化工基础课后习题答案(高教社).doc

流体流动和输送
1、液体高度：,  器底所受的力：压强： 指示液为CCl4,其读数：
2、人孔面积： 压力： 槽壁面积：槽壁所受压力：
3、            4、
6、（1）求空气的体积流量 流通截面： 体积流量： （2）求质量流量 表压：绝压：
空气的平均分子量：    当时温度：
空气密度：∴质量流量：
7**、对容器A      孔口流速：               体积流量： 流出的总体积：         液体降至0.5m处所需时间：      剩余部分为非稳定流动，所需时间： 对于容B   

由于B下端有短管，管内流体在流动中有下拉液体的作用，故需时间短。
8、以水平管中心线为基准面，在1－1，，2－2，间列柏式，

在操作条件下，甲烷的密度：
水柱压差计读数：
9、

10、对孔板流量计： 流量与流速度关系： ，即， (1)当读数为80mmHg时，，即误差＝1.2%
(2)读数为20mmHg时，，即误差＝4.9% (3)指示液为四氯化碳时， ∴流量的相对误差与以上相同。
11、
体积流量：  质量流量： 导管中苯的流速：
12、忽略阻力，
，，，
    将数据代入，得
体积流量：
13、，，, , ∴

＝  ， 空气流量：  质量流量：
，
∵，，，
解得，，体积流量：
14、当量直径：
  流速：
     湍流
15、
相对粗糙度：，查图得

16、
，，查图得
H1=0，H2=10，v1=0，v2=2.2，P2=0
，

17、 用试差法求流量，∵λ＝f(Re),Re=f(v),难以直接求解。
由Re～λ图可见，对ε＝0.001的无缝钢管而言，Re在2×104～1×107之间，λ值在0.02～0.028之间，
设λ＝0.025，H1=5，H2=0，P1=P2=0（表压），v1=0

，查图得λ＝0.0235， 
苯的体积流量：qv=1.47×0.785×0.0282=0.91L/S
（若设λ＝0.024，qv=0.92L/S）
校核：  基本相符。
18、强烈湍流时，λ可看作常数。  
，
  ,
10=1.2764×10-6/d5
d5=1.2764×10-7，∴d=42mm
19、（1）、
（2）、
（3）、
20、（1）、，增加3倍
（2）、 
（3）、，增加1倍
21、（1）、,          ,
,       
 ,

∴
（2）、 ， ，
 ，，

22、，
查图，λ＝0.034, 
∵ P1=P2=0，H1=0，动压头可忽略
有效功率： 轴功率：
23、
, 
H1=0，v1=0，H2=15，v2=0.74，P1=P2=0（表压）
∴ 理论功率： 轴功率：
24、
，∴ 主管中水的流量： 支管中流量：
25、支路管道
26、40mm水柱＝0.4kPa(表压)，绝对压：101.3+0.4=101.4kPa 50℃空气密度：
空气在导管中流速： 

, , 查图λ＝0.026

输送功率： 效率：
27、（1）、更换后，输出量为： 扬程： （2）、两台并联
两台并联后输出水量最多能达到20m3/h，但是在6.3m的扬程下，而不是25m。实际并联两台的输出水量总小于20m3/h。 两台串联的水泵扬程最多为12.5m，但是在流量为10m3/h时，实际串联两台的扬程总小于12.5m。
28、30℃时水的蒸汽压： 当地大气压： 允许安装高度： 现安装在水源上3m处，不能正常运转。
29、允许安装高度＝允许吸上高度－当地大气压低于标准大气压折算的压头－水蒸气压高于20℃水蒸气压折算的压头－阻力－动压头 50℃水蒸气压：12.23kPa，20℃为2.33kPa
蒸汽压之差＝12.23-2.33=9.9kPa=1.01mH2O
大气压之差＝101.3－100=1.3kPa=0.13mH2O
(1)、当流量为20m3/h时
，
允许安装高度：Hg=7.2-0.13-1.01-2-0.32=3.74m
(2)、流量为30m3/h
 ，
允许安装高度：Hg=5.7-0.13-1.01-2-0.73=1.83m
30、流动型态由Re决定，要使流动型态相似，则两种情况下Re应相等。设1为设备条件，2为模型条件
，
31、（1）、
（2）、，

（3）、
传 热 
1、a、散热速率：
交界面温度：
b、
2、根据，    炉气温度：
外界温度：
3、各层砖的热阻：    

，
，∴
4、设交界面温度为t
    ∴
5、求散热速率

求界面温度，设管外壁温度仍＝30℃不变。
求散热速率, (只包石棉40mm，管外壁温度仍＝30℃不变。)
求散热速率, (只包软木40mm，管外壁温度仍＝30℃不变)。

6、设饱和蒸汽的，304kPa饱和蒸汽温度＝134℃
∵，∴ 不保温时：
保温时：

7、(1)、，     ，∴
（2）、
，∴
8、(1)、设绝热层外表面温度为t
，解得t=110℃
（2）、 用试探法求得δ＝0.02m=20mm
9、（1）、并流    
（2）、逆流      
10、用狄丢斯公式计算     
，符合应用范围（Re>10000，0.7<Pr<120） ∵流体被加热
∴
11、

，为湍流
∴
釜壁温度认为＝蒸汽温度，主要是因为新器壁的导热系数很大，即钢的导热系数大。
12、定性温度：，定性尺寸＝0.02m
该温度下的物性参数：  ，，
，. ，为湍流

13、∵，属于自然对流中的湍流传热。
，其中，小管下标为1，大管为2，则
，，
因为温度和物系相同，λ、d、C、μ、ρ、β、Δt均不变，因小管传热时，则大管，  ，
∵，对单位面积而言，
∴，即单位面积的热损失不同，比值为10。
14、
初始时，令分母＝P1    
积垢后，令分母＝P2

∴     传热量为原来的34.8%
15、，
，

冷流体的质量流量：
16、   600×2×（121－t）=10×5（t-20）   解得t=117℃
17、并流：
逆流：

18、（1）、稳定传热，冷热流体qm、ρ、C相等。
   ∴t2=140-T2，

∴热流体出口温度：T2=64.4℃        冷流体出口温度：t2=140-T2=140-64.4=75.6℃
（2）、冷、热流体的流量都增大1倍     ∵，

由第一问知，，解得

19、  
，
∴，

将代入，设，整理

方程两边相等，说明假设正确，∴热流体出口温度＝49.2℃。
20、
21、下标1表示热，2表示冷。
，∴
增长后：
，∴
原来的传热温差：
管长增长后：
下标1为原来，2为增长后
，，
∵，，故增长65.5%
(2)、并流时
，
增长后：，∴t2=320K
原来：
增长后：

∴并流时换热器管长应增加85.5％
22、

，
一侧恒温，

，
∴把10吨20℃的盐水加热到60℃，需饱和蒸汽44.3kg
23、求换热面积：
热量衡算：油释出热量＝水吸收热量

（未完）
24、

解得t2=35.1℃
25、冷凝放热量：
冷却放热量：

冷却水用量：

冷却段传热面积A2：，
15℃的水吸收q2的热量温度变为t2

t2=t1+2.68=15+2.68=17.68℃
Δt1=T2-t2=78.5-17.68=60.82℃
Δt2=T3-t1=30-15=15℃

冷凝段传热面积A1:

17.68℃的水吸收q1的热量温度变为t3=35℃

A=A1+A2=4.44m2

吸 收

1、30℃水的饱和蒸气压＝4.24kPa, (p268, 表五（一）)
求湿空气中水蒸气的体积分数；
求水蒸气的质量分数：
求湿空气的密度：
2、亨利定律为
，
相平衡常数；
3、根据，, （mol%）
质量分数：
4、(mol%) 质量分数：
5、进入水的最高含氧量
水的最高含氧量是空气中氧（21％）相平衡的含氧量。

脱氧后的最低含氧量：
脱氧后水的最低含氧量是与吹扫地氮气中含氧相平衡的含氧量。

6、，
被吸收到氨量：1000(1-0.12)(0.136-0.0101)=110.8m3

出口气体体积：V=1000-110.8=889.2m3
7、
对于稀溶液，
，∴
8、

，（环氧乙烷分子量＝44）
12、稳态下通过气膜的扩散系数（分子扩散的斯蒂芬定律）
p1=20℃水的蒸汽压＝2330Pa
,因为气膜中水蒸气分压小。
单位面积（1m2）盘中的水量：

全部蒸干所需时间：
13、p2=2330×60%
单位面积（1m2）盘中的水量：

全部蒸干所需时间：
14、30℃时的扩散系数（根据富勒公式）：
30℃水的蒸汽压＝4240Pa
根据斯蒂芬定律： ，∵
∴
，∴
15、将平衡数据换算成比摩尔分率
以第一组为例 ，
然后作出Y—X图。
16、将溶解度换算成C—p关系：
以第三组数据为例，
换算成X—Yd的关系，仍以第三组为例，

17、，

对于完全吸收，Y2=0，吸收剂中不含溶质，X2=0
惰气流量：

18、
Y2=Y1(1-0.99)=0.00099，由题知，，则
清水吸收，X2=0

吸收SO2量：，

吸收所得溶液浓度：
19、 ，

，
20、吸收所得溶液浓度：
求平均推动力：，
，
，

将题给平衡关系数据变成（X，Y）作图。
以第二组数据为例：
，
作图近似为直线。，以第三组数据求m

，，

21、乙炔：26g/mol，乙炔溶液0.3g/1000g水
气体含乙炔20％，
平衡分压：p*=0.135×106X=0.135×106×2.077×10-4 =28.0kPa
当时气相中乙炔分压：p=Py=101.3×20%=20.3kPa ∵p*>p，∴乙炔由溶液向气相传递（部分解吸）
（2）、气相推动力：
22、
由于氨的浓度很稀，∴

23、（1）、求KG
∴
（2）、∵，为气膜控制，属于易溶气体
液相阻力只占总阻力的0.4%
24、
，
，，X2=0，
惰气量：

，

对数平均推动力：

气相传质单元数：
25、上列平衡关系换算得
Y
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
X
0.0085
0.0165
0.0240
0.0314
0.0384
0.0452
Y1=0.05，Y2=Y1(1-0.9)=0.005

X2=0，（由平衡线上Y1查得）

，
作图，（1）、根据题给Y、X数据作出平衡线。 （2）、根据（X1、Y1）、(X2、Y2)作出操作线。
（3）、从平衡线和操作线间在Y1=0.05，Y2=0.005范围内求得各Y及其对应当垂直距离Y-Y*。
（4）、Y对作图，曲线下的面积，
∴气相传质单元数为4.5
26、用解析法
，Y2=0.015(1-0.98)=0.0003，X2=0

L=1.5×0.0103=0.0155kmol/S=0.28kg/S
溶液出塔浓度：
，

∴
27、
28、

，
（58为丙酮的mol质量）
，

29、(1)、填料层增高3米后，因
，
整理得，
（2）、求
，X2=0
平衡关系：Y=2.0X

，用试探法求 ∴出口气体含丙酮0.1％
（3）、求丙酮回收率

与原条件相比：
∴塔增高后回收率增加3％
30、气相传质单元数为，
，Y1=0.03/(1-0.03)=0.0309 物料衡算关系得，V(Y1-Y2)=L(X1-X2)=Lm(-X2)
∵Y=mX，∴X=Y/m=Y/18 ，∵X2=0
0.0309/18=1.4X1，∴
，

用试算法求算，求得出塔气体含SO2为0.71%
31、
Y1=0.03，Y2=Y1(1-0.98)=0.0006，Y1-Y2=0.03-0.0006=0.0294

，，∴
32、（1）、平衡数据换算，以第一组数据为例，
， 作出Y—X相图
（2）、求操作线 ，
V(Y1-Y2)=L(X1-X2)，X2=0
式中：78/22.4是将气体体积换算成质量，与X1单位一致。
在Y—X图上，连接Y1、X1点（0.0309，0.0244）和Y2、X2点（0.0002，0）得操作线。
(3)、在Y1~Y2间，从平衡线和操作线，读出推动力Y-Y*，列于下表。
(4)、以Y对作图，曲线下面积为，曲线下Y从0.0002~0.0015间，值为5000～800，从放大图中求出该面积约＝1.32
化学反应器  

0、k的单位： ，浓度＝
0级反应： 1级反应：
2级反应：
0级反应： 1级反应： 2级反应：

对于气相反应，，的单位＝，pA的单位＝，
kp的单位＝
kp与kc的关系：，p=CRT，∴
，，或
1、化学计量式：
t=0时，nA0=0.14，nB0=0.2，nZ0=0.08，t=t时，nA=0.08，

∴，nB=nB0－nA0×xA=0.2－0.14×0.43＝0.14
nZ=nZ0+nA0×xA=0.08+0.14×0.43=0.14反应进度：
反应进行完全时的反应进度：
2、（1）、速率常数kp=3.66 其单位为，
(2)、

对于理想气体，，，
变为 ，∴
∴
4、
6、对于二级反应，
，
讨论：对于二级反应，若要求CA很低时，虽然初始浓度相差甚大，但所需要的反应时间却相差甚微。这是因为反应时间主要消耗在反应的后期。
当时，计算方法同上，
，
停留时间分布
1、
2、同第七章6题 3、
（分子量：醋酸＝60，丁醇＝74，醋酸丁酯＝116）
，

4、（1）、
（2）、
（3）、
另解： 与（1）相比，CA0增大1倍，∴VR减小1倍，
∴VR=1.447/2=0.723M3
5、
PFR的长度：
6、

7、（1）、
VR=qVt，VR2=6VR，6VR=6qVt=qVt2
， ∴，
另解：（a） (b)
(a)/(b)，，∴
（2）、对于PFR由于体积相同，其他条件不变，所以t3=t1，kt3CA0=kt2CA0=2
因为流动情况不同，根据PFR的特点，有以下关系式，
，
∴，∴
8、 2A+B→R， 可写成，A + 1/2B → 1/2RxA=0时 CA0 CB0 CR0=0
xA=0.6时 CA=CA0(1－xA) CB=CB0-1/2CA0xA
9、（1）、
（2）、，
（3）、
（4）、
（5）、，，

总容积：0.268×2＝0.536m3
10、（1）、
，

（2）、
（3）、
（4）、

反应器的总容积VR=VR1+VR2=0.38+0.38=0.76m3 计算结果说明，VCSTR>VBTR>Vn-CSTR>VPFR
11、（1）、

（2）、，，

为保证最终出口浓度≤0.205kmol/m3，应需7个反应釜串联。
12、，

13、，
VP与VS的关系：
若VP=VS，则，
∴， 求反应温度，
∵， ，kS=1.64kP，∴，

∴，