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化学工程基础习题答案(高教出版社__第二版).

化学工程基础习题

第二章．P 69 1.解：o vac

P P P =-绝

3313.31098.710o Pa P P --?=?=-绝即

385.410P Pa -?=?绝

o a P P P =-

333

85.41098.71013.310Pa Pa Pa

---=?-?=-?

2.解：

2212

1212

44()70d d de d d d d π

ππ-

=?=-=+

3.解：对于稳定流态的流体通过圆形管道，有

d d u u =

若将直径减小一半，即

d 2d =

4u u ?

即液体的流速为原流速的4倍.

4.解：

u d L H f 22

??=λ

111112

222

2222f f L u H d g

L u H d g

λλ=??

=??

2222222111

11211212

22222

111

1112

2222222

2122221

226464Re 4,,26426426421()64412224116

111

2162416f f f f f f f f f f L u H d g L u H d g

du u u L L d d L u H d u d g L u H d u d g L u H d u d g H u L d g d u H H H H λλμλρ

μρμρμρμ

ρ??

??==

===??=????=

??=

=???=

即产生的能量损失为原来的16倍。

6.解：1）雷诺数μ

ρud =

其中31000kg m ρ-=?，11.0u m s -=?

3252510d mm m -==?

3110cp Ps s μ-==?

故μ

ρud

1000 1.0251010--???=

25000=

故为湍流。

2）要使管中水层流，则2000Re ≤

即33

10002510Re 200010

m u

--???=≤ 解得10.08u

m s -≤?

7.解：取高位水槽液面为1-1′， A-A ′截面为2-2′截面，由伯努利方程

1222

12u u H 22f p p z z g g g g

ρρ++=+++

其中1210,2;z m z m ==

121;0;f

f p p u H g

===

∑

则2

216.1510229.89.8

u u =+

解得

1）A-A ′截面处流量2u

u =

12.17u m s -=?

2）q

Au ρ=

其中23211

3.14(10010)44

A d π-=

=??? 327.8510m -=? 12.17u m s -=?

3q 7.8510 2.17360061.32v m

-=???=

8.解：对1-1′截面和2-2′截面，由伯努利方程得

122211

12u u 22p p z z g g g g

ρρ++=++

其中21

211,1H O z z p m gh ρ===

11120.5,u m s p gh ρ-=?=

221121220.2

()0.5 2.00.1

d u u m s d -==?=?

0.520.1929.829.8

h m ?+==??

15.解：选取贮槽液面为1-1′截面，高位槽液面为2-2′截面，

由伯努利方程得

1222

12u u 22e f

p p z H z H g g g g

ρρ+++=+++

其中：12122,10;0z m z m u u ====

123a p 10013.6109.80.113332.2p 0vac p mmHg

p ==-=-???=-= 13332.219.61000

210(4)9.8980

19.613332.2

12.0814.08 1.38815.468

9.8980e e H g H g

ρ-+

+=++?=++=+=?

3215.4682(5310)9804

0.655kw 102

102

e V H q P π

-??

?????=

17.解：取水池液面为1-1′截面，高位截面为2-2′截面，

由伯努利方程得

1222

12u u 22e f

p p z H z H g g g g

ρρ+++=+++

其中：1112z 0,z 50;0m p p ==-=

9.8

f H =

5052.059.8

e H =+= 52.05361000

8.05kw 1021020.63600

e V H q P ρη????=

==??

19.解：取贮槽液面为1-1′截面，

蒸发器内管路出口为2-2′截面，由伯努利方程得

1222

12u u 22e f

p p z H z H g g g g

ρρ+++=+++

其中，11z 0,z 15;m ==

1332a 0,

2001013.6109.826656p 120

9.8

f p p H -==-????=-=

12026656

1524.979.89.81200

e H =+-=?

24.97201200 1.632kw 1021023600

e V H q P ρ????===?

20.解：1）取贮水池液面为1-1′截面，

出口管路压力表所在液面为2-2′截面，

由伯努利方程得

122211

12u u 22e f

p p z H z H g g g g

ρρ+++=+++

其中，12z 0,z 5.0;m ==

125a 40, 2.5.2.59.8

2.4510p 0.01

p p kgf cm --==?=

忽略出水管路水泵至压力表之间的阻力损失，则：衡算系统的阻力损失主要为吸入管路的阻力损失：

0.2

9.8

f H =

2.23600(7610)4

u π-=

=??

522.4510 2.20.2

5.010009.829.89.8

5.0250.250.0230.27

e H ?=+++

??=+++=

30.27361000

3.0kw 1021023600

e V H q P ρ????=

==?

2） 3.0

4.3kw 1020.7

e V H q P

ρη??=

3）取贮槽液面为1-1′截面，

水泵吸入管路上真空表处液面为2-2′截面，由伯努利方程得

1222

12u u 22f p p z z H g g g g

ρρ++=+++

其中：12z 0,z 4.8;m ==

120,?p p ==

忽略进水管路水泵中真空表至水泵之间的阻力损失，则：衡算系统的阻力损失为吸入管路的阻力损失：

0.2

9.8

f H =

22 2.20.2(4.8)10009.849600pa

29.89.8

p =-++??=-? 得真空表的读数为

49600vac

Pa P

23.解：1）取低位槽液面为1-1′截面

高位槽液面为2-2′截面由伯努利方程得

1222

12u u 22e f

p p z H z H g g g g

ρρ+++=+++

其中，12z 0,z 20;m ==120,0p p ==

5,20525f

e H

H ==+=

w 259.8245J/kg e =?=

2）在管路A 、B 截面间列伯努利方程得：

22A

B 22222222u u 22u 2u 2()()6()6

2A B A B A B A B f

B A B A A B Hg H O H O Hg H O H O A B H O H O

p p z z H g g g g p p L z z g g d g p p d

g z z L g g

p p gR g R p p g u ρρλρρλρρρρρρρρρρ++=+++-=-+=?

?--+-=-?+??-?+?-=

===1

.03m s -?

3）225 2.030.051000

40.976102

kw π

??=

4）根据静力学基本方程式：

2002222220222022(6)''(6)

6()6'(6)6'()[13.6 1.211B H O Hg B Hg H O A H O B H O H O Hg A B H O H O Hg A Hg H O H O H O Hg A Hg H O Hg H O p g H gR p p gR p g H p gh p g g h R gR p p g gR gR p gR p g H g gR gR

p p gR gH gR ρρρρρρρρρρρρρρρρρρρρ++=+?=+-++=++-+?=+-+?=+-++-+?-=-+-=?-?5(13.61)0.04]9.810001.5510a

p +-???=?

第三章传热过程

p105 ex1解：

2211411243901

.01120

0001.0714.0187.0112045

006.014.01.007.12.030

1150m W t t R t q ==--=

+-=

++-=∑?=

λδλδλδ

120073.3)

(1120

300`-???=+∑?+∑=

=W m C R R R R q

12083.2901.073.3-???=-=W m C R

ex2解：

1414141411

()()22()2()

()11()i i

i m i

i i i n i i i i i

i n i T T T T A

r L L T T L T T r r r

l r r r r l r φδδλπλππλλ++++--=

∑

--=

-∑∑-

96.138168

.101413

214

.694.30139.01413

007.0435.12.0788.016223.022514.3255

8507.0125552.012025161)

35260(2-?==

++=

++??=

++-=

m W l l l L

n n πφ

Ex4解：空气的定性温度220180

200C 2

200℃时空气的物性参数为：30.746/Kg m ρ

2113.9110W m K λ---=???

52.610a P s μ-=?? 11.034C p C KJ Kg -=???

115u m s -=?，

0.0254150.746 1.09102.610

e du R ρ

-??=

=??

1.03410

2.6100.68

3.93110

p r C P μ

λ--???===?

0.80.3

40.80.320.023()()3.931100.023(1.0910)0.680.025453.8e r R P d

W m K

α-=?=????=?

ex5解：水的定性温度C 302

40T ?=+=

30℃时水的物性参数为：3/7.995m Kg =ρ

116176.0--??=K m W λ

s P a ??=-51007.80μ

14.174p C KJ Kg C -=???

4.08.0)()(023.0r e P R d

α=

当11-?=s m u

时，

6.2486810

07.807

.995102.05

=???=

-μ

du R e

41.56176

.01007.8010174.453=???==

-λ

p r C P

m W ?=???

=24

.08.05.4583)41.5()6.24868(002

.06176

.0023.0α

当0.3u =时

58.7460?=

du R e ，此时，2000

m W ??=?-????=28

.15

.01638)

58.74601061(58.7460965.185.38023.0α

ex7解：甲烷的定性温度：C 752

120T

?=+=

0℃条件下：3/717.0m Kg =ρ

1103.0--??=K m W λ

s P a ??=-51003.1μ 117.1--??=K Kg KJ C p

由于甲烷是在非圆形管内流动，定性尺寸取de

0255

.0019

.03719.0019.04

3719.04

2=??+???

-??==πππ

润湿周边

流体截面积e d

7.1772810

03.1717

.0100255.05

=???=

-μ

du R e 584.003

.01003.110.153=???==

-λ

p r C P

由于甲烷被冷却，3.0n =

.08.03

.08.01.57851.077.2505176.1023.0)584.0()7.17728(0255

.003

.0023.0)()(023

.0--??=???=???

==K m W P R d r e e

λα

若甲烷在管内流动：

75.104411003.1717

.010015.05

=???=

-μ

du R e

122.64--??=K m W α

Ex8

1401525T C ?=-=? ，

21303397T C ?=-=?

2121

9725

53.19725m n n T T T C T l l T ?-?-?=

==???（逆流）

在按照折流校正

3315

0.16

13015

130405

3315P R -=

=--==-

φ＝0.97

0.9753.151.5m T C ?=?=?

ex9

(1)

()

211187503080109.125.1-?=-???=-=s J T T c q p m φ

(2)

C T ?=-=?1020301 ，

C T ?=-=?4040802

C l T T l T T T n n

m ?=-=???-?=

?64.21410

401

212

(3)

12333

3000000251.010176.01021.002

.0025.002

.0025.045025

.00025.002.01085.0025.0107.1111---??=?+?+-??+??+?=

++++==

W K m l R R d d d d K R n

s si m

i λδαα油 1291.3981

--??==

K m W R

K (4)

74.1364

.2191.395118750m t K A m

=?=

若近似按平面壁计算，则

.45310

176.01021.045

0025.01085.01107.111113

333000=?+?++?+?=

++++==--K R R K R s si m

i λδαα油

211.12m A =

ex10

(1)

m d 301016-?= ，m d i 31013-?= ，

m 3105.1-?=δ

)

23330005.81011.0100414.010231.119015.144016105.110001316111-----??=+?+?=?

???

??+???+?=???

??++=K m W d d d d K m i i αλδα

(2)

2300006.14618015.144016105.110001316111---??=????

??+???+?=???

?++=K m W d d d d K m i i αλδα (3)

()

233300078.85011.0100414.010616.019015.144016105.120001316111-----??=+?+?=?

??+???+?=????

?++=K m W d d d d K m i

i i αλδα

ex11解：

(1)

()()''

''11212m p m p q c T T q C T T φ=-=-

'2550p m p m C q C q = p m p m C q C q 2'

'= 5.9260

13560

135.

=-=

m l T

p m m

T k C q T k A ?=

111

150?

(2)

()()''

''21212m p m p q c t t q C t t φ=-=-

()'2'1'

'70t t C q C q p m p m -= 35'2'1=-t t ，50'

2=t

81.6930

13530

135=-=

m l t ，m p m m t k C q t k A ?=?=221270?

又流量及物性不变，21

k k =

11707092.56475 1.855505069.83490.7

m p

m m p m

q C k t A q C A k T ??====?? 855.11

12==A A L L ，m L 855.12=

ex12解：(1)

()112331930

2.8810(9050)23063600

61.7610230644.75md pd m

m m q c T T KA t t t t C

φ=-=?=???-=???=?=????=?

9032

44.759032

29.5m n

t T t

l t C --?=

=-=? m

p m m

T k C q T k A ?=

111

150?

()()

()112123361.7610 4.229.5181.27910 4.6/md pd mh ph mh mh q c T T q c t t q q kg h

φ=-=-?=??-=?=

吸收

p187

2ex 解：

（1）

331

20267.8211010010() 2.300.3410002.300 1.13510.2026

A a

A A A A a A P P C mol m C C P H mol m P H P *---*

---*

=??===?===? （2）

732

71000

4.895101.13510 1.810

4.89510a

A A

P E P HM P x --*=

==????=?

（3）22.48310013.110895.45

=??==总

P E m （4）总压提高一倍，E 、H 值均不变

24210026.210895.45

=??==P E m ex9．解：

02329

.002329.0102329.0102329.0645299564

511=-=

-==+=

y y Y y

第一解法：

,12,12,122

1,211,1212

1,1

1,1,(

)min min 0

26.7

26.71.6526.7

1.6526.7

0.023850.00054

26.7 1.65512

864.8

14814.8/266.n C

n B n C n B n C n B n C n C q Y Y q X X q Y Y Y Y q X Y X q Y Y Y Y Y q X Y X X mol q X q kmol h **?

-=?-?

??-??= ?? ????

--=====?====又设又又

66m

第二解法：设吸收率为η则，()121Y Y η-=

进气量设为

h kg a /.

512.5%

.95%2910n B a a kmol q h η-=

,12111,1,,,,3

,(1)(

)min 26.726.7512() 1.65(

)min 1.6526.7.5%

2910.95%

14814.8/266.0n C n B n C n C n B

n B

n C n C q Y Y Y Y Y q X q q q q a q a m

q kmol h h

ηη

----=

====??

??=

ex10．（1）02.01=Y

0002.0%)991(12=-=Y Y 02=X

当液气比为2.2时，

,12,121

0.020.0002

2.2n C n B

q Y Y q X X X --=

==-

009.01=X

111*2221212120.020.0090.0110.0002

0.0110.0002

0.0026950.011

ln ln

0.00020.020.0002

7.350.002695

m OG m Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y N Y *?=-=-=?=-=?-?-?=

==??--=

==?

（2）当液气比为1.25时，

.1501584

.025

.1%9902.01==?=OG N X

(3) 当X 2=0.00011时

01595

.000011.001584.0)(25

.11

211=+=+-=

X Y Y X

03.19001040

.00002

.002.0=-=

OG N

(4) 当液气比为0.8，溶质的最大回收率时溶液出口达到气液平衡，

1,122

1,21210.020.81

0.004

0.020.0016

80%0.02

n C

n B q Y Y Y Y q X Y Y Y Y η*

--=

===--=

ex11.03093.003

.0103

.01=-=

21(198%)0.030930.020.0006Y Y =-=?=

,3,121,2

1,min 1,,1122

,0 1.67273(13%)65.16.22.410303

min 1.28 1.2898% 1.25441.28

1.254465.1681.74.81.74 1.512

2.6.()65.16

(0122.6

n B n C n B

n C n C n C n B

X q mol s

q Y Y

Y q X q mol s q mol s q X Y Y X q η----==??-=???-===?= ? ???-=?==?==

-+=

?.030930.0006)0.016-=

.8003465

.00006

.003093.0003465

.00006.001045.0ln

0006

.001045.0ln 0006.001045.0016.028.103093.02

1222111=-=

?-==-=

???-?=

?=-=?=?-=-=?**

OG m Y Y Y N Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y

,65.16

0.6503

1.67

60 1.0

8.80.6503 5.72n B

OG Y OG OG q H K S H H N m ?=

=?=?=?=

12.(1)

111222120.05

0.0526110.05

0.00263

0.002637110.0026361.2580.02033(100061.2)

y Y y y Y y X X ===--=

==--=

=-=

1112221212

12,32.00.0526 2.00.020230.012140.0026370.012140.002637

0.01214

ln ln

0.0026370.0095

0.00621.527

0.05260.002637

8.06

0.0062

0.55620.9522.410m OG m

n B Y X Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y N Y q **

*-=?=-=-?=?=-=?-?-?=

=??=

=-=?-=

3173

29821.602.21.602

0.7440.84

57.79..V OG Y Y Y mol s q H K S

K K mol m s ααπ-?--====??

（2）

,12,12

-1

,0.05260.0026369

2.4698

0.02023

=2.469821.602=53.35mol.s n C n B n C q Y Y q X X q -=

--=

3600

35.531?=

X A

n=0.02023×53.35×3600=3885.37mol m=58×3885.37=225.4kg （1）另解：

,12,12

0.05260.0026369

2.4698

0.02023

n C n B q Y Y q X X -=

--=

气相传质单元数：

,,12,,22,,1

ln (1)1120.052602ln (1)2 2.46980.002637 2.46981 2.46988.028

n B n B OG

n B n C n C n C mq mq Y mX N mq q Y mY q q ??-=-+??-????-

????

-= m N H H OG OG 7474.0028

.86

===

又22,,31

21.60257.5..0.74744

n B n B OG

Y Y S

OG q q H K mol m s d

K H s

π?=

=??

（3）若填料层增加3m ，则：

m H H N OG OG 042.127474

.09

''===

0011

.0'4698.22'0526.0)4698.221(ln 4698

.221122=?

????

?+?--

Y Y N OG 又液气比一定，则：

12111,'

2.4698,'0.02085

'''0.0208553.3536004004.45n B Y Y X X n X q mol

-====??=

则：kg

m kg n m 9.64.22526.23226.232'58=-=?==

13解：（1）

1212100

22.4320.0753100100022.4

320.0753(10.98)0.00150.01960

Y Y X X ?==-?=?-===