化工原理-王曉紅-習(xí)題答案

1、-WORD格式-可編輯專業(yè)資料-1在一個容器中，盛有苯和甲苯的混合物。已知苯的質(zhì)量分率為 ，甲苯為 0.6 ，求 293K時容器中混合物的密度？（原題 1）解：在 293K時，879kg/m ，867kg/m 。33苯甲苯在 293K時，苯和甲苯的混合物的密度為：1 xx0.4 wBwAA879 867mB 所以， 872 kg/m3m2 18%N 54%H 和 28%CO 100m3222的混合氣體在溫度為 300K和 1MPa下的質(zhì)量？（原題 ）解：混合氣體可以視為理想氣體，則： 1 6n40 3 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：M M y M y M y 280.1820.54440.2818

2、.44kg/kmolmAABBCC混合氣體的質(zhì)量為：mnM 40kmol18.44kg/kmol737.6kgm3某設(shè)備進出口測壓儀表的讀數(shù)分別為 （真空度）和 求兩處的絕對壓強差是多少 ？ （原題 ） p 45 p p 700 p，1020p p p 745mmHg 745133.3Pa kPa214如圖所示的儲槽內(nèi)盛有密度為 800 kg/m 的油，U型管壓差計中的指示液為水銀，3讀數(shù) P =15kPa0度 h？-WORD格式-可編輯專業(yè)資料-）解：對于 U型管壓差計：p p p gh， p p gR左a0油右a汞 gR-136009.80.415000p所以可以得到：h0m4.88m汞

3、g油8009.85如圖所示，用U形管壓差計測量某容器內(nèi)水上方氣體的壓強，指示液為水銀，讀數(shù)H=80cm，試計算容器內(nèi)水上方的真空度為多少 ？現(xiàn)在由于精度需要，希望讀數(shù)增大到原來的 20U型管左端的液位題 1-5附圖解：對于 U型管壓差計： p p gH， p p gR左水右a汞所以可以得到：真空度p p gH- gR 1000 9.8 0.8 13600 9.8 0.04 Pa 2.51kPa a水汞 gR gR讀數(shù)改變后，根據(jù)題意：汞指示 R汞所以 /m /m336現(xiàn)用列管換熱器進行空氣的預(yù)熱，測得空氣在管內(nèi)的流速為 ，其平均溫度為60 200kPa 150根 的鋼管組成。123）標準狀況下

4、空氣的體積流量。1）查表可知，在60時空氣的密度為 1.06kg/m ，在壓強為200kPa 時，其密度3-WORD格式-可編輯專業(yè)資料-為：1.06101.3 /m 3.15kg/m p 33p101.34 空氣的質(zhì)量流量為：w /s2s （2）操作條件空氣的體積流量為：V 1.10 m /s234s（3）查表可知，標準狀況下空氣的密度為：1.205kg/m3標 w3.48標準狀況下空氣的體積流量為：V 2.89 m /s3s1.205s標7有一套管冷卻器，內(nèi)管為，外管為，冷凍鹽水在套管環(huán)隙中流動，已知鹽水流量為 3.73 噸/小時，密度為 1150 kg/m，粘度為1.2 厘泊，試判斷其流

5、動類型？解：設(shè)套管的外管內(nèi)徑為d ，內(nèi)管的外徑為d 。水通過環(huán)隙的流速為：12VsAw3.733u m/s0.612m/ss d21d222442 環(huán)隙的當(dāng)量直徑為：d d d 0.0500.0250.025 me12 0.025 0.612 d ue所以 14662.51.2103所以流動類型為湍流。8如圖所示的高位槽的水面距出水管的垂直距離保持為 6m 不變，水管系采用內(nèi)徑68mm的鋼管，設(shè)總的壓頭損失為 5.7 m 每小時可輸送的水量？（原題 6）題 1-8圖-WORD格式-可編輯專業(yè)資料-解：以高位槽水面為上游截面 11，水管出口管截面內(nèi)側(cè)為下游截面 22，并以出水管中心線為基準水平面

6、。在兩截面間列柏努利方程式，即：u2pu22pZ 1H Z H1122g g2g ge2f式中：Z 6m，Z 0，u 0， p 0 表壓強）， p 0 表壓強），H 0，12112eH 5.7m。f將以上各值代入柏努利方程，可以得到： u 2g Z H 29.81 65.7 m/s 2.43m/s21f11V V 3600u A 3600u d 2.43 3.1420.068 31.77m 22344hs22229如圖所示為二氧化碳水洗塔的供水系統(tǒng)，水塔內(nèi)絕對壓強為 ，儲槽水面絕對壓強為 100kPa，塔內(nèi)水管入口處高于儲槽水面 ，管道內(nèi)徑為 ，送水量為 /h 225kPa 5m水柱，求輸水泵

7、所需的外加壓頭？ （原題 7）題圖 11 22 11為基準水平面。在兩截面間列柏努利方程式，即：u2pu22pZ H Z H1122g g2g g1e2f式 中 ： Z 0 ， Z 18.5m ， u 0 ， p 100kPa（絕對壓強），1211p （絕對壓強），H 。2fVsA153600 3.14160.052u 2m/s1.96m/s124將以上各值代入柏努利方程，可以得到：-WORD格式-可編輯專業(yè)資料-up p1.962 2H Z H 1522g2e2f54 ）210如附圖所示，一管道由兩部分組成，一部分管內(nèi)徑為 ，另一部分管內(nèi)徑則為 ，流體為水，在管道中流量為 13.57 m /

8、h 。兩部分管道上均有一個測壓點，3測壓點之間連接一個倒 U 型管壓差計，其中充有一定的空氣，若兩測壓點所在截面之間的摩擦損失為 260mm U型管壓差計中水柱的高度差 R為多少 題 8）題 1-10圖解：以第一個測壓點的管截面為上游截面 11， 第二個測壓點的管截面為下游截面22，并以管中心線為基準水平面。在兩截面間列柏努利方程式，即：u21pu22pZ H Z H212g g2g g1e2f 0 Z 0 H 0 H 0.260mZ，12efVsAV13.57u m/sh1113600 d3600 3.1420.0422144 2u A1d2u u 3 11 2A1d 22p pu2 u20

9、.75 322 H 10.267 mH O）1222g29.81g2f11如圖所示，某料液從高位槽流向反應(yīng)器，已知該溶液的密度為 1100 kg/m ，粘度3為 1 厘泊，采用4mm 的鋼管，直管全長為 ，管道上有一個全開的閘閥和兩個 的標準彎頭，其流量為 31.7 m ，求總的壓頭損失？（原題 11）3-WORD格式-可編輯專業(yè)資料-題 1-11圖VVV31.7解： m/sushh11A 3600A3600 d3600 3.1420.1062244 0.106 1 1.171051 3根據(jù)顧毓珍公式：117000 lle u2 H d2gf20 20.021223529 0.51 6 ）0.

10、10629.812如圖，用泵將 的苯從地面以下的貯槽送到高位槽，流量為 300l/min，高位槽的液面比貯槽液面高 4mm的無縫鋼管，直管長度，并有一個底閥，一個 90 彎頭。泵排出管為3.5mm 的無縫鋼管，直管長度 ，o并有一個閘閥，一個標準閥和三個 90 彎頭，兩個三通。閥門均為全開，泵的效率為o75%，試計算泵的軸功率。題 1-12圖 5m。解：以貯槽液面為上游截面11， 高位槽液面為下游截面 22，并以貯槽液面為基準水平面。在兩截面間列柏努利方程式，即：u2pu22pz 1H z H1122g g2g ge2f-WORD格式-可編輯專業(yè)資料-根據(jù)題意：p p =p , u u =0,

11、z =0,z =10m。所以上式簡化為：12a1212H z He2f對于管路的總阻力：（1）吸入管路：d 8942，l =15m，11底閥的當(dāng)量長度為 5m，90 彎頭的阻力系數(shù)為 0.75，進口阻力系數(shù) 0.5。oVsAV300u m/s0.97m/sm11160 d100060 3.1420.081212144查表，20時，苯的密度為 879kg/m3，粘度為 0.737cP 0.081 0.97 879du1 1Re 9.371040.73710131根據(jù)顧毓珍公式：0.75430.75430.012270.01227 0.022Re10.389.3710 0.3841l1le u21

12、 H 12gf11d11155 0.9720.022 0.750.5 0.08129.80.321 ）（2）排出管路：d 573.5250(mm)，l =50m，22閘閥的阻力系數(shù)為 0.17，標準閥的阻力系數(shù)為 6.0，90 彎頭的阻力系數(shù)為 0.75，三通o的阻力系數(shù)為 1.0，出口阻力系數(shù) 1。VsAV300u 2m/s2.55m/sm1160 d100060 3.1420.05222244查表，20時，苯的密度為 879kg/m3，粘度為 0.737cP 0.05 2.55 879d uRe 1.521052 20.73710232根據(jù)顧毓珍公式：0.75430.75430.01227

13、0.01227 0.0204Re20.381.5210 0.3852lle u2222 H 2gf 22d222.552 0.176.00.75312 0.02040.0529.86 ）-WORD格式-可編輯專業(yè)資料- 所以H z H 100.32110.5620.881me2fW gH 9.81J /kg 204.8J /kgee苯的質(zhì)量流量為w V 879/s 4.4/s泵的有效功率為：ssN W w 204.84.4W 901.1Wees泵的軸功率：N / 901.1/0.75W 1201.5W 1.213采用離心泵輸送 293k 的清水，測得離心泵出口處壓力表的讀數(shù)為 4.8kgf/c

14、m ，入2口處真空表的讀數(shù)為 70.37m /h，3泵的效率為 70%，吸入管和出口管的管徑相同。試計算該泵的揚程以及泵的軸功率。（原題 14）解：以離心泵入口處管截面為上游截面11， 出口處管截面為下游截面 22，并以離心泵入口處管中心線為基準水平面。在兩截面間列柏努利方程式，即：u2pu22pz 1H z H1122g g2g ge2f根據(jù)題意：z 0，z 0.4m， p p p ， p p p ，H 0121a真2a表fp p p p 9.81147 4.914521表真因為d d ，所以u u1212p p4.91 5可以得到 H z21 m me2gW gH 9.8150.55J /

15、kg 495.9J /kgee清水的質(zhì)量流量為w V 998/s /sss泵的有效功率為：N W w 495.919.51W 9670Wees泵的軸功率：N / /0.70W W -WORD格式-可編輯專業(yè)資料-14 30m /h 63.5% ，3最大允許吸上真空度 ?，F(xiàn)使用該離心泵從池中吸水送入敞口高位槽，高位槽高出地面 ，離心泵高出池面 ，要求水流量為 610 m /s，吸入管長 ，排出管-33長 57，摩擦系數(shù)為 。通過計算說明（1）該泵能否完成任務(wù)？（2）該泵安裝是否合理？1）輸送任務(wù)要求流量：10 m /s=21.6 m /h12m22o1o2所以該換熱器不合乎要求。1計算甲醇在 3

16、0的水中的擴散系數(shù)。 1 T解：擴散系數(shù) D 7.428V0.6AS其中水的締合參數(shù)為 a=1.9 Ms=18g/molT=303K， 80.0710 mPas，2S甲醇在正常沸點下的摩爾體積 V =25.8cm3/mol。A所以甲醇在 30的水中的擴散系數(shù)為 2.3710 m /s。-522 388K ，根據(jù)實驗測定，在該溫度條件下的 p 160kPa， p 74.8kPa，試求相平衡時氣、液00AB ）P p101.374.816074.80B解： x 0.311pAp0A0Bp0P p0B160 101.374.8y P p00.491Ap101.3 16074.8A0BA-WORD格式

17、-可編輯專業(yè)資料-4將含苯摩爾分數(shù)為 0.5，甲苯摩爾分數(shù)為 0.5 的溶液加以汽化，汽化率為 ，已知物系的相對揮發(fā)度為 ，試計算：（1）作簡單蒸餾時，氣相與液相產(chǎn)物的組成；（2）作平衡蒸餾時，氣相與液相產(chǎn)物的組成；1）作簡單蒸餾時，設(shè)液相產(chǎn)物的組成為 x 。2W1 x1x 112W 1 x1x221121 1x 2.47ln21.47x10.523通過試差法，可以求得 x 。2210.5- 0.4117W x W x3再通過物料衡算，可以得到 y20.67661122W W11231 2（2）作平衡蒸餾時，殘液率q1 3 3qx物料橫算式為 yxFq-1q1x2.47x相平衡方程為： y 1

18、-1x 11.47x聯(lián)立上述兩個方程，可以得到 x=0.426，。5每小時將 15000kg 含苯 40%和甲苯 的溶液，在連續(xù)精餾塔中進行分離。操作壓力為 101.3kPa 97.1% 2%（以 10）解：根據(jù)質(zhì)量衡算與回收率的定義：塔底回收率：WDF11 1 0.971 0.029WDFFF0.029F0.029150000.4所以Wkg/h8700kg/hF0.02W所以 DFW15008700 kg/h6300kg/hD0.971DFF0.971FD0.971所以 FD-WORD 格式-可編輯專業(yè)資料-所以摩爾流率為 D 1 D 6300 0.9248 6300 1 0.9248 D

19、kmol/h79.9kmol/hDDMM7892AB W 1 W 8700 0.02 8700 1 0.02 W kmol/h 94.9kmol/hWWMM7892ABDM0.924878x DA0.93551 0.9248 1 0.9248DMDM7892AB6在一連續(xù)精餾塔中分離某二元理想混合液。原料液流量為 100kmol/h,濃度為 0.4(摩爾分率，下同。要求塔頂產(chǎn)品濃度為 ，塔釜濃度為 0.11）餾出液與釜殘2 50kmol 11） F D W解：根據(jù) FDWx x0.40.10.90.1D F100kmol/h37.5kmol/hFWx xDWD F W 10037.5 kmol

20、/h62.5kmol/h如果每小時從塔頂采出 50kmol 餾出液，則由 Fx Dx FDW得1000.450 x 50 xDW即0.8x xDW由于， x 0所以 x 0.8DW7某液體混合物易揮發(fā)性組分含量為 ，在泡點狀態(tài)下連續(xù)送入精餾塔，加料量為100h ，易揮發(fā)性組分的回收率為 ，回流比1為 3，以上均為摩爾分數(shù)。12）精餾段和提餾段內(nèi)上升蒸汽及下降3）精餾段和提餾段的操作線方程。 DxFxWxWFx1）根據(jù)題意 0.99，所以1 10.990.01DFF所以1000.6 Fx W 110.99kmol/h12kmol/hFx0.05W-WORD 格式-可編輯專業(yè)資料-D F W 10

21、012 kmol/h88kmol/h0.6x DFD（2） L RD388kmol/h 264kmol/h V R1 D 31 88kmol/h352kmol/hL LqF 2641100 kmol/h364kmol/h VV q1 F 3520100 kmol/h352kmol/hRx3x精餾段操作線方程： yxx DDR1R1 31 W 31 W提餾段操作線方程： yxxxW8采用常壓連續(xù)精餾塔分離苯甲苯混合物。原料中含苯 0.44 1:2揮發(fā)度為 2.5，操作回流比為最小回流比的 1.5 倍。塔頂采用全凝器冷凝，泡點回流，塔頂產(chǎn)品液中含苯 123）塔頂?shù)诙永碚摪宓钠合嘟M成。解：根據(jù)題

22、意 =2/3，. 故進料線方程：qqx2/30.44yxx2x1.32Fq1q1 2/312/31x2.52.5xx相平衡線方程： y 1 1 x 1 2.5-1x 11.5x聯(lián)立上述兩式，可以求得 x =0.365，y =0.59則最小回流比：qqx y0.960.59R min1.644Dqy x0.590.365qq操作回流比：R=1.5R =1.51.644=2.466精餾段操作線方程：minRxyxx0.7115xDR1R1 11塔頂?shù)诙永碚摪宓臍庖合嘟M成由2.5xy 1 x 0.96得到 x =0.90571111.5xD1y 0.7115x 0.2770.71150.90570

23、.2770.921421-WORD格式-可編輯專業(yè)資料-2.5x由 20.9214，得到 x =0.8242y211.5x229用一精餾塔分離苯甲苯溶液，進料為氣液混合物，氣相占 50%混合物中苯的摩爾分率為 0.60，苯與甲苯的相對揮發(fā)度為 2.5，現(xiàn)要求塔頂、塔底產(chǎn)品組成分別為 0.95 和 1.5倍。塔頂分凝器所得的冷凝液全部回流，未冷凝的蒸氣經(jīng)過冷凝冷卻后作為產(chǎn)品。）塔頂塔底產(chǎn)品分別為進料量的多少倍？（）塔頂?shù)谝焕碚摪迳仙恼魵饨M成為多少？解：（1）對全塔做總物料衡算以及對全塔做組分 A的物料衡算，可以得到：F DWFx Dx FDW其中， x 0.60， x 0.95， x 0.05

24、FDW 0.05F x xF所以 D FFWx x0.950.05DWW F D F 0.611F 0.389F2.52.5xxx（2）氣液平衡方程為： y 11 x 1 2.51 x 11.5xqx0.50.6進料線方程為： yxxx1.2Fq1q1 0.51 0.51 x聯(lián)立上述方程，得，故進料線與相平衡線的交點為（0.492, 0.708ey ex y0.950.7081.12最小回流比： R Deyx0.7080.492minee所以回流比為： R1.5R 1.51.12 1.68min分凝器相當(dāng)于一塊理論板，設(shè)離開分凝器的液相組成為 x ：02.5xx則 x y 0.95 0011 x 1 2.51 xD000可以得到 x 0.8840精餾段的操作