天津大學化工原理答案(第二版)完整(完整版)

　　

【正文】 p ? 13．如本題附圖所示，用泵 2 將儲罐 1 中的有機混合液送至精餾塔 3 的中部進行分離。小孔的直徑為 4 cm，測得水流過小孔的平均流速 u0 與槽內水面高度 z 的關系為： zgu ? 習題 7 附圖 7 試求算（ 1）放出 1 m3 水所需的時間（設水的密度為 1000 kg/m3）；（ 2）又若槽中裝滿煤油，其它條件不變，放出 1m3 煤油所需時間有何變化（設煤油密度為 800 kg/m3）？ 解：放出 1m3 水后液面高度降至 z1，則 ? ? 1 201 ?????? zz 由質量守恒，得 21d 0dMww ?? ? ?， 01?w （無水補充） 2 0 0 0 00. 62 2w u A A gz A???? （ 為 小 孔 截 面 積 ） AZM ?? (A 為儲槽截面積 ) 故有 0 ?? ??? ddzAgzA 即 ?dAAgzdz ?? 上式積分得 ))(( 2 2112100 zzAAg ??? ? ? m i 2 21212 ??????????? 11．如本題附圖所示，高位槽內的水位高于地面 7 m，水從 φ 108 mm 4 mm 的管道中流出，管路出口高于地面 m。 解： ?gh水? ? ? ? ? ????? gh 水? 流體流動概述 8. 密度為 1800 kg/m3 的某液體經一內徑為 60 mm 的管道輸送到某處，若其平均流速為 m/s，求該液體的體積流量（ m3/h）、質量流量（ kg/s）和質量通量 [kg/(m2試求 A、 B 兩點的表壓力。 解：氣柜滿載時各氣體的總摩爾數? ? m 245m 600 ?? ????? RTpVn 各組分的質量： kg1 9 4 6 2 4 5%40%40 22 HtH ?????? Mnm 3 7 4 6 2 4 5%20%20 22 NtN ?????? Mnm %32%32 COtCO ?????? Mnm 4 6 2 4 5%7%7 22 COtCO ?????? Mnm 4 6 2 4 5%1%1 44 CHtCH ?????? Mnm 2．若將密度為 830 kg/ m3 的油與密度為 710 kg/ m3 的油各 60 kg 混在一起，試求混合油的密度。℉ ) （ 4）傳質系數 KG= kmol/(m2?h?atm) （ 5）表面張力 σ=74 dyn/cm （ 6）導熱系數 λ =1 kcal/(m?h?℃ ) 解：本題為物理量的單位換算。 （ 1）水的黏度 基本物理量的換算關系為 1 kg=1000 g， 1 m=100 cm 則 ? ? c m100 0g1kgscm g008 44 ???????????????????????? ?? ??? （ 2）密度 基本物理量的換算關系為 1 kgf= N， 1 N=1 kg?m/s2 則 324 2 mkg13501N sm1kg1kg skg ??????? ????????????? ??? （ 3）從附錄二查出有關基本物理量的換算關系為 1 BTU= kJ， l b= kg oo51F C9? 則 ? ? F10. 4536k g1l b1B T T ????????? ???????????????????? ??pc （ 4）傳質系數 基本物理量的換算關系為 1 h=3600 s， 1 atm= kPa 則 ? ?kP asmkm . 33 kP a1a t m360 0sh1a t mhm km 252G ?????????????????????? ??? ?K （ 5）表面張力 基本物理量的換算關系為 1 dyn=110–5 N 1 m=100 cm 則 m1dyn N101cmdyn74 25 ?? ?????????????? ????????? （ 6）導熱系數 基本物理量的換算關系為 1 kcal=103 J， 1 h=3600 s 則 2 ? ? ? ? 1h1kc a l J104. 1868Chm kc a l l1 32 ??????????????????? ??????? ????? 2． 亂堆 25cm 拉西環的填料塔用于精餾操作時，等板高度可用下面經驗公式計算，即 ? ? ? ? ? ? L L310CB4E ???ZDGAH ??? 式中 HE—等板高度， ft； G—氣相質量速度， lb/(ft2?h)； D—塔徑， ft； Z0—每段（即兩層液體分布板之間）填料層高度， ft； α—相對揮發度，量綱為一； μL—液相黏度， cP； ρL—液相密度， lb/ft3 A、 B、 C 為常數，對 25 mm 的拉西環，其數值分別為 、 及 。設混合油為理想溶液。 解：（ 1） A 點的壓力 ? ? （表）Pa101 . 1 6 3 6 0 0 0 0 42汞3水A ?????????? gRgRp ?? （ 2） B 點的壓力 ? ?（表）Pa107. 83 44 1汞AB ??????? ?? gRpp ? 6．如本題附圖所示，水在管道內流動。 s)]。已知水流經系統的能量損失可按 ∑ hf=，其中 u為水在管內的平均流速（ m/s）。已知儲罐內液面維持恒定，其上方壓力為? 105 Pa。設管道寬度為 b，高度2y0，且 by0，流道長度為 L，兩端壓力降為 p? ，試根據力的衡算導出（ 1）剪應力 τ 隨高 習題 14 附圖 10 度 y（自中心至任 意一點的距離）變化的關系式；（ 2）通道截面上的速度分布方程；（ 3）平均流速與最大流速的關系。反應器內液面與管路出口的距離為 17 m。摩擦系數 ? 可取為 ，管路入口處的局部阻力系數取為。水塔內水面維持恒定，并高于出水口 15 m。將 λ與 ub,BD 代入式（ b）得 ? ? 2BC,2 ????bu 解得 , ?u 將 ub,BC、 ub,BD 值代入式（ c），解得 ? ? , ?????u 18 將 ub,AB、 ub,BC 值代入式（ d）左側，即 22 ???? 計算結果與式（ d）右側數值基本相符（ ≈ ），故 ub,BD 可以接受，于是兩支管的排水量分別為 4π3600 332BC ?????V 4π3600 332BC ?????V 24．在內徑為 300 mm 的管道中，用測速管測量管內空氣的流量。甲苯在孔板處的流速為 ? ? ? ? 866 86613 60 Aoo ???????? ? ??gRCu 19 甲苯的流量為 hkg542 7hkg016 0360 0 2oos ?????? ?AuV 檢驗 Re 值，管內流速為 33 2b1 ?????????u c43b11 ???? ???? ???udRe 原假定正確。 解：（ 1）管路特性方程 甲、乙兩地油罐液面分別取作 11’與 22’截面，以水平管軸線為基準面，在兩截面之間列柏努利方程，得到 2eeH K Bq?? 由于啟動離心泵之前 pA=pC,于是 gpZK ?????=0 則 2eeH Bq? 又 e 38HH??m ])39/(38[ 2?B h2/m5= 10– 2 h2/m5 則 10Hq??? （ qe 的單位為 m3/h） （ 2）輸油管線總長度 2e 2lluH dg? ?? 39 π 0 .0 13 6 0 0 4u ??? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ???m/s= m/s 于是 e 222 2 9 . 8 1 0 . 1 3 80 . 0 2 1 . 3 8gdHll u? ? ? ?? ? ? ?m=1960 m 2．用離心泵（轉速為 2900 r/min）進行性能參數測定實驗。此流量下吸入管路的壓頭損失和動壓頭分別為 m 和 m。泵的必需氣蝕余量為 m。泵吸入管和排出管內徑均為 80 mm，吸入管中流動阻力可表達為 2f,0 1 ? ??（ u1 為吸入管內水的流速， m/s）。 解：在截面 11?? 和截面 22?? 之間列柏努利方程式，得 221 1 2 21 e 2 fp u p ug Z W g Z h??? ? ? ? ? ? ? ? 551 2 2 1 11. 01 33 10 P a 1. 01 33 10 P a 6. 0 m 0p p Z Z u? ? ? ? ? ? ?； ； ；； 02?u ? ?2322e 2e 2 1 f 10 20 6 2 2ll uW g Z Z hd?????????? ?? ??? ? ? ? ? ? ? ??? 64??? 0 . 5 21 0 . 5 1 1 3 0 . 5 1 0 . 86 4 8 6 4 0 . 0 5 84 4 0 . 5 1 2 5 0 0 . 1n n nnnuK nd? ??????