化工原理第二版杨祖荣主编课后习题答案第一章

1. 某烟道气的组成为CO2 13％，N2 76％，H2O 11％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa时的密度。

解：混合气体平均摩尔质量

Mm=ΣyiMi=(0.13×44+0.76×28+0.11×18)×10 3=28.98×10 3kg/mol ∴ 混合密度

pMm101.3×103×28.98×10 3

==0.457kg/m3 ρm=

8.31×(273+500)RT

2．已知20℃时苯和甲苯的密度分别为879 kg/m3和867 kg/m3,试计算含苯40％及甲苯60％（质量％）的混合液密度。

解：

1

ρm

=

a1

ρ1

+

a2

ρ2

=

0.40.6

+ 879867

3

混合液密度 ρm=871.8kg/m

3．某地区大气压力为101.3kPa，一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa。若在大气压力为75 kPa的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？

解：

p绝=pa+p表=pa＋p表

''

''

（101.3＋130) 75=156.3kPa ∴p表=(pa＋p真)－pa=

4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m，其读数为58 kPa。试计算液面到下方测压口的距离。

解：液面下测压口处压力 p=p0+ρgΔz=p1+ρgh

题4 附图

p1+ρgh p0p1 p0(58 42)×103

=+h=+0.55=2.36m ∴Δz=

ρgρg900×9.81

5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm和600mm。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800 kg/m3和1000 kg/m3。

（1）计算玻璃管内水柱的高度；

（2）判断A与B、C与D点的压力是否相等。 解：（1）容器底部压力

p=pa+ρ油gh1+ρ水gh2=pa+ρ水gh ∴h=

ρ油h1+ρ水h2

ρ水

=ρ油ρ水

h1+h2=

800

×0.7+0.6=1.16m 1000

B D

题5 附图

（2）pA≠pB pC=pD

6．为测得某容器内的压力，采用如图所示的U形压力计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m3，h=0.8m，R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。

解：如图，1-2为等压面。

p1=p+ρgh p2=pa+ρ0gR p+ρgh=pa+ρ0gR 则容器内表压：

p pa=ρ0gR ρgh=13600×0.45×9.81 900×0.8×9.81=53.0kPa

7．如附图所示，水在管道中流动。为测得A-A′、

B-B

′截面的压力差，在管路上方安装一U形压差计，指示液为水银。已知压差计的读数R＝180mm，试计算A-A′、B-B′截面的压力差。已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和13600 kg/m3。

解：图中，1-1′面与2-2′面间为静止、连续的同种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即

题7 附图

1 2

题6 附图

p1=p1'， p2=p2'

又 p1'=pA ρgm

p1=p2+ρ0gR=p2'+ρ0gR=pB ρg(m+R)+ρ0gR

所以 pA ρgm=pB ρg(m+R)+ρ0gR

整理得 pA pB=(ρ0 ρ)gR

由此可见， U形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数R有关，而与U形压差计放置的位置无关。

代入数据 pA pB=(13600 1000)×9.81×0.18=22249Pa

8．用U形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差，指示液为水，密度为1000kg/m3，读数R为12mm。为了提高测量精度，改为双液体U管压差计，指示液A为含40％乙醇的水溶液，密度为920 kg/m3，指示液C为煤油，密度为850 kg/m3。问读数可以放大多少倍？此时读数为多少？

解：用U形压差计测量时，因被测流体为气体，则有 p1 p2≈Rgρ0 用双液体U管压差计测量时，有 p'

1 p2=

Rg(ρA ρC)

因为所测压力差相同，联立以上二式，可得放大倍数

R'R=ρ0ρ=1000=14.3 A ρC920 850

此时双液体U管的读数为

R'

=14.3R=14.3×12=171.6mm

9．图示为汽液直接混合式冷凝器，水蒸气与冷水相遇被冷凝为水，并沿气压管流至地沟排出。现已知真空表的读数为78kPa，求气压管中水上升的高度h。

解: p+ρgh=pa

题9 附图

pa p78×103

水柱高度 h==3=7.95m

ρg10×9.81

10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm和φ57×3.5mm。已知硫酸的密度为1830 kg/m3，体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。

解: (1) 大管: φ76×4mm

ms=Vs ρ=9×1830=16470kg/h u1=

Vs0.785d

2

=

9/36000.785×0.068

2

=0.69m/s

G1=u1ρ=0.69×1830=1262.7kg/(m2 s) (2) 小管: φ57×3.5mm

质量流量不变 ms2=16470kg/h

u2=

Vs

20.785d2

=

9/36000.785×0.052

=1.27m/s

或: u2=u1(

d1268

=0.69(2=1.27m/s d250

G2=u2 ρ=1.27×1830=2324.1kg/(m2 s)

11．如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。

解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～ 2-2’间列柏努

力方程: z1g+

p1

p112+u12=z2g+2+u2+∑Wf ρ2ρ2

简化: H=(u2+∑Wf)/g 1

=(×1+20)÷9.81=2.09m

2

12

2

12．一水平管由内径分别为33mm及47mm的两段直管组成，水在小管内以2.5m/s的速度流向大管，在接头两侧相距1m的1、2两截面处各接一测压管，已知两截面间的压头损失为70mmH2O，问两测压管中的水位哪一个高，相差多少？并作分析。

解：1、2两截面间列柏努利方程：

z1+

p1p1212

+u1=z2+2+u2+∑hf ρg2gρg2g

33

2.5= =1.23m/s

47

2

2

d1

其中：z1=z2 u2=u1 d

2

Δh=

1 2

p1 p21122

=(u2 u1)+∑hf=(1.232 2.52)+0.07= 0.17m ρg2g2×9.81

说明2截面处测压管中水位高。这是因为该处动能小，因而静压能高。

13．如附图所示，用高位槽向一密闭容器送水，容器中的表压为80kPa。已知输送管路为φ48×3.5mm的钢管，管路系统的能量损失与流速的关系为ΣWf=6.8u2（不包括出口能量损失），试求：

（1） 水的流量；

（2） 若需将流量增加20％，高位槽应提高多少m？

解：（1）如图在高位槽液面1-1与管出口内侧2-2间列柏努利方程

题13 附图

z1g+p2

p1

p112

+u12=z2g+2+u2+∑Wf ρ2ρ2

简化： z1g=

12+u2+∑Wf （1） ρ2

80×103122

+u2+6.8u2即 10×9.81=

10002

解得 u2=1.57m/s 流量 VS=

π

4

d2u2=0.785 …… 此处隐藏：8689字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……