大学科目化工原理(第二版)各章节课后习题答案38页.docx

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1、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1.从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为S1单位。(1)水的黏度=O.OO856g(cms)(2)密度片138.6kgfs2m4(3)某物质的比热容=0.24BTU(1bF)(4)传质系数KG=34.2kmo1(m2haim)(5)表面张力=74dynCm(6)导热系数4=1kca1(mhC)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1kg=1000g1m=IOOcm=0.(X)856=8.56IOTkg/(ms)=8.56XIO4Pa（2）密度基本物理量的换算关系为1kgf=9.81N,1N=Ikgms

2、22=138.61匣SF典*I=135。kgmJ|_IkgfIN（3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为IBTU=1.055kJ,1b=0.4536kg1oF=-oC9=0.24BTUT1.055kJ-I1bT1oFJboF1IBTUJ|_0.4536kgJ_5/9J=1.005kJ(kg)(4)传质系数1h=3600s,基本物理量的换算关系为1atm=101.33kPaKG=34.2Iatm101.33kPa=9.378105kmo1(m2（5）表面张力基本物理量的换算关系为1dyn=110-5N1m=IOOcmdyn1105NIOOcm12.=74-j-=7.41()N/m_cmJ|_

3、IdynJ|_Im(6)导热系数基本物理量的换算关系为1kca1=4.1868103J,1h=3600s=1T4j868x105jT=1.163J(msoC)=1.163W(m)_m2hoCjIkca13600s,v72.乱堆25Cm拉西环的填料塔用于精微操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即HE=3.9A(2.78X10-4G)b(12.01D)c(0.3048Z0),必P1式中He等板局度，ft;G气相质量速度，1b(fPh);0塔径，ft;Zb-每段(即两层液体分布板之间)填料层高度，f1；a相对挥发度，量纲为一；1一液相黏度，CP；P1液相密度，1bfpA、B、C为常数,对25mm的

4、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Ift=0.3049m11b(ft2h)=1.356103kg(m2s)(见1)。量纲为一，不必换算ICP=IX1o3PasI1b1f1bVIkgV3.2803ftY1,n.,1-=

5、1-三=16.01kgm-ft3Ift32.20461bImJ(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”E为例：HE代=Hm则He=H,e-=H,e-3-2803ft=3.2803%匕匕a七a匕ftftm同理G=G7(1.356x103)=737.5G,0=3.2803。Z0=3.2803Z；A1.=X,(113)p1=4/16.01=0.062460：(3)将以上关系式代原经验公式，得3.2803，=3.9x0.57(2.78X1oT737.5G,)(12.013.2803D,),24(0.3048X3.2803Z;)0嚷含整理上式并略去符号的上标，便得到换

6、算后的经验公式，即HE=1.084104A(O.2O5G)o,(39.4D),24Zov3必P1第一章流体流动流体的重要性质1 .某气柜的容积为6OOOm3,若气柜内的表压力为5.5kPa,温度为40已知各组分气体的体积分数为：H240%N220%CO32%、CO27%CH11%,大气压力为101.3kPa,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pV(101.3+5.5)1000.06000,C1n,=mo1=246245.4mo1,RT8.314313各组分的质量：m%=40%qxMh,=40%246245.4X2kg=197kg%,=20%Mn,=20%246245.

7、428kg=1378.97kgco=32%tMCO=32%246245.428kg=2206.36kgmco、=7%ntMeo,=7%246245.444kg=758.44kgwch4=1%XMCH4=1%246245.416kg=39.4kg2 .若将密度为830kg?的油与密度为710kg?的油各60kg混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。解：mx=w1+w2=(60+6)kg=120kgV1=V1+V2=e+色P1P16060)3r+m3=0.157mIk830,710)Pm=y=kgm2=764.33kgm3流体静力学3 .已知甲地区的平均大气压力为85.3kPa,乙地区的

8、平均大气压力为101.33kPa,在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20kPa。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二大气压真空度=(85.3IO3-20IO3)Pa=65.3kPa(2)真空表读数真空度二大气压绝压=(101.33IO3-65.3103)Pa=36.03kPa4 .某储油罐中盛有密度为960kgn的重油(如附图所示)，油面最高时离罐底9.5m,油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760mm的孔，其中心距罐底IOoomm,孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5X1

9、06pa,问至少需要几个螺钉(大气压力为1013IO3Pa)?解：由流体静力学方程，距罐底IOoOmm处的流体压力为p=p+=101.3103+9609.81(9.5-1.0)Pa=1.813103Pa(绝压)作用在孔盖上的总力为/=(P-Pa)A=Q.813X103-101.3IO3)x；X0.768点的压力PB=PA+P末叫=(1.165IO4+136009.810.5)Pa=7.836IO4Pa(表)6.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=IOomm,=800mmo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

10、略不计。已知当地大气压力为101.3kPa,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+P笊gh+P汞gR=PiiN=3.627XIO4N每个螺钉所受力为冗E=39.510-0.0142N=6.093IO3N,4因此n=FF1=3.627104(6.093103)n=5.956(个)习题4附图TW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R=500mm,&二80mm,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=100mm0试求A、8两点的表压力。解：(1

11、)A点的压力pA=pgR.+pgR2=(IOoOX9.81X0.1+13600X9.81X0.08)Pa=1165XIO4Pa(表)P=Pa-Pxgh-PkgR=(101.3IO3-I(XX)9.8().8-136(X)9.80.1)Pa=80.132kPa习题7附图7 .某工厂为了控制乙烘发生炉内的压力不超过13.3kPa(表压)，在炉外装一安全液封管(又称水封)装置，如本题附图所示。液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度山解：0木g力=13.3h=13.3(p水g)=13.3X1000/(IOOoX9.8)m=1流体流动概述8

12、.密度为1800kgn的某液体经一内径为60mm的管道输送到某处，若其平均流速为0.8ms,求该液体的体积流量(m-Vh)、质量流量(kgs)和质量通量kg(s)。解：Vh=uA=d1=0.80.()6236()0m7s=8.14m3hws=uAp=Ud1p=0.80.()62X1(XX)kgs=2.26kg/sG=up=0.81000kg(m2s)=800kg(m2s)9 .在实验室中，用内径为1.5Cm的玻璃管路输送20的70%醋酸。已知质量流量为IOkgZmino试分别用用S1和厘米克秒单位计算该流动的雷诺数，并指出流动型态。解：(1)用S1单位计算查附录70%醋酸在20时，p=1069

13、kgm=2.5010-3PasJ=1.5cm=0.015mwb=10(6040.01521069)m/s=0.882m/sRe=0.0150.8821069/(15IOT)=5657故为湍流。(2)用物理单位计算p=1069gcm3,=0.025g(cms)d=1.5cmuh=88.2cm/sRe=1.588.21.069/0.025=5657410 .有一装满水的储槽，直径1.2m,高3m。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4cm,测得水流过小孔的平均流速。与槽内水面高度Z的关系为：M0=0.62j2zg试求算(1)放出InP水所需的时间(设水的密度为IOOOkgA)；(2)又若槽中装满

14、煤油，其它条件不变，放出In?煤油所需时间有何变化（设煤油密度为8OOkgm3）?解：放出In?水后液面高度降至z/,则z1=Z0!7=（3-0.8846）m=2.115m1 0.7851.2217由质量守恒，得卬_卬+如=0，W1=O（无水补充）2 1dew2=7wi,4j=0.62PAJ2gz（A为小孔截面积）M=PK1（A为储槽截面积）故有0.62件,匹+律方O即4=-0.62Ade上式积分得0=（W）（zzf）0.622i4=,（31/2-2.115z2=126.4s=2.Imin0.6229.810.04J11.如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7m,水从。108mmX4mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5m。已知水流经系统的能量损失可按尸5.5“2计算，其中为水在管内的平均流速（m/s）。设流动为稳态，试计算（1）AW截面处水的平均流速；（2）水的流量（mVh）。解：（1）A-4截面处水的平均流速在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得SzITwb