《化工原理》第四版习题答案

绪论

【0-1】1m3水中溶解0.05kmolCO2，试求溶液中CO2的摩尔分数，水的密度为100kg/m3。

解水1000kg/m3=1000kmol/m3

18

CO2的摩尔分数x=

0.05

=8.99×10 4

10000.05+

18

【0-2】在压力为101325Pa、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pA；(2)空气中甲醇的组成，以摩尔分数yA、质量分数ωA、浓度cA、质量浓度ρA表示。

解

(1)甲醇的饱和蒸气压poA

lgpoA=7.19736

1574.99

25+238.86

poA=16.9kPa

(2)空气中甲醇的组成摩尔分数质量分数浓度

cA=

yA=ωA=

16.9

=0.167

101.325

0.167×32

=0.181

0.167×32+(1 0.167)×29

pA16.9==6.82×10 3 kmol/m3RT8.314×298

ρA=cAMA=6.82×10 3×32=0.218 kg/m3

质量浓度

【0-3】1000kg的电解液中含NaOH质量分数10%、NaCl的质量分数10%、H2O的质量分数80%，用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分离后的浓缩液中含NaOH50%、NaCl2%、H2O48%，均为质量分数。试求：(1)水分蒸发量；(2)分离的食盐量；(3)食盐分离后的浓缩液量。在全过程中，溶液中的NaOH量保持一定。

解

电解液1000kg

浓缩液中

NaOHNaOHH2O

×0.l=100kg10001000×1000×0.l=100kg1000×

×0.8=800kg10001000×

NaOH NaClH2O

ω=0.5（质量分数）ω

=0.02（质量分数）

ω=0.48（质量分数）

在全过程中，溶液中NaOH量保持一定，为100kg浓缩液量为100/0.5=200kg

×0.48=96kg，故水的蒸发量为200kg浓缩液中，水的含量为200200×800-96=704kg

浓缩液中100-4=96kg

的含量为 NaCl

200×0.02=4kg，故分离的200×

量 NaCl

为

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

pA=101.325+60=161.325 kPapB=101.325 12=89.325 kPa

容器A的绝对压力容器B的绝对压力

【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

出口绝对压力进、出口的压力差

p=157 （ 12）=157+12=169kPa 或 p=258. 3 89. 3=169 kPa

p进=101.3 12=89.3 kPap出=101. 3+157=258.3 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

正庚烷的质量分数正辛烷的质量分数

ω1=

0.4×100

=0.369

0.4×100+0.6×114

ω2=1 0.369=0.631

从附录四查得20℃下正庚烷的密度ρ1=684kg/m3，正辛烷的密度为

ρ2=703kg/m3

混合液的密度

ρm=

10.3690.631

+684703

=696kg/m3

【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/m3，甲苯的密度为867kg/m3。

ρm=879×0.4+867×0．6=871.8 kg/m3

混合液密度

【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=313K，p=101. 3+5. 5=106. 8 kPa（绝对压力）

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

ρm=

pMm106.8×18.6==0.763 kg/m3

RT8.314×313

ρm

=

18.63

m/kmol0.763

(2)混合气体V=6000m3，摩尔体积为Mm混合气体的量为

n=

V6000×0.763

==246 kmolm18.6ρm

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，1.2kPa。试求：(1)管子上端空间的大气压力为10101压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间空度；(4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液槽的液面高出多少米？

解

管中水柱高出槽液面2m，h=2m水柱。

当地绝对的真柱较

(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+ρgh=大气压力

p绝=101200 1000×9.81×2=81580 Pa（绝对压力）

(2)管子上端空间的表压

p表

习题1-6附图

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'=

ρ水hρccl4

=1594 kg/m3

常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为ρccl

h'=

1000×2

=1.25 m1594

4

【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/m3，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ρ水=998kg/m3

3

p=101×103+(0.12×13550+0.05×998.81=117.4×10Pa)×9

【1-8】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为1250kg/m3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/m3）；(2)A、B两个弹簧压力表的读数。

解

p=29. 4kPa（表压）

容器上部空间的压力

液体密度

ρ=1250kg/m3，指示液密度ρ0=1400kg/m3

(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)ρg p'1=p+(3.2 2+1+h)ρg+Rρ0g

p+(2.2+h+R)ρg=p+(2.2+h)ρg+Rρ0g Rg(ρ0 ρ)=0

因g(ρ0 ρ)≠0，故R=0

(2)

pA=p+(3.2 1)ρg=29.4×103+2.2×1250×9.81=56.4×103Pa

3pB=p+(3.2 2)ρg=29.4×103+1.2×1250×9.81=44.1×10Pa

9附图所示的测压差装置，【1-9】如习题1-1-9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=150mm，试求A、B两点

的压力差。

解

等压面1 1'，p1=

p1=pA Hρ水g

p'1=pB (0.5+H+R)ρ水g+Rρ汞g

p'1

由以上三式，得

pA pB=Rρ汞g (0.5+R)ρ水g

已知R=0.15m，ρ汞=13600kg/m3，

pA pB=0.15×13600×9.81 (0.5+0.15)×1000×9.81…… 此处隐藏：7887字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……