化工原理楊祖榮1-7章習(xí)題答案(完美排版);

1、目 錄第一章 流體流動與輸送機械（2）第二章 非均相物系分離（32）第三章 傳熱（42）第四章 蒸發(fā)（69）第五章 氣體吸收（73）第六章 蒸餾（95）第七章 固體干燥（119） 第三章 傳熱1、某加熱器外面包了一層厚為300mm的絕緣材料，該材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.16w/（m），已測得該絕緣層外緣溫度為30，距加熱器外壁250mm處為75，試求加熱器外壁面溫度為多少？解：2、某燃燒爐的平壁由下列三種磚依次砌成；耐火磚 b1=230mm， l1=1.05 w/(m)絕熱磚 b2=230mm， l2=0.151w/(m)建筑磚 b3=240mm， l3=0.93w/(m) 已知耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為10

2、00，耐火磚與絕熱磚界面處的溫度為940，要求絕熱磚與建筑磚界面處的溫度不得超過138，試求：（1） 絕熱層需幾塊絕熱磚； （2） 普通磚外側(cè)溫度為多少？解：（1）b2=?230mmb2=442mm2302mm則：絕熱層需兩塊絕熱磚。校核t2=?（2）t4=?習(xí)題3-3 附圖3、505的不銹鋼管，導(dǎo)熱系數(shù)116（），外面包裹厚度為30mm導(dǎo)熱系數(shù)0.2w/（）的石棉保溫層。若鋼管的內(nèi)表面溫度為623，保溫層外表面溫度為373，試求每米管長的熱損失及鋼管外表面的溫度。解：已知鋼管的內(nèi)半徑鋼管的外半徑保溫層的外半徑根據(jù)式（3-12a），每米管長的熱損失 由于是定態(tài)熱傳導(dǎo)，故各層傳導(dǎo)的熱量應(yīng)該相等，

3、可得到鋼管外表面的溫度t2。4、603的鋁合金管（導(dǎo)熱系數(shù)近似按鋼管選?。?，外面依次包有一層30mm的石棉和30mm的軟木。石棉和軟木的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.16（）和0.04（）（管外涂防水膠，以免水汽滲入后發(fā)生冷凝及凍結(jié)）。（1）已知管內(nèi)壁溫度為-110，軟木外側(cè)溫度為10，求每米管長上損失的冷量； （2）計算出鋼、石棉及軟木層各層熱阻在總熱阻中所占的百分數(shù)； （3）若將兩層保溫材料互換（各層厚度仍為30mm），鋼管內(nèi)壁面溫度仍為 -110，作為近似計算，假設(shè)最外層的石棉層表面溫度仍為10。求此時每米管長損失的冷量。 提示：保溫層互換后，保溫層外壁面與空氣間的對流傳熱膜系數(shù)與互換前相同。解：(

4、1) 每米管長損失的冷量： (2)各層熱阻在總熱阻中所占的分數(shù)：由以上計算可知鋼管熱阻很小，且。(3) 若將互換，厚度不變，且認為不變。以上計算可以看出，將保溫性能好的材料放在里層，保溫或保冷效果好。但此計算不嚴格，因為保冷好，則t4應(yīng)增大，即。習(xí)題5附圖5、欲測某絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)，將此材料裝入附圖所示的同心套管間隙內(nèi)。已知管長l=1.0m. r1=10mm, r2=13mm, r3=23mm, r4=27mm。在管內(nèi)用熱電偶加熱，當電熱功率為1.0kw時，測得內(nèi)管的內(nèi)壁溫度為900，外管的外壁溫度為100，金屬管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為50w/（），試求絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)。若忽略壁阻，會引起多大的誤

5、差？解：按題意求得：內(nèi)管壁的熱阻為：外管壁的熱阻為：通過多層管壁的熱流量為：則：l2=0.114 w/（）。若忽略兩側(cè)金屬壁的熱阻，則則：l2=0.114 w/（）。由于金屬壁的熱阻遠小于絕緣材料的熱阻，在實驗精度范圍內(nèi)，金屬壁的熱阻可以忽略。6、冷卻水在252.5，長為2m的鋼管中以1m/s的流速通過。冷卻水的進、出口溫度為20和50，求管壁對水的對流傳熱系數(shù)？ 解：定性溫度 查得水在35時的物性參數(shù)：管內(nèi)徑為：d=25-22.5=20mm=0.02m 湍流水被加熱，k=0.4，得：7、一列管式換熱器，由38根252.5的無縫鋼管組成，苯在管內(nèi)以8.32kg/s的流速通過，從80冷卻至20。

6、求苯對管壁的對流傳熱系數(shù)；若流速增加一倍，其他條件不變，對流傳熱系數(shù)又有何變化？解：定性溫度 查得苯在50時的物性參數(shù)：管內(nèi)徑為：d=25-22.5=20mm=0.2m 湍流苯被冷卻，k=0.3，則：（2）流速增加一倍，u=2u，其他條件不變由于 所以 8、質(zhì)量分數(shù)為98%，密度r=1800kg/m3的硫酸，以1m/s的流速在套管換熱器的內(nèi)管中被冷卻，進、出口溫度分別為90和50，內(nèi)管直徑為252.5。管內(nèi)壁平均溫度為60。試求硫酸對管壁的對流傳熱系數(shù)。已知70硫酸的物性參數(shù)如下：壁溫60時的硫酸黏度 （1267 w/（m2）解：定性溫度 查得硫酸在70時的物性參數(shù)：壁溫60時的硫酸黏度因為黏

7、度較大，故用式（3-16）計算 過渡流過渡流校正9、原油在896的管式爐對流段的管內(nèi)以0.5m/s的流速流過而被加熱，管長6m。已知管內(nèi)壁溫度為150，原油的平均溫度為40。試求原油在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)。已知原油的物性參數(shù)為：原油150時的黏度 解：原油在管內(nèi)流動的re （層流） （0.6pr6700）所以原油在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)用式（3-19）計算由于所以對流傳熱系數(shù)需校正10、銅氨溶液在由四根453.5 鋼管并聯(lián)的蛇管中由38冷卻至8，蛇管的平均曲率半徑為0.285 m。已知銅氨溶液的流量為2.7m3/h，黏度為2.210-3pas，密度為1200km/m3，其余物性常數(shù)可按水的0.9倍選

8、用，試求銅氨溶液的對流傳熱系數(shù)。解定性溫度 查得水在23時的物性參數(shù)，并折算為銅氨液的物性： 四組蛇管并聯(lián)的橫截面積： 過渡區(qū)銅氨液被冷卻，k=0.3，則：過渡流需校正彎管校正11、有一列管式換熱器，外殼內(nèi)徑為190mm，內(nèi)含37根192 的鋼管。溫度為12，壓力為101.3kpa的空氣，以10m/s的流速在列管式換熱器管間沿管長方向流動，空氣出口溫度為30。試求空氣對管壁的對流傳熱系數(shù)。解：定性溫度 查得空氣在21時的物性參數(shù)： 湍流空氣被加熱，k=0.4，則：12、在接觸氧化法生產(chǎn)硫酸的過程中，用反應(yīng)后高溫的so3混合氣預(yù)熱反應(yīng)前氣體。常壓so3混合氣在一由383 鋼管組成、殼程裝有圓缺型

9、擋板的列管換熱器殼程流過。已知管子成三角形排列，中心距為51mm，擋板間距為1.45m，換熱器殼徑為2800；又so3混合氣的流量為4104m3/h，其平均溫度為145.若混合氣的物性可近似按同溫度下的空氣查取，試求混合氣的對流傳熱系數(shù)（考慮部分流體在擋板與殼體之間短路，取系數(shù)為0.8）解：本題為列管式換熱器管外強制對流傳熱，對流傳熱系數(shù)按式3-25計算管子正三角形排列時， 管外流體流過的最大截面積smax計算： 管外流體的流速定性溫度 下查得空氣的物性參數(shù)： 因氣體黏度變化較小，故，由因部分流體在單板與殼體之間隙短路，取實際對流傳熱系數(shù)為計算值的0.8倍13、在油罐中裝有水平放置的水蒸氣管，

10、以加熱罐中的重油。重油的平均溫度為20，水蒸氣管外壁的平均溫度為120，管外徑為60mm。已知70時的重油物性數(shù)據(jù)如下：=900kg/m3 =0.175w/(m)cp=1.88kj/(kg) =210-3m2/s=310-4 -1試求水蒸氣管對重油每小時每平方米的傳熱量kj/（m2h）? 解：則 查表3-4， 得c=0.54， n=1/4，于是所以水蒸氣管對重油每小時每平方米的傳熱量14、壓強為4.76105pa的飽和水蒸氣，在外徑為100mm，長度為0.75m的單根直立圓管外冷凝。管外壁溫度為110。試求（1）圓管垂直放置時的對流傳熱系數(shù)；（2）管子水平放置時的對流傳熱系數(shù)；（3）若管長增加

11、一倍，其他條件均不變，圓管垂直放置時的平均對流傳熱系數(shù)。解：壓強為4.76105pa的飽和蒸汽溫度為150，此時水蒸氣的汽化潛熱r=2119kj/kg冷凝液定性溫度膜溫，查130時水的物性參數(shù) (1)管垂直放置時假設(shè)液膜中的液體作層流流動，由式3-31計算平均對流傳熱系數(shù)驗證re：所以假設(shè)層流是正確的。（3）管水平放置由式（3-29）和式（3-31）可得單管水平放置和垂直放置時的對流傳熱系數(shù)a和a的比值為所以單根管水平放置時的對流傳熱系數(shù)為：（3）管長為0.75m時，液膜流動的re=1608，故管長增加一倍后，液膜成湍流狀態(tài)。此時的對流傳熱系數(shù)為：所以因此當液膜從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r，冷凝對流傳熱

12、系數(shù)急劇增加。15、載熱體流量為1500kg/h，試計算以下各過程中載熱體放出或得到的熱量。 （1）100的飽和水蒸氣冷凝成100的水； （2）110的苯胺降溫至10； （3）比熱為3.77kj/(kgk)的naoh溶液從370k冷卻到290k； （4）常壓下150的空氣冷卻至20； （5）壓力為147.1kpa的飽和水蒸氣冷凝后并降溫至50。解：（1） 查飽和水蒸氣 汽化潛熱r=2258kj/kg （2） 定性溫度，查60時苯胺的物性參數(shù)（3）（4）定性溫度，查85時空氣的物性參數(shù)（5）壓力為147.1kpa的水的飽和溫度為 汽化潛熱r=2230.1kj/kg定性溫度，查80.4時水的物性參

13、數(shù)16、每小時8000m3（標準狀況）的空氣在蒸汽加熱器中從12被加熱到42，壓強為400kpa的飽和水蒸氣在管外冷凝。若設(shè)備的熱損失估計為熱負荷的5%，試求該換熱器的熱負荷和蒸氣用量。解：熱量衡算：查得標準狀況下的空氣物性參數(shù)蒸汽用量：17、在一套管式換熱器中，用冷卻水將1.25kg/s的苯由350k冷卻至300k，冷卻水進出口溫度分別為290k和320k。試求冷卻水消耗量。解：由苯的定性溫度，查苯的物性參數(shù)由苯計算熱負荷由冷卻水的定性溫度，查水的物性參數(shù)18、在一列管式換熱器中，將某溶液自15加熱至40，載熱體從120降至60。試計算換熱器逆流和并流時的冷、熱流體平均溫度差。解：（1）逆流

14、1206040158045時平均溫度差為 12060154010520并流：19、在一單殼程、四管程的列管式換熱器中，用水冷卻油。冷卻水在殼程流動，進出口溫度分別為15和32。油的進、出口溫度分別為100和40。試求兩流體間的溫度差。解： 先按逆流時計算，逆流時平均溫度差為1004032156825 折流時的對數(shù)平均溫度差為 其中 由圖3-27（a）查得，故20、在一內(nèi)管為f18010mm的套管式換熱器中，管程中熱水流量為3000kg/h，進、出口溫度分別為為90和60。殼程中冷卻水的進、出口溫度分別為20和50，總傳熱系數(shù)為2000w/(m2)。試求：（1）冷卻水用量；（2）逆流流動時的平均

15、溫度差及管子的長度；（3）并流流動時的平均溫度差及管子的長度；解：（1）水的比熱（2）逆流時平均溫度差為906050204040 （3）并流時平均溫度差為906020507010 21、在一內(nèi)管為f252.5mm的套管式換熱器中，co2氣體在管程流動，對流傳熱系數(shù)為40 w/(m2)。殼程中冷卻水的對流傳熱系數(shù)為3000w/(m2)。試求：（1）總傳熱系數(shù)；（2）若管內(nèi)co2氣體的對流傳熱系數(shù)增大一倍，總傳熱系數(shù)增加多少；（3）若管外水的對流傳熱系數(shù)增大一倍，總傳熱系數(shù)增加多少；（以外表面積計）解：查得碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)取管內(nèi)co2側(cè)污垢熱阻rs2=0.5310-3 (m2k/w)管外水側(cè)熱阻 r

16、s1=0.2110-3 (m2k/w)(1)總傳熱系數(shù)（以外表面積計）（2）管內(nèi)co2氣體的對流傳熱系數(shù)增大一倍，即a2=80w/(m2k) 總傳熱系數(shù)增加92.8%（3）若管外水的對流傳熱系數(shù)增大一倍，a1=6000w/(m2k)總傳熱系數(shù)增加0.7%22、在一內(nèi)管為f252.5mm的套管式換熱器中，用水冷卻苯，冷卻水在管程流動，入口溫度為290k，對流傳熱系數(shù)為850w/(m2)。殼程中流量為1.25kg/s的苯與冷卻水逆流換熱，苯的進、出口溫度為350k、300k，苯的對流傳熱系數(shù)為1700w/(m2)。已知管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為45w/(m)，苯的比熱為cp=1.9kj/(kg)，密度為=8

17、80kg/m3。忽略污垢熱阻。試求：在水溫不超過320k的最少冷卻水用量下，所需總管長為多少？（以外表面積計）解：冷卻水的平均溫度，查得305k時水的比熱容為熱負荷 冷卻水用量：平均溫度差為3503003202903010基于外表面積的總傳熱系數(shù)k123、一套管式換熱器，用飽和水蒸氣加熱管內(nèi)湍流的空氣，此時的總傳熱系數(shù)近似等于空氣的對流傳熱系數(shù)。若要求空氣量增加一倍，而空氣的進出口溫度仍然不變，問該換熱器的長度應(yīng)增加多少？解：總傳熱量：空氣量增加一倍后：此時總傳熱系數(shù)空氣的進出口溫度不變，則管長要增加15%。24、有一單管程列管式換熱器，該換熱器管徑為f 252.5mm，管子數(shù)37根，管長3米

18、。今擬采用此換熱器冷凝并冷卻cs2飽和蒸汽，自飽和溫度46冷卻到10。cs2在殼程冷凝，其流量為300kg/h，冷凝潛熱為351.6kj/kg。冷卻水在管程流動，進口溫度為5，出口溫度為32，逆流流動。已知cs2在冷凝和冷卻時的傳熱系數(shù)分別為及。問此換熱器是否適用？（傳熱面積a及傳熱系數(shù)均以外表面積計） 解：已知列管尺寸；題中所給的兩個k值均以外表面積為基準?，F(xiàn)有傳熱面積：總傳熱量(式中q1為冷凝段熱負荷，q2為冷卻段熱負荷)已知查得時 cs2的比熱其中；為求a1、a2就應(yīng)求出兩段交界處冷卻水溫度at/q1,a1q2,a2k1k2t4632105對于冷凝段則4646327.451438.554

19、6107.45538.555此換熱器可滿足生產(chǎn)要求。傳熱面積富裕25、由f252.5mm的鍋爐鋼管組成的廢熱鍋爐，殼程為壓力2570kpa（表壓）的沸騰水。管內(nèi)為合成轉(zhuǎn)化氣，溫度由575下降到472。已知轉(zhuǎn)化氣側(cè)a2=300 w/(m2)，水側(cè)a1=104 w/(m2)。忽略污垢熱阻，試求平均壁溫tw和tw。解：以外表面積為基準的總傳熱系數(shù)平均溫度差：壓力2570kpa（表壓）下水的飽和溫度為：226.4575472226.4226.4348.6245.6 傳熱量 管內(nèi)壁壁溫（t取熱流體進出口平均溫度）管外壁壁溫26、有一單殼程、雙管程列管式換熱器。殼程為120飽和水蒸氣冷凝，常壓空氣以12m

20、/s的流速在管程內(nèi)流過。列管為鋼管，總管數(shù)為200根。已知空氣進口溫度為26，要求被加熱到86。又已知蒸汽側(cè)對流傳熱系數(shù)為，壁阻及垢阻可忽略不計。試求：(1) 換熱器列管每根管長為多少米？(2) 由于此換熱器損壞，重新設(shè)計了一臺新?lián)Q熱器，其列管尺寸改為，總管數(shù)減少20%，但每根管長維持原值。用此新?lián)Q熱器加熱上述空氣，求空氣的出口溫度。解：(1) 由熱量衡算式和傳熱速率方程計算完成任務(wù)所需的傳熱面積，然后在計算出管長。查時， 空氣的物性， (湍流) 12012026869434解得：解法2 可見這種近似是允許的。(2) 改為列管，令空氣出口溫度為熱量衡算： (1)速率方程： (2)1201202

21、694式中 將以上各值代入(2)后再與(1)式聯(lián)立解得：27、試計算一外徑為50mm，長為10m的氧化鋼管，其外壁溫度為250時的輻射熱損失。若將此管附設(shè)在：（）與管徑相比很大的車間內(nèi)，車間內(nèi)為石灰粉刷的壁面，壁面溫度為27，壁面黑度為0.91；（）截面為200mm200mm的紅磚砌的通道，通道壁溫為20。解：由表3-8查的氧化鋼管黑度為e 1=0.8，石灰粉刷壁面的黑度e 2=0.15（1）由于爐門被極大的四壁包圍，由表3-9知j=1，a=a1=3.140.0510=1.57m2，c1-2=e 1c0=0. 85.669=4.535w/（m2k4） 所以 （2）查紅磚e2=0.93，=1，此

22、為表3-9中的第五種情況， 所以28、在一大車間內(nèi)有一圓柱形焙燒爐，爐高6m，外徑6m，爐壁內(nèi)層為300mm的耐火磚，外層包有20mm的鋼板，已測得爐內(nèi)壁溫度為320，車間內(nèi)溫度為23，假設(shè)由爐內(nèi)傳出的熱量全部從爐外壁以輻射的方式散失。試求此爐每小時由爐壁散失的熱量為若干？已知耐火磚，爐壁黑度e=0.8，鋼板熱阻可以不計。提示：可用試差法求解，爐外壁溫度在110-120之間。解：輻射面積： （1)耐火磚圓柱熱傳導(dǎo)：耐火磚頂部熱傳導(dǎo)： (2)聯(lián)立(1)與(2)式試差解得：或 29、平均溫度為150的機器油在f1086mm的鋼管中流動，大氣溫度為10。設(shè)油對管壁的對流傳熱系數(shù)為350 w/(m2)

23、，管壁熱阻和污垢熱阻忽略不計。試求此時每米管長的熱損失。又若管外包一層厚20mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.058 w/(m2)的玻璃布層，熱損失將減少多少？對流輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)w/(m)。解：在定態(tài)條件下，各串聯(lián)熱阻相等（1）不保溫時的熱損失因管壁熱阻忽略不計，可認為管內(nèi)、外壁溫度均為tw。令tw-10=q于是 求解得：按管外壁散熱得：（2）若加了20mm厚的保溫層后，管壁溫度為tw1，保溫層外壁溫度為tw2。則：解得：按管外壁散熱得：熱損失減少30、某化工廠在生產(chǎn)過程中，需將純苯液體從80 冷卻到55 ，其流量為20000kg/h。冷卻介質(zhì)采用35 的循環(huán)水。試選用合適型號的換熱器。定性溫度下流體物性

24、列于本題附表中。習(xí)題3-30附表密度,kg/m3比熱容,kj/(kg)黏度,pas導(dǎo)熱系數(shù),kj/(m)苯828.61.8413.5210-40.129循環(huán)水992.34.1740.6710-30.633解 (1)試算和初選換熱器的型號 計算熱負荷和冷卻水消耗量 熱負荷： 冷卻水流量： kg/s 計算兩流體的平均溫度差暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時平均溫度差805543353720 而 由圖3-27（a）查得 ，因為，選用單殼程可行。所以初選換熱器規(guī)格根據(jù)兩流體的情況，假設(shè)k估450w()，傳熱面積a估應(yīng)為本題為兩流體均不發(fā)生相變的傳熱過程。為使苯通過殼壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果，令苯

25、走殼程，水走管程。兩流體平均溫度差，可選用固定管板式換熱器。由換熱器系列標準，初選換熱器型號為g400-1.6-22, 有關(guān)參數(shù)如下。殼徑/mm公稱壓強/mpa管程數(shù)殼程數(shù)管子尺寸/mm實際傳熱面積/mm24001.621252.523.2管長/m管子總數(shù)管子排列方法管中心距/mm折流檔板間距/mm折流板型式3102正三角形32150圓缺型(2)校核總傳熱系數(shù)k管程對流傳熱系數(shù)a2管程流通面積管程冷卻水流速 ms (湍流)()殼程對流傳熱系數(shù)a1，按式（3-25）計算 流體通過管間最大截面積為 苯的流速為 ms管子正三角形排列的當量直徑殼程中苯被冷卻，取所以 （）污垢熱阻 管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分

26、別取為 ，總傳熱系數(shù)k 管壁熱阻可忽略，總傳熱系數(shù)k為 k=526.2() 傳熱面積a m2安全系數(shù)為 故所選擇的換熱器是合適的。選用固定管板式換熱器，型號為g400-1.6-22第四章 蒸發(fā)1、用一單效蒸發(fā)器將2500kg/h的naoh水溶液由10%濃縮到25%（均為質(zhì)量百分數(shù)），已知加熱蒸氣壓力為450kpa，蒸發(fā)室內(nèi)壓力為101.3kpa,溶液的沸點為115，比熱容為3.9kj/(kg)，熱損失為20kw。試計算以下兩種情況下所需加熱蒸汽消耗量和單位蒸汽消耗量。（）進料溫度為25；（2）沸點進料。解：（1） 求水蒸發(fā)量w應(yīng)用式（4-1）（2）求加熱蒸汽消耗量應(yīng)用式（4-4）由書附錄查得4

27、50kpa和115下飽和蒸汽的汽化潛熱為2747.8和2701.3kj/kg則進料溫度為25時的蒸汽消耗量為：單位蒸汽消耗量由式（4-5a）計算，則 原料液溫度為115時單位蒸汽消耗量 由以上計算結(jié)果可知，原料液的溫度愈高，蒸發(fā)1 kg水所消耗的加熱蒸汽量愈少。2、試計算30%（質(zhì)量百分數(shù)）的naoh水溶液在60 kpa（絕）壓力下的沸點。解： t查 蒸汽在600kpa下的飽和溫度為85.6，汽化潛熱為2652kj/kg由式（4-9） 可求其中 f由式（4-10）求得，即 查附錄 為160 則 =160-100=60 即 3、在一常壓單效蒸發(fā)器中濃縮cacl2水溶液，已知完成液濃度為35.7（

28、質(zhì)分數(shù)），密度為1300kg/m3，若液面平均深度為1.8m，加熱室用0.2mpa（表壓）飽和蒸汽加熱，求傳熱的有效溫差。解：確定溶液的沸點t1 (1)計算查附錄 p=101.3kpa, t=100,r=2677.2 kj/kg查附錄 常壓下35%的cacl2水溶液的沸點近似為 (2)計算 查附錄 當pav=1.128103kpa時,對應(yīng)的飽和蒸汽溫度 tpav=102.7 (3)取(4)溶液的沸點 則傳熱的有效溫度差為：0.4mkpa（表壓）飽和蒸汽的飽和蒸汽溫度 t=133.4、用一雙效并流蒸發(fā)器將10%（質(zhì)量，下同）的naoh水溶液濃縮到45%，已知原料液量為5000kg/h，沸點進料，

29、原料液的比熱容為3.76kj/kg。加熱蒸汽用蒸氣壓力為500 kpa（絕），冷凝器壓力為51.3kpa，各效傳熱面積相等，已知一、二效傳熱系數(shù)分別為k1=2000 w/(m2k)，k=1200 w/(m2k)，若不考慮各種溫度差損失和熱量損失，且無額外蒸汽引出，試求每效的傳熱面積。解：（1）總蒸發(fā)量由式（4-24）求得 （2）設(shè)各效蒸發(fā)量的初值，當兩效并流操作時 又 再由式（4-25）求得 （3）假定各效壓力，求各效溶液沸點。按各效等壓降原則，即各效的壓差為： kpa故 p1=500-224.4=275.6 kpa p3=51.3kpa查第一效p1=275.6 kpa下飽和水蒸氣的飽和蒸汽溫

30、度 t1=130.2，其r1=2724.2 kj/kg查第二效p2=51.3 kpa下飽和水蒸氣的飽和蒸汽溫度 t2=81.8，其r2=2645.3 kj/kg查加熱蒸汽p=500kpa下, 飽和溫度t=151.7,r=2752.8 kj/kg（4）求各效的傳熱面積，由式（4-33）得 因不考慮各種溫度差損失和熱損失，且無額外蒸汽引出，故加熱蒸汽消耗 m2 m2(5) 校核第1次計算結(jié)果，由于a1a2 ，重新計算。1）a1=a2=a調(diào)整后的各效推動力為： 將上式與式（434）比較可得 =69.5且 經(jīng)處理可得： m2則 ，2）重新調(diào)整壓降 ，則 其對應(yīng)的飽和壓力=244.3kpa時,其第五章

31、氣體吸收氣液平衡1在常壓、室溫條件下，含溶質(zhì)的混合氣的中，溶質(zhì)的體積分率為10，求混合氣體中溶質(zhì)的摩爾分率和摩爾比各為多少？解：當壓力不太高，溫度不太低時，體積分率等于分摩爾分率，即y=0.10根據(jù) ，所以2向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入純的co2氣體，經(jīng)充分接觸后，測得水中的co2平衡濃度為2.875102kmol/m3，鼓泡器內(nèi)總壓為101.3kpa，水溫30，溶液密度為1000 kg/m3。試求亨利系數(shù)e、溶解度系數(shù)h及相平衡常數(shù)m。解：查得30，水的 稀溶液： 3在壓力為101.3kpa，溫度30下，含co2 20（體積分率）空氣co2混合氣與水充分接觸，試求液相中co2的摩爾濃度、

32、摩爾分率及摩爾比。解：查得30下co2在水中的亨利系數(shù)e為1.88105kpaco2為難溶于水的氣體，故溶液為稀溶液 4在壓力為505kpa，溫度25下，含co220（體積分率）空氣co2混合氣，通入盛有1m3水的2 m3密閉貯槽，當混合氣通入量為1 m3時停止進氣。經(jīng)長時間后，將全部水溶液移至膨脹床中，并減壓至20kpa，設(shè)co2 大部分放出，求能最多獲得co2多少kg？。解：設(shè)操作溫度為25，co2 在水中的平衡關(guān)系服從亨利定律，亨利系數(shù)e為1.66105kpa。解： （1）氣相失去的co2摩爾數(shù)液相獲得的co2摩爾數(shù) （2）（1）與（2）解得：減壓后： 稀溶液： 5用清水逆流吸收混合氣中

33、的氨，進入常壓吸收塔的氣體含氨6（體積），氨的吸收率為93.3，溶液出口濃度為0.012（摩爾比），操作條件下相平衡關(guān)系為。試用氣相摩爾比表示塔頂和塔底處吸收的推動力。解： 塔頂： 塔底： 6在總壓101.3kpa，溫度30的條件下, so2摩爾分率為0.3的混合氣體與so2摩爾分率為0.01的水溶液相接觸，試問：（1） 從液相分析so2的傳質(zhì)方向；（2） 從氣相分析，其他條件不變，溫度降到0時so2的傳質(zhì)方向；（3） 其他條件不變，從氣相分析，總壓提高到202.6kpa時so2的傳質(zhì)方向，并計算以液相摩爾分率差及氣相摩爾率差表示的傳質(zhì)推動力。解：(1)查得在總壓101.3kpa，溫度30條件

34、下so2在水中的亨利系數(shù)e=4850kpa 所以 47.88 從液相分析 x=0.01故so2必然從液相轉(zhuǎn)移到氣相，進行解吸過程。（2）查得在總壓101.3kpa，溫度0的條件下，so2在水中的亨利系數(shù)e=1670kpa =16.49從氣相分析y*=mx=16.490.01=0.16y=0.3故so2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進行吸收過程。（3）在總壓202.6kpa，溫度30條件下，so2在水中的亨利系數(shù)e=4850kpa =23.94從氣相分析y*=mx=23.940.01=0.24y=0.3故so2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進行吸收過程。 以液相摩爾分數(shù)表示的吸收推動力為:x=x*x=0.012

35、50.01=0.0025以氣相摩爾分數(shù)表示的吸收推動力為:y= y y*=0.30.24=0.06擴散與單相傳質(zhì)7在溫度為20、總壓為101.3kpa的條件下，so2與空氣混合氣緩慢地沿著某堿溶液的液面流過，空氣不溶于該溶液。so2透過1mm厚的靜止空氣層擴散到溶液中，混合氣體中so2的摩爾分率為0.2，so2到達溶液液面上立即被吸收，故相界面上so2的濃度可忽略不計。已知溫度20時，so2在空氣中的擴散系數(shù)為0.18cm2/s。試求so2的傳質(zhì)速率為多少？解 : so2通過靜止空氣層擴散到溶液液面屬單向擴散，已知：so2在空氣中的擴散系數(shù)d=0.18cm2/s=1.810-5m2/s 擴散距

36、離z=1mm=0.001m，氣相總壓p=101.3kpa氣相主體中溶質(zhì)so2的分壓pa1=pya1=101.30.2=20.26kpa氣液界面上so2的分壓pa2=0所以，氣相主體中空氣（惰性組分）的分壓pb1=ppa1=101.320.26=81.04kpa氣液界面上的空氣（惰性組分）的分壓pb2=ppa2=101.30=101.3kpa空氣在氣相主體和界面上分壓的對數(shù)平均值為：=1.6710-4kmol/(m2s) 8在總壓為100kpa、溫度為30時，用清水吸收混合氣體中的氨，氣相傳質(zhì)系數(shù)=3.8410-6 kmol/（m2skpa），液相傳質(zhì)系數(shù)=1.8310-4 m/s，假設(shè)此操作條

37、件下的平衡關(guān)系服從亨利定律，測得液相溶質(zhì)摩爾分率為0.05，其氣相平衡分壓為6.7kpa。求當塔內(nèi)某截面上氣、液組成分別為y=0.05，x=0.01時（1） 以（）、（）表示的傳質(zhì)總推動力及相應(yīng)的傳質(zhì)速率、總傳質(zhì)系數(shù)；（2） 分析該過程的控制因素。解：（1）根據(jù)亨利定律相平衡常數(shù)溶解度常數(shù)以氣相分壓差（）表示總推動力時：=1000.05-1340.01=3.66kpa= kmol/（m2skpa）=3.6610-63.66=1.3410-5 kmol/（m2s）以（）表示的傳質(zhì)總推動力時： kmol/m3=0.41461000.050.56=1.513 kmol/m3=8.810-61.513

38、=1.331410-5 kmol/（m2s）（2）與（）表示的傳質(zhì)總推動力相應(yīng)的傳質(zhì)阻力為273597（m2skpa）/ kmol；其中氣相阻力為m2skpa/ kmol；液相阻力m2skpa/ kmol；氣相阻力占總阻力的百分數(shù)為。故該傳質(zhì)過程為氣膜控制過程。 9若吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在計算范圍為直線，界面上氣液兩相平衡，推導(dǎo)出kl與kl、kg的關(guān)系。解：因吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在計算范圍為直線 界面上氣液兩相平衡 的關(guān)系式由 得 （1）由得 （2）由得 （3）（2）式（3）式，并與（1）式比較得吸收過程設(shè)計型計算10用20的清水逆流吸收氨空氣混合氣中的氨，已知混合氣體總壓

39、為101.3 kpa，其中氨的分壓為1.0133 kpa，要求混合氣體處理量為773m3/h，水吸收混合氣中氨的吸收率為99。在操作條件下物系的平衡關(guān)系為，若吸收劑用量為最小用的2倍，試求（1）塔內(nèi)每小時所需清水的量為多少kg？（1）塔底液相濃度（用摩爾分率表示）。解：（1） 實際吸收劑用量l=2lmin=223.8=47.6kmol/h 856.8 kg/h（2） x1 = x2+v（y1-y2）/l=0+11在一填料吸收塔內(nèi)，用清水逆流吸收混合氣體中的有害組分a，已知進塔混合氣體中組分a的濃度為0.04（摩爾分率，下同），出塔尾氣中a的濃度為0.005，出塔水溶液中組分a的濃度為0.012

40、，操作條件下氣液平衡關(guān)系為。試求操作液氣比是最小液氣比的倍數(shù)？解： 12用so2含量為1.110-3(摩爾分率)的水溶液吸收含so2為0.09（摩爾分率）的混合氣中的so2。已知進塔吸收劑流量為 37800kg/h，混合氣流量為100kmol/h，要求so2的吸收率為80%。在吸收操作條件下，系統(tǒng)的平衡關(guān)系為，求氣相總傳質(zhì)單元數(shù)。解： 吸收劑流量 惰性氣體流量12空氣中含丙酮2%（體積百分數(shù)）的混合氣以0.024kmol/m2s的流速進入一填料塔，今用流速為0.065kmol/m2s的清水逆流吸收混合氣中的丙酮，要求丙酮的回收率為98.8%。已知操作壓力為100 kpa，操作溫度下的亨利系數(shù)為

41、177 kpa，氣相總體積吸收系數(shù)為0.0231 kmol/m3s，試用解吸因數(shù)法求填料層高度。解已知 因此時為低濃度吸收，故 kmol/m2s = =11.0也可由和=83.3，查圖5-25得到=9.78=所以 =9.781.04=10.17m14在逆流吸收的填料吸收塔中，用清水吸收空氣氨混合氣中的氨，氣相流率為 0.65kg/(m2s)。操作液氣比為最小液氣比的1.6倍，平衡關(guān)系為 ，氣相總傳質(zhì)系數(shù)為0.043kmol/(m3s)。試求：(1)吸收率由95提高到99，填料層高度的變化。（2）吸收率由95提高到99，吸收劑用量之比為多少？解：（1）吸收率為95時：v0.65290.0224

42、kmol/(m2s)l0.02241.3980.0313 kmol/(m2s)吸收率為99時：l0.02241.4570.0326 kmol/(m2s)(2) l0.02241.3980.0313 kmol/(m2s)l0.02241.4570.0326 kmol/(m2s)15. 用純?nèi)軇┰谔盍纤?nèi)逆流吸收混合氣體中的某溶質(zhì)組分，已知吸收操作液氣比為最小液氣比的倍數(shù)為，溶質(zhì)a的吸收率為，氣液相平衡常數(shù)m。試推導(dǎo)出：（1）吸收操作液氣比與、及m之間的關(guān)系；（2）當傳質(zhì)單元高度hog及吸收因數(shù)a一定時，填料層高度z與吸收率之間的關(guān)系?解：（1） （2） 吸收過程的操作型計算16在一填料塔中用清水

43、吸收氨空氣中的低濃氨氣，若清水量適量加大，其余操作條件不變，則、如何變化？（已知體積傳質(zhì)系數(shù)隨氣量變化關(guān)系為）解： 用水吸收混合氣中的氨為氣膜控制過程，故 因氣體流量v不變，所以、近似不變，hog不變。 因塔高不變，故根據(jù)z=可知不變。 當清水量加大時，因，故s降低，由圖5-25可以看出會增大，故將下降。 根據(jù)物料衡算可近似推出將下降。17某填料吸收塔在101.3 kpa，293k下用清水逆流吸收丙酮空氣混合氣中的丙酮，操作液氣比為2.0，丙酮的回收率為95%。已知該吸收為低濃度吸收，操作條件下氣液平衡關(guān)系為，吸收過程為氣膜控制，氣相總體積吸收系數(shù)與氣體流率的0.8次方成正比。（塔截面積為1m

44、2）（1）若氣體流量增加15%，而液體流量及氣、液進口組成不變，試求丙酮的回收率有何變化？（2）若丙酮回收率由95%提高到98%，而氣體流量，氣、液進口組成，吸收塔的操作溫度和壓力皆不變，試求吸收劑用量提高到原來的多少倍。解：（1） 設(shè)操作條件變化前為原工況 =x2=0，= 設(shè)氣量增加15%時為新工況 因 ，所以 故新工況下因塔高未變， 故 = =5.157 ， 新工況下： 解得丙酮吸收率變?yōu)?2.95%(2) 當氣體流量不變時，對于氣膜控制的吸收過程，不變，故吸收塔塔高不變時，也不變化，即將丙酮回收率由95%提高到98%，提高吸收劑用量時，新工況下=5.301 ， 用試差法解得=0.338

45、所以吸收劑用量應(yīng)提高到原來的1.746倍。18在一逆流操作的吸收塔中，如果脫吸因數(shù)為0.75，氣液相平衡關(guān)系為，吸收劑進塔濃度為0.001（摩爾比，下同），入塔混合氣體中溶質(zhì)的濃度為0.05時，溶質(zhì)的吸收率為90%。試求入塔氣體中溶質(zhì)濃度為0.04時，其吸收率為多少？若吸收劑進口濃度為零，其他條件不變，則其吸收率又如何？此結(jié)果說明了什么？解： 時：原工況 新工況 解得時：原工況 新工況 解得 從計算結(jié)果看，塔高一定，當用純?nèi)軇┪栈旌蠚怏w中的溶質(zhì)時，入塔氣體組成變化，其他條件不變，其吸收率不變。19.在一逆流操作的填料塔中，用純?nèi)軇┪栈旌蠚怏w中溶質(zhì)組分，當液氣比為1.5時，溶質(zhì)的吸收率為90，在操作條件下氣液平衡關(guān)系為。如果改換新的填料時，在相同的條件下，溶質(zhì)的吸收率提高到98，求新填料的氣相總體積吸收系數(shù)為原填料的多少倍？解：原工況： 新工況： 20. 在一填料吸收塔內(nèi)用洗油逆流吸收煤氣中含苯蒸汽。進塔煤氣中苯的初始濃度為0.02（摩爾比，下同），操作條件下氣液平衡關(guān)系為，操作液氣比為0.1