化学工程基础习题及答案 - 上课用

第一章 流体流动与输送设备

1．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m和789kg/m,试计算50％（质量％）乙醇

3

水溶液的密度。又知其实测值为935 kg/m，计算相对误差。

解：乙醇水溶液的混合密度

3

3

1?1?20.50.5????

?m?1?2998.2789

??m?881.36kg/m3

相对误差：

?m—?m实?881.36??100%?—1??100%?-5.74% ?

?m实?935?2．在大气压力为101.3kPa的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa。若在大气压力

为90 kPa的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？

解：

p绝?pa?p真?pa?p真''''

p真?pa?(pa?p真)?90?(101.3?85)?73.7kPa

3

3．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m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?p1??gΔz?p2??gh

题3 附图

p2??gh?p1p2?p1(58?42)?103?Δz???h??0.55?2.36m?g?g900?9.81

4. 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。

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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/m和1000 kg/m。

（1）计算玻璃管内水柱的高度；

（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?p0??油gh1??水gh2?p0??水gh

h1 h2 A B D

?h??水h2?油800?h?油1?h1?h2??0.7?0.6?1.16m?水?水1000C 题4 附图

p （2）A?pB pC?pD

1

5．用一复式U形压差计测量水流过管路中A、B两点的压力差。指示液为汞，两U形管之间充满水，已知h1=1.2m，h2=0.4m，h4=1.4m，h3=0.25m，试计算A、B两点的压力差。

解：图中1、2为等压面，即p1?p2 又

p1?pA??gh1

p2?p3??0gR1

3 (1)

1

2 5 6

题5 附图

3

?pA??gh1?p3??0gR14

4

p5?p6?pB??gh3??0gR2p3?p4?p5??g(h4?h2)

?pB??gh3??0gR2??g(h4?h2) (2)

将(2)代入(1)中:

pA??gh1?pB??gh3??0gR2??g(h4?h2)??0gR1

??pAB?pA?pB

??gh3??0gR2??g(h4?h2)??0gR1??gh1??g(h2?h1?h3?h4)??0g(R1?R2)

?(R1?R2)(?0??)g

?(h1?h2?h4?h3)(?0??)g

??pAB

?(1.2?0.4?1.4?0.25)?(13600?1000)?9.81

?241031.7Pa?241.0kPa

6．根据附图所示的双液体U管压差计的读数，计算设备中气体的压力，并注明是表压还是绝

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压。已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为920 kg/m和998 kg/m，压差计的读数R＝300mm。两扩大室的内径D为60mm，U管的内径d为6mm。

解: 1. 2 为等压面,

p1?p2

h1 2

p1?p??1gh1

1

2

题6 附图

p 2

?pa??(h1?R)??Z??1g?R?2g

?p??1gh1?pa?(h1?R??Z)?1g?R?2gp?pa?Rg(?2??1)??Z?1g

R又

?4d2??Z?4D2

d26??Z?2?R?()2?0.3?0.003m60D

?p?pa?0.3?9.81?(998?920)?0.003?920?9.81

?256.6Pa (表压)

7． 为了排出煤气管中的少量积水，用附图所示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排

出。已知煤气压力为10kPa（表压），试求水封管插入液面下的深度h。

解: 煤气表压

p??gh

p10?103h??3?1.02m?g10?9.81

8．为测定贮罐中油品的贮存量，采用图5所

示的远距离液位测量装置。已知贮罐为圆筒形，其直径为

题7 附图

1.6m，吹气管底部与贮罐底的距离为0.3m，油品的密度为850

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kg/m。 若测得U形压差计读数R为150mmHg，试确定贮罐中油品的贮存量，分别以体积及质量表示。（其中压差计指示液为汞）

?013600R??0.15?2.4m 解: H??R?0 ?H??850

3

罐中总高度为: L ?qV? qm?H?h?2.4?0.3?2.7m

?2D?L?0.785?1.62?2.7?5.426m3 4?qV???5.426?850?4612kg

9．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

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密度为1831 kg/m，体积流量为9m/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: qm1 u1??76?4mm

?qV???9?1831?16479kg/h

qV9/3600??0.69m/s 22?d1/40.785?0.0682G?u??0.69?1831?1263.4kg/m?s 11

(2) 小管:

?57?3.5mm

?16479kg/h

质量流量不变 qm2 u2?qV9/3600??1.27m/s 22?d2/40.785?0.05u2?u1(d1268)?0.69()2?1.27m/sd250 或:

2G?u???1.27?1831?2325.4kg/m?s 2 210． 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。

1

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?p1p121?u12?Z2g?2?u2??hf?2?2题10 附图

其中Z1=H, Z2=0, P1=P2, u1=0

12H?(u2??hf)/g 简化:

2

4