化工原理杨祖荣1-7章习题答案(完美排版)

资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除目录第一章流体流动与输送机械·····················································（2）第二章非均相物系分离·························································（32）第三章传热···································································（42）第四章蒸发···································································（69）第五章气体吸收·······························································（73）第六章蒸馏···································································（95）第七章固体干燥·······························································（119）第三章传热1、某加热器外面包了一层厚为300mm的绝缘材料，该材料的导热系数为0.16W/（m℃），已测得该绝缘层外缘温度为30℃，距加热器外壁250mm处为75℃，试求加热器外壁面温度为多少？解：2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成；耐火砖b1=230mm，1=1.05W/(m·℃)绝热砖b2=230mm，2=0.151W/(m·℃)建筑砖b3=240mm，3=0.93W/(m·℃)已知耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖界面处的温度为940℃，要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138℃，试求：（1）绝热层需几块绝热砖；（2）普通砖外侧温度为多少？解：（1）b2=?230mm<b2=442mm<230×2mm则：绝热层需两块绝热砖。校核t2=?（2）t4=?3、Φ50×5㎜的不锈钢管，导热系数λ1＝16Ｗ／（ｍ·Ｋ），外面包裹厚度为30mm导热系数λ２＝0.2W/（ｍ·Ｋ）的石棉保温层。若钢管的内 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 面温度为623Ｋ，保温层外表面温度为373Ｋ，试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。解：已知钢管的内半径　　　　钢管的外半径　　　　保温层的外半径根据式（3-12a），每米管长的热损失由于是定态热传导，故各层传导的热量应该相等，可得到钢管外表面的温度t2。4、Φ60×3㎜的铝合金管（导热系数近似按钢管选取），外面依次包有一层30mm的石棉和30mm的软木。石棉和软木的导热系数分别为0.16Ｗ／（ｍ·Ｋ）和0.04Ｗ／（ｍ·Ｋ）（管外涂防水胶，以免水汽渗入后发生冷凝及冻结）。（1）已知管内壁温度为-110℃，软木外侧温度为10℃，求每米管长上损失的冷量；（2）计算出钢、石棉及软木层各层热阻在总热阻中所占的百分数；（3）若将两层保温材料互换（各层厚度仍为30mm），钢管内壁面温度仍为-110℃，作为近似计算，假设最外层的石棉层表面温度仍为10℃。求此时每米管长损失的冷量。提示：保温层互换后，保温层外壁面与空气间的对流传热膜系数与互换前相同。解：(1)每米管长损失的冷量：(2)各层热阻在总热阻中所占的分数：由以上计算可知钢管热阻很小，且。(3)若将互换，厚度不变，且认为不变。以上计算可以看出，将保温性能好的材料放在里层，保温或保冷效果好。但此计算不严格，因为保冷好，则t4应增大，即。5、欲测某绝缘材料的导热系数，将此材料装入附图所示的同心套管间隙内。已知管长l=1.0m.r1=10mm,r2=13mm,r3=23mm,r4=27mm。在管内用热电偶加热，当电热功率为1.0kW时，测得内管的内壁温度为900℃，外管的外壁温度为100℃，金属管壁的导热系数为50W/（ｍ·Ｋ），试求绝缘材料的导热系数。若忽略壁阻，会引起多大的误差？解：按 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 意求得：内管壁的热阻为：外管壁的热阻为：通过多层管壁的热流量为：则：2=0.114W/（ｍ·Ｋ）。若忽略两侧金属壁的热阻，则则：2=0.114W/（ｍ·Ｋ）。由于金属壁的热阻远小于绝缘材料的热阻，在实验精度范围内，金属壁的热阻可以忽略。6、冷却水在Φ25×2.5㎜，长为2m的钢管中以1m/s的流速通过。冷却水的进、出口温度为20℃和50℃，求管壁对水的对流传热系数？解：定性温度查得水在35℃时的物性参数：管内径为：d=25-22.5=20mm=0.02m湍流水被加热，k=0.4，得：7、一列管式换热器，由38根Φ25×2.5㎜的无缝钢管组成，苯在管内以8.32kg/s的流速通过，从80℃冷却至20℃。求苯对管壁的对流传热系数；若流速增加一倍，其他条件不变，对流传热系数又有何变化？解：定性温度查得苯在50℃时的物性参数：管内径为：d=25-22.5=20mm=0.2m湍流苯被冷却，k=0.3，则：（2）流速增加一倍，u=2u，其他条件不变由于所以8、质量分数为98%，密度=1800kg/m3的硫酸，以1m/s的流速在套管换热器的内管中被冷却，进、出口温度分别为90℃和50℃，内管直径为Φ25×2.5㎜。管内壁平均温度为60℃。试求硫酸对管壁的对流传热系数。已知70℃硫酸的物性参数如下：壁温60℃时的硫酸黏度（1267W/（m2·℃））解：定性温度查得硫酸在70℃时的物性参数：壁温60℃时的硫酸黏度因为黏度较大，故用式（3-16）计算过渡流过渡流校正9、原油在Φ89×6㎜的管式炉对流段的管内以0.5m/s的流速流过而被加热，管长6m。已知管内壁温度为150℃，原油的平均温度为40℃。试求原油在管内的对流传热系数。已知原油的物性参数为：原油150℃时的黏度解：原油在管内流动的Re（层流）（0.6<Pr<6700）所以原油在管内的对流传热系数用式（3-19）计算由于所以对流传热系数需校正10、铜氨溶液在由四根Φ45×3.5㎜钢管并联的蛇管中由38℃冷却至8℃，蛇管的平均曲率半径为0.285m。已知铜氨溶液的流量为2.7m3/h，黏度为2.2×10-3Pas，密度为1200km/m3，其余物性常数可按水的0.9倍选用，试求铜氨溶液的对流传热系数。解∶定性温度查得水在23℃时的物性参数，并折算为铜氨液的物性：四组蛇管并联的横截面积：过渡区铜氨液被冷却，k=0.3，则：过渡流需校正弯管校正11、有一列管式换热器，外壳内径为190mm，内含37根Φ19×2㎜的钢管。温度为12℃，压力为101.3kPa的空气，以10m/s的流速在列管式换热器管间沿管长方向流动，空气出口温度为30℃。试求空气对管壁的对流传热系数。解：定性温度查得空气在21℃时的物性参数：EMBEDEquation.3湍流空气被加热，k=0.4，则：12、在接触氧化法生产硫酸的过程中，用反应后高温的SO3混合气预热反应前气体。常压SO3混合气在一由Φ38×3㎜钢管组成、壳程装有圆缺型挡板的列管换热器壳程流过。已知管子成三角形排列，中心距为51mm，挡板间距为1.45m，换热器壳径为Φ2800；又SO3混合气的流量为4×104m3/h，其平均温度为145℃.若混合气的物性可近似按同温度下的空气查取，试求混合气的对流传热系数（考虑部分流体在挡板与壳体之间短路，取系数为0.8）解：本题为列管式换热器管外强制对流传热，对流传热系数按式3-25计算管子正三角形排列时，管外流体流过的最大截面积Smax计算：管外流体的流速定性温度下查得空气的物性参数：EMBEDEquation.3因气体黏度变化较小，故，由因部分流体在单板与壳体之间隙短路，取实际对流传热系数为计算值的0.8倍13、在油罐中装有水平放置的水蒸气管，以加热罐中的重油。重油的平均温度为20℃，水蒸气管外壁的平均温度为120℃，管外径为60mm。已知70℃时的重油物性数据如下：ρ=900kg/m3λ=0.175W/(m℃)cp=1.88kJ/(kg℃)ν=2×10-3m2/sβ=3×10-4℃-1试求水蒸气管对重油每小时每平方米的传热量kJ/（m2·h）?解：则查表3-4，得C=0.54，n=1/4，于是所以水蒸气管对重油每小时每平方米的传热量14、压强为4.76105Pa的饱和水蒸气，在外径为100mm，长度为0.75m的单根直立圆管外冷凝。管外壁温度为110℃。试求（1）圆管垂直放置时的对流传热系数；（2）管子水平放置时的对流传热系数；（3）若管长增加一倍，其他条件均不变，圆管垂直放置时的平均对流传热系数。解：压强为4.76105Pa的饱和蒸汽温度为150℃，此时水蒸气的汽化潜热r=2119kJ/kg冷凝液定性温度膜温，查130℃时水的物性参数(1)管垂直放置时假设液膜中的液体作层流流动，由式3-31计算平均对流传热系数验证Re：所以假设层流是正确的。（3）管水平放置由式（3-29）和式（3-31）可得单管水平放置和垂直放置时的对流传热系数和的比值为所以单根管水平放置时的对流传热系数为：（3）管长为0.75m时，液膜流动的Re=1608，故管长增加一倍后，液膜成湍流状态。此时的对流传热系数为：所以因此当液膜从层流转变为湍流时，冷凝对流传热系数急剧增加。15、载热体流量为1500kg/h，试计算以下各过程中载热体放出或得到的热量。（1）100℃的饱和水蒸气冷凝成100℃的水；（2）110℃的苯胺降温至10℃；（3）比热为3.77kJ/(kg·K)的NaOH溶液从370K冷却到290K；（4）常压下150℃的空气冷却至20℃；（5）压力为147.1kPa的饱和水蒸气冷凝后并降温至50℃。解：（1）查饱和水蒸气汽化潜热r=2258kJ/kg（2）定性温度，查60℃时苯胺的物性参数（3）（4）定性温度，查85℃时空气的物性参数（5）压力为147.1kPa的水的饱和温度为汽化潜热r=2230.1kJ/kg定性温度，查80.4℃时水的物性参数16、每小时8000m3（标准状况）的空气在蒸汽加热器中从12℃被加热到42℃，压强为400kPa的饱和水蒸气在管外冷凝。若设备的热损失估计为热负荷的5%，试求该换热器的热负荷和蒸气用量。解：热量衡算：查得标准状况下的空气物性参数蒸汽用量：17、在一套管式换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K，冷却水进出口温度分别为290K和320K。试求冷却水消耗量。解：由苯的定性温度，查苯的物性参数由苯计算热负荷由冷却水的定性温度，查水的物性参数18、在一列管式换热器中，将某溶液自15℃加热至40℃，载热体从120℃降至60℃。试计算换热器逆流和并流时的冷、热流体平均温度差。解：（1）逆流时平均温度差为并流：19、在一单壳程、四管程的列管式换热器中，用水冷却油。冷却水在壳程流动，进出口温度分别为15℃和32℃。油的进、出口温度分别为100℃和40℃。试求两流体间的温度差。解：先按逆流时计算，逆流时平均温度差为折流时的对数平均温度差为其中由图3-27（a）查得，故20、在一内管为18010mm的套管式换热器中，管程中热水流量为3000kg/h，进、出口温度分别为为90℃和60℃。壳程中冷却水的进、出口温度分别为20℃和50℃，总传热系数为2000W/(m2℃)。试求：（1）冷却水用量；（2）逆流流动时的平均温度差及管子的长度；（3）并流流动时的平均温度差及管子的长度；解：（1）水的比热（2）逆流时平均温度差为℃（3）并流时平均温度差为21、在一内管为252.5mm的套管式换热器中，CO2气体在管程流动，对流传热系数为40W/(m2℃)。壳程中冷却水的对流传热系数为3000W/(m2℃)。试求：（1）总传热系数；（2）若管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（以外表面积计）解：查得碳钢的导热系数取管内CO2侧污垢热阻Rs2=0.5310-3(m2K/W)管外水侧热阻Rs1=0.2110-3(m2K/W)(1)总传热系数（以外表面积计）（2）管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，即2=80W/(m2K)总传热系数增加92.8%（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，1=6000W/(m2K)总传热系数增加0.7%22、在一内管为252.5mm的套管式换热器中，用水冷却苯，冷却水在管程流动，入口温度为290K，对流传热系数为850W/(m2℃)。壳程中流量为1.25kg/s的苯与冷却水逆流换热，苯的进、出口温度为350K、300K，苯的对流传热系数为1700W/(m2℃)。已知管壁的导热系数为45W/(m℃)，苯的比热为cp=1.9kJ/(kg℃)，密度为ρ=880kg/m3。忽略污垢热阻。试求：在水温不超过320K的最少冷却水用量下，所需总管长为多少？（以外表面积计）解：冷却水的平均温度，查得305K时水的比热容为热负荷冷却水用量：平均温度差为基于外表面积的总传热系数K1EMBEDEquation.323、一套管式换热器，用饱和水蒸气加热管内湍流的空气，此时的总传热系数近似等于空气的对流传热系数。若要求空气量增加一倍，而空气的进出口温度仍然不变，问该换热器的长度应增加多少？解：总传热量：空气量增加一倍后：此时总传热系数∴空气的进出口温度不变，∵则管长要增加15%。24、有一单管程列管式换热器，该换热器管径为25×2.5mm，管子数37根，管长3米。今拟采用此换热器冷凝并冷却CS2饱和蒸汽，自饱和温度46℃冷却到10℃。CS2在壳程冷凝，其流量为300kg/h，冷凝潜热为351.6kJ/kg。冷却水在管程流动，进口温度为5℃，出口温度为32℃，逆流流动。已知CS2在冷凝和冷却时的传热系数分别为及。问此换热器是否适用？（传热面积A及传热系数均以外表面积计）解：已知列管尺寸；；题中所给的两个K值均以外表面积为基准。现有传热面积：总传热量(式中Q1为冷凝段热负荷，Q2为冷却段热负荷)已知查得时CS2的比热其中；为求A1、A2就应求出两段交界处冷却水温度对于冷凝段则此换热器可满足生产要求。传热面积富裕25、由252.5mm的锅炉钢管组成的废热锅炉，壳程为压力2570kPa（表压）的沸腾水。管内为合成转化气，温度由575℃下降到472℃。已知转化气侧2=300W/(m2℃)，水侧1=104W/(m2℃)。忽略污垢热阻，试求平均壁温TW和tW。解：以外表面积为基准的总传热系数平均温度差：压力2570kPa（表压）下水的饱和温度为：226.4℃传热量管内壁壁温（T取热流体进出口平均温度）管外壁壁温26、有一单壳程、双管程列管式换热器。壳程为120℃饱和水蒸气冷凝，常压空气以12m/s的流速在管程内流过。列管为钢管，总管数为200根。已知空气进口温度为26℃，要求被加热到86℃。又已知蒸汽侧对流传热系数为，壁阻及垢阻可忽略不计。试求：(1)换热器列管每根管长为多少米？(2)由于此换热器损坏，重新 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了一台新换热器，其列管尺寸改为，总管数减少20%，但每根管长维持原值。用此新换热器加热上述空气，求空气的出口温度。解：(1)由热量衡算式和传热速率方程计算完成任务所需的传热面积，然后在计算出管长。查时，空气的物性，，(湍流)解得：解法2可见这种近似是允许的。(2)改为列管，令空气出口温度为热量衡算：(1)速率方程：(2)式中将以上各值代入(2)后再与(1)式联立解得：27、试计算一外径为50mm，长为10m的氧化钢管，其外壁温度为250℃时的辐射热损失。若将此管附设在：（１）与管径相比很大的车间内，车间内为石灰粉刷的壁面，壁面温度为27℃，壁面黑度为0.91；（２）截面为200mm200mm的红砖砌的通道，通道壁温为20℃。解：由表3-8查的氧化钢管黑度为1=0.8，石灰粉刷壁面的黑度2=0.15（1）由于炉门被极大的四壁包围，由表3-9知=1，A=A1=3.140.0510=1.57m2，C1-2=1C0=0.85.669=4.535W/（m2K4）所以EMBEDEquation.3（2）查红砖2=0.93，Φ=1，，此为表3-9中的第五种情况，所以28、在一大车间内有一圆柱形焙烧炉，炉高6m，外径6m，炉壁内层为300mm的耐火砖，外层包有20mm的钢板，已测得炉内壁温度为320℃，车间内温度为23℃，假设由炉内传出的热量全部从炉外壁以辐射的方式散失。试求此炉每小时由炉壁散失的热量为若干？已知耐火砖，炉壁黑度=0.8，钢板热阻可以不计。提示：可用试差法求解，炉外壁温度在110-120℃之间。解：辐射面积：（1)耐火砖圆柱热传导：耐火砖顶部热传导：(2)联立(1)与(2)式试差解得：或29、平均温度为150℃的机器油在1086mm的钢管中流动，大气温度为10℃。设油对管壁的对流传热系数为350W/(m2℃)，管壁热阻和污垢热阻忽略不计。试求此时每米管长的热损失。又若管外包一层厚20mm，导热系数为0.058W/(m2℃)的玻璃布层，热损失将减少多少？对流辐射联合传热系数W/(m℃)。解：在定态条件下，各串联热阻相等（1）不保温时的热损失因管壁热阻忽略不计，可认为管内、外壁温度均为tW。令tw-10=于是求解得：按管外壁散热得：（2）若加了20mm厚的保温层后，管壁温度为tW1，保温层外壁温度为tW2。则：解得：按管外壁散热得：热损失减少30、某化工厂在生产过程中，需将纯苯液体从80℃冷却到55℃，其流量为20000kg/h。冷却介质采用35℃的循环水。试选用合适型号的换热器。定性温度下流体物性列于本题附表中。习题3-30附表 密度,kg/m3 比热容,kJ/(kg·℃) 黏度,Pa·s 导热系数,kJ/(m·℃) 苯 828.6 1.841 3.52×10-4 0.129 循环水 992.3 4.174 0.67×10-3 0.633解(1)试算和初选换热器的型号①计算热负荷和冷却水消耗量热负荷：冷却水流量：kg/s②计算两流体的平均温度差暂按单壳程、双管程考虑，先求逆流时平均温度差℃而由图3-27（a）查得，因为，选用单壳程可行。所以℃③初选换热器规格根据两流体的情况，假设K估＝450W／(㎡·℃)，传热面积A估应为㎡本题为两流体均不发生相变的传热过程。为使苯通过壳壁面向空气中散热，提高冷却效果，令苯走壳程，水走管程。两流体平均温度差，可选用固定管板式换热器。由换热器系列标准，初选换热器型号为G400Ⅱ-1.6-22,有关参数如下。 壳径/mm公称压强/MPa管程数壳程数管子尺寸/mm实际传热面积/mm2 4001.621φ25×2.523.2 管长/m管子总数管子排列 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 管中心距/mm折流档板间距/mm折流板型式 3102正三角形32150圆缺型(2)校核总传热系数K①管程对流传热系数2管程流通面积㎡管程冷却水流速m／s(湍流)Ｗ／(㎡℃)②壳程对流传热系数1，按式（3-25）计算流体通过管间最大截面积为㎡苯的流速为m／s管子正三角形排列的当量直径壳程中苯被冷却，取所以Ｗ／（㎡·℃）③污垢热阻管内、外侧污垢热阻分别取为㎡·℃／Ｗ　，　　㎡·℃／Ｗ④总传热系数K管壁热阻可忽略，总传热系数K为K=526.2Ｗ／(㎡℃)⑤传热面积Am2安全系数为故所选择的换热器是合适的。选用固定管板式换热器，型号为G400Ⅱ-1.6-22第四章蒸发1、用一单效蒸发器将2500kg/h的NaOH水溶液由10%浓缩到25%（均为质量百分数），已知加热蒸气压力为450kPa，蒸发室内压力为101.3kPa,溶液的沸点为115℃，比热容为3.9kJ/(kg·℃)，热损失为20kW。试计算以下两种情况下所需加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。（１）进料温度为25℃；（2）沸点进料。解：（1）求水蒸发量W应用式（4-1）（2）求加热蒸汽消耗量应用式（4-4）由书附录查得450kPa和115℃下饱和蒸汽的汽化潜热为2747.8和2701.3kJ/kg则进料温度为25℃时的蒸汽消耗量为：单位蒸汽消耗量由式（4-5a）计算，则原料液温度为115℃时单位蒸汽消耗量由以上计算结果可知，原料液的温度愈高，蒸发1kg水所消耗的加热蒸汽量愈少。2、试计算30%（质量百分数）的NaOH水溶液在60kPa（绝）压力下的沸点。解：T‘查蒸汽在600kPa下的饱和温度为85.6℃，汽化潜热为2652kJ/kg由式（4-9）可求其中f由式（4-10）求得，即查附录为160℃则=160-100=60℃℃即℃3、在一常压单效蒸发器中浓缩CaCl2水溶液，已知完成液浓度为35.7％（质分数），密度为1300kg/m3，若液面平均深度为1.8m，加热室用0.2MPa（表压）饱和蒸汽加热，求传热的有效温差。解：确定溶液的沸点t1(1)计算查附录p=101.3kPa,T‘=100℃,r’=2677.2kJ/kg查附录常压下35%的CaCl2水溶液的沸点近似为℃℃(2)计算查附录当pav=1.128103kPa时,对应的饱和蒸汽温度Tpav=102.7℃℃(3)取℃(4)溶液的沸点℃则传热的有效温度差为：0.4MkPa（表压）饱和蒸汽的饱和蒸汽温度T=133.4℃℃４、用一双效并流蒸发器将10%（质量％，下同）的NaOH水溶液浓缩到45%，已知原料液量为5000kg/h，沸点进料，原料液的比热容为3.76kJ/kg。加热蒸汽用蒸气压力为500kPa（绝），冷凝器压力为51.3kPa，各效传热面积相等，已知一、二效传热系数分别为K1=2000W/(m2·K)，K２=1200W/(m2·K)，若不考虑各种温度差损失和热量损失，且无额外蒸汽引出，试求每效的传热面积。解：（1）总蒸发量由式（4-24）求得（2）设各效蒸发量的初值，当两效并流操作时又再由式（4-25）求得（3）假定各效压力，求各效溶液沸点。按各效等压降原则，即各效的压差为：kPa故p1=500-224.4=275.6kPap3=51.3kPa查第一效p1=275.6kPa下饱和水蒸气的饱和蒸汽温度T1=130.2℃，其r1=2724.2kJ/kg查第二效p2=51.3kPa下饱和水蒸气的饱和蒸汽温度T2=81.8℃，其r2=2645.3kJ/kg查加热蒸汽p=500kPa下,饱和温度T=151.7℃,r=2752.8kJ/kg（4）求各效的传热面积，由式（4-33）得因不考虑各种温度差损失和热损失，且无额外蒸汽引出，故加热蒸汽消耗EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3m2EMBEDEquation.3m2(5)校核第1次计算结果，由于A1≠A2，重新计算。1）A1=A2=A调整后的各效推动力为：将上式与式（4—34）比较可得=69.5且经处理可得：EMBEDEquation.3m2则℃，℃2）重新调整压降，则℃其对应的饱和压力=244.3kPa时,其第五章气体吸收气液平衡1．在常压、室温条件下，含溶质的混合气的中，溶质的体积分率为10％，求混合气体中溶质的摩尔分率和摩尔比各为多少？解：当压力不太高，温度不太低时，体积分率等于分摩尔分率，即y=0.10根据，所以2．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO2气体，经充分接触后，测得水中的CO2平衡浓度为2.875×10－2kmol/m3，鼓泡器内总压为101.3kPa，水温30℃，溶液密度为1000kg/m3。试求亨利系数E、溶解度系数H及相平衡常数m。解：查得30℃，水的稀溶液：EMBEDEquation.33．在压力为101.3kPa，温度30℃下，含CO220％（体积分率）空气－CO2混合气与水充分接触，试求液相中CO2的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比。解：查得30℃下CO2在水中的亨利系数E为1.88×105kPaCO2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液4．在压力为505kPa，温度25℃下，含CO220％（体积分率）空气－CO2混合气，通入盛有1m3水的2m3密闭贮槽，当混合气通入量为1m3时停止进气。经长时间后，将全部水溶液移至膨胀床中，并减压至20kPa，设CO2大部分放出，求能最多获得CO2多少kg？。解：设操作温度为25℃，CO2在水中的平衡关系服从亨利定律，亨利系数E为1.66×105kPa。解：（1）气相失去的CO2摩尔数＝液相获得的CO2摩尔数（2）（1）与（2）解得：减压后：稀溶液：5．用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨6％（体积），氨的吸收率为93.3％，溶液出口浓度为0.012（摩尔比），操作条件下相平衡关系为。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。解：塔顶：塔底：6．在总压101.3kPa，温度30℃的条件下,SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问：（1）从液相分析SO2的传质方向；（2）从气相分析，其他条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向；（3）其他条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。解：(1)查得在总压101.3kPa，温度30℃条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa所以EMBEDEquation.347.88从液相分析<x=0.01故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。（2）查得在总压101.3kPa，温度0℃的条件下，SO2在水中的亨利系数E=1670kPaEMBEDEquation.3=16.49从气相分析y*=mx=16.49×0.01=0.16<y=0.3故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。（3）在总压202.6kPa，温度30℃条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPaEMBEDEquation.3=23.94从气相分析y*=mx=23.94×0.01=0.24<y=0.3故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。以液相摩尔分数表示的吸收推动力为:∆x=x*－x=0.0125－0.01=0.0025以气相摩尔分数表示的吸收推动力为:∆y=y－y*=0.3－0.24=0.06扩散与单相传质7．在温度为20℃、总压为101.3kPa的条件下，SO2与空气混合气缓慢地沿着某碱溶液的液面流过，空气不溶于该溶液。SO2透过1mm厚的静止空气层扩散到溶液中，混合气体中SO2的摩尔分率为0.2，SO2到达溶液液面上立即被吸收，故相界面上SO2的浓度可忽略不计。已知温度20℃时，SO2在空气中的扩散系数为0.18cm2/s。试求SO2的传质速率为多少？解:SO2通过静止空气层扩散到溶液液面属单向扩散，已知：SO2在空气中的扩散系数D=0.18cm2/s=1.8×10-5m2/s扩散距离z=1mm=0.001m，气相总压p=101.3kPa气相主体中溶质SO2的分压pA1=p·yA1=101.3×0.2=20.26kPa气液界面上SO2的分压pA2=0所以，气相主体中空气（惰性组分）的分压pB1=p－pA1=101.3－20.26=81.04kPa气液界面上的空气（惰性组分）的分压pB2=p－pA2=101.3－0=101.3kPa空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为：===1.67×10-4kmol/(m2·s)8．在总压为100kPa、温度为30℃时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数=3.84×10-6kmol/（m2·s·kPa），液相传质系数=1.83×10-4m/s，假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液相溶质摩尔分率为0.05，其气相平衡分压为6.7kPa。求当塔内某截面上气、液组成分别为y=0.05，x=0.01时（1）以（）、（）表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数；（2）分析该过程的控制因素。解：（1）根据亨利定律相平衡常数溶解度常数以气相分压差（）表示总推动力时：=100×0.05-134×0.01=3.66kPa=kmol/（m2·s·kPa）=3.66×10-6×3.66=1.34×10-5kmol/（m2·s）以（）表示的传质总推动力时：kmol/m3=0.4146×100×0.05－0.56=1.513kmol/m3=8.8×10-6×1.513=1.3314×10-5kmol/（m2·s）（2）与（）表示的传质总推动力相应的传质阻力为273597（m2·s·kPa）/kmol；其中气相阻力为m2·s·kPa/kmol；液相阻力m2·s·kPa/kmol；气相阻力占总阻力的百分数为。故该传质过程为气膜控制过程。9．若吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线，界面上气液两相平衡，推导出KL与kL、kG的关系。解：因吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线界面上气液两相平衡的关系式由得（1）由得（2）由得（3）（2）式＋（3）式，并与（1）式比较得吸收过程设计型计算10．用20℃的清水逆流吸收氨－空气混合气中的氨，已知混合气体总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.0133kPa，要求混合气体处理量为773m3/h，水吸收混合气中氨的吸收率为99％。在操作条件下物系的平衡关系为，若吸收剂用量为最小用的2倍，试求（1）塔内每小时所需清水的量为多少kg？（1）塔底液相浓度（用摩尔分率表示）。解：（1）实际吸收剂用量L=2Lmin=2×23.8=47.6kmol/h＝856.8kg/h（2）X1=X2+V（Y1-Y2）/L=0+11．在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收混合气体中的有害组分A，已知进塔混合气体中组分A的浓度为0.04（摩尔分率，下同），出塔尾气中A的浓度为0.005，出塔水溶液中组分A的浓度为0.012，操作条件下气液平衡关系为。试求操作液气比是最小液气比的倍数？解：12．用SO2含量为1.1×10-3(摩尔分率)的水溶液吸收含SO2为0.09（摩尔分率）的混合气中的SO2。已知进塔吸收剂流量为37800kg/h，混合气流量为100kmol/h，要求SO2的吸收率为80%。在吸收操作条件下，系统的平衡关系为，求气相总传质单元数。解：吸收剂流量EMBEDEquation.3惰性气体流量12．空气中含丙酮2%（体积百分数）的混合气以0.024kmol/m2·s的流速进入一填料塔，今用流速为0.065kmol/m2·s的清水逆流吸收混合气中的丙酮，要求丙酮的回收率为98.8%。已知操作压力为100kPa，操作温度下的亨利系数为177kPa，气相总体积吸收系数为0.0231kmol/m3·s，试用解吸因数法求填料层高度。解已知因此时为低浓度吸收，故kmol/m2·s==11.0也可由和=83.3，查图5-25得到=9.78=所以=9.78×1.04=10.17m14．在逆流吸收的填料吸收塔中，用清水吸收空气～氨混合气中的氨，气相流率为0.65kg/(m2·S)。操作液气比为最小液气比的1.6倍，平衡关系为，气相总传质系数为0.043kmol/(m3·S)。试求：(1)吸收率由95％提高到99％，填料层高度的变化。（2）吸收率由95％提高到99％，吸收剂用量之比为多少？解：（1）吸收率为95％时：V＝0.65／29＝0.0224kmol/(m2·S)L＝0.0224×1.398＝0.0313kmol/(m2·S)吸收率为99％时：L‘＝0.0224×1.457＝0.0326kmol/(m2·S)(2)L＝0.0224×1.398＝0.0313kmol/(m2·S)L‘＝0.0224×1.457＝0.0326kmol/(m2·S)15.用纯溶剂在填料塔内逆流吸收混合气体中的某溶质组分，已知吸收操作液气比为最小液气比的倍数为β，溶质A的吸收率为η，气液相平衡常数m。试推导出：（1）吸收操作液气比与η、β及m之间的关系；（2）当传质单元高度HOG及吸收因数A一定时，填料层高度Z与吸收率η之间的关系?解：（1）（2）EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3吸收过程的操作型计算16．在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则、如何变化？（已知体积传质系数随气量变化关系为）解：用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程，故因气体流量V不变，所以、近似不变，HOG不变。因塔高不变，故根据Z=可知不变。当清水量加大时，因，故S降低，由图5-25可以看出会增大，故将下降。根据物料衡算可近似推出将下降。17．某填料吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮—空气混合气中的丙酮，操作液气比为2.0，丙酮的回收率为95%。已知该吸收为低浓度吸收，操作条件下气液平衡关系为，吸收过程为气膜控制，气相总体积吸收系数与气体流率的0.8次方成正比。（塔截面积为1m2）（1）若气体流量增加15%，而液体流量及气、液进口组成不变，试求丙酮的回收率有何变化？（2）若丙酮回收率由95%提高到98%，而气体流量，气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压力皆不变，试求吸收剂用量提高到原来的多少倍。解：（1）设操作条件变化前为原工况=X2=0，=EMBEDEquation.3设气量增加15%时为新工况因，EMBEDEquation.3所以故新工况下因塔高未变，故=EMBEDEquation.3=5.157，新工况下：解得丙酮吸收率变为92.95%(2)当气体流量不变时，对于气膜控制的吸收过程，不变，故吸收塔塔高不变时，也不变化，即将丙酮回收率由95%提高到98%，提高吸收剂用量时，新工况下EMBEDEquation.3=5.301，用试差法解得=0.338所以吸收剂用量应提高到原来的1.746倍。18．在一逆流操作的吸收塔中，如果脱吸因数为0.75，气液相平衡关系为，吸收剂进塔浓度为0.001（摩尔比，下同），入塔混合气体中溶质的浓度为0.05时，溶质的吸收率为90%。试求入塔气体中溶质浓度为0.04时，其吸收率为多少？若吸收剂进口浓度为零，其他条件不变，则其吸收率又如何？此结果说明了什么？解：时：原工况新工况解得时：原工况新工况解得从计算结果看，塔高一定，当用纯溶剂吸收混合气体中的溶质时，入塔气体组成变化，其他条件不变，其吸收率不变。19.在一逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收混合气体中溶质组分，当液气比为1.5时，溶质的吸收率为90％，在操作条件下气液平衡关系为。如果改换新的填料时，在相同的条件下，溶质的吸收率提高到98％，求新填料的气相总体积吸收系数为原填料的多少倍？解：原工况：EMBEDEquation.3新工况：20.在一填料吸收塔内用洗油逆流吸收煤气中含苯蒸汽。进塔煤气中苯的初始浓度为0.02（摩尔比，下同），操作条件下气液平衡关系为，操作液气比为0.18，进塔洗油中苯的浓度为0.003，出塔煤气中苯浓度降至0.002。因脱吸不良造成进塔洗油中苯的浓度为0.006，试求此情况下（1）出塔气体中苯的浓度；（2）吸收推动力降低的百分数？解：原工况：新工况：解得21．在一塔径为880m的常压填料吸收塔内用清水吸收混合气体中的丙酮，已知填料层高度为6m,在操作温度为25℃时，混合气体处理量为2000m3/h，其中含丙酮5％。若出塔混合物气体中丙酮含量达到0.263％，每1kg出塔吸收液中含61.2kg丙酮。操作条件下气液平衡关系为，试求：（1）气相总体积传质系数及每小时回收丙酮的kg数；（2）若将填料层加高3m，可多回收多少kg丙酮？解：(2)解得22．用纯溶剂在一填料吸收塔内，逆流吸收某混合气体中的可溶组分。混合气体处理量为1.25Nm3/s，要求溶质的回收率为99.2%。操作液气比为1.71，吸收过程为气膜控制。已知10℃下，相平衡关系，气相总传质单元高度为0.8m。试求：（1）吸收温度升为30℃时，溶质的吸收率降低到多少？（30℃时，相平衡关系）（2）若维持原吸收率，应采取什么措施（定量计算其中的2个措施）。解：（1）原工况：EMBEDEquation.3新工况：解得（2）温度升高，平衡线上移，推动力减小，保持吸收率不变，可采取措施：1）L/V增加，即增加溶剂量；2）增加填料层高度L/V不变，温度升高，，推动力减小靠增加塔高弥补。温度改变，对气膜控制吸收过程，传质单元高度不变，23．在一塔高为4m填料塔内，用清水逆流吸收混合气中的氨，入塔气体中含氨0.03（摩尔比），混合气体流率为0.028kmol/(m2·s),清水流率为0.0573kmol/(m2·s)要求吸收率为98％，气相总体积吸收系数与混合气体流率的0.7次方成正比。已知操作条件下物系的平衡关系为，试求：（1）当混合气体量增加20％时，吸收率不变，所需塔高？（2）压力增加1倍时，吸收率不变，所需塔高？（设压力变化气相总体积吸收系数不变）解：原工况：（1）气体流量增加20％因水吸收氨为气膜控制，所以V增加，传质单元高度变化（2）压力加1倍24．在一填料吸收塔内，用含溶质为0.0099（摩尔比）的吸收剂逆流吸收混合气中溶质的85%，进塔气体中溶质浓度为0.091（摩尔比），操作液气比为0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为，假设体积传质系数与流动方式无关。试求（1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度；（2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。解：逆流吸收时，已知，所以X1=X2+V（Y1－Y2）/L=0.0099+改为并流吸收后，设出塔气、液相组成为，进塔气、液相组成为。物料衡算：将物料衡算式代入中整理得：逆流改为并流后，因不变，即传质单元高度HOG不变，故NOG不变。所以由物料衡算式得：将此两式联立解得：由计算结果可以看出，在逆流与并流的气、液两相进口组成相等及操作条件相同的情况下，逆流操作可获得较高的吸收液浓度及较大的吸收推动力。25．含烃摩尔比为0.0255的溶剂油用水蒸气在一塔截面积为1m2的填料塔内逆流解吸，已知溶剂油流量为10kmol/h，操作气液比为最小气液比的1.35倍，要求解吸后溶剂油中烃的含量减少至摩尔比为0.0005。已知该操作条件下，系统的平衡关系为，液相总体积传质系数=30kmol/(m3·h)。假设溶剂油不挥发，蒸汽在塔内不冷凝，塔内维持恒温。求：（1）解吸所需水蒸气量为多少kmol/h；（2）所需填料层高度。解:已知,,，，=1.35（1）=1.35=1.35×0.0297=0.04蒸汽用量V=1.35L=0.04×10=0.4kmol/h（2）==10.62填料层高度=10.62×0.33=3.50m第六章蒸馏1.单位换算（1）乙醇-水恒沸物中乙醇的摩尔分数为0.894，其质量分数为多少？（2）苯-甲苯混合液中，苯的质量分数为0.21，其摩尔分数为多少？大气中O2含量为0.21，N2含量为0.79（均为体积分率），试求在标准大气压下，O2和N2的分压为多少？O2和N2的质量分数为多少？解：