化工原理第四版第一章课后习题答案

第一章 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1.2 104Pa。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

p进 101.3 12 89.3 kPa

出口绝对压力 进、出口的压力差

p出 101. 3 157 258.3 kPa

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/km，正辛烷的摩尔质量为114kg/km。 olol将摩尔分数换算为质量分数 正庚烷的质量分数 1

0.4 1000.4 100 0.6 114

0.369

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混合液的密度 m

10.369684

0.631703

684kg/m

3

，正辛烷的密度为 2

3

703kg/m

3

696kg/m

【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，苯的密度为879kg混合液密度 m

879 .04

/m

3

，甲苯的密度为867kg

80 7.1k8g /m

3

/m

3

。

86 ．67

【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

H2

N2

CO

CO2

CH4

0.4 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

3K，13p1 0.1 3 .5 5 .10（k6P绝 a对8 压力）

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

pMmRT

106.8 18.68.314 313Mm

0.763 kg/m

3

3

(2)混合气体V

6000m

3

，摩尔体积为

n

VMm

m

18.60.763

m/kmol

混合气体的量为

600 0.0763

l 246k mo

18.6

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）

习题1-6附图

(2)管子上端空间的表压

p表

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 ccl

4

常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为 ccl

h'

1000 21594

1.25 m

4

1594 kg/m

3

【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

/m

3

，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 10 0.12 13550 0.05 998 9.81 117.4 10Pa

3

3

/m

3

【1-8】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为1250kg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表的读数。

解 容器上部空间的压力液体密度

1250kg/m

3

/m

3

）；(2)A、B两个弹簧压力

p 29. k4（P表a压）

1400kg/m

3

，指示液密度 0

(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 10 1.2 1250 9.81 44.1 10Pa

3

3

【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R差。

解 等压面1 1'，p1 p'1

p1 pA H 水g

150mm

，试求A、B两点的压力

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

习题1-9附图

已知R 0.15m， 汞 13600kg/m3，

pA p

B 0.15 13600 9.81 0.5 0.15 1000 9.81

13.64 10Pa 13.64 kPa

3

【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与液柱压力汁的读数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

R R R2

p2 pA H 1 水g R1 汞g 1

气g

22 R

p'2 pB H 2 水g R2 汞g

2

因p2 p'2，由上两式求得

pA pB

水 气

(R1 R2) 汞 g

2

习题1-10附图

因 气故

水

水

pA pB R1 R2 汞- g

2

【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10kPa（表压），试计算水封管插入液面下的深度h最小应为若干米。

解

h

p

g

1.0m2

100 0.981

10 10

3

习题1-11附图

流量与流速

【1-12】有密度为1800kg

0．8m/s

/m

3

的液体，在内径为60mm的管中输送到某处。若其流速为

2

，试求该液体的体积流量(m3／h)、质量流量 kg/s 与质量流速 kg/ m s 。

解 (1) 体积流量

(2) 质量流量

qV

4

du

2

4

0．06 ．08 2.2 6

3

2

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