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.）田志高第一章流体流动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=98.7×103Pa-13.3×103Pa绝=8.54×103Pa设备内的表压强P=-真空度=-13.3×103Pa表2．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800mm，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≤ζ油螺解：P=ρgh×A=960×9.81×(9.6-0.8)×3.14×0.762螺150.307×103Nζ=39.03×103×3.14×0.0142×n螺P≤ζ得n≥6.23油螺取n=7min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R=400mm，R=50mm，指示液为水12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段水，其高度R=50mm。试求A﹑B3两处的表压强。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ρ，其他数据如图所示ga–a′处P+ρgh=ρgR+ρɡRAg1水3水银2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：P=1.0×103×9.81×0.05+13.6×103×9.81×0.05A=7.16×103Pab-b′处P+ρgh=P+ρgh+ρgRBg3Ag2水银1P=13.6×103×9.81×0.4+7.16×103B=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Γh在1－1´与2－2´截面之间P=P+ρgR12水银∵P=P，P=P1423且P=ρgΓh，P=ρg（H-h）+ρg（Γh+h）3煤油4水煤油联立这几个方程得到ρgR=ρg（H-h）+ρg（Γh+h）-ρgΓh即水银水煤油煤油ρgR=ρgH+ρgh-ρgh带入数据水银水煤油水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：ｈ﹦2.3m，1ｈ=1.2m,ｈ=2.5m,ｈ=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离ｈ=3m。大气压强ｐ=2345a99.3×103ｐ。ａ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Ｐ+ρg(h-h)=Ｐ+ρ0水541g(h-h)代入数据水银34Ｐ+1.0×103×9.81×(3-1.4)0=Ｐ+13.6×103×9.81×(2.5-1.4)1对右边的Ｕ管取ｂ-ｂ等压面，由静力学基本方程Ｐ+ρg(h-h)=ρg(h-h)+ｐ1水32水银12代入数据ａＰ+1.0×103×9.81×﹙2.5-1.2﹚=13.6×103×9.81×﹙2.3-1.2﹚+99.3×1031解着两个方程得Ｐ=3.64×105Pa06.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