武汉大学化学工程基础课后习题答案(第3版)

化学工程基础课后习 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 答案 第一章 流体力学习题..................................................................................................................2 第二章 流体流动与输送..............................................................................................................14 第三章 传热过程......................................................................................................................... 19 第三章习题和答案....................................................................................................................... 26 第五章 吸收.................................................................................................................................38 第六章 精馏.................................................................................................................................47 第六章 精馏习题和答案..............................................................................................................49 第八章 化学反应工程基本原理.................................................................................................. 56 第九章 均相反应器..................................................................................................................... 58 - 1 - 第一章 流体力学习题 1－1试将下列物理量换算成指定的单位 质量：1.5 kgf·s2/m ＝_______kg； 密度：13.6 g/cm3 ＝_______kg/m3； 压强：35 kgf/cm2 ＝_______Pa； 4.7atm ＝________Pa； 670mmHg ＝_______Pa； 功率：10马力＝_______kW； 比热容：2 Btu/(Ib·℉) ＝______J/(kg·K)； 3 kcal/(kg·℃) ＝_______ J/(kg·K)； 流量：2.5 L/s ＝_______m3/h； 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面张力：70 dyn/cm ＝_______N/m； 5 kgf/m ＝_______N/m。 1－2在气体状态方程中 求用以 kJ/(kmol.K)表示时，R等于多少？ 1－3燃烧重油得到的燃烧气，经 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 测知其中含8.5%CO2，7.5%O2，76％N2，8％H2O（体积百分数）。 试求温度为500℃，压强为1atm时，该混合气体的密度。 1－4某设备上真空表的读数为100mmHg， 试计算设备内的绝对压强与表压强各为多少。（已知该地区大气压强为740mmHg） 1－5在右图所示的储油罐中盛有密度为960 kg/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 制的螺钉材料的作应力取为 3.93×107N/m2。 问至少需要几个螺钉？ 1－6右图所示的测压管分别与3个设备A，B，C 相连通。连通管的下部是水银，上部是水，3个设备内水 面在同一水平面上。问： （1）1，2，3，3处压强是否相等？ （2）4，5，6，3处压强是否相等？ （3）若 h1=100mm，h2=200mm，且知设备A直接通大气（大气压强为760mmHg），求 B，C两设备 内水面上方的压强。 1－7用右图中串联的U 型管压差计测量蒸汽锅炉上面上方的蒸汽压。U 形管压差计的指示液为水银。两U - 2 - 形管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为：h1=2.3m，h2＝1.2m，h3=2.5m，h4=1.4m， 锅中水面与基准面间的垂直距离 h5=3m，大气压强 Pa=745 mmHg。试求锅炉上方水蒸汽的压强 p0。 1－8根据右图所示的微差压差计的读数计算管路中气体的表压强 p0 压差计中以油和水为指示液，其密度分 别为920 kg/m3及998 kg/m3，U 形管中油水交界面高差R =300 mm。两扩大室的内径D 为60 mm，U 形管 内径 d为6 mm，当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐。 1－9平均压强为0.101 Mpa的某气体在φ76 mm×3 mm的管道内流动。当气体的平均压强变为0.505 Mpa时，若 要求气体以同样的温度、流速、质量流量在管道内流动，问此时管道的内径应为多少？ 1－12如右图所示，密度为850 kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽内液面维持恒定，塔内表压强为 9.807×103 Pa，进料量为5 m3/h。连接管为φ38mm×2.5mm的钢管，料液在连接管内流动时的能量损失为30 J/kg（不包括出口的能量损失）。 问高位槽内的液面应比塔的进料口高出多少米。 1－13见右图，高位槽内水面高于地面8m，水从φ108mm×4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在 本题特定条件下，水流经系统的能量损失（不包括出口的能量损失）可按 计算，其中 u为水在管内的流速 m/s。 试计算：（1）A-A’截面处水的流速； （2）水的流量（以 m3/h计）。 1－1420℃的水以2.5m/s的流速流经φ38mm×2.5mm的水平管。此管以锥形管与另 一φ53mm×3mm的水平 管相连，如右图所示。在锥形管两侧A,B处各插入一垂直玻璃管以 观察两截面的压强，若水流经A,B两 截面间的能量损失为1.5J/kg， 求两玻璃管的水面差（以mm计）。 1－15用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如右图所示，管路 的直径均为φ76mm×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表读数为185mmHg，水流经吸入管（包括管入 口）与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按与计算，由于管径不变，故式中 u为吸入或排出管的流 速m/s，排水管与喷头连接处的压强为 9.81×104Pa（表压）。 试求泵的有效功率。 - 3 - 1－17内截面为1000 mm×1200 mm的矩形烟囱的高度为30 m，平均分子量为30 kg/kmol，平均温度为400℃的 烟气自下而上流动，烟囱下端维持49 Pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20℃， 地面处的大气压强为0.101MPa。烟囱内壁的摩擦系数可取为0.05。 试求烟道气的流量为若干 kg/h。 1－20一转子流量计，转子材料为铝，出厂时用20℃，0.1MPa压强下的空气标定，得转子高度为100mm时， 流量为10m3/h。今将该流量计用于测量T=50℃，P=0.15MPa下的氯气，问在同一高度下流量为多少？若将该 转子材料换为黄铜，问在同一高度下氯气和空气的流量各为多少？ 1－21从设备送出的废气中含有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤塔，以回收这些物质进行综合 利用，并避免环境污染。气体流量为3600 m3/h(操作条件下)，其物理性质与50℃的空气基本相同，如右图 所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U形管压差计，其读数为30 mm。输气管与放空管 内径均为250 mm，管长、管件与阀门的当量长度之和为50 m（不包括进、出塔及管出口阻力）放空口与鼓 风机进口的垂直距离为20 m，已估计气体通过塔内填料层的压降为1961 Pa。管壁的绝对粗糙度ε可取为 0.15mm，大气压强为0.101 Mpa，求鼓风机的有效功率。 1－22用离心泵从井中抽水（如右图），吸水量为20m3/h，吸水管直径为φ108 mm×4 mm，吸水管路阻力损 失为4904 Pa，求泵入口处的真空度为多少？ 1－23如右图所示，储槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100 mm钢质放水管相连，管路上装有一个闸 阀。距管路入口端15 m处安有以水银为指示液的 U形管压差计，压差计连接管内充满了水，测压点 与管路出口端之间的直管长度为20 m。 (1) 当闸阀关闭时，测得R=600 mm，h=1500 mm；当闸阀部分开启时，测得R=400 mm，h=1400 mm。摩 擦系数λ可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为 0.5，问每小时从管中流出多少m3的水； (2) 当闸阀全开时，le/d=15，摩擦系数仍可取0.025。问U形管压差计测点处的静压强为多少Pa(表压)？ 1－28在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26m3/h时，泵出口压强表读数为0.152Mpa，泵入口处真空表 读数为24.66kPa，轴功率为0.24kW，转速为2900 r/min，真空表与压强表两测压口间的垂直距离为0.4 m ，泵 的进出口管径相等，两测压口间管路的流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。 1－29用离心泵由真空度为48 kPa的容器中输送液体，所选用泵的需要气蚀余量为49 kPa。该液体在输送温度 下的饱和蒸汽压为26.66 kPa，密度为900 kg/m3，吸入管道因阻力损失的压头为0.20［米液柱］，试决定泵的安 装位置。若泵入口端容器改为敞口，该泵又应如何安装？ - 4 - 第一章 流体力学习题解答 1－1解：质量：14.71 kg； 密度：1.36×104kg/m3； 压强：3.43×106Pa； 4.76×105Pa； 8.93×104Pa； 功率：7.46kW； 比热容：8.37×103J/(kg·K)； 1.256×104J/(kg·K)； 流量： 9m3/h； 表面张力：0.07 N/m； 49.05N/m。 1－2解： 答：R等于8.31 kJ/(kmol.K) 1－３解：对于一般气体来说，可以认为体积百分数＝摩尔分数， 所以 可由式（1－5）求得混合气体的平均摩尔 质量为： 答：该混合气体的密度0.455kg/m3。 讨论：误用（1－4）式计算，其中ρI 用非500℃，1atm状态下的数据代进去计算。 1－４解：绝对压强＝740－100＝640 mmHg 由附录2查得1mmHg=133.32Pa 故640 mmHg＝8.53×104 Pa 表压强＝－真空度 故表压强＝－100mmHg＝－1.33×104 Pa 答：设备内的绝对压强是8.53×104 Pa。设备内的表压强是－1.33×104 Pa。 - 5 - 1－５解：孔中心处静压强： ＝960×9.81×(9.6－0.8) ＝8.287×104 Pa 圆孔受力：F=P×A 孔= = 3.76×104 N 每个螺钉受力极限：F 钉＝ ＝6050 N 所需螺钉数： 答： 最少需要7个螺钉。 讨论：容器内孔盖中心处的压强考虑了大气压强，可又忽略了孔盖外的大气压，错误地得出14颗螺钉的结论。 这样其实是将空盖外的环境置于真空中。 1－6解：（1）1，2，3，3处虽然是在同一水平面上，也是静止的，但竖管内液体注入情况 不同，1，2，3，3处不 是连续、均一的流体，故压强不相等。 （2）4，5，6，3处是在同一水平面上的连续、均一、静止的的流体，故压强相等。 （3） Pa Pa 答：（1）1，2，3，3处压强不相等。 （2）4，5，6压强相等。 （3）B上方压强 Pa，C上方压强 Pa。 1－7解：对于习题１－７右图所示之 b，c，d 位置，有 答：锅炉上方水蒸汽的压强是3.64×105Pa 。 1－8解：当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐，则管路内的压强在不同的 P时，两扩大室液面差 r与R的关系为： - 6 - ∵△R＝0.3m∴△r＝0.003m ∴ 答：管路内气体压强是256.55 Pa（表压） 。 讨论：当扩大室截面积和管截面积之比不大于100时，要考虑扩大室中液面的变化。 1－9解： ∵T不变.∴ ∵u,qm不变 ∴ ， 答：管道的内径应为31.3 mm 。 1－12解：取高位槽内液面为1－1截面，出料口内侧液面为2－2截面，则有： u1=0，P1=0（表压），z1=h； 连接管内径为38－2.5×2＝33mm＝0.033m ，P2=9.807×103 Pa（表压），z2=h； We=0， 。 根据柏努利方程： 得 h=4.369 m 答：高位槽内的液面应比塔的进料口高出4.369 m。 讨论：应用柏努利方程时，要注意单位统一。根据阻力计算的不同的表达式，选用相应的柏努利方程式，如在 习题1—12，1－13，1－15中。 1－13解：取高位槽内液面为1－1截面，出料口外侧为2－2截面，则有：u1=0，u2=0，z1=8m，z2=2m，P1＝P2＝0（表 压），We＝0。 管道出口 局部阻力系数 ζ＝1 所以全程能量损失 - 7 - 由柏努利方程， 解得速度为： u=2.90 m/s 答：（1）A-A’截面处水的流速是2.90 m/s 。 （2）水的流量是82m3/h 。 1－14解：dA=38-2.5×2=33 mm＝0.033m ；dB=53－3×2=47 mm=0.047m ； uA=2.5 m/s； 根据连续性方程式（1－33b）有 zA=zB 由柏努利方程可得： 答：B处玻璃管水面比A处玻璃管高88.6 mm。 1－15解：取截面0－0’为槽中水面，1－1’截面为泵入口处，2－2’截面为排水管与喷头连接处得截面。 则有： u0=0，z0=0，P0=0（表压）； u1=u，z1=1.5m，P1=－185mmHg（表压）= －2.47×104 Pa； u2=u，z2=14m，P2=9.81×104 Pa（表压）。 所以，在截面0－0’与1－1’之间有： 即： 解得速度为：u=2.0 m/s 在截面1－1’与2－2’之间列柏努利方程可得： 即： - 8 - 解得外加功We为：We＝285.65 J/kg 所以输送设备对流体所作得有效功率Pe可按式（1－43）计算： 答：泵的有效功率2.257kw 。 1－17解：查表得，20℃时干空气的密度， 烟气密度， 同理， ，两者相差很小，可近似认为是常数， 以平均值 代入， 在烟囱内任一截面， ，故 u 亦按常数处理。 由此以烟囱下端为1－1’截面，上端为2－2’截面，列伯努利方程并整理得： 以表压计， 由于是矩形截面，当量直径为 m/s 答：烟道气的流量为46335 kg/h 。 讨论：注意烟囱上下大气压强不一样。习题1－21中，吸收塔出入口的大气压强也不一样。 1－20解：（1） 20℃，0.1MPa的空气密度为 50℃，0.15MPa的氯气密度为 而铝的密度ρf1=2670 kg/m3 - 9 - 根据转子流量计的流量计算公式（1－47） 可得： 所以， qV2=0.548×qv,1=0.548×10 m3/h =5.48 m3/h (2) 转子材料为黄铜时，ρf2=8600 kg/m3 所以，对空气：qV3=1.7956×qv,1=1.795×10 m3/h =17.95 m3/h 对氯气： qV4=1.7956×qv,2=1.7956×5.48 m3/h =9.84 m3/h 答：测量T =50℃，P =0.15MPa下的氯气，在同一高度下流量为5.48 m3/h。 转子材料换为黄铜，在同一高度下氯气的流量是9.84 m3/h；空气的流量为17.95 m3/h 。 1－21解：由已知条件查附录:干空气的物理性质（101.33kPa）可得气体物性 kg/m3， Pa.S， 以进口为1－1’截面，放空口内侧为2－2’截面，列 柏努利方程， （1） 以表压计算， Pa， , m/s， ， 查《化学工程基础》图1.28管内流体流动沿程阻力系数曲线图得 ， 进出塔管口阻力， ， （出口）， （入口） - 10 - 塔内阻力降， Pa， 管内阻力降， ， ， 将上述数据代入方程式（1）可得 Pa kw 答：鼓风机的有效功率为2.9 kw。 1－22解： m2/s 以水面为1－1’截面，泵的入口为2－2’截面，列柏努利方程， kPa(表压) 答：泵入口处的真空度为59.1kPa。 1－23解：(1) 当闸阀关闭时，水处于静止状态，故1点与2点压强相等， Pa(表) 储槽内水位高H为 取储槽水面为1－1截面，压差计处为2－2截面，列柏努利方程得 u1=0 ,P1=0 (表压) ，整理（1）式得 - 11 - m3/h (2) 取储槽液面为1－1截面，出水口为3－3截面列柏努利方程可得： 解得： m/s， 取储槽液面为1－1截面，压差计处为2－2截面列柏努利方程可得： Pa 答：（1）每小时从管中流出88.45 m3水 。 （2）U型管压力计测点处静压强为 Pa 。 1－28解：取泵的进出口测压点为两个截面列柏努利方程可得： u1= u2 , z1=0 , z2 = 0.4m , Σhf =0, 将上列数据代入柏努利方程可得： 泵的扬程为： 泵对流体所做的有效功率为： - 12 - 泵的效率为： 答：泵的扬程为8 .4m , 流量26m3/h,有效功率1.3kW，效率53％。 1－29解：(1) 由题意知 kg/m3， kPa， m， kPa， Pa m 由于求出的允许安装高度是负值，故要求泵的进口安装在水槽液面的下方2.72 m , 所以，实际安装高度可取， m ， (2)由于容器敞口， Pa， m， 为安全起见，实际安装高度可取， m。 答：（1）泵的进口安装在液面下3.73 m 。 （2） 泵的进口安装在液面上方1.705m 。 讨论：安装高度与当地大气压、操作条件有关。 第二章 流体流动与输送 1.解： o vacP P P  绝 3 313.3 10 98.7 10 oPa P P      绝即 385.4 10P Pa  绝 o aP P P  3 3 3 85.4 10 98.7 10 13.3 10 Pa Pa Pa           2.解： - 13 - 2 2 1 2 1 2 1 2 4 44 ( ) 70 d d de d dd d           3.解：对于稳定流态的流体通过圆形管道，有 2 2 1 2 1 2 d d u u  若将直径减小一半，即 1 2 d 2d  2 1 4 u u  即液体的流速为原流速的 4倍. 4.解： g u d LH f 2 2   2 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 f f L uH d g L uH d g         2 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 f f L uH d g L uH d g         得到： 2 2 2 2 2 2 2 1 11 1 1 2 1 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 11 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 21 21 22 2 2 1 2 1 2 2 6464 Re 4 , , 2 64 2 64 2 64 2 1( )64 4 1 2 22 4 1 161 1 1 1 2 162 4 16 f f f f f f f f f f L u H d g L uH d g du u u L L d d L u H d u d g L uH d u d g L u H d u d g H uL d gd u H H H H                                       ，即产生的能量损失为原来的 16倍。 6.解：1）雷诺数  udRe 其中 31000kg m   ， 11.0u m s  , 325 25 10d mm m   , 31 10cp Ps s    故  udRe 3 3 1000 1.0 25 10 10      25000 ，故为湍流。 2）要使管中水层流，则 2000Re  ，即 3 3 1000 25 10Re 200010 m u      ，解得 10.08u m s  7.解：取高位水槽液面为 1-1′，A-A′截面为 2-2′截面，由伯努利方程得到： 1 2 2 2 1 1 1 2 u u H2 2 f p pz zg g g g       - 14 - 其中 1 210 , 2 ;z m z m  ， 1 2 1; 0; ffp p u H g h   ，则 2 22 16.1510 2 2 9.8 9.8u u   解得 1）A-A′截面处流量 2u u ， 12.17u m s  2）q v Au ，其中 2 3 21 1 3.14 (100 10 )4 4A d      3 27.85 10 m  12.17u m s  ， 33q 7.85 10 2.17 3600 61.32v m h     8.解：对 1-1′截面和 2-2′截面，由伯努利方程得 1 2 2 2 1 1 1 2 u u 2 2 p pz zg g g g      其中 21 2 1 1, 1 H Oz z p m gh   ， 11 1 20.5 ,u m s p gh   2 2 11 2 12 2 0.2( ) 0.5 2.00.1 du u m sd      ， 2 20.5 2 0.192 9.8 2 9.8h m     15.解：选取贮槽液面为 1-1′截面，高位槽液面为 2-2′截面，由伯努利方程得到： 1 2 2 2 1 1 1 2 u u 2 2e f p pz H z Hg g g g        其中： 1 2 1 22 , 10 ; 0z m z m u u    1 2 3 a p 100 13.6 10 9.8 0.1 13332.2p 0 vacp mmHg p            13332.2 19.6 10002 10 ( 4 )9.8 980 19.6 13332.212.08 14.08 1.388 15.4689.8 980 e e Hg H g              3 215.468 2 (53 10 ) 9804 0.655kw 102 102 e VH qP           17.解：取水池液面为 1-1′截面，高位截面为 2-2′截面，由伯努利方程得： 1 2 2 2 1 1 1 2 u u 2 2e f p pz H z Hg g g g        其中： 1 1 1 2z 0, z 50 ; 0m p p    ， 209.8fH  ， 2050 52.059.8eH    52.05 36 1000 8.05kw 102 102 0.6 3600 e VH qP         - 15 - 19.解：取贮槽液面为 1-1′截面，蒸发器内管路出口为 2-2′截面，由伯努利方程得： 1 2 2 2 1 1 1 2 u u 2 2e f p pz H z Hg g g g        其中， 1 1z 0, z 15 ;m  ， 1 3 3 2 a 0, 200 10 13.6 10 9.8 26656p 1209.8f p p H            120 2665615 24.979.8 9.8 1200eH     24.97 20 1200 1.632kw 102 102 3600 e VH qP       20.解：1）取贮水池液面为 1-1′截面，出口管路压力表所在液面为 2-2′截面，由伯努利方程得： 1 2 2 2 1 1 1 2 u u 2 2e f p pz H z Hg g g g        其中， 1 2z 0, z 5.0 ;m  2 1 2 5 a4 0, 2.5 . 2.5 9.8 2.45 10 p0.01 p p kgf cm       忽略出水管路水泵至压力表之间的阻力损失， 则：衡算系统的阻力损失主要为吸入管路的阻力损失： 0.29.8fH  3 2 36 2.2 3600 (76 10 )4 u     5 22.45 10 2.2 0.25.0 1000 9.8 2 9.8 9.8 5.0 25 0.25 0.02 30.27 eH           30.27 36 1000 3.0kw 102 102 3600 e VH qP       2） 3.0 4.3kw 102 0.7 e VH qP      3）取贮槽液面为 1-1′截面，水泵吸入管路上真空表处液面为 2-2′截面，由伯努利方程得： 1 2 2 2 1 1 1 2 u u 2 2 f p pz z Hg g g g       其中： 1 2z 0, z 4.8 ;m  1 20, ?p p  忽略进水管路水泵中真空表至水泵之间的阻力损失，则： 衡算系统的阻力损失为吸入管路的阻力损失： - 16 - 0.29.8fH  2 2 2.2 0.2(4.8 ) 1000 9.8 49600pa 2 9.8 9.8p         得真空表的读数为 49600vac PaP  23.解：1）取低位槽液面为 1-1′截面，高位槽液面为 2-2′截面，由伯努利方程得： 1 2 2 2 1 1 1 2 u u 2 2e f p pz H z Hg g g g        其中， 1 2z 0, z 20 ;m  1 20, 0p p  ， 5, 20 5 25f eH H    w 25 9.8 245J/kg e    2）在管路A、B截面间列伯努利方程得： 2 2 A B 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 u u 2 2 u 2 u 2 ( ) ( ) 6 ( ) 6 ( ) 62 ( 6) 0.052 0.504 26 0.02 A B A B A B A B f B A B A A B Hg H O H O Hg H O H OA B H O H O Hg H O H O H O p pz z Hg g g g p p Lz zg g d g p pdg z zL g g p p gR g Rp p g Rdu g L g                                                            1.03m s 2 2 A B 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 u u 2 2 u 2 u 2 ( ) ( ) 6 ( ) 6 ( ) 62 ( 6) 0.052 0.504 26 0.02 A B A B A B A B f B A B A A B Hg H O H O Hg H O H OA B H O H O Hg H O H O H O p pz z Hg g g g p p Lz zg g d g p pdg z zL g g p p gR g Rp p g Rdu g L g                                                            1.03m s 3） 225 2.03 0.05 10004 0.976102P kw       4）根据静力学基本方程式： - 17 - 2 0 0 2 2 2 2 2 2 0 2 2 2 0 2 2 (6 ) ' ' (6 ) 6 ( ) 6 ' (6 ) 6 ' ( ) [13.6 1.2 1 1 B H O Hg B Hg H O A H O B H O H O Hg A B H O H O Hg A Hg H O H O H O Hg A Hg H O Hg H O p g H gR p p gR p g H p gh p g g h R gR p p g gR gR p gR p g H g gR gR p p gR gH gR                                                           5 (13.6 1) 0.04] 9.8 1000 1.55 10 ap        - 18 - 第三章 传热过程 1解： 2 3 3 2 2 1 1 41 1243901.0 1120 0001.0714.0187.0 1120 45 006.0 14.0 1.0 07.1 2.0 301150 mW tt R tq             12 0 0 73.3)( 1120300`  WmCRRRRq 12 0 83.2901.073.3  WmCR 2解： 1 4 1 4 1 4 1 4 1 1 1 1 ( ) ( ) 2 2 ( ) 2 ( ) ( )1 1 ( ) i i i m i i i i n i ii i i i n i T T T T A r L L T T L T T r r rlr r rrl r                        196.138168.10 1413 214.694.30139.0 1413 007.0 435.1 2.0 788.0 16 223.0 22514.32 55 85 07.0 1 25 55 2.0 1 20 25 16 1 )35260(2      mW lllL nnn  4解：空气的定性温度 220 180T 200 C2    200℃时空气的物性参数为： 30.746 /Kg m  2 1 13.91 10 W m K       52.6 10 aP s    11.034 CpC KJ Kg   - 19 - 115u m s  ， 4 5 0.0254 15 0.746 1.09 102.6 10e duR        3 5 2 1.034 10 2.6 10 0.683.931 10 p r CP         0.8 0.3 2 4 0.8 0.3 2 0.023 ( ) ( ) 3.931 100.023 (1.09 10 ) 0.680.0254 53.8 e rR Pd W m K           5解：水的定性温度 C302 2040T  30℃时水的物性参数为： 3/7.995 mKg 116176.0   KmW sPa  51007.80 14.174pC KJ Kg C   4.08.0 )()(023.0 re PRd   当 11  smu 时， 6.248681007.80 7.995102.0 5    duRe 41.56176.0 1007.8010174.4 53    p r CP KmW   2 4.08.0 5.4583 )41.5()6.24868(002.0 6176.0023.0 当 0.3u  时 58.7460  duRe ，此时，2000 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 状况下操作，吸收 平衡关系为YA*=1.5XA， 甲醇的回收率为98％，KY=0.5kmol·(m2·h)-1，塔内填料的有效表面积为190m2·m-3， 空塔气速为0.5m·s-1。试求： （1）水的用量； （2）塔径； （3）填料层高度。 （1） - 34 - 1 2 1 2 100 22.432 0.07531001000 22.432 0.0753 (1 0.98) 0.0015 0.0196 0 Y Y X X            1 , , 1 2 , 1 2 , 1 1 , 0.278 1000 12.41 .22.4 ( ) ( ) 12.41 (0.0753 0.0015) (0.0196 0) 46.72 . 0.84 . n B n B n C n C n C q mol s q Y Y q X X q q mol s kg s               （2） OG OGH H N  Y1=0.073 Y2=0.0015 X1=0.0196 X2=0 Y1*=1.15X1=0.0225 Y2*=1.5X2=0 1 1 * 1 1 2 2 ( ) ln * 0.073 0.0025 0.0015 0.0180.073 0.0025ln 0.0015 m Y Y*Y Y Y Y Y        1 2 0.0753 0.0015 4.10.018 OG m Y YN Y     0.5 1000 22.4 0.84526.41 4.1 0.845 3.46 OGH m H m       14. 有一填料吸收塔，填料高10m，用清水逆流洗去混合气中有害组分A，在一定的操作条件下，测得 进、出塔气体中含A分别为YA,1= 0.02，YA,2= 0.004，出塔液相中含A 0.008（均为比摩尔分数）。相平衡常数 m = 1.5，问： （1）该操作条件下的气相总传质单元高度为多少？ （2）因要求塔顶出塔气体中含A为0.003（比摩尔分数），如液气比不变，填料层应加高多少？ - 35 - 解： （1） OG OG N HH  Y1=0.025 Y2=0.0045 X1=0.008 X2=0 Y1*=1.5X1=0.012 Y2*=1.5X2=0 008.0 0045.0 012.0025.0ln 0045.0012.0025.0 *ln )( 22 * 11 11      YY YY *YYYm 56.2008.0 0045.0025.0 21    m OG Y YYN mHOG 91.356.2 10  （2）当 003.0'2 Y 时 1 2 1 2 1 , , 1 n C n B Y Y Y Yq q X X       1 003.0025.0 008.0 0045.0025.0 X 0086.01 X 0121.00086.05.1025.0 111   YYY 003.0222  YYY - 36 - 0065.0 003.0 0121.0ln 003.00121.0 ln 2 1 21     Y Y YYYm 38.30065.0 003.0025.0 21    m OG Y YYN 3.91 3.38 13.2 13.2 10 3.2 OG OGH H N m H m          为015 Accepted - 37 - 第五章 吸收 2解： （1） 3 3 3 3 3 1 2026 7.821 10 100 10( ) 2.300 .34 1000 2.300 1.135 10 .2026 A a A A A A a A P P C mol m C CP H mol m PH P                    （2） 7 3 2 7 1000 4.895 101.135 10 1.8 10 4.895 10 a A A PE PHM P x            （3） 22.48310013.1 10895.4 5 7   总P Em （4）总压提高一倍，E、H值均不变 24210026.2 10895.4 5 7 1   P Em 9．解： 02329.0 02329.01 02329.0 1 02329.0 64 5 29 95 64 5 1 1      y yY y 第一解法： - 38 - , 1 2 , 1 2 , 1 22 1,2 11 , 1 2 1 2 1, 1 1 1 1 , 1 , ( ) min min 0 26.7 26.7 1.65 26.7 1.6526.7 0.02385 0.0005426.7 1.65 512 864 . 8 14814.8 / 266. n C n B n C n B n C n B n C n C q Y Y q X X q Y YY YqX YX q Y Y Y Y Yq X Y X X mol q X q kmol h                           又设 又 又 366m h 第二解法： 设吸收率为则，   12 1 YY  ，进气量设为 hkga /. , 3 512 .5% . 95% 29 10n B a a kmolq h      , 1 2 1 1 1, 1 , , , , 3 , 3 , (1 )( ) min 26.7 26.7 512( ) 1.65( ) min 1.65 26.7 .5% 29 10 .95% 14814.8 / 266.0 n C n B n C n C n B n B n C n C q Y Y Y Y Yq X q q q q a q a mq kmol h h                 10解：（1） 02.01 Y 0002.0%)991(12  YY 02 X - 39 - 当液气比为 2.2时， , 1 2 , 1 2 1 0.02 0.0002 2.2n C n B q Y Y q X X X     009.01 X 1 1 1 * 2 2 2 1 2 1 2 1 2 0.02 0.009 0.011 0.0002 0.011 0.0002 0.0026950.011lnln 0.0002 0.02 0.0002 7.350.002695 m OG m Y Y Y Y Y Y Y YY Y Y Y YN Y                      （2）当液气比为 1.25时， (3) 当X2=0.00011时 01595.000011.001584.0 )(25.1 1 2211   XYYX 03.19001040.0 0002.002.0 OGN (4) 当液气比为 0.8，溶质的最大回收率时溶液出口达到气液平衡， 1 , 1 2 2 1, 2 1 2 1 0.02 0.8 1 0.004 0.02 0.0016 80%0.02 n C n B q Y Y Y Yq X Y Y Y Y           ex11. 03093.003.01 03.0 1 Y 2 1(1 98%) 0.03093 0.02 0.0006Y Y     17.15 01584.025.1 %9902.0 1   OGN X - 40 - 2 1 , 3 , 1 2 1, 2 1 , min 1 , , 1 1 2 2 , 0 1.67 273 (1 3%) 65.16 .22.4 10 303 min 1.28 1.28 98% 1.2544 1.28 1.2544 65.16 81.74 . 81.74 1.5 122.6 . ( ) 65.16 (0122.6 n B n C n B n C n C n C n B X q mol s q Y Y Yq X q mol s q mol s qX Y Y Xq                                  .03093 0.0006) 0.016  8.8003465.0 0006.003093.0 003465.0 0006.0 01045.0ln 0006.001045.0 ln 0006.0 01045.0016.028.103093.0 21 2 1 21 222 111             m OG m Y YYN Y Y YYY YYY YYY , 65.16 0.65031.6760 1.0 8.8 0.6503 5.72 n B OG Y OG OG qH K S H H N m           12解：(1) - 41 - 1 1 1 2 2 2 1 2 0.05 0.05261 1 0.05 0.00263 0.0026371 1 0.00263 61.2 58 0.02033(1000 61.2) 18 0 yY y yY y X X            1 1 1 2 2 2 1 2 1 2 1 2 , 3 2.0 0.0526 2.0 0.02023 0.01214 0.002637 0.01214 0.002637 0.01214lnln 0.002637 0.0095 0.00621.527 0.0526 0.002637 8.060.0062 0.556 20.9522.4 10 m OG m n B Y X Y Y Y Y Y Y Y YY Y Y Y YN Y q                                1 2 3 1 73 298 21.602 . 21.602 0.7440.8 4 57.79 . . V OG Y Y Y mol s qH K S K K mol m s             （2） , 1 2 , 1 2 -1 , 0.0526 0.0026369 2.46980.02023 =2.4698 21.602=53.35mol.s n C n B n C q Y Y q X X q      - 42 - 360035.531  nX A n=0.02023×53.35×3600=3885.37mol m=58×3885.37=225.4kg （1）另解： , 1 2 , 1 2 0.0526 0.0026369 2.46980.02023 n C n B q Y Y q X X     气相传质单元数： , ,1 2 , , 2 2 , , 1 ln (1 ) 1 1 2 0.0526 0 2ln (1 )2 2.4698 0.002637 2.46981 2.4698 8.028 n B n B OG n B n C n C n C mq mqY mXN mq q Y mY q q               mN HH OG OG 7474.0028.8 6  又 2 2 , , 3 1 2 21.602 57.5 . . 0.7474 4 n B n B OG Y Y S OG q qH K mol m sdK H s      （3）若填料层增加 3m，则： mH HN OG OG 042.127474.0 9''  0011.0' 4698.2 2 ' 0526.0)4698.2 21(ln 4698.2 21 1 2 2        Y YNOG 又 液气比一定，则： 1 2 1 1 1 , ' 2.4698, ' 0.02085' ' ' 0.02085 53.35 3600 4004.45 n B Y Y XX n X q mol         则： kgm kgnm 9.64.22526.232 26.232'58   13解：（1） - 43 - 1 2 1 2 100 22.432 0.07531001000 22.432 0.0753 (1 0.98) 0.0015 0.0196 0 Y Y X X            1 , , 1 2 , 1 2 , 1 1 , 0.278 1000 12.41 .22.4 ( ) ( ) 12.41 (0.0753 0.0015) (0.0196 0) 46.72 . 0.84 . n B n B n C n C n C q mol s q Y Y q X X q q mol s kg s               （2） OG OGH H N  Y1=0.073 Y2=0.0015 X1=0.0196 X2=0 Y1*=1.15X1=0.0225 Y2*=1.5X2=0 1 1 * 1 1 2 2 ( ) ln * 0.073 0.0025 0.0015 0.0180.073 0.0025ln 0.0015 m Y Y*Y Y Y Y Y        1 2 0.0753 0.0015 4.10.018 OG m Y YN Y     0.5 1000 22.4 0.84526.41 4.1 0.845 3.46 OGH m H m       14解： （1） OG OG N HH  - 44 - Y1=0.025 Y2=0.0045 X1=0.008 X2=0 Y1*=1.5X1=0.012 Y2*=1.5X2=0 008.0 0045.0 012.0025.0ln 0045.0012.0025.0 *ln )( 22 * 11 11      YY YY *YYYm 56.2008.0 0045.0025.0 21    m OG Y YYN mHOG 91.356.2 10  （2）当 003.0'2 Y 时 1 2 1 2 1 , , 1 n C n B Y Y Y Yq q X X       1 003.0025.0 008.0 0045.0025.0 X 0086.01 X 0121.00086.05.1025.0 111   YYY 003.0222  YYY 0065.0 003.0 0121.0ln 003.00121.0 ln 2 1 21     Y Y YYYm - 45 - 38.30065.0 003.0025.0 21    m OG Y YYN 3.91 3.38 13.2 13.2 10 3.2 OG OGH H N m H m          - 46 - 第六章 精馏 2解.(1) , , , , , , n F n D n W n F F n D d n W w q q q q x q x q x     , , , , 100 100 0.3 095 0.05 n D n W n D n W q q q q        1 , 1 , 27.78 72.22 n D n W q kmol h q kmol h         (2) , , ,n L n L n Fq q q   1 , 27.78 3.5 97.23n Lq R D kmol h      1 1 , 97.23 100 197.23 .n Lq kmol h    1 , , , 97.23 27.78 125.01 .n V n L n Dq q q Kkmol h     1 , , 125.01 .n V n Vq q kmol h   3解： , , , , , D , n F n D n W n F F n D n W w q q q q x q x q x     ， , , , , 235 235 0.84 0.98 0.002 n D n W n D n W q q q q      ， , , 201.4 33.6 n D n W q q   1. hkmol ,1R 1 ， , 201.4n Lq  1 , , , 436.4 .n L n L n Fq q q kmol h     ， , , , 402.8n V n L n Dq q q   ， 1, , 402.8 .n V n Vq q kmol h   (4) 23206.010554.0 .2326.010554.0)19.46.068.24.0)(303.75(   094.1 (5)精: 225.075.04 9.0 4 3 11  xxR XxR Ry d 进:         2.1 0.1 8.0 11      fxxy ，       5.26 5.0 25.04 xy xy xy f （6） - 47 - 2.0 4.0 2.0 2.1,5.01 5.1  xyx xy 42.0x 521.0y ， 42.095.0 521.095.0 1min min  R R ， 30.4min R （8） 66.05.0 21.075.0   xy xy  66.05.1 5.01   fx   44.0 3 1   fx  交点 36.0x 48.0y 10解： 898.0,15.0833.0 1  dxyxy 10.2 0.3 * 1 * 1 1  x xy ， 10.2 0.3898.0 * 1 * 1  x x ， 746.0* 1 x 6.0746.00898 898.0 1 * 10 10    x xx xx ， 806.01 x ， 821.015.0806.0833.0 y - 48 - 第六章 精馏习题和答案 - 49 - - 50 - - 51 - - 52 - - 53 - - 54 - - 55 - 第八章 化学反应工程基本原理 1解：   11226 ,1058.2   hpph ppdt dp AAA AA 1336 222 2 1065.9450314.81058.2 ))((,)())(( )(,,     hkmolmRtkk ckRtckdt cdRtckdt Rtcd pkdt dpcRt p v nnRtpv pc cp A Ap A p A AA A 113132 3 132 )(     hkmolmhmkmolm kmol hmkmolck Ac 2解： %5.83)09.011(1 09.01 )1( 11 111 0900.0,0000.1 0, 0, 0, 246 22       AAA AA A A AA yy yyx a ars yy HHCHC   - 56 - 或 %5.83)09.011(1 09.01 )1(1 )1( 0, 0, 0, 0,     AAA AA A AAA AA A yy yyxxy xyy  3解： %98 )0022.04 11(1152.0 0022.01152.0 )1(,4 1 8 881224 122488 )(6234 )(6454 0, 0, 2223 2223 223        AAA AA AA yy yyx QOHNNOONH QOHNONH QOHNOONH  副 主 设 n0=1，则 nA0=0.1152 1393.0087.00473.12304.0,1129.00023.01152.0 0473.10022.0 )98.01(1152.0)1()1( 2 0,0,   OA A AAAA A nn y xnnn xny 设主反应消耗NH3的量为Z，副反应消耗NH3的量为 F 1393.0F4 3Z4 5,1129.0FZ 4 F )(6234 Z4 5 Z )(6454 2223 223 ＝＝ Ｆ３ 副 主    QOHNONH QOHNOONH %4.971129.0 11.0%,5.951152.0 11.0,0029.0,11.0  FZ 5解： sq Vt V R 25001.0 5.2 0  对于全混流反应器， 121.0)350250(,632.011)250( 1)(,1)( 250 350 1250 250     eeFeeF etFetE t tt    - 57 - 第九章 均相反应器 （1） 30st60s,t,10ln 100ln 30 t,99.01 1ln1t 9.01 1ln10,31 1ln1t    k kxk SRA A 级反应对于间歇操作反应器一 （2） min16501.02.03.0 99.0tmin,1501.02.03.0 9.0t,)1( xt 9990 0 A   AA xkc RBA 级反应对于间歇操作反应器二 （4） min505 58.01 1 1 1t )1( x )1( xt 2 0 A 0 A      t x xkc xkc SRBA A AA AA    二级反应对于全混流操作反应器 级反应对于间歇操作反应器二 （8） 4.0 00 0 2 0 0 2 0 0000 1 0 0, 43 )1ln(41 41)1 1(1; 1 )1()( ,.4.15 11 111,0.1                AA AA x A A A A x A AA A A x A A A V R A AA xxxkcdxx x kc x xck dxcr dxcq VlmolRT p V nc a arsy COCHCHOCH A AA  （15） - 58 - LLV xxkdxx x k xy xck dxc r dxcq VckPkr a arsy CHHCHC R A A x A A Ax AAA AA A A x A A A V R AcApA AA AA A 6.24610210233.1 10233.1)6.04.0 1ln2(10)1 1ln2(1)1 1(1 1 )1( )(, 11 111,0.1 24 44 00 0, 0 0 000 0, 32283               11 12 13 14 15 16 17 18 19 112 113 114 115 117 120 121 122 123 128 129