化工原理计算题及答案.doc

1、19计算题答案化工原理试卷计算题答案一、计算题 ( 共43题 320分 )1. 5 分 (2823)D2823 取水池液面为11截面，贮槽水面为22截面，并以截面11为基准水平面。在截面11和22间列伯努利方程：gZ1+e= gZ2+式中：Z1=0，Z2=10 m p1= p2=0(表压) u1= u20 =20 Jkg-1则泵所提供的能量为：e= gZ2+=9.8110+20=98.1+20=1.2102 Jkg-12. 10 分 (3758) D3758 (1)求热气体向冷气体传递的热流速率, : 已知: 冷气体的进出口温度=310 ,=445 ; 冷气体的质量流量=8000kgh-1，则

2、冷气体单位时间获得的热量, =; 冷气体单位时间损失的热量, =0.1; 热气体向冷气体传递的热流速率, =+=1.1 =1.11.05103(445-310) =3.47105 W (2)求热气体最终温度, T2： 由热气体热量衡算可得 =1.05103(580-T2)=3.47105 W T2 =342 580-445=135 =342-310=32 =71.6 （即71.6 K） K=24.2 Wm-2K-1。3. 5 分 (2466)D2466 以槽内液面为截面11，容器与出口导管联接处为截面22，并以截面22为基准面，列伯努利方程：（流体阻力可略而不计） Z1+= Z2+ 4=+ 4

3、=+0.46 p2=34.7 kPa(表压)。4. 10 分 (3711)D3711由冷、热流体的热量衡算：（无污垢）（有污垢）得：，则 无污垢时：（60+50）=55 有污垢时：（68+60）=64 又：即：， 则则污垢热阻占原总电阻百分比为： 。5. 10 分 (4951)D4951 (1) 由=0.630得R=1.70 (2) 由=0.361得xd=0.975 (3) 由=1.805可得=2.24 由=0.00966可得=0.00966 将式代入式可得:xw=0.0120 (4) 由两操作线方程联立求解交点坐标: y=0.630xf+0.361 y=1.805xf-0.00966 解得:

4、xf=0.315。6. 5 分 (2190)D2190 已知：=950 kgm-3, pv=1.093105 Pa, p=1.013105 Pa 为使液封槽中形管出口处的气泡不逸出，则该出口处的压强pv p+gh 用已知数据代入得h0.86 m7. 10 分 (3708)D3708（1） 逆流时， 120 70 60 20 （逆流）= （2） 并流时， 120 T2 20 （并流）= 即： 解上两式方程得：T2=75.2 ， 55.8 （3） 传热速率比原来降低的百分数为： 8. 10 分 (4547)D4547 气体进塔浓度Y1=0.099 气体出塔浓度Y2=0.099(1-0.9)=0.0

5、099 液体进塔浓度x2=0 惰性气体摩尔流量FB =37.9 kmolh-1 与成平衡的液相组成X1*=0.0033 吸收剂最小用量(FC)min= =1.02103 kmolh-1 (1) 实际吸收剂用量FC =1.2(FC)min=1.23103 kmolh-1 qm,C =1.2310318=1.22104 kgh-1 (2) 溶液浓度FB (Y1-Y2)=FC (X1-X2) X1= (3) 液气比=32。9. 5 分 (2465)D2465 设大气压强为p0。先确定A，B，C，D点的压强：pA=R2(Hg)g + p0= pBpC=R1(Hg)g + pB= p+(H2O)g(h1

6、- h2)R1(Hg)g + R2(Hg)g + p0= p+(H2O)g(h1- h2)g由此可得锅炉内表压力：p- p0=( R1+ R2)(Hg)g-(h1- h2)(H2O)g =(1.2+1.1)136009.81-(3-1.2)10009.81=2.89105 Pa*. 5 分 (3733)D3733（1） 逆流时：300 180 170 80 =130 ，=100 =115 （2）=（6.9105-3.8105）=3.44105 W而=KAA=20 m2。11. 5 分 (4530)D4530 Y1 =0.0417 Y2= Y1 (1-)=0.0417(1-0.8)=0.0083

7、4 (FC )min=FB =10000.96 =96.9 kmolh-1 实际用洗油量FC =1.5(FC )min=1.596.9=145 kmolh-1。12. 5 分 (4935)D4935因为苯和甲苯的混合物为理想物系，所以=2.38 xA=0.26 yA=0.45 或yA=0.4613. 5 分 (4973)D4973 苯的摩尔质量为78 kmolh-1 甲苯的摩尔质量为 92 kmolh-1 馏出液组成：xd=0.974 精馏段操作线方程式为： yn +1=xn +=0.78 xn +0.216 该操作线斜率为0.78 ,截距为0.216。14. 5 分 (4526)D4526

8、yA=0.00974=9.7410-3 xA=0.0108 cA=0.588 kmolm-3 (1) H=5.9610-4 kmolm-3Pa-1 (2) E=9.14104 Pa (3) m=0.902。15. 5 分 (3732)D3732（1） 并流时：300 200 20 180 =280 ，=20 =98.5 (2)逆流时: 300 200 180 20 =120 , =180 =150 (3)当石油需预热到达250 时,由于热裂物的最终温度为200 ,显然不能采用并流而只能采用逆流。 逆流时：300 200 250 20 =50 ，=180 =101.5 。16. 5 分 (376

9、3)D3763 K=214 Wm-2K-1 =0.107=10.7%。17. 10 分 (4972)D4972 (1) q=1 yq =0.714 Rmin=0.869 R=1.50.869=1.30 （2）R不变，随塔板数增多，精馏段操作线平行上移，最大极限是q线与操作线交点落于平衡线，则此时，R=Rmin而xd达最大极限值 (xd)max。 Rmin=1.30 (xd)max=0.99 这时，塔板数为无穷大。18. 10 分 (2152)D2152对11和22截面（如图所示）： gZ1=(1+)+（表压） = = =25.0 m2s-2对22和33截面：（u2= u3）（表压）=（）+hf

10、（阀门）则阀门阻力引起的能量损失hf（阀门）=2.6104/1000-0.03 =26-18.75 =7.25 Jkg-119. 5 分 (4968)D4968 y1=xd=0.95 全回流操作，y2=x1=0.916 y1*=0.964 =0.71。20. 5 分 (4538)D4538 y1=0.08 Y1 =0.0870 X1* =0.00326=3.2610-3 FB (Y1 -Y2 )=GA=31.25 kmolh-1 (FC )min=9586 kmolh-1 qV,C =285 m3h-121. 5 分 (2803)D2803按umax计算雷诺数：(Re)max=9002000因

11、此流型肯定为层流，且已知平均流速u=0.5 umax =0.50.09=0.045 ms-1=hf= =0.144 Jkg-1水流过的压降为p=0.1441000=144 Pa。22. 5 分 (4546)D4546M(SO2)=64 ,M(H2O)=18x=0.00862p*=Ex=3.551030.00862=31 kPa。23. 5 分 (2169)D2169(1)管内径d=22-23=16 mm 管内水流速u=3.87 ms-1 Re=6.20104(2)选高位槽水面为11截面，选管子出口为22截面，并以22截面为基准面，不计阻力损失，则 gZ1+=gZ2+因为p1=p2=大气压, Z

12、2=0, u10, Z1=0.763 m24. 5 分 (2471)D2471P0=0.091 MPa=9.1104 PapA=9.1104+6.0104=1.5105 Pa(绝压)pB=9.1104+1.01105=1.5105 Pa(绝压)pC=9.1104+0.60010009.81=9.69104 Pa(绝压)。25. 10 分 (2160)D2160 先求作用于孔盖内侧的压强。设作用于人孔盖的平均压强等于作用于盖中心点的压强。以罐底为基准水平面，压强以表压计算，则 Z1=10.4 m Z2=0.8 m p1=0 =0.981000=980 kgm-3 p2=p1+g(Z1-Z2) =

13、0+9809.81(10.4-0.8) =9.23104 Nm-2人孔盖上所承受的全部压力F为： F= p2s=9.23104() =2.61104 N26. 5 分 (2190)D2190 已知：=950 kgm-3, pv=1.093105 Pa, p=1.013105 Pa 为使液封槽中形管出口处的气泡不逸出，则该出口处的压强pv p+gh 用已知数据代入得h0.86 m27. 5 分 (2455)D2455(1)转子流量计在流速较大时，丙酮与水的体积流量之比为：对20 的丙酮 (丙酮)=790 kgm-3 ，qV(丙酮)=8.04 Lh-1 (2)对于(硫酸)=1300 kgm-3的硫

14、酸 ，qV (硫酸)=3.33 Lh-128. 5 分 (4503)D4503 Y1=0.0225 Y2=0.0010 X2=0 因为Y*=，对于稀溶液Y*=mX 所以()min=521 则=1.3()min=1.3521=677 故X1=X2+(Y1-Y2)=0+(0.0225-0.0010) 0.0000318 =3.1810-5。29. 5 分 (2470)D2470如图列出pA，pB，pC压强pA= p0+R1g= p0+15900.19.81= p0+1560 PapB= pA- h1-( h2-R1)g= p0+981 PapC= pB+R2g= p0+2541 Pa则pE= pC

15、-R2g= p0+1560 PaE点表压为1560 Pa30. 10 分 (2824)D2824 在贮槽液面11与测压口中心22间列伯努利方程：gZ1+ = gZ2+已知：p1=0(表压)，u1=0，Z2=0由此可得： gZ1 =+ 当阀门开启时：p2+gh=p+gR (p为大气压) p2 =gR -gh =3.963104 Pa (表压) 当阀门关闭时：p+g(Z1+h)=p+gR Z1=-h=-1.52=7.18 m =(+)=(0.025+0.5)=4.25将Z1，p2和的值代入式：9.817.18=+4.25解得管内流速：u2=3.42 ms-1 体积流量：qV=3.420.12360

16、0=96.7 m3h-131. 5 分 (2823)D2823 取水池液面为11截面，贮槽水面为22截面，并以截面11为基准水平面。在截面11和22间列伯努利方程：gZ1+e= gZ2+式中：Z1=0，Z2=10 m p1= p2=0(表压) u1= u20 =20 Jkg-1则泵所提供的能量为：e= gZ2+=9.8110+20=98.1+20=1.2102 Jkg-132. 10 分 (3710)D3710根据多层圆筒壁径向的传热速率为常数，则按保温砖层计算每小时单位长度的热损失： =600 kJh-1m-1 =1.695, r2=1.695r1=1.69550=85 mm故保温砖的最小厚

17、度=r2-r1=85-50=35 mm同理按玻璃棉计算： ，r3=2.3385=198 mm则此时相应的玻璃棉厚度mm。33. 10 分 (4551)D4551(1) 最小液气比y1 =1.4310-2Y1 =1.4510-2y2 =1.4310-3Y2 =1.4310-3X2 =0X1 *=5.2910-3 ()min=2.47(2) 吸收剂的质量流量 =1.5 ()min=1.52.47=3.71FC =3.71FB =3.71qV,0 (1-y1)22.4=3.711000(1-1.4310-2)22.4 =163 kmolh-1qm,C =FC MC =16318=2.93103 kg

18、h-1(3) 出口溶液的摩尔比(比摩尔分数) 由FB (Y1 -Y2 )=FC (X1 -X2 )得X1 =+X2 =+0 =3.5210-334. 10 分 (3727)D3727(1) 传热速率: =4.18103(45-20)=8.13104 W(2) 传热面积: =47.6 A=1.71 m2(3) 管长:L=1.5 m。35. 10 分 (2187)D2187= u2=u1()() (其中=1.24) =2.5=17.1 ms-136. 10 分 (2162)D2162证明：水平时，由伯努利方程得：-p=pA-pB=hf hf直管阻力造成的能量损失（Jkg-1）压降-p与压差计读数的

19、关系：-p =R -gR 由式、式得：R= 倾斜时，同理：-p=pA -pB=hf+gh 且-p=（R-）Rg+gh 比较式、式得：R= 由于水平和倾斜时，管径、管长和流量均不变则 hf= hf故R= R。37. 10 分 (4919)D4919 (1) Ff = Fd+Fw =100 Ff xf=Fdxd+ Fwxw 即1000.60=Fd0.96+Fw0.04 0.92Fd=60-4=56 则 Fd=60.9 kmolh-1 Fw=39.1 kmolh-1 馏出液平均摩尔质量： Md=0.9678+0.0492=74.6 kgkmol-1 残液平均摩尔质量： Mw=0.0478+(1-0.

20、04)92=91.4 kgkmol-1 馏出液量：qm , d=60.974.9=4561 kgh-1 残液量：qm , w=39.191.4=3574 kgh-1 (2) q=1 FV=FV=150 kmolh-1 FL=FV-Fd=150-60.9=89.1 kmolh-1 R=1.46 (3) yn +1=xn += yn +1=0.595xn +0.39038. 10 分 (4943)D4943 xA=0.41 yA=0.73=3.89相平衡方程为： yA=39. 10 分 (4911)D4911 （1）求Fd 和 Fw xf=0.346 xd=0.983 xw=0.0141 Mf=0

21、.34678+(1-0.346)92=87.16 Ff=100 kmolh-1 由全塔物料衡算： Ff = Fd+Fw Ff xf=Fdxd+ Fwxw 代入数值得：100= Fd +Fw 1000.3460.983 Fd +0.0141Fw 解得 Fw =65.75 kmolh-1=18.26 mols-1 Fd=34.25 kmolh-1=9.51 mols-1 (2) 求上升蒸气的摩尔流量FV ； FV=FL+Fd=RFd+Fd=(R+1)Fd=(2.5+1)9.51=33.30 mols-1 (3) 求回流液的摩尔流量FL ： FL=RFd=2.59.51=23.78 mols-140

22、. 10 分 (3764)D3764 由冷气体一侧计算传热速率: =+ , =0.1, =+=1.1 =1.11.05103(430-300) =4.17105 W 由热气体一侧计算传热速率: = 4.17105=1.05103(550-T2) 由上式解得: T2=407 =2, = =114 (亦即114 K) K=12.2 Wm-2K-1。41. 10 分 (2154)D2154 对11和33截面（如图所示）： gZ1=u2+=u2+(0.5+2) u2 u2= gZ1=g3=g=9.81 m2s-2对22和33截面： + gZ2=hf(BC)+ =2u2+则B点的真空度=(p3-p2)=

23、( gZ2-2u2) =(9.814-29.81) 1500 =2.94104 Pa42. 10 分 (3760)D3760 78-15=63 , 78-30=48 =1.31, 该冷凝器足以完成任务。43. 10 分 (1159)D1159选100 mol丙烷作为计算的基准由方程C3H8+5O23CO2+4H2O可知每100 mol丙烷需消耗500 molO2，生成300 molCO2和400 molH2O则空气的总投入量为5001.250.21=2976.2 mol剩余N2：2976.20.79=2351.2 mol剩余O2：5001.25-500=125 mol则烟道气总量为300+400+2351.2+125=3176.2 mol故生成100 mol的烟道气需丙烷为 mol需空气的量为mol19