化工原理(上)-天津大学化工学院-柴诚敬主编大学课后习题解答之第一章流体流动流体的重要性质1．某气柜的容积为6000m3，若气柜内的表压力为5.5kPa，温度为40℃。已知各组分气体的体积分数为：H40%、N20%、CO32%、CO7%、CH1%，大气压力为101.3kPa，2224试计算气柜满载时各组分的质量。解：气柜满载时各气体的总摩尔数pV101.35.51000.06000nmol246245.4moltRT8.314313各组分的质量：m40%nM40%246245.42kg197kgH2tH2m20%nM20%246245.428kg1378.97kgN2tN2m32%nM32%246245.428kg2206.36kgCOtCOm7%nM7%246245.444kg758.44kgCOtCO22m1%nM1%246245.416kg39.4kgCHtCH442．若将密度为830kg/m3的油与密度为710kg/m3的油各60kg混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。解：mmm6060kg120kgt12mm6060VVV12m30.157m3t12830710121m120tkgm3764.33kgm3mV0.157t流体静力学3．已知甲地区的平均大气压力为85.3kPa，乙地区的平均大气压力为101.33kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？解：（1）设备内绝对压力绝压=大气压-真空度=85.310320103Pa65.3kPa（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=101.3310365.3103Pa36.03kPa4．某储油罐中盛有密度为960kg/m3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5m，1/39油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760mm的孔，其中心距罐底1000mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106Pa，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103Pa）？解：由流体静力学方程，距罐底1000mm处的流体压力为ppgh101.31039609.81(9.51.0)Pa1.813103Pa（绝压）作用在孔盖上的总力为πF(pp)A＝（1.813103－101.3103）0.762N＝3.627104Na4每个螺钉所受力为πF39.5100.0142N6.093103N14因此nFF3.6271046.093103N5.956（个）1习题4附图习题5附图5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为R=500mm，1R=80mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃2管内灌入一段水，其高度R=100mm。试求A、B两点的表压力。3解：（1）A点的压力pgRgR10009.810.1136009.810.08Pa1.165104Pa（表）A水3汞2（2）B点的压力ppgRBA汞11.165104136009.810.5Pa7.836104Pa（表）6．如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接U管压差计，指示液为水银，读数R=100mm，h=800mm。为防止水银扩散至空气中，在水银面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。已知当地大气压力为101.3kPa，试求管路中心处流体的压力。解：设管路中心处流体的压力为p2/39习题6附图根据流体静力学基本方程式，ppAA则p+gh+gRp水汞appghgRa水汞101.310310009.80.8136009.80.1Pa80.132kPa7．某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3kPa（表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本题附图所示。液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。解：gh13.3水h13.3g13.3100