化工原理第三版(管国峰赵汝溥主编)课后习题答案汇总上学期(一~四章)绪论1)含水份52%的木材共120kg,经日光照晒,木材含水份降至25%,问:共失去水份多少千克?以上含水份均指质量百分数。
120(1-0.52)=(120-w)(1-0.25)w=43.2kg2)以两个串联的蒸发器对NaOH水溶液予以浓缩,流程及各符号意义如图所示,F、G、E皆为NaOH水溶液的质量流量,x表示溶液中含NaOH的质量分数,W表示各蒸发器产生水蒸汽的质量流量。
若,,,,问:W1、W2、E、x1各为多少?W1kg/s W2kg/sNaOHF=6.2Kg/s2=0.30X=0.105W 1:W 2=1:1.15 , X---(Wt),x 1,w 1,w 2,D,E=? 对控制体I ,NaOH 物料衡算:Fx 0=Ex 2即 6.2×0.105=E ×0.30 ∴E=2.17 kg/sW 1+W 2=F-E=6.2-2.17=4.03 kgW 1=4.03/2.15=1.87 kg/s ,W 2=4.03-1.87=2.16 kg/s 对控制体II ,总的物料衡算:G=F-W 1=6.2-1.87=4.33 kg/s Fx 0=Gx 2 即6.2×0.105=4.33x 1,∴x 1=0.153)某连续操作的精馏塔分离苯与甲苯。
原料液含苯0.45(摩尔分率,下同),塔顶产品含苯0.94。
已知塔顶产品含苯量占原料液中含苯量的95%。
问:塔底产品中苯的浓度是多少?按摩尔分率计。
[解]:0.95=F D FX DX =45.094.0⨯FD0413.0545.094.045.045.094.045.0545.0,445.0=∴⨯+⨯=+⨯=⨯==∴W W WX X WX D F FWF D 即又4)导热系数的SI 单位是W/(m ·℃),工程制单位是kcal/(m ·h ·℃)。
试问1kcal/( m ·h ·℃)相当于多少W/(m ·℃)?并写出其因次式。
1kcal/(m.h.0C)=?J/(m.s.0C)写出导热系数的因次式。
∵1kcal=4.187×103J,1h=3600s ∴1320030../.163.1..360010187.4..1--===⨯=T ML TL LL M T L M Cm W C s m J C h m kcal ττττ)(导热系数因次式—时间。
——温度,——长度,——质量,—令各基本因次为:5)已知理想气体通用常数物理大气压·升/(摩尔·K),试求采用J/(kmol ·K)时R 的数值。
解:写出以J/(kmolk )的单位为理想气体通用常数R 之值。
∵1物理大气压=1.0133×105N/m 2,1升=10-3m 3∴R=0.08205Kkmol Jk kmol m m N K .8314.)/1010100133.108205.0.32335=⨯⨯⨯=⨯--(摩尔,,升物理大气压6) 水蒸汽在空气中的扩散系数可用如下经验公式计算:式中 D ——扩散系数,英尺2/h ;p ——压强,atm ; T ——绝对压强,。
试将上式改换成采用SI 单位的形式。
各物理量采用的单位是:D —m 2/s ,p —Pa ,T —K 。
解:经验公式的单位换算:4411046.15.24+⨯⨯=-T T P D∵1英尺2/h=0.30482/3600m 2/s=2.58×10-5m 2/s,1atm=1.0133×105pa, 温差 1k=1.80R245')'('10218.9'441)'8.1()8.1()100133.11('1046.1)1058.21(5.245.2'545'+=⨯=+⨯⨯⨯=⨯---T T P D T T P D7) 在冷凝器中蒸汽与冷却水间换热,当管子是洁净的,计算总传热系数的经验式为:式中 K ——总传热系数,Btu/(ft 2·h ·℉);u ——水流速,ft/s 。
试将上式改换成采用SI 单位的形式。
各物理量采用的单位是:K —W/(m ·℃),u —m/s 。
解:经验公式的单位换算:8.0100040.01+= ∵1BUT/(ft .h.F)=5.678W/(m .K),1ft/s=0.3048m/s8.058.0)'(3937110045.7'1)3048.0/'(268100040.0)678.5/1('1u K u K +⨯=∴+=-第1章 流体流动1某敞口容器内盛有水与油。
如图。
已知水及油的密度分别为1000和860kg/m 3,解:h 1=600mm ,h 2=800mm ,问H 为多少mm ?mh h h m kg m kg mm h mm h 32.181.91080.081.91060.081.9860?,/860/10,800,6003333321=∴⨯=⨯⨯+⨯⨯===== 油水ρρ2.有一幢102层的高楼,每层高度为4m 。
若在高楼范围内气温维持20℃不变。
设大气静止,气体压强为变量。
地平面处大气压强为760mmHg 。
试计算楼顶的大气压强,以mmHg 为单位。
⎰⎰=∴-=⨯⨯⨯-=⨯⨯-=⎩⎨⎧---⨯=⨯⨯=----=---127.724,04763.040810190.181.9)760/(10190.181.910190.1)2.2938314/(29151408055P P p mmHgP p Ln dz p dp p p gdz d ②代入①,得②①解:ρρ3.某水池,水深4米,水面通大气,水池侧壁是铅垂向的。
问:水池侧壁平面每3米宽度承受水的压力是多少N ?外界大气压为1atm 。
N dz gz P F 54023501045.12/481.9103410013.13)(3⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=⎰水ρ4.外界大气压为1atm ,试按理想气体定律计算0.20at (表压)、20℃干空气的密度。
空气分子量按29计。
345/439.12.293831429)1081.020.010013.1(m Kg RT PM =⨯⨯⨯⨯+⨯==ρ解:5.有个外径为R 2、内径为R 1为的空心球,由密度为ρ’的材料制成。
若将该球完全淹没在某密度为ρ的液体中,若球能在任意位置停留,试求该球的外径与内径之比。
设球内空气重量可略。
3/1'1232'3132)/1(/)3/4())3/4(--=∴=-ρρρπρπR R gR g R R (解:6.为放大以U 形压差计测气体压强的读数,采用倾斜式U 形压差计。
如图。
指示液是ρ=920kg/m 3的乙醇水溶液。
气体密度为1.20kg/m 3。
读数R=100mm 。
问p 1与p 2的差值是多少mmHg ?mmHg 31.23.30820sin 1.081.9)20.1920(20sin )(:0021=解Pa gR P P i =⨯⨯-=-=-ρρ采用微差U 形压差计测压差。
如图。
已知U 形管内直径d 为6mm ,两扩大室半径均为80mm ,压差计中用水和矿物油作指示液,密度分别为1000及860kg/m 3。
当管路内气体压强p 与外界大气压p 0相等时,两扩大室油面齐平,U 形管两只管内油、水交界面亦齐平。
现读得读数R=350mm ,试计算:(1)气体压强p (表)。
(2)若不计扩大室油面高度差,算得的气体压强p 是多少?(3)若压差计内只有水而不倒入矿物油,如一般U 形压差计,在该气体压强p 值下读数R 0为多少?mR R gR P P PagR P P PaD d gR gR P P 0493.081.910008.4847.48035.081.9)8601000()(8.484160/6(35.081.986035.081.9)8601000()/()(00010120221120=∴⨯==-=⨯⨯-=-≈-=⨯⨯+⨯⨯-=+-=-即③②)解:①ρρρρρρ7.某倾斜的等径直管道内有某密度ρ的液体流过。
如图。
在管道的A 、B 截面设置了两套U 形压差计测压差,下测用的是一般U 形压差计,上测用的是复式U 形压差计,所用的指示液均为密度是ρ1的同一种液体。
复式压差计中两段指示液之间的流体是密度为ρ的流过管道内的液体。
试求读数R 1与R 2、R 3的关系。
321321)()()(R R R gR gR gR i i i +=∴-+-=-ρρρρρρ 解:9)将水银倒入到图示的均匀管径的U 形管内,水银高度h 1=0.25m 。
然后将水从左支管倒入,测得平衡后左支管的水面比右支管的水银面高出0.40m 。
试计算U 形管内水与水银的体积比。
解:1习题9附图 如图所示1--1为等压面, ∴p 1=p 1’∴ρ水g(R 1+R 2) = ρ水银gR 2 103⨯(0.4+R 2) = 13.6⨯103R 2∴ R 2 = 0.0317mV 水银 =π4d 2(2h 1+L) V 水 = π4d 2(R 1+R 2)∴ V 水银/ V 水 = (2h 1+L)/ (R 1+R 2) = (2⨯0.25+0.015)/(0.4+0.0317) = 1.19 10) 一直立煤气管,在底部U 形压差计h 1=120mm ,在H=25m 高处的U 形压差计h 2=124.8mm 。
U 形管指示液为水。
管外空气密度为1.28kg/m 3。
设管内煤气及管外空气皆静止,求管内煤气的密度。
2’ 解:1’ p 1-p 1’= ρ水⋅gh 1 ⋯⋯(1) p 2-p 2’= ρ水⋅gh 2 ⋯⋯(2) (1)减(2),得(p 1-p 2)-(p 1’-p 2’) = ρ水⋅g(h 1-h 2) ⋯⋯(3)其中 p 1-p 2 = ρ煤⋅gH ,p 1’-p 2’ = ρ空⋅gH ,代入(3)式,得: ρ煤⋅gH -ρ空⋅gH = ρ水⋅g(h 1-h 2)即 ρ煤 = ρ水⋅(h 1-h 2)/H +ρ空 = 103(0.120-0.1248)/25+1.28= 1.088 kg/m 311.以2”的普通壁厚的水煤气钢管输送15℃的清水,水在管内满流。
已知水流速u=1.5m/s ,求水的质量流量、质量流速和体积流量。
sKg s m uA V m Kg m A mm /306.3999102076.25.1UA W /10309.310206.25.1/99910206.2)0035.02060.0()4/(,6033333232=⨯⨯⨯==⨯=⨯⨯===⨯=⨯-⨯=----ρρπ质量流量体积流量水的密度壁厚横截面积解:管子,查得外径)/(14999995.12m s kg u G ⋅=⨯==ρ质量流速12.如图所示,质量为3.5kg ,面积为40×46cm 2的一块木板沿着涂有油的斜面等速向下滑动。