流体输送与传热习题答案.docx

流体输送与传热习题答案
流体输送与传热习题答案

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《流体输送与传热》习题答案
1。 燃烧重油的燃烧气,经分析测知其中含8。5%CO2、7。5%O2、76%N2、8%H2O(体积分数)，试求温度为500oC、压强为1atm时，该气体的密度。
解:根据气体的状态方程，因此只需求出混合气体的平均分子量即可.

2。 在大气压为0.101MPa的地区,某真空精馏塔顶真空表的读数为0。095MPa，若在大气压为0。088MPa的地区使该塔内绝对压力维持相同的数值，则真空表的读数应为多少？
解：真空度＝大气压－绝对压力
即，精馏塔内绝对压力＝0。101－0.095＝0。006MPa
故,在大气压为0。088MPa的地区，保持塔内压力不变，
真空表读数＝0。088－0.006＝0。082MPa

3。 如图所示的储油罐中盛有密度为960kg/m3的油，油面距罐底9。6m，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800mm，孔盖用M14钢制的螺钉固定，该螺钉材料的工作应力取为3.93×107N/m2。问至少需要几个螺钉？
解：根据流体静力学原理，圆孔处的压力为：

因此,对圆盖的力为：

M14六角螺钉的尺寸为22mm（相间顶点间距），则其面积为:

则每个螺钉可承受的力为：
故需要的螺钉数目为:
即：最少需要3个螺钉才可.

4。 如图所示的一冷冻盐水循环系统，盐水的循环量为45m3/h,密度为1100kg/m3，管路的直径相同，盐水自A流经两个换热器到B处的能量损失为98J/kg，自B流到A处的能量损失为49J/kg,试计算:
（1）泵的轴功率为多少kW，设泵的效率为70％；
（2）若A处的压力表读数为0.25MPa,B处的压力表读数为多少？

解：自B流向A时,有伯努利方程：

由于管路管径相同，
(1）
自A流向B时，有伯努利方程：

故: （2)
代入（1）式有：
盐水的体积流量,密度，即其质量流量为:

因此，泵的有效功率为：
泵的效率，故泵的轴功率为
由(2）式可知：
故：(表压）

5、将25oC的水由水池打至一高位槽，槽的水面高于池面50m，管路摩擦损失为20J/kg，流量为34m3/h，问对水需加多大的功率才能达到目的？

解：将水池液面定为1－1，高位槽液面定为2－2,有伯努利方程：

其中：,，故:

水的密度，其质量流量为：

故对水的有效功率为：

6、用离心泵从井中抽水，吸水量为20m3/h，吸水管直径为f108×4（mm),吸水管路阻力损失为0.5m水柱，求泵入口处的真空度为多少？

解：设水面为1－1，泵入口处截面为2－2,有伯努利方程：

（1)
其中：
吸水管内径
故：
代入(1）式有：
即泵入口处的真空度为0。06MPa

《化学反应工程基础》习题

1、反应动力学方程推导。反应A2 + 2B 2P 按下述机理进行：

如果第一步为可逆反应，且相对于第二步反应比较慢，试推导反应物A2的净消失速率方程。
解:由于第一步反应很慢（相对于第二步），反应物A2的净消失速率由第一步反应控制，即:

对于第二步反应而言，其接近在平衡浓度条件下进行，因而其平衡表达式为：
即：,故，,代入上式有A2消失速率：

2、醋酐稀水溶液的液相水合为二级不可逆反应：
(CH3CO） 2O + H2O 2CH3COOH
进行水合的间歇反应器温度为15℃,初浓度为2。16×10-4 mol/cm3，装料200L，反应混合物密度为1.05 g/cm3，反应速率的典型结果如下表所示,表中cA为醋酐浓度（mol/cm3）
T (℃）
10
15
25
40
（— rA）
[ mol/（cm3.min） ］
0.0567cA
0.0806cA
0。1580cA
0.380cA
（1） 如反应在15℃下等温操作，醋酐转化率达到0。7需要多长时间?
（2） 确定以温度和浓度表示的反应速率方程式。
解：反应式 （CH3CO） 2O + H2O 2CH3COOH
A + B
已知间歇反应器体积为VR=200L, cA0=2.16×10—4 mol/cm3， 反应器中水的浓度为：
，即在反应过程中水的浓度基本不变，故反应速率方程可写成：
上式积分有：
将代入有：t =14。94 min
（2） 根据速率常数与温度的关系式：有：
, 利用下表数据作图
T （℃）
10
15
25
40
1/T (K-1)
0.00353
0。00347
0.00336
0.00319
k
0。0567
0。0806
0.1580
0.380
lnk
—2。86998
—2。51826
-1.84516
—0.96758

结果有：

故：
代入速率方程有：

3、在容积为2。5 m3的理想间歇反应器进行液相反应：A + B P
反应维持在75℃等温操作，实验测得反应速率方程式为

当反应物A和B的初始浓度cA0 = cB0 = 4 mol/L，而A的转化率xA = 0。8时，该间歇反应器平均每分钟可处理0.684 kmol的反应物A.
（1）今若将反应移到一个管径为125mm的理想管式反应器中进行，仍维持75℃等温操作,且处理量和所要求转化率相同，求所需反应器的管长。
（2）若上述反应移到一个连续搅拌釜式反应器中进行，且反应温度、物料初始浓度、反应转化率和物料处理量等都保持不变，求此反应器的体积为多大？
（3）又假定该反应在间歇搅拌釜中进行，每两批反应之间还需20min时间用于出料、加料和升温，反应器中物料装填系数为0。8，此时为达到同样的生产能力，间歇釜的体积应为多少？

解：（1）由于cA0 = cB0，且是等摩尔反应,所以速率方程式可写成：

此反应在理想间歇反应器中达到要求转化率所需反应时间为：

此反应时间等于理想管式反应器中的平均停留时间,即t = 6min
令FA0为摩尔进料流率，按题意可知:FA0 = 0.684 kmol/min
则物料进料体积流量为:
反应器体积VR为：
故管长L为：
（2）连续釜式反应器的物料衡算式为:
，代入已知数据有：

由规定的生产能力求取反应器体积VM:

（3) 间歇反应器每批所需时间为6min，加上生产辅助时间共26min,为达到上述生产能力，反应器体积V为：

4、简述阶跃过示踪法和脉冲示踪法测定停留时间分布的基本原理。
略。