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时间:2018-09-02
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1、化工原理课后习题解答(夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.)第一章流体流动1.某设备上真空表的读数为13.3×103Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7×103Pa。解:由绝对压强=大气压强–真空度得到:设备内的绝对压强P绝=98.7×103Pa-13.3×103Pa=8.54×103Pa设备内的表压强P表=-真空度=-13.3×103Pa2.在本题附图所示的储油罐中盛有密度为960㎏/㎥的油品,油面高于罐底6.9m,油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760mm的圆孔,其中心距罐底800
2、mm,孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106Pa,问至少需要几个螺钉?分析:罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解:P螺=ρgh×A=960×9.81×(9.6-0.8)×3.14×0.762150.307×103Nσ螺=39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得n≥6.23取nmin=7至少需要7个螺钉3.某流化床反应器上装有两个U型管压差计,如本题附图所示。测得R1=400mm,R2=50mm,指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散,于右侧的U型管与大气连通的玻璃管内灌入一
3、段水,其高度R3=50mm。试求A﹑B两处的表压强。分析:根据静力学基本原则,对于右边的U管压差计,a–a′为等压面,对于左边的压差计,b–b′为另一等压面,分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。解:设空气的密度为ρg,其他数据如图所示a–a′处PA+ρggh1=ρ水gR3+ρ水银ɡR2由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记即:PA=1.0×103×9.81×0.05+13.6×103×9.81×0.05=7.16×103Pab-b′处PB+ρggh3=PA+ρggh2+ρ水银gR1PB=13.6×103×9.81×0.4+7
4、.16×103=6.05×103Pa4.本题附图为远距离测量控制装置,用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H=1m,U管压差计的指示液为水银,煤油的密度为820Kg/㎥。试求当压差计读数R=68mm时,相界面与油层的吹气管出口距离h。分析:解此题应选取的合适的截面如图所示:忽略空气产生的压强,本题中1-1´和4-4´为等压面,2-2´和3-3´为等压面,且1-1´和2-2´的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解解:设插入油层气管的管口距油面高Δh在1-1´与2-2´截面之间P1=P2+ρ水银gR∵P1=P
5、4,P2=P3且P3=ρ煤油gΔh,P4=ρ水g(H-h)+ρ煤油g(Δh+h)联立这几个方程得到ρ水银gR=ρ水g(H-h)+ρ煤油g(Δh+h)-ρ煤油gΔh即ρ水银gR=ρ水gH+ρ煤油gh-ρ水gh带入数据1.0³×10³×1-13.6×10³×0.068=h(1.0×10³-0.82×10³)h=0.418m5.用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压,U管压差计的指示液为水银,两U管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为:h1﹦2.3m,h2=1.2m,h3=2.5m,h4=1.4m。锅中水面与基准
6、面之间的垂直距离h5=3m。大气压强pa=99.3×103pa。试求锅炉上方水蒸气的压强P。分析:首先选取合适的截面用以连接两个U管,本题应选取如图所示的1-1截面,再选取等压面,最后根据静力学基本原理列出方程,求解解:设1-1截面处的压强为P1对左边的U管取a-a等压面,由静力学基本方程P0+ρ水g(h5-h4)=P1+ρ水银g(h3-h4)代入数据P0+1.0×103×9.81×(3-1.4)=P1+13.6×103×9.81×(2.5-1.4)对右边的U管取b-b等压面,由静力学基本方程P1+ρ水g(h3-h2)=ρ水银g(h1-h2
7、)+pa代入数据P1+1.0×103×9.81×﹙2.5-1.2﹚=13.6×103×9.81×﹙2.3-1.2﹚+99.3×103解着两个方程得P0=3.64×105Pa6.根据本题附图所示的微差压差计的读数,计算管路中气体的表压强p。压差计中以油和水为指示液,其密度分别为920㎏/m3,998㎏/m3,U管中油﹑水交接面高度差R=300mm,两扩大室的内径D均为60mm,U管内径d为6mm。当管路内气体压强等于大气压时,两扩大室液面平齐。分析:此题的关键是找准等压面,根据扩大室一端与大气相通,另一端与管路相通,可以列出两个方程,联立求解
8、解:由静力学基本原则,选取1-1‘为等压面,对于U管左边p表+ρ油g(h1+R)=P1对于U管右边P2=ρ水gR+ρ油gh2p表=ρ水gR+ρ油gh2-ρ油g(h1+R)=ρ水g
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