《化工原理》第四版习题答案解析.doc

1、1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 3g/8CO2 的 摩 尔 分 数.491005x【 0-2】 在 压 力 为 101325 、 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 ； (2)空 气 中 甲 醇 的 组Pa Ap成 ， 以 摩 尔 分 数 、 质 量 分 数 、 浓 度 、 质 量 浓 度 表 示 。AyAcA解 (1)甲 醇 的 饱 和 蒸 气 压 p.l

2、g.157493628A .169ApkPa(2) 空 气 中 甲 醇 的 组 成摩 尔 分 数 .16907325Ay质 量 分 数 .(.)018629浓 度 3. kmol/ApcRT319 834质 量 浓 度 ./AMg3018 =【 0-3】 1000kg 的 电 解 液 中 含 质 量 分 数 10%、 的 质 量 分 数 10%、 的 质 量 分 数 80%， 用 真 空 蒸 发 器 浓 缩 ， 食 盐 结 晶NaOHNaCl2HO分 离 后 的 浓 缩 液 中 含 50%、 2%、 48%， 均 为 质 量 分 数 。 试 求 ： (1)水 分 蒸 发 量 ； (2)分 离

3、的 食 盐 量 ； (3)食 盐 分 离 后 的l浓 缩 液 量 。 在 全 过 程 中 ， 溶 液 中 的 量 保 持 一 定 。解 电 解 液 1000kg 浓 缩 液 中10000.l=100kg =0.5（ 质 量 分 数 ）NaOHNaH10000.l=100kg =0.02（ 质 量 分 数 ）Cl10000.8=800kg =0.48（ 质 量 分 数 ）2 2O在 全 过 程 中 ， 溶 液 中 量 保 持 一 定 ， 为 100kg浓 缩 液 量 为 /.5200kg 浓 缩 液 中 ， 水 的 含 量 为 2000.48=96kg， 故 水 的 蒸 发 量 为 800-96

4、=704kg浓 缩 液 中 的 含 量 为 2000.02=4kg， 故 分 离 的 量 为 100-4=96kg NaCl NaCl2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 Pa。 试 分 别 求 出 A、 B 二 容 器 中 气 体 的 绝 对 压 力 为 若 干 帕 ，.4120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 .pkaA+135 容 器 B 的 绝 对 压 力

5、.BP892【 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 .进 0389 p出 口 绝 对 压 力 .出 1 5723 kPa进 、 出 口 的 压 力 差 .p pkPa157（ 2） 69 或 58 9 316 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

6、在 20 下 的 密 度 。解 正 庚 烷 的 摩 尔 质 量 为 ， 正 辛 烷 的 摩 尔 质 量 为 。/kgmol10/kgmol1将 摩 尔 分 数 换 算 为 质 量 分 数正 庚 烷 的 质 量 分 数 .140369正 辛 烷 的 质 量 分 数 .203691从 附 录 四 查 得 20 下 正 庚 烷 的 密 度 ， 正 辛 烷 的 密 度 为/kgm318/kgm3270混 合 液 的 密 度 /.3606947m【 1-4】 温 度 20 ， 苯 与 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

7、度 为 ， 甲 苯 的 密 度 为 。/38kg/386kgm混 合 液 密 度 ./790 71 m【 1-5】 有 一 气 柜 ， 满 装 时 可 装 混 合 气 体 ， 已 知 混 合 气 体 各 组 分 的 体 积 分 数 为362 24 HNCOCH.04 . . .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 。kmol3解 .TKpkPa273401， 35106 8（ 绝 对 压 力 ）混 合 气 体 的 摩 尔 质 量 ./824716

8、mMgkmol(1)混 合 气 体 在 操 作 条 件 下 的 密 度 为 ./mpMRT3087 3(2)混 合 气 体 ， 摩 尔 体 积 为360V./mkol167混 合 气 体 的 量 为 .mnl024 8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

9、 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 绝p在 水 平 面 处 的 压 力 平 衡 ， 有.绝绝 大 气 压 力102981250 （ 绝 对 压 力 ）pghPa(2)管 子 上 端 空 间 的 表 压 表p表 绝 -大 气 压 力 =815021960 p a(3)管 子 上 端 空 间 的 真 空 度 真p真 表 =-19620 pPa(4)槽 内 为

10、四 氯 化 碳 ， 管 中 液 柱 高 度 hcl4水常 温 下 四 氯 化 碳 的 密 度 ， 从 附 录 四 查 得 为 /clkgm43159 .h102 59【 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 ， 当 地 大 气 压 力/3150kgm习 题 1-6 附 图4为 。 试 求 试 管 底 部 的 绝 对 压 力 为 多 少 Pa。10kPa解 水 的 密 度 /3水 =98kgm.3 301250981740p Pa【 1-8】 如 习 题 1-8 附

11、 图 所 示 ， 容 器 内 贮 有 密 度 为 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/325kgm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/3140kg力 表 的 读 数 。解 容 器 上 部 空 间 的 压 力 . （ 表 压 ）pk液 体 密 度 ， 指 示 液 密 度/31250kgm/3014kgm(1)压 差 计 读 数 R

12、=?在 等 压 面 1上p. .hRgphRgp1 00 322 0因 g， 故(2) .Apg Pa3 3321942150986410.0B【 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150RmA、 B 两 点 的 压 力 差 。解 等 压 面 1，p1水AHg. 汞水05gBpR由 以 上 三 式 ， 得 .汞 水05ABpR已 知 ，. /3汞015， 36Rmkgm.098150198ABp.344 Pak习 题 1-8 附

13、图习 题 1-9 附 图5【 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 与 液 柱 压 力 汁 的 读 数 之 间 的 关 系 式 。p12、R解 设 测 压 前 两

14、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 处21121汞水 气A RpHgg 22 2汞水BR因 ， 由 上 两 式 求 得p()水 气12汞 gAB因 气 水故 水12汞 -ABpRg【 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 直 管 排 出 。 已 知 煤 气 压 力 为 （ 表 压 ） ， 试 计 算 水 封 管 插 入 液 面 下 的 深 度0kPah 最 小 应 为 若 干 米 。解 .312

15、98pmg流量与流速【 1-12】 有 密 度 为 的 液 体 ， 在 内 径 为 60mm 的 管 中 输 送 到 某 处 。 若 其 流/30kg速 为 ， 试 求 该 液 体 的 体 积 流 量 、 质 量 流 量 与 质 量 流 速 。/0 8ms() h/kgs/2kgms解 (1) 体 积 流 量 ./.22330 6 81084 4Vqdu h(2) 质 量 流 量 ./m kgs3147 (3) 质 量 流 速 /().227=0 64qmA【 1-13】 如 习 题 1-13 附 图 所 示 的 套 管 式 换 热 器 ， 其 内 管 为 ， 外 管 为 。 内 管 中 有

16、密 度 为.35m.6035、 流 量 为 的 冷 冻 盐 水 流 动 。 内 、 外 管 之 间 的 环 隙 有 绝 对 压 力 为 ， 进 、 出 口 平 均 温 度 为 ， 流 量 为/50kgm/50kgh MPa0的 气 体 流 动 。 在 标 准 状 态 下 ， 气 体 的 密 度 为 。 试 求 气 体 和 盐 水 的 流 速 。/6h( ， 10.2)kPa./312kg解 液 体 /3150 kgm习 题 1-11 附 图习 题 1-10 附 图6内 管 内 径 . .dm内 352702 液 体 质 量 流 量 ， 体 积 流 量 /0mqkgh351Vqh流 速 ./.液

17、 22内 1 360744Vu sd气 体 质 量 流 量 /mqkgh 密 度 ./63气 519032kgm体 积 流 量 .9Vqh流 速 /./u s气 22165567 30034习 题 1-13 附 图 习 题 1-14 附 图【 1-14】 如 习 题 1-14 附 图 所 示 ， 从 一 主 管 向 两 支 管 输 送 20 的 水 。 要 求 主 管 中 水 的 流 速 约 为 ， 支 管 1 与 支 管 2 中 水 的 流 量 分.0ms别 为 。 试 计 算 主 管 的 内 径 ， 并 从 无 缝 钢 管 规 格 表 中 选 择 合 适 的 管 径 ， 最 后 计 算 出

18、 主 管 内 的 流 速 。/20与tht解 ./33水 : ， 9821 kgmkg主 管 的 流 量 /1001mqthh体 积 流 量 ， 流 速 /3V .ums管 径 .qdu013 60785604选 择 无 缝 钢 管 ， 内 径 为 ，18md主 管 内 水 的 流 速 /./(.)mqms22316 04连续性方程与伯努利方程【 1-15】 常 温 的 水 在 如 习 题 1-15 附 图 所 示 的 管 路 中 流 动 。 在 截 面 1 处 的 流 速 为 ， 管 内 径 为 200mm， 截 面 2 处 的 管 内 径 为./05s100mm。 由 于 水 的 压 力

19、， 截 面 1 处 产 生 1m 高 的 水 柱 。 试 计 算 在 截 面 1 与 2 之 间 所 产 生 的 水 柱 高 度 差 h 为 多 少 （ 忽 略 从 1 到 2 处 的 压 头 损 失 ）?解 ./1us7.,.dm120 1.()/225us21pu.2105187u.287p Pa.910hmg习 题 1-15 附 图 习 题 1-16 附 图另 一 计 算 法 221pugg.205198h m计 算 液 柱 高 度 时 ， 用 后 一 方 法 简 便 。【 1-16】 在 习 题 1-16 附 图 所 示 的 水 平 管 路 中 ， 水 的 流 量 为 。 已 知 管

20、内 径 , ， 液 柱 高 度 。./Ls1dc.25c1hm若 忽 略 压 头 损 失 ， 试 计 算 收 缩 截 面 2 处 的 静 压 头 。解 水 的 体 积 流 量 ，././3510 VqLsms截 面 1 处 的 流 速 ./122744ud截 面 2 处 的 流 速 ./2122051ms在 截 面 1 与 2 之 间 列 伯 努 利 方 程 ， 忽 略 能 量 损 失 。 221pugg.1051dh. .227409898h截 面 2 处 的 静 压 头 水 柱.2018hm8负 值 表 示 该 处 表 压 为 负 值 ， 处 于 真 空 状 态 。【 1-17】 如 习

21、题 1-17 附 图 所 示 的 常 温 下 操 作 的 水 槽 ， 下 面 的 出 水 管 直 径 为。 当 出 水 阀 全 关 闭 时 ， 压 力 表 读 数 为 30.4kPa。 而 阀 门 开 启 后 ， 压.53m力 表 读 数 降 至 20.3kPa。 设 压 力 表 之 前 管 路 中 的 压 头 损 失 为 0.5m 水 柱 ， 试 求 水 的 流 量 为多 少 ?/h解 出 水 阀 全 关 闭 时 ， 压 力 表 读 数 30. 4kPa（ 表 压 ） 能 反 映 出 水 槽 的 水 面 距 出 水 管 的高 度 h .phmg3表 198阀 门 开 启 后 ， 压 力 表

22、读 数 （ 表 压 ） .20kPa从 水 槽 表 面 至 压 力 表 处 的 管 截 面 列 出 伯 努 利 方 程 ， 以 求 出 水 管 的 流 速 2u 1+fpZHg.,.305水 柱fhm. .23219810u/usd水 的 流 量 ././2233053641028 4Vqdmsh【 1-18】 若 用 压 力 表 测 得 输 送 水 、 油 （ 密 度 为 ） 、 98%硫 酸 (密 度 为 )的 某 段 水 平 等 直 径 管 路 的 压 力 降 均 为/8kgm/kg49kPa。 试 问 三 者 的 压 头 损 失 的 数 值 是 否 相 等 ？ 各 为 多 少 米 液

23、柱 ？解 从 伯 努 利 方 程 得 知 ， 等 直 径 水 平 管 的 压 头 损 失 与 压 力 降 的 关 系 为 。fHpfpHg.fpmg3水 水 4910= 水 柱8.fH3油 油 56 油 柱091.fpmg3硫 酸 硫 酸 4=27 硫 酸 柱8【 1-19】 如 习 题 1-19 附 图 所 示 ， 有 一 高 位 槽 输 水 系 统 ， 管 径 为 。 已 知 水 在 管 路 中 流 动 的 机 械 能 损 失 为5(u 为 管 内 流 速 )。 试 求 水 的 流 量 为 多 少 。 欲 使 水 的 流 量 增 加 20%， 应 将 高 位 槽 水 面 升 高 多 少 米

24、 ？245fh /3mh解 管 径 ，.0dm机 械 能 损 失2f习 题 1-19 附 图习 题 1-17 附 图9(1) 以 流 出 口 截 面 处 水 平 线 为 基 准 面 ， ,121250？Zmu45g./Zgus12986 4623水 的 流 量 ./.Vqdmsh330514701 (2) .1Vq./2465 u()213Zgu(.) .Z13781 9高 位 槽 应 升 高 .m785 【 1-20】 如 习 题 1-20 附 图 所 示 ， 用 离 心 泵 输 送 水 槽 中 的 常 温 水 。 泵 的 吸 入 管 为， 管 的 下 端 位 于 水 面 以 下 2m， 并

25、 装 有 底 阀 与 拦 污 网 ， 该 处 的 局 部 压 头 损 失 为.m3。 若 截 面 处 的 真 空 度 为 39.2kPa， 由 截 面 至 截 面 的 压 头 损 失 为8ug12。 试 求 ： (1)吸 入 管 中 水 的 流 量 ， ； (2)吸 入 口 截 面 的 表 压 。21/h解 管 内 径 ， 水 密 度.032507dm/310kgm截 面 处 的 表 压 ， 水 槽 表 面 （ 表 压 ） 9pkPa1p(1) 从 为 基 准 面 ，至 ， ,?12023Zu压 头 损 失 28+=8fuHgg2201fppH.23291889uu/4ms水 的 流 量 ()

26、.223360 713605 44Vqdu h(2) 从 ,121至 5Z.()puZggpPak21232319104088914表 压流体的黏度【 1-21】 当 温 度 为 20 及 60 时 ， 从 附 录 查 得 水 与 空 气 的 黏 度 各 为 多 少 ？ 说 明 黏 度 与 温 度 的 关 系 。习 题 1-20 附 图10解 20 60水 .315Pas.3491Pas空 气 6862水 温 度 升 高 ， 黏 度 减 小 ； 空 气 温 度 升 高 ， 黏 度 增 大 。雷诺数与流体流动类型【 1-22】 25 的 水 在 内 径 为 50mm 的 直 管 中 流 动 ，

27、流 速 为 2m/s。 试 求 雷 诺 数 ， 并 判 断 其 流 动 类 型 。解 25 ， 水 的 黏 度 ， 密 度 ， 管 内 径 ， 流 速.38971Pas/397kg.05dm/2us.Re.5340 为 湍 流0du【 1-23】 (1)温 度 为 20 、 流 量 为 的 水 ， 在 的 直 管 中 流 动 ， 试 判 断 流 动 类 型 ； (2)在 相 同 的 条 件 下 ， 水 改 为/Ls.m35运 动 黏 度 为 的 油 ， 试 判 断 流 动 类 型 。./4cms解 (1) ,/.,./VdqsPaskgm3335 41， 01982流 速 ./(.)um220

28、8 雷 诺 数 .Re. 5359104为 湍 流1d(2) ./vcmss24240 雷 诺 数 .e8为 层 流u【 1-24】 20 的 水 在 的 直 管 内 流 动 。 试 求 ： (1)管 中 水 的 流 量 由 小 变 大 ， 当 达 到 多 少 时 ， 能 保 证 开 始 转 为 稳 定196 /ms3湍 流 ； (2)若 管 内 改 为 运 动 黏 度 为 的 某 种 液 体 ， 为 保 持 层 流 流 动 ， 管 中 最 大 平 均 流 速 应 为 多 少 ？./cms24解 (1) 水 ， 20 ， .,.338， 105027kgPasd.Re ./379 1945duuum体 量 流 量 . /22 306.04Vq s(2) ././4011cmssRedu.7u./135ms管内流体流动的摩擦阻力损失【 1-25】 如 习 题 1-25 附 图 所 示 ， 用 U 形 管 液 柱 压 差 计 测 量 等 直 径 管 路 从 截 面 A 到 截 面 B 的 摩擦 损 失 。 若 流 体 密 度 为 ， 指 示 液 密 度 为 ， 压 差 计 读 数 为 R。 试 推 导 出 用 读 数 R 计 算fh0摩 擦 损 失 的 计 算 式 。f习 题 1-25 附 图