化工原理(上册)课后习题

1、 某湿物料原含水量为10%，在干燥器内干燥至含水量为1.1%（以上均为质量%）。试求

每吨湿物料除去的水量。 解：

方法一：设G1 =1t=1000Kg 。已知w1=10%、w2=1.1%

物料衡算：1G1W(G1W)1.1% 解：W=90Kg

方法二：G1(1)(G1W)(12)

1 解：W=90Kg

2、采用两个连续操作的串联蒸发器以浓缩NaOH水溶液，每小时有10吨12%的NaOH水溶液送入第一个蒸发器，经浓缩后的NaOH水溶液再送入第二个蒸发器进一步浓缩至50%的碱液（以上均为质量%）排出。若每个蒸发器蒸发水量相等，试求送入第二个蒸发器的溶液量及其组成（用NaOH的质量%表示）。

W F0=104kg/h ω0=12% F1=F0-W ω1 W F2=F0-2W ω2=50%

解：不变组份衡算式

第一蒸发器 第二蒸发器 F00F221040.12(1042W)0.5W3800kg/h

F1F0W1000038006200kg/h

以第一蒸发器为衡算范围：

F00F111040.1262001119.4%

3、一间壁式换热器用冷却水将间壁另一侧1500kg/h、800C的某有机液体冷却到400C，冷却

0C）水的初温为300C，出口温度为350C，已知该有机液体的平均定压比热容为1.38kJ/（kg·。

试求冷却水用量。

解：C4.186kJ(kgC)

水0 1500Cp液(toto)WC水(t1t1)

W3956Kg/h

第一章

1、试求氨在2.55MPa（表压）和160C下的密度。已知当地大气压强为100kPa。 解：

32.55101002650kPa P绝

P 绝MRTH2 40 26501718.75kgm3

8.314289N2 20 CO 32 CO2 7 CH4 1 2、 某气柜内压强为0.075 Mpa(表压)，温度为400C，混合气体中各组分的体积百分数为： v i% 试求混合气的密度。当地大气压强为100kPa。 解：

P30.07510100175kPa 绝M4022028322874411616.8kgkmol

100PM17518.61.25kgm3

RT8.31431387kPa地区，仍要求塔顶绝压维持在相同数值下操作，问此时真空表读数应为多少kPa?

3、 在大气压强为100kPa地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为90kPa。若在大气压强为

解：

P真P大P绝100P绝10kPa P大P绝77kPa

P真4、 计算20°C下苯和甲苯等体积混合时的密度及平均分子量。设苯—甲苯混合液为理想溶液。

解：20°C 苯879kg/m3 甲苯867kg/m3 等体积时

m1m2879867m879867873kg/m3 M84.4kg/mol v2n879867789235、 用普通U形管压差计测量原油通过孔板时的压降，指示液为汞，原油密度为860kg/m，

压差计上测得的读数为18.7cm。计算原油通过孔板时的压强降，kPa 解P(-油）

汞gR=(13600-860) 9.810.18723.37kPa

6、 一敞口烧杯底部有一层深度为51mm的常温水，水面上方有深度为120mm的油层，大

气压强为745mmHg柱，温度为30°C，已知油的密度为820kg/m。试求烧杯底部所受的绝对压强，kPa

解：

3PPP油P油gR油gh1水gh2

136009.810.7458209.810.12995.79.810.051100.81kPa

7、如图所示，用连续液体分离器分离互相不溶的混合液。混合液由中心管进入，依靠两液 的密度差在器内分层，密度为860kg/m的有机液体通过上液面溢流口流出，密度

3

1050kg/m的水溶液通过U形管排出。若要求维持两液层分界面离溢流口的距离为2m，问液封高度z0为多少m? 解：P0P油3gR1P0水gR2 R28609.8121.638m

10509.818、 用来测量气体导管中某截面上的压强，压差计的一侧与导管测点相连，另一

侧敞口。已知大气压强为750mmHg，指示液为水和轻油，它们的密度分别为

1000kg/m和860kg/m，压差计读数为150mm。试求被测气体导管截面上的绝对压强？ 解：P1P0(水33-油gR）

P1汞g0.75(1000860)g0.15100.268kPa

9、一异径串联管路，小管内径为φ50mm，大管内径为φ100mm。水由小管流向大管，其体积流量为15m3/h,试分别计算水在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。

解：解: (1) 大管:

WsVs15100015000kg/h u1Vs15/36000.531m/s 220.785d0.7850.12 G1u10.5311000530.8kg/ms (2) 小管:

质量流量不变 Ws215000kg/h

u2Vs15/36002.123m/s 20.785d20.7850.052d121002)0.531()2.123m/s d2502 或: u2u1( G2u22.12310002123kg/ms

310、水以17m/h的流量经一水平扩大管段，小官内径d140mm,大管内径d280mm,。

如图所示的倒U形管压差计上的读数R为170mm。求水流经1、2截面间扩大管段的阻力损失为多少J/kg。

u22p2u12u22p1p2u12p1gz2hfhf 解：gz1 2222u117/360017/3600 3.76m/su0.94m/s p2p1gR 220.7850.040.7850.0823.7620.942hf9.810.174.96J/kg

211、某一高位槽供水系统如附图所示，高位槽高于地面8m，管子规格为φ108×4.0mm。

u2埋于地面以下1m，出口管高出地面2m。能量损失可以表示为hf45()J/kg（u为水

2在管内的流速）。试求：

（1）水在管内的流量（m3/h）。

（2）欲使水量增加10%，应将高位槽的液面增高多少m？；

解: (1)

p112u12Z2g2u2hf22121269.810000u245u22269.81u23Z1gVs36000.7850.123p169.8145.2m3/h23(2) Vs'45.21.149.72m/h

u'1.7649.72/36001.76m/s 20.7850.1z9.81z7.26m 23z7.26281.26m12、如图所示水槽，页面恒定，底部引出管为1084无缝钢管。当阀门A全闭时，近阀

门处的玻璃管中水位高为h为1m，当阀门调至一定开度时，h降为400mm，此时水在该系统中的阻力损失为300mm水柱，试求管中谁的流量，m/h 解：u0

3z0pp1m 后z00.4m gghf/g0.3m

u20.39.812.4m/s Vs36002.40.7850.1268.7m3/h

13、25℃水在φ76×3mm的管道中流动，流量为30m3/h，试判断流型；若保证管内流体作层流流动，则管内最大平均流速应为多少。

解: 查附录25℃水物性:

996.95kg/m,30.903cP

30Vs36002.1665m/s u20.785d0.7850.072 Redu0.07996.952.166551.67104000 30.90310

为湍流

2000du0.07996.95uu0.0259m/s

0.903103315、某输液管输送20°C某有机液体，其密度为1022kg/m，粘度为4.3cP。管子为热轧

无缝钢管573.5，要求输液量为1m/h，管子总长为10m。试求：①流过此管的阻力损失，J/kg；②若改用无缝钢管252.5，阻力损失为多少J/kg？钢管的绝对粗糙度可取为0.2mm 解：1022kg/m333 u4.310Pas VS1m/h

3Lle10m

d50mm0.05m

VS1/3600 u0.14m/s 220.785d0.7850.05①Redu10220.05136000.7850.0521681 4.3103

64640.038Re1684LLeu2100.142hfd20.0380.0520.0765J/kg

②uVS1/360010220.020.8850.885m/sRe4205

0.785d20.7850.0224.31030.2/d0.01 0.05

20

LLeu2100.8852hfd20.250.0229.79J/kg

16、水以2.710m/s的流量流过内径为50mm的铸造管。操作条件下的粘度为

1.09mPas，密度为992kg/m。求水通过75m水平管段的阻力损失，J/kg

3333解：VS2.710m/s d0.05m u1.0910Pas 9921kg/m

333VS2.71031.38m/s L75m u0.785d20.7850.052Redu0.051.3899246.2810 31.0910/d0.750.01查得0.046 50lu2751.382hfd20.0460.05265.7J/kg

17、某液体流过普通普通热轧无缝钢管27311.0,管壁粗糙度为2.5mm，管长为150 mm，

允许阻力损失为5.3m液柱。已知该液体的运动粘度为2.310m/s，试确定其体积流量，m/h

362lu25.3u20.174 解：Hfd2g 设0.02 则 u2.95m/s Redu0.2512.952.553.210 0.01 查得0.038

2.3106d251 进入完全平方区0.038 则 u2.14ms Vh36000.7850.2512.14381mh

18、原油以28.9m/h流过一普通热轧无缝钢管，总管长为530m，允许阻力损失为80J/kg，

原油在操作条件下的密度为890kg/m，粘度为3.8mPas。管壁粗糙度可取为0.5mm。试选择适宜的管子规格。

32335300.01023228.90.01023802886.64  解：u

d2d4d536000.785d2d2

设0.025 d0.097m 则u1.1ms

0.0971.18904 2.51033.8100.5 0.005 查得0.035

d97 Re 设0.035 d0.104m则u0.95ms

0.950.1048904 2.31033.8100.5 0.005查得0.035

d104 Re d104m 1144

19、如图示用泵将贮槽中的某油品以40m/h的流量输送到高位槽。两槽的液位差为20m。

输送管内径为100mm，管子总长为450 mm。试计算泵所需的有效功率。设两槽液面恒定。油品的密度为890kg/m，粘度为0.187Pas。 解：u 33400.11.4890 1.4ms673.65 Re36000.7850.120.18764Re5301.420.95 hf0.095419Jkg

0.12u2P1u2P2WeZ2ghf z1g221.42419616Jkg We209.812

Pewevs616890406.1kW

3600320、用玻璃虹吸管将槽内某酸溶液自吸出来，溶液密度为1200kg/m，粘度为6.5cP.玻璃

虹吸管内径为25mm，总长为4m，其上有两个90标准弯头。若要使输液量不小于

0.5103m3/s，高位槽液面至少要比出口高出多少m?设高位槽内液面恒定。 0.51031.02ms 解：u20.7850.025

Re0.0251.0212004703.6 36.5100.3164R0.25elu20.038 hf(g)3.96Jkg

d2

1.0223.960.26 h20.483m

9.8124、某流体在光滑圆形直管内作湍流流动，总管长和管径均不变，而流量增加为原来的两倍，

问因流动阻力而产生的阻力损失为原来的多少倍？摩擦系数可用柏拉修斯公式计算。 解

：

lu2hfd2

0.3164Re0.15

uVSA

VS22VS1U22U1

Re22Re12第二章

2 0.1511hf2hf1120.1543.36

1、某离心泵在转速为1450r/min下用20°C清水做性能试验，测得流量为240m/h，入

口真空泵的读数为0.01MPa，出口压强表读数为0.43MPa，两表间垂直距离为0.4m。

试求此时对应的扬程值。 解： 998.2kgm

33(0.430.01)10PP10.445.3m HehO2g998.29.812、某离心泵输水时得到下列数据：转速n1450r/min，流量Q=60m/h，扬程H=52m，

轴功率N=16.1kW。试求：此泵的效率；若要求流量增加至80m/h，转速应增加多少？并估算此时相应的扬程和功率。（假设泵的功率不变） 解：336NNeQQHh8n0.528 11n21933rmin Nn2Q26

1664nNnH2(2)2 H292.4m 2(2)3N238.1kW

927n1N1n1H13、用内径为106mmd镀锌钢管输送20°C的水溶液（其物性与水基本相同）。管路中直管

长度为180mm,全部管件、阀门等的局部阻力的当量长度为60mm，摩擦系数可取为0.03。要求液体由低位槽送入高位槽，两槽均敞口且液面维持恒定，两液面见垂直距离为

16m ，试列出该管路的特性方程（流量Q以m/h计）。 解：Az3P16m g Hf(lle)u2d2g0.03(18060)Q()

0.10629.8136000.7850.1062

B

0.032403.43103 5220.10629.8136000.78532163.4310Q He235．已知某离心清水泵在一定转速下的特性方程为：H27.015Q式中Q为m/min。

此泵安装在一管路系统中，要求输送贮罐中密度为1200kg/m的液体至高位槽中，罐与槽中的液位差为10m,且两槽均与大气想通。已知当流量为1410m/s时，所需扬程为20m。试求该泵在管路中的工作点。 解：设管路H10BQ

2010B(141060)B14.17Q1014.17Q① H27.015Q② 联立①②解Q0.58Q45.8mh H18.3m

36．将密度为1500kg/m的硝酸由地面贮槽送入反应釜。流量为7m/h，反应器内液面与

32233222333贮槽液面间垂直距离为8m，釜内液面上方压强为200kPa（表压），贮槽液面上方为常压，管路阻力损失为30kPa。试选择一台耐腐蚀泵，并估算泵的轴功率。

(20030)10323.6m依据Q7m3h H23.6m 解: He815009.81 选40F26型

715009.8123.6 N36001.53kW

0.447．某厂将50C重油由地下贮油罐送往车间高位槽，流量为40t/h，升扬高度为20m，

油管总长为300m(包括局部阻力的当量长度在内)。输送管采用无缝钢管1084。已知50C下重油密度为890kg/m，粘度为187mPas。试选择一台适宜的油泵。 解：Q Re340103Q44.9m3h u1.59ms

89036000.7850.0164du0.085 756.4 uRelu2He2052.7m 所以应选80Y60

d2

第三章

1．试计算直径为50m的球形石英颗粒（其密度为2650kg/m），在20C水中和20C常压空气中的自由沉降速度。 解：在水中

3utgdp2()p18up0.0025ms

Retdu0.112成立 u 在空气中

utgdp2()18u30.2ms

Retdu0.672成立 u2．求密度为2150kg/m的烟灰球粒在20C空气中作层流沉降的最大直径？ 解：

dpg()pguut77.3um

34．温度为200C的常压烟道气，以1.6m/s（操作状态）的流量，送入长宽高为10m2m2m的降尘室。已知烟尘密度为4880kg/m，求可以完全分离下来的最小烟尘的直径。

3V18t1.6181.81050.08解；dPe28m tcS0.08

9.81(p)9.81(48801.205BL210Rtedpctc281060.81.2050.142 成立 51.81029．过滤面积为0.093m的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。过滤时间为50秒时，共获得2.27103m3滤液。问过滤时间为200秒时，共获得多少滤液？

2.271033.3510322.4410 q23.6102 解：q10.0930.093qe4.1103 k1.59105 200秒时q224.1103q2001.59105

q0.0526 VqA0.05260.0934.89103m3

10．BMS50/810-25型板框压滤机，滤框尺寸为81081025mm，共36个框，现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数K为2.72103

3

5m2/s，qe为3.45103m，每滤出

1m滤液同时，生成0.148m滤渣。求滤框充满滤渣所需的时间. 解；V0.593.986 A总=0.81223647.239m2 0.108

2223V总=0.810.025360.59m V2VVeKAt

3.986223.9863.4510347.2392.7210547.2392t

t283s

第四章

3．某蒸汽管外径为159mm,管外保温材料的导热系数0.110.0002tW/mC，蒸汽管外壁温度为150C。要求保温层外壁温度不超过50C，每米管长的热损失不超过200

W/m，问保温层厚度应为多少?

解

：

tt1t2150501000C0.110.0002t0.110.00021000.13W/mC 22Qt15050 2001592llnr2r1ln/20.1315921592ln0.1340.1mm

1594．763的钢管外包一层厚30mm的软木后，又包一层厚30mm的石棉。软木和石棉的导热系数分别为0.04 W/mC和0.16 W/mC。已知管内壁温度为-110C，最外侧温度为10C求每米管道所损失的冷量。 解

：

t1t4Q110102244.8W/mr386898rrlln/45ln/0.04ln/0.16ln2/1ln3/2ln4/3353868r1r2r36．常压空气在内径为20mm的管内由20C加热至100C，空气的平均流速为12m/s，试求水与空气侧的对流给热系数。

2解：t60c 1.06kg/m cp1.005kj/kg 0.02896W/mC

32.0105Re0.02121.0641.2710 50.01101.0051032.01105Pr0.6975

0.028960.0230.02896(1.27104)0.80.69750.455.3W/m2C

0.027．水以1.0 m/s的流速在长3m的252.5的管内由20C加热至40C，试求水与管壁

之间的对流给热系数？若水流量增大50%，对流给热系数为多少？ 解：

995.7kg/m3

Cp4.17103J/(kgC)

0.6176W(m2C)

0.8103Pas

0.021.0995.72.5104 pr5.4 30.8100.61760.023(2.5104)0.85.40.44.6103W/m2C

0.02Re

8．在常压下用套管换热器将空气由20C加热至100C，空气以60kg/h的流量流过套管环隙，已知内管573.5mm，外管833.5mm，求空气的对流给热系数？ 解：t2010060C查1.060kg/m3、CP1.005103J/(kgC) 225 0.02896W(mC)、2.0110Pas、

Pr0.696

ded2d119mm Redeude603600479422300

(d22d12)2.0110561050.943 Pr0.6975 f179421.8CP0.023deRe0.8Pr0.4f0.0230.0289679420.80.69750.40.94337.7W(m2C)0.019

9．某种粘稠液体以0.3m/s的流速在内径为50mm，长4m的管内流过，若管外用蒸汽加热，试求管壁对流体的给热系数。已知液体的物性数据为：900kg/m，

3Cp1.89kJ/kgC，0.128W/mC，0.01Pas。

解：Redu0.050.390013502300

0.01

1.891030.01Pr147.6667000.128cpRePrd0.051350147.66249210 l40.128d1249230.9561.3W/m2C 1.86(RePr)3()0.141.860.05dlW1

11．温度为52C的饱和蒸汽在长3m,外径为32mm,的单根黄铜管表面上冷凝，铜管垂直放置，管外壁温度为20C，试求每小时苯蒸气的冷凝量？若将管水平放置，苯蒸气的冷凝量为多少？ 解：已知

ts52C

tW48C d032mm

tm524850C 查得850kg(mC) 0.14W(m2C) 2u0.45103Pas

cP1.8kJ(kgC) 52C时，r394kJkg

2g3r1（1）水平放置：0.725()42462W(m2C)

d0t QAtWrW（2）垂直放置：假设

24620.0323427.1kgh

394103Re2000

1.13d1()40.50.524621233.2W(m2C) 0.725l

Re4lt333.92000（假设成立） r W0.5W13.5kgh

13．流体的质量流量为1000kg/h，试计算以下各过程中流体放出或得到的热量。 ①煤油自130C降至40C，取煤油比热容为2.09kJ/kgC；

10002.09103(13040)5.23104W 解：Q3600②比热容为3.77kJ/kgC的NaOH溶液，从30C加热至100C;

10003.77103707.33104W 解：Q3600③常压下将30C的空气加热至140C；

10001.015103(14030)3.1104W 解: Q3600

④常压下100C的水汽化为同温度的饱和水蒸气；

100022581036.27105W 解; Q3600⑤100C的饱和水蒸气冷凝，冷却为50C的水。

1000(22581034.18610350)6.85105W 解: Q360015．在一套管换热器中，内管为573.5的钢管，流量为2500kg/h，平均比热容为

2.0kJ/kgC的热液体在内管中从90C冷却为50C，环隙中冷水从20C被加热至

40C，已知总传热系数为200W/mC，试求；①冷却水用量，kg/h②并流流动时的平均温度差及所需的套管长度，m；③逆流流动时平均温度差及所需的套管长度，m。 解：①

2WCTWCthPhhcPc125002.0(9050)Wc4.186(4020)

Wc25002.0(9050)2390kgh

4.186(4020) ②并流：t1902070C t2504010C tm701030.83C 70ln1025002.0(9050)103/3600QWhCPhThKAtmA9m220030.83 Ad0ll ③逆流：A950.5m d03.140.057t1904050C t2502030C tm503040C 225002.040103 l360038.8m

200403.140.057

16．一列管式换热器，管子直径为252.5，管内流体的对流给热系数为W/mK，管外流体的给热系数为2000W/mK，已知两流体均为湍流换热，取钢管导热系数

2245W/m2K，管内外两侧污垢热阻为0.00118m2K/W,试问；①传热系数K及各部

分热阻的分配；②若管内流体流量提高一倍，传热系数有何变化？③若管外流体流量提高一倍，传热系数有何变化？ 解：

1110.002525250.0011825

dRsoRSidd0.00118K0dm4522.51002020diidi2000 K63.6W(mK)

2i0.023所以

idRPeei0.8nr流量增加一倍，流速增加一倍,

R0.8增加倍， 2e20.8174.11

1125250.0104K1.51K KK2000174.11200.36dRPee0.55r13(0.14) 20.552928.17 W11110.01554K1.01K KK20002928.17

17．一传热面积为15m的列管换热器，壳程用110C的饱和水蒸气将管程某溶液由20C加热至80C，溶液的处理量为2.510kg/h，比热容为4kJ/kgC，试求此操作条件下的传热系数？

422.510490304103(8020)1.67106W tm逆解：Q54.61C

903600ln30Q1.67106 K2038.7W(m2C)

Atm1554.6120．某换热器的传热面积为30m，用100C的饱和水蒸气加热物料，物料的进口温度为

230C，流量为2kg/s，平均比热容为4kJ/kgC，换热器的传热系数为125W/mC，

2求；①物料出口温度，②水蒸气的冷凝量，kg/h。

3解：Q2410(t230)

tm(100t1)(100t2)t2t1

70100t1lnln100t2100t23tm2410(t230)12530 QKA30 70ln100t22t ln7012530t256.2C

100t224103Q24103(56.230)2.1105W

QWh2258103Wh0.93kgs334kgh

221．363K的丁醇在逆流换热器中被冷却至323K，换热器的面积为30m，传热系数为

150W/m2k。已知丁醇流量为2000kg/h，冷却水的进口温度为303K，试求冷却水的流

量和出口温度。 解

：

20002.97103(363323)QWhCPh(T1T2)6.6104W36006.6104QKAtmtm14.67C

15030tm363t22014.67 试差：t2343K时，tm20C

363t2ln20

t22353Ktm14.43C

ttt350K时，tm16.25C 352K时，tm15.05C 352.5K时，tm14.74C

2222．一定流量的物料在蒸汽加热器中从20C加热至40C，物料在管内为湍流，对流给热系数为1000W/mC，温度为100C的饱和水蒸气在管外冷凝，对流给热系数为

2

104W/m2C。现生产要求将物料流量增大一倍，求；①物料出口温度为多少？②蒸汽冷

凝量增加多少？设管壁和污垢热阻可略。

32、流量为30kg/s的某油品在列管换热器壳程流过，从150°C降至100°C，将管程的原油从25°C加热至60°C。现有一列管换热器的规格为：壳径600mm，壳方单程，管方四程，共有368根直径为192，长6m的钢管，管心距为25mm，正三角型排列，壳程装有缺口（直径方向）为25%的弓形挡板，挡板间距为200mm。试核算此换热器能否满足换热要求？已知定性温度下两流体的物性如下表： 流体名称 比热容粘度,Pas 导热系数污垢热阻,kJ(kgC) CP,W(mC) 0.0029 0.0052 0.136 0.119 m2C/W 0.001 0.0005 原油 油品 解：Q1.986 2.20 36()302.2010(130110)2.6410W WhCPhT1T22.64106Wc1.9861033537.98kgs

t1t2tT2t11T287.5C P0.28 R1.14 tm逆t1t2t1T1t1lnt2tm0.9587.583.1C

① 管程：

Si4di2n3680.7850.01520.0162m2 44

WcuiSi0.837.98

0.0162Redu0.015iii37.980.01621.2104 0.0029i0.027iRediP0.33r1.053

0.1361.986100.00290.33(1.2104)0.8()1.051622W(m2C)0.0150.136l6129 ② 壳程：h=200mm NB1h0.20.0270.019S0hD(1d0)0.20.6(1)0.0288m2

t0.025

uWhSe30

0.0288d4(e322d)240.017m

d

Redu3405.4

CP96.1 Pr

10.1190.550.363405.596.130.95961W(m2C)

0.017

1K19610.0051162219150.00119150.003588 K278.7W(m2C)

AQ2.64106计Kt114m2

m278.783.1A实ndl3683.140.0196131.7m2