天津大学化工原理（第二版）上册课后习题答案-大学课后习题解答之化工原理(上)-天津大学化工学院-柴诚敬主编09化工2班制作 QQ972289312绪论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。
水的黏度μ= g/(cm·s) 密度ρ= kgf ?s2/m4某物质的比热容CP= BTU/(lb·℉) 传质系数KG= kmol/(m2?h?atm) 表面张力σ=74 dyn/cm导热系数λ=1 kcal/(m?h?℃)解：本题为物理量的单位换算。
水的黏度基本物理量的换算关系为1 kg=1000 g，1 m=100 cm10?4kg?m?s?10?4Pa?s ?则cm?s??1000g??1m?密度基本物理量的换算关系为1 kgf= N，1 N=1 kg?m/s2g1kg100cmkgfs21kgms231350kgm4则 m1kgf1N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 1oF?5oC9 1则BTU1lb1Fcp1BTU59CkgClb?F传质系数基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s，1 atm= kPa则kmol1h1atmKG2105kmolm2skPam?h?atm??3600s???表面张力基本物理量的换算关系为1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm则dyn110N100cm74102Nm cm??1dyn??1m?导热系数基本物理量的换算关系为1 kcal=×103 J，1 h=3600 s 则3?kcall10J??1h1?2?m?s??Cm??C?1kcal3600s?m?h??C52．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HE10?4G??BC13??L?L式中 HE—等板高度，ft；G—气相质量速度，lb/(ft2?h)； D—塔径，ft；Z0—每段填料层高度，ft；α—相对挥发度，量纲为一；μL —液相黏度，cP；ρL—液相密度，lb/ft3A、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：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?1lb?ft2?h10?3kg?m2?s?α量纲为一，不必换算21cp?1?10?3Pa?slb?lb??1kg32 13=1?3??= kg/mft?ft?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HE为例：m HEftHE则HE???? ?HE?同理G?G??10?3??D ? Z0?1?10?3? ?LL?L? ?LL(3) 将以上关系式代原经验公式，得-10?4???13?1000?L??L????整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即HE??10?4A??-L?L3第一章流体流动流体的重要性质1．某气柜的容积为6 000 m3，若气柜内的表压力为 kPa，温度为40 ℃。
已知各组分气体的体积分数为：H2 40%、 N2 20%、CO 32%、CO2 7%、CH4 1%，大气压力为 kPa，试计算气柜满载时各组分的质量。
解：气柜满载时各气体的总摩尔数pV6000?mol? ?313各组分的质量：nt?mH2?40%nt?MH2?40%??2kg?197kgmN2?20%nt?MN2?20%??28kg?mCO?32%nt?MCO?32%??28kg? mCO2?7%nt?MCO2?7%??44kg? mCH4?1%nt?MCH4?1%??16kg?2．若将密度为830 kg/ m3的油与密度为710 kg/ m3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： mt?m1?m2??60?60?kg?120kgVt?V1?V2?m1?1?m2?6060?3m? 2?8301710??m?mt12033?kgm? 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：设备内绝对压力绝压=大气压-真空度= ?103?20?103Pa? 真空表读数真空度=大气压-绝压=?103??103Pa?4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m3的重油，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×106 Pa，问至少需要几个螺钉？解：流体静力学方程，距罐底1000 mm处的流体压力为4p?p??gh??103?960??(?)Pa??103Pa 作用在孔盖上的总力为πF?(p?pa)A＝??＝?104N4每个螺钉所受力为πF1??10103N4因此n?FF1104103?N6习题4附图习题5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R1=500 mm，R2=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R3=100 mm。
试求A、B两点的表压力。
解：A点的压力pA??水gR3??汞gR2??100013600Pa??104PaB点的压力pB?pA??汞gR1 ??10?1360010Pa?4?46．如本题附图所示，水在管道内流动。
为测量流体压力，在管道某截面处连接U管压差计，指示液为水银，读数R=100 mm，h=800 mm。
为防止水银扩散至空气中，在水银面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。
已知当地大气压力为 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，pA?pA? 则 p+?水gh+?汞gR?pa 5习题6附图p?pa??水gh??汞gR10?100013600Pa?7．某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过 kPa，在炉外装一安全液封管装置，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。
解：?水gh?h水g1000?1000??m?习题7附图流体流动概述8. 密度为1800 kg/m3的某液体经一内径为60 mm的管道输送到某处，若其平均流速为 m/s，求该液体的体积流量、质量流量和质量通量[kg/(m2·s)]。
解： Vh?uA?uπ3600m3s? 44π?uA??ud21000kgs? 44G?u1000kg?m2?s??800kg?m2?s?9．在实验室中，用内径为 cm的玻璃管路输送20 ℃的70%醋酸。
已知质量流量为10 kg/min。
试分别用用SI和厘米克秒单位计算该流动的雷诺数，并指出流动型态。
解：用SI单位计算查附录70%醋酸在20 ℃时，??1069kgm3，10?3Pa?s d?? mub?10?60?π4??1069?ms?Re?dub1069??10?3??5657 故为湍流。
用物理单位计算1069gcm3，cm?s? d?，ub?? Re?dub5657 10．有一装满水的储槽，直径 m，高3 m。
现槽底部的小孔向外排水。
小孔的直径为4 cm，测得水流过小孔的平均流速u0与槽内水面高度z的关系为：u0?试求算放出1 m3水所需的时间；又若槽中装满6煤油，其它条件不变，放出1m3煤油所需时间有何变化？解：放出1m3水后液面高度降至z1，则z1?z0?质量守恒，得w2?w1?dM?0，w1?0d? w2??u0A0??A02gz 1??3??m? ? M??AZ (A为储槽截面积) 故有?A02gz??Adz?0d?即dz2gz A上式积分得 ??A1212)(z0?z1)(2?1?1212 ? .4s3??s22 11．如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m，水从φ108 mm×4 mm的管道中流出，管路出口高于地面 m。
已知水流经系统的能量损失可按∑hf=计算，其中u为水在管内的平均流速。
设流动为稳态，试计算A-A’截面处水的平均流速；水的流量。
解：A- A’截面处水的平均流速在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得p12p22 gz1?1ub1?1?gz2?ub2hf 2?2?式中z1=7 m，ub1～0，p1=0 z2= m，p2=0，ub2 = u2 代入式得22 ?71ub2? ub?水的流量Vs?ub2A2???? 4 7习题11附图习题12附图12．20 ℃的水以 m/s的平均流速流经φ38 mm× mm的水平管，此管以锥形管与另一φ53 mm×3 mm的水平管相连。
如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。
若水流经A、B两截面间的能量损失为 J/kg，求两玻璃管的水面差，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。
解：在A、B两截面之间列机械能衡算方程p12p22 gz1?1ub1?1?gz2?ub2hf 2?2?式中 z1=z2=0，ub1?ub2?A1?ub1??A?2?d12ub1??d2??2???2??ms? 2??2 ∑hf= J/kgp1?p2?22ub2?ub1ub2??2hfJkg?? 2??故p1?p2??? ?g13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。
已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为?105 Pa。
流体密度为800 kg/m3。
精馏塔进口处的塔内压力为?105 Pa，进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm，进料量为20 m3/h。
料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg，求泵的有效功率。
解：在截面A-A?和截面B-B?之间列柏努利方程式，得2u12p2u2??gZ1?WegZ2??hf ?2?2p1??105Pa；p2??105Pa；Z2?Z1?；p1u1?0；u2??hf?70Jkg习题13附图203600VV??ms?π2??4422p?pu?u2121 Weg?Z2?Z1hf ?28We70?Jkg8002??14．本题附图所示的贮槽内径70?Jkg?175JkgNe?wsWe?203600?800?173W?=2 m，槽底与内径d0为32 mm的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度h1为2 m 。