化工原理第二版两册答案

1.

从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为

SI 单位。

(1 )水的黏度 口 = g/(cm ? s)

(2) 密度 p = kgf ?s 2/m 4

(3) 某物质的比热容 C = BTU/(lb ??)

(4) 传质系数 K = kmol/(m ?h?atm)

(5 )表面张力 (T =74 dyn/cm

(6)导热系数 入=1 kcal/(m ?h?C )

解：本题为物理量的单位换算。

(1)水的黏度 基本物理量的换算关系为 1 kg=1000 g , 1 m=100 cm

0.00856 -S 炷型空

cm s 1000g 1m

(2)密度基本物理量的换算关系为

2 1 kgf= N , 1 N=1 kg ?m/s (3)从附录二查出有关基本物理量的换算关系为 1 BTU= kJ ,l b= kg

1o

F % 9 则

C p

0.24 BTU 1.055kJ 1lb 1 F 1 005J kg C lb F 1BTU 0.4536kg 5 9 C 1.005 kJ kg C (4)传质系数基本物理量的换算关系为

1 h=3600 s , 1 atm= kPa

(5) 表面张力 基本物理量的换算关系为

_ 5

1 dy n=1 x 10 N 1 m=100 cm 则

一 dyn 1 10 5N 100cm 74 cm 1dyn 1m

(6)

导热系数 基本物理量的换算关系为 3

1 kcal= x 10 J , 1 h=3600 s

8.56 10 4 kg m s 8.56 10 4 Pa s

138.6

98週 m 1kgf 1N 1350 kg m 3

K G

34.2 kmol m 2 h atm 1h 1atm 3600s 101.33kPa 9.378 10 5 kmol. m 2 s kPa

7.4 10 2 N m

kcall 4.1868 103J

1h 2 m h C Ikcal 3600s 1.163J m s C 1.163W m C

2. 乱堆25cm 拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即

4 B 3.9A2.78 10 4G 12.01D 式中 H E —等板高度，ft ；

G-气相质量速度，lb/(ft 2?h)；

D —塔径，ft ；

Z 0—每段(即两层液体分布板之间)填料层高度， ft ；

a —相对挥发度，量纲为一；

口 L —液相黏度，cP ；

P L —液相密度，lb/ft 3

A 、

B 、

C 为常数，对25 mm 的拉西环，其数值分别为、及。

试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为 SI 单位。

解：上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制，而其余诸物理量均为英制。

经验公式单位换算的基本要点是： 找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系， 导出物理量“数字”的表达式, 然后代入经验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单位。具体换算过程如下：

(1 )从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为

1ft 0.3049m

11b. ft 2 h 1.356 10 3 kg m 2 s (见 1)

a 量纲为一，不必换算

1cp 1 10 3Pa s

1 Jb =1 d 1kg 3.2803ft = kg/m 2

ft 3 ft 3 2.2046lb 1m

(2)将原符号加上以代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下面以 H E 为例:

H E ft H E m

D 3.2803D

乙 3.2803Z 。

L .. 16.01 0.06246 L

C 0.3048Z 。

则

同理

m m 3.2803ft H E H E — H E — 3.2803H ft ft m G G 1.356 10 3 737.5G

10

(3) 将以上关系式代原经验公式，得

L

4 3.2803H E 3.9 0.57 2.78 10

-0.1 1.24

737.5G 12.01 3.2803D

整理上式并略去符号的上

标, 便得到换算后的经验公式,

0.3048 3.2803Z 。13 1000 L 0.0624

第一章流体流动 各组分的质量: m H ? 40% n t M H 2 40% 246245.4 2kg 197kg

m N 2 20% n t M N 2 20% 246245.4 28kg 1378.97kg

m co 32% n t M CO 32% 246245.4 28kg 2206.36kg

m CO 2 7%n t M CO 2 7% 246245.4 44kg 758.44 kg

m CH 4 1%n t M

CH 4 1% 246245.4 16kg 39.4kg 2 ?若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。设混合油

为理想溶液。

解：m t m 1 m 2

60 60 kg 120kg m 1 m 2 60 60 3 3

V t V 1 V 2

—

m 0.157 m 1 2 8301 710 m

m t

120 kg m 3 764.33 kg m 3 V t 0.157

流体静力学

3?已知甲地区的平均大气压力为 kPa ,乙地区的平均大气压力为 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个 真空表，其读数为 20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操 作时相同？

解：（1）设备内绝对压力

绝压=大气压-真空度=85.3 1 03

20 1 03 Pa 65.3kPa （2）真空表读数

真空度=大气压-绝压=101.33 1 03 65.3 1 03 Pa 36.03kPa

4 ?某储油罐中盛有密度为 960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底

m ,油面上方与大气相通。 在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的孔，其中心距罐底 1000 mm,孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料

的工作压力为x 106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为x

103Pa ）? 解：由流体静力学方程，距罐底 1000 mm 处的流体压力为

p p gh 101.3 103 960 9.81 （9.5 1.0）Pa 1.813 103Pa （绝压）

作用在孔盖上的总力为

流体的重要性质

3

1 .某气柜的容积为 6 000 m ，若气柜内的表压力为 kPa ，温度为40 C 。已知各组分气体的体积分数为:

H 2 40%、N 2 20%、CO 32% CO 7%、CH 1%,大气压力为 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。

101.3 5.5 1000.0 6000 mol 246245.4mol 解：气柜满载时各气体的总摩尔数

pV n t RT 8.314 313

3 3 n 2 4

F (p P a )A =(1.813 10—101.3 10)

0.76 N =3.627 10 N 4 每个螺钉所受力为

n 2 3

F 1 39.5 10

0.014 N 6.093 10 N 4 因此

n F/F 3.627 104/ 6.093 103 N 5.95 6(个)

习题4附图

5 ?如本题附图所示，流化床反应器上装有两个 U 管压差计。

读数分别为 R =500 mm R 2=80 mm 指示液为水银。为防止水银蒸气

向空间扩散，于右侧的 U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度 Fb=100 mm 试求A 、B 两点的表压力。

解：（1）A 点的压力

P A

水gR 3 汞gR 2 1000 9.81 0.1 13600 9.81 0.08 Pa 1.165 104Pa （表）

（2）B 点的压力 P B P A 汞 gR

1.165 104 13600 9.81 0.5Pa 7.836 104Pa(表)

6?如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，

面处连接U 管压差计，指示液为水银，读数R=100 mm h =800 mm 扩散至空气中，在

水银面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。

气压力为kPa ，试求管路中心处流体的压力。

解：设管路中心处流体的压力为

p 根据流体静力学基本方程式，

p A p A

则p+水gh+汞gR P a p P a 水 gh 汞 gR

101.3 103 1000 9.8 0.8 13600 9.8 0.1 Pa 80.132kPa

7?某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过 kPa （表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置,

如本题附图所示。液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。试求此炉的安全液封管应插 入槽内水面下的深度 h 。

习题5附图

习题6附图 在管道某截 为防止水银 已知当地大