化工原理课后习题解答

1.某设备上真空表的读数为 13.3 知该地区大气压强为 98.7 103 Pa

解：由绝对压强大气压强-真空度

化工原理课后习题解答

第一章流体流动

x 103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已

（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.）

x

。

得到：

二

设备内的绝对压强 P绝98.7 103 Pa -13.3 103 Pa

3

=8.54 10 Pa

3

设备内的表压强P表-真空度-13.3 10 Pa

2960 kg/?的油品，油面高于罐底6.9 m .在本题附图所示的储油罐中盛有密度为

油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm的圆孔，其中心距罐底 800

mm孔盖用14mm勺钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为 39.23 106 Pa ,

二

x

x

x

二二

x

x

习附图

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

解: P螺二 p ghx A = 960 x 9.81 x (9.6-0.8)

150.307

=39.03

3

x 3.14 x 0.76

x 103 N

2

x 10 x 3.14 x 0.014 x n

P油w 彷螺得n》6.23 取 n min二 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 Ri = 400 mm , R 2 = 50 mm，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段水，其高度 R= 50 mm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p g,其他数据如图所示 a - a 处 P A + p ggb = p 水 gR + p 水银 cf^

由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记

3

3

即: PA = 1.0 X 10 X 9.81 X 0.05 + 13.6 X 10 X 9.81 X 0.05 =7.16

X 103 Pa

b-b 处 P B + p ggh3 = P A + p ggh2 + p 水银 gR P B = 13.6 X 10 X 9.81 X 0.4 + 7.16 X 10

3

3

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

一压陥空气

1— T

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

水

习题4琳图

口距离h。

差计读数R=68mm寸，相界面与油层的吹气管出

=6.05

X 10 Pa

4. 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二1m，U管压差计的指示 液为水银，煤油的密度为 820Kg/ ?。试求当压

3

解：设插入油层气管的管口距油面高 △ h

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

h

△

在1 - 1’与2-2’截面之间 Pi = P2 + p 水银 gR ■/ Pi = P4

, F2 = P 3

且 P3 = p 煤油 g A h , F 4 = p 水 g (H-h) + p 煤油 g ( A h + h ) 联立这几个方程得到

p 水银 gR = p 水 g (H-h) + p 煤油 g ( A h + h ) - p 煤油 g A h即 p水银 gR = p 水gH + p煤油 gh - p水gh

带入数据

1.03 X 103X 1 - 13.6 X 103X 0.068 = h(1.0 X 103-0.82 X 103)

h = 0.418 m

5. 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 1 = 2.3m,h 2=1.2m, h 3=2.5m, h 4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直

3

距离 h 5=3m。大气压强 p a= 99.3 X 10 p a 0 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P 1

对左边的U管取a - a等压面， 由静力学基本方程

P 0 + p 水 g(h 5-h 4) = P 1 + p水银 g(h 3-h 4)代入数据

P0 + 1.0 X 103X 9.81 X (3-1.4)

=P 1 + 13.6 X 10 X 9.81 X (2.5-1.4)

对右边的U管取b - b等压面，由静力学基本方程P

1

3

+ p 水 g(h 3-h 2) = p 水银

g(hi-h2) +

pa代入数据

3

P i + 1.0 X 10 X 9.81 X( 2.5-1.2 X 103

解着两个方程得

) = 13.6 X 10 X 9.81 X( 2.3-1.2

3

) + 99.3

P 0 = 3.64 X 105Pa

6. 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 kg/m 3 ,998 kg/m 3, U管中油、水交接

面高度差 R = 300 mm,两扩大室的内径 D均为60 mm,

U管内径d为6 mm。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

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+ p油g(h1+R) = P1 对于U管右边 P 2 = p水gR + p油gh2

p 表=p 水 gR + p 油 gh2 - p 油 g(h 1+R)

p 水 gR - p 油 gR + p 油 g (h2-h 1)

2

2

当p表二0时，扩大室液面平齐 即n ( D/2) h

2

(h2-h1)= n (d/2 ) R

-h1 = 3 mm

p表二 2.57 X 102Pa

7. 列管换热气 的管束由121根? X 2.5mm的钢管组成。空气以9m/s速度在列管内 流动。空气在管内的平均温度为 50C、压强为196X 103Pa(表压)，当地大气压为