化工原理习题解答 下载本文

第一章 流体流动与输送机械

1. 某烟道气的组成为CO2 13%,N2 76%,H2O 11%(体积%),试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa时的密度。

解:混合气体平均摩尔质量

Mm??yiMi?(0.13?44?0.76?28?0.11?18)?10?3?28.98?10?3kg/mo l∴ 混合密度

pMm101.3?103?28.98?10?3??0.457kg/m3 ρm?RT8.31?(273?500)2.已知20℃时苯和甲苯的密度分别为879 kg/m3和867 kg/m3,试计算含苯40%及甲苯60%(质量%)的混合液密度。

解:

1?m?a1?1?a2?2?0.40.6 ?8798673 混合液密度 ρm?871.8kg/m

3.某地区大气压力为101.3kPa,一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa。若在大气压力为75 kPa的高原地区操作该吸收塔,且保持塔内绝压相同,则此时表压应为多少?

解:

p绝?pa?p表?pa+p表

''''(101.3+130)?75?156.3kPa ?p表?(pa+p真)-pa?4.如附图所示,密闭容器中存有密度为900 kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa,又在液面下装一压力表,表中心线在测压口以上0.55m,其读数为58 kPa。试计算液面到下方测压口的距离。

解:液面下测压口处压力 p?p0??g?z?p1??gh

题4 附图

p1??gh?p0p1?p0(58?42)?103??z???h??0.55?2.36m

?g?g900?9.815. 如附图所示,敞口容器内盛有不互溶的油和水,油层和水层的厚度分别为700mm和600mm。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800 kg/m3和1000 kg/m3。

(1)计算玻璃管内水柱的高度;

1

h1 h2 A B D

C 题5 附图

(2)判断A与B、C与D点的压力是否相等。 解:(1)容器底部压力

p?pa??油gh1??水gh2?pa??水gh ?h??油h1??水h2?水??油?水h1?h2?800?0.7?0.6?1.16m 1000(2)pA?pB pC?pD

6.为测得某容器内的压力,采用如图所示的U形压力计,指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m3,h=0.8m,R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。

解:如图,1-2为等压面。

p1?p??gh p2?pa??0gR p??gh?pa??0gR 则容器内表压:

p?pa??0gR??gh?13600?0.45?9.81?900?0.8?9.81?53.0kPa

7.如附图所示,水在管道中流动。为测得A-A′、B-B′截面的压力差,在管路上方安装一U形压差计,指示液为水银。已知压差计的读数R=180mm,试计算A-A′、B-B′截面的压力差。已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和13600 kg/m3。

解:图中,1-1′面与2-2′面间为静止、连续的同种流体,且处于同一水平面,因此为等压面,即

1

题6 附图

2

p1?p1', p2?p2'

又 p1'?pA??gm

p1?p2??0gR?p2'??0gR?pB??g(m?R)??0gR

所以 pA??gm?pB??g(m?R)??0gR

整理得 pA?pB?(?0??)gR

题7 附图

由此可见, U形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示液的密度、读数R有关,而与U形压差计放置的位置无关。

)?9.81?0.18?22249Pa 代入数据 pA?pB?(13600?1000

2

8.用U形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差,指示液为水,密度为1000kg/m3,读数R为12mm。为了提高测量精度,改为双液体U管压差计,指示液A为含40%乙醇的水溶液,密度为920 kg/m3,指示液C为煤油,密度为850 kg/m3。问读数可以放大多少倍?此时读数为多少?

解:用U形压差计测量时,因被测流体为气体,则有 p1?p2?Rg?0 用双液体U管压差计测量时,有 p1?p2?R'g(?A??C)

因为所测压力差相同,联立以上二式,可得放大倍数

?0R'1000 ???14.3

R?A??C920?850此时双液体U管的读数为

R?14.3R?14.3?12?171.6mm

9.图示为汽液直接混合式冷凝器,水蒸气与冷水相遇被冷凝为水,并沿气压管流至地沟排出。现已知真空表的读数为78kPa,求气压管中水上升的高度h。

解: p??gh?pa

pa?p78?103?3?7.95m 水柱高度 h??g10?9.81题9 附图

'10.硫酸流经由大小管组成的串联管路,其尺寸分别为φ76×4mm和φ57×3.5mm。已知硫酸的密度为1830 kg/m3,体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的(1)质量流量;(2)平均流速;(3)质量流速。

解: (1) 大管: φ76?4mm

kg/h ms?Vs???9?1830?16470 u1?Vs0.785d2?9/36000.785?0.0682?0.69m/s

.7kg/(m2?s) G1?u1??0.69?1830?1262 (2) 小管: ?57?3.5mm

kg/h 质量流量不变 ms2?16470 u2?

Vs20.785d2?9/36000.785?0.052?1.27m/s

3

或: u2?u1(d1268)?0.69()2?1.27m/s d250 G2?u2???1.27?1830?2324.1kg/(m2?s)

11.如附图所示,用虹吸管从高位槽向反应器加料,高位槽与反应器均与大气相通,且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动,设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg(不包括出口),试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。

解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’~ 2-2’间列柏努力方程: z1g?p1p112?u12?z2g?2?u2??Wf ?2?2122 简化: H?(u2??Wf)/g 1 ?(?1?20)?9.81?2.09m

212.一水平管由内径分别为33mm及47mm的两段直管组成,水在小管内以2.5m/s的速度流向大管,在接头两侧相距1m的1、2两截面处各接一测压管,已知两截面间的压头损失为70mmH2O,问两测压管中的水位哪一个高,相差多少?并作分析。 解:1、2两截面间列柏努利方程: z1??h p1p1212?u1?z2?2?u2??hf ?g2g?g2g??33???2.5???1.23m/s ??47??22?d1其中:z1?z2 u2?u1??d?2?h?1 2

p1?p21122?(u2?u1)??hf?(1.232?2.52)?0.07??0.17m ?g2g2?9.81说明2截面处测压管中水位高。这是因为该处动能小,因而静压能高。 13.如附图所示,用高位槽向一密闭容器送水,容器中的表压为80kPa。已知输送管路为?48?3.5mm的钢管,管路系统的能量损失与流速的关系为?Wf?6.8u(不包括出口能量损失),试求:

(1) 水的流量;

(2) 若需将流量增加20%,高位槽应提高多少m?

解:(1)如图在高位槽液面1-1与管出口内侧2-2间列柏努利方程

题13 附图

210m 4