21%的O2） 解：绝压P＝大气压－真空度＝101.33-41.3=60.03kPa

M平=79%×28+21%×32=28.84kg/kmol

M平?p28.84?60.03?平???0.893kg/m3RT8.314?(273.15?40)

2..某蒸汽压力表上的读数为167kPa,当地当时大气压计的读数为100kPa，试查出蒸汽的饱和温度.(查教材附录饱和水

蒸气表)。

解:蒸汽绝压=大气压+表压=167+100=267kPa 查饱和水蒸气表,蒸汽的温度约为130℃

3.如本题附图所示,测压管分别与三个设备A,B,C相连通,连通管的下部是水银,其密度为13600kg/m3,上部是水,其密度为1000kg/m3,三个设备内的水面在同一水平面上.问: (1)1、2、3三处压力是否相等？ （2）4、5、6三处压力是否相等？

（3）若h1＝100mm，h2＝200mm，且知设备A直接通大气（大气压力为101.33kPa）。求B、C两设备内水面上方

的压力 解

(1)p1?p2?p3不成立，因1.2.3三点的截面之间不属于同一种连续的流体.