化工原理答案第四版王

第二章流體輸送機械離心泵特性【2-1】某離心泵用15c的水進行性能實驗， 水的體積流量為 540m3/h,泵出口壓力表讀數(shù)為 350kPa,泵入口真空表讀數(shù)為 30kPa。若壓力表與真空表測壓截面間的垂直距離為 350mm,吸入管與壓出管內(nèi)徑分別為350mm及310mm,試求泵的揚程。3 3解水在15c時p=995.7kg/m,流量qV=540m/h壓力表Pm=350kPa,真空表pv=40kPa(表壓)壓力表與真空表測壓點垂直距離 h0=0.35m管徑d1=0.35m,d2=0.31m士、擊 qV 540/3600流速 Ui= = =1.56m/sTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"2 2—d1 —(0.35)4 4U2ri'dij=1.56x10351=1.99m/s。31)2 2Pm-PV U2-Ui揚亞 H=%+- —+ pg 2g3 3 2 2350 10< 3010) 1(99 )150.)—035— ' / ?、 ’ 、 /一. 995.7981 298.1=0.353.89.00m8m3N9±3【2-3】某臺離心泵在轉(zhuǎn)速為 1450r/min時，水的流量為 18m3/h,揚程為20m(H2。)。試求：(1)泵的有效功率，水的密度為 1000kg/m3;(2)若將泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到 1250r/min時，泵的流量與揚程將變?yōu)槎嗌?？?1)已知qV=18m3/h,H=20m水柱，P=1000kg/m18 有效功率 P=qVPgH= 10009.8120=981WTOC\o"1-5"\h\ze 3600(2)轉(zhuǎn)速 n1=1450r/min流量qV!=18m37h,揚程H1=20mHO柱轉(zhuǎn)速 n2=1250r/minn2 1250 3流重 qV2=qV1 18 15.5m/hn 1450221Ln221Ln1H-2H=14.9mHO柱第三章 沉降與過濾沉降【3-1】密度為1030kg/m3、直徑為400Hm的球形顆粒在 150c的熱空氣中降落，求其沉降速度解 150c時，空氣密度 p=0.835kg/m3,黏度N=2.41x10^Pas顆粒密度Pp=1030kg/m3，直徑dp=4x10-m-4g2-4g2(*P)2I 225HP4(9.81)2(1030)2 3,,c4dp= ―L—— 410-=1.79m/sp |[2252.4110-0.835驗算Re=d^410驗算Re=d^410 .179835)2.4110-=24為過渡區(qū)【3-3】降塵室的長度為10m,寬為5m,其中用隔板分為 20【3-3】降塵室的長度為顆粒直徑為10Nm,氣體密度為 1.1kg/m3,黏度為21.佻106Pa§顆粒密度為 4000kg/m3。試求：(1)最小顆粒的沉降速度； (2)若需要最小顆粒沉降， 氣體的最大流速不能超過多少 m/s?(3)此降塵室每小時能處理多少m3的氣體？解已知dpc=10M10&m,Pp=4000kg/岳，P=1kg/吊N=21x810Pas(1)沉降速度計算(1)沉降速度計算假設(shè)為層流區(qū)gdpcgdpc(「p—P) 9.81(1010-)2(4000-1.1)18 1821.810-=0.01m/s驗算dpM:1010-0.011.1驗算dpM:1010-0.011.1」一21.810-=000505<2為層流(2)氣體的最大流速 Umax沉降高度H=0.1m,降塵室長度L=10mL」UmaxUt100.1

100.1

三一001Umax=1旭s(3)氣體的最大處理量TOC\o"1-5"\h\z3 4 3qVS=WHNUmax=50.1201=10m/s=3.610m/hvs max_dpc(Pp-HgWLNqVS— 18^_dpc(Pp-HgWLNqVS— 18^(1010-6)2400098151020 3 43=( ) =10m3/s=3.6104m3/h1821810上【3-5】溫度為200C、壓力為101.33kPa的含塵空氣，用圖3-9(a)所示的旋風(fēng)分離器除塵。塵粒的密度為2000kg/m3。若旋風(fēng)分離器的直徑為 0.65m,進口氣速為21m/s,試求：(1)氣體處理量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))為多少m3/s；(2)氣體通過旋風(fēng)分離器的壓力 損失；(3)塵粒的臨界直徑。解空氣溫度200C,壓力101.33kPa,

從空氣物理性質(zhì)表中查得密度p=0.746kg/m3,黏度^=2.6x10-Pa.s從空氣物理性質(zhì)表中查得(1)氣體處理量旋風(fēng)分離器直徑D=0.65m,進口氣速ui=21m/s200C、101.33kPa的空氣流量為D 3D ?cc2cc cc2 」“ 3qv=bhu =—— 21=2.52D =2.52 0.65 =1.065m /s550C、101.33kPa時空氣流量為30615m3/s273=1.065:30615m3/s200273(2)壓力損失_ 301DI3D[JDTOC\o"1-5"\h\z阻力系數(shù) =30bh^D=5 =&31dLHD D-^D22 2ui8.31(074)6(3,1c,壓力損失 .p=——= ?137Rh=.1kPa2 2(3)塵粒的臨界直徑 dDcopc一…… 3D0.65已知塵粒密度 ：-p=2000kg/m3,b=—=——=0.13m5 5d=3/1=3.(2.6—10節(jié)0.13=6.79X10%=6.79Rmp-二n7Pui .二5200021過濾【3-6】懸浮液中固體顆粒濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.025kg固體/kg懸浮液，濾液密度為 1120kg/m3,濕濾渣與其中固體的質(zhì)量比為 2.5kg濕濾渣/kg干渣，試求與1m3濾液相對應(yīng)的濕濾渣體積U,單位為m3濕濾渣/m3濾液。固體顆粒密度為2900kg/m3。解已知X=0.025kg固體/kg懸浮液3C=2.5kg濕?S/kg干渣，濾液密度P=1120kg/m0二 0二 1-CX0.02511201-2.50.025=29.9kg干渣/m3濾液2.51 .2.51 .2.5-1290011203=1480kg/m口=乎=299^=0.0505m3濕渣/m3濾液% 14800.85m2,試【3-7】0.85m2,試求1小時過濾所得濾液量為多少 m3

已知過濾常數(shù) K=4.97105m2/s,qe=1.6410-m3/m2T=3600s2q 2qqe=K.q22q1.64102=4.9710-36002 一 42 4_ 4q 3.2810-q_0.179=032810，限：(3.2810-) 40.179 3 2q二 =0.407m/m習(xí)題3-8附圖習(xí)題3-8附圖A=20M0.85=17m2,V=qA=0.407x17=6.92m3濾液[3-8]將習(xí)題3-6的懸浮液用板框壓濾機在過濾面積為2100cm2、過濾壓力為53.3kPa條件下進行過濾，所測數(shù)據(jù)為TOC\o"1-5"\h\z過濾時間/s 8.4 38 84 145濾液量/mL 100 300 500 700試求過濾常數(shù)K與q及濾餅的比阻r。已知濾液的黏度為3.4mPas。解 已知過濾面積A=100cm2=0.01m23884300500700一--43X104一--45X104一--47X104一--23X102一--25X102一--27X102212.7M02一216.8M02220.7M02=4.96710#m2/s,截距生=6.6 120K2m./S 2m145V/mL 100V/m3 1X10-43.2 -2q/m/m 1X102 3 2一/(ms/m) 8.4X0q如習(xí)題3-8附圖所示1qe6.61024.96710上 qe6.61024.96710上 =1.6410^m3/已知.p=5.334Pa濾液黏度 」=3.4mPas=3.410，Pas由習(xí)題3-6得u=0.0505m3濕渣/m3濾液故比阻為2.p25.33104r= = . —K匕，4.96710-3410- 2.p25.33104r= = . —K匕，4.96710-3410- =1.251013m工0.0505【3-9】對習(xí)題3-6及習(xí)題3-8中的懸浮液用板框壓濾機在相同壓力下進行過濾，共有20個濾框，濾框厚度為60mm,每個濾框的兩側(cè)有效過濾面積為085m2o試求濾框內(nèi)全部充滿濾渣所需要的時間。固體顆粒密度為2900kg/m3。在習(xí)題3-6中已給出濕濾渣質(zhì)量與其中固體質(zhì)量的比值為2.5kg濕渣/kg干渣，并計算出每立方米濾液相對應(yīng)的濕渣體積，即 v=0.0505m3濕充S/m3濾液。在習(xí)題3-8中已求出恒壓過濾的過濾常數(shù)K=4.967x10-m2/S,qe=1.64M10，m3/m2解 求恒壓過濾的過濾時間T的計算式為2q2qqe=K.需要求出Vq=A過濾面積A=0.需要求出Vq=A過濾面積A=0.85 2=0m27濾液體積的計算:20個濾框中的濕濾渣體積為0.85 3Vc=200.06——=0.51m3濕渣c 2從濾渣體積Vc計算濾液體積VcVcV—c051u=10.1m3濾液0.0505V10.1 3_2 q=—= =0.594m濾液/m過濾面積A17過濾時間q22qq過濾時間q22qqe

K2(05942)20594164.104.96710-2—二7496s=2.08h第四章傳熱兩流體間傳熱過程的計算【4-15］載熱體的流量為1500kg/h,試計算下列各過程中載熱體放出或吸收的熱量。 (1)100c的飽36003600和水蒸氣冷凝成100c的水；(2)苯胺由383K降溫至從290K加熱到370K;(4)常壓下20c的空氣加熱到冷卻成40c的水。小 1500 ,解 qm= kgs283K；(3)比熱容為3.77kJ/(kgK)的NaOH水溶液150c;(5)絕對壓力為250kPa的飽和水蒸氣，冷凝放熱量(2)苯胺比熱容放熱量(2)苯胺比熱容cp=2.19kJ/(kgK)(1)水蒸氣冷凝 比汽化熱r=2258kJ/kgQ=qmr=15002258=941kW3600383283平均溫度 Tm=-2一=333K放熱量八 _ _ 1500放熱量Q=qmCpT1_T2=^^2.19 383_283=91.3kW⑶NaOH水溶液比熱容Cp=3.77kJ/(kgK)吸熱量1500吸熱量Q=qmCpT1-T2=36003.77370_290=126kW20150(4)空氣加熱平均溫度 tm=-2—=85C比熱容Cp=1.009kJ/(kg：C)吸熱量- 1500Q=qmCpt2—t1= 1.009 150-203600)=54.7kW(5)飽和水蒸氣比熱容Cp=1.009kJ/(kg：C)吸熱量- 1500Q=qmCpt2—t1= 1.009 150-203600)=54.7kW(5)飽和水蒸氣p=250kPa,飽和溫度ts=127.2C,比汽化熱r=2185kJ/kg,冷凝水從ts=127.2C降至t2=40(T,平均溫度 tm1272U40——. =83.6C2比熱容Cp=4.196kJ/(kg■℃)放熱量Q=qm[r-cp?-t2)]1500二場21854.196127A0『二1063kW【4-16】用冷卻水使流量為 2000kg/h的硝基苯從355K冷卻到300K,冷卻水由15c升到35C,試求冷卻水用量。若將冷卻水的流量增加到33.5m/h,試求冷卻水的出口溫度。硝基苯流量qm1=2000kg/h,平均溫度TmTiT2-2-355-300 =327.5K,比熱容2ccp1=1.58kJ/kgK硝基苯的放熱量Q=q硝基苯的放熱量Q=qm1Cp1T「T2(1)冷卻水用量計算20001.58355—300(1)冷卻水用量計算20001.58355—300；=48.3kW3600t1t21535 …平均溫度tm= = =25C比熱容cp2=4.179kJ/(kg：C),密度P=997kg/m3qm2Q48.3x3600Cp2qm2Q48.3x3600Cp2（t2-ti）=4.179（35一15）二2080kg/hqv22=2.09m3/h⑵用水量qv2=3.5m3/h時，求t2=?從上面的計算式可知 qv2與t從上面的計算式可知 qv2與t2-t1成反比，故2.09t2-15 = ,t2=26.9C3.5 35-15,假設(shè)t2=26.9C水的平均溫度 tm=巨一t1產(chǎn)915=21C2 2查得水的比熱容cp=4.182kJ/（kg:C'密度P=998kg/m3計算t2t2-t1QCp2qm2QCp2qv2Pt2=1548.336004.1823.5998=26.9C【【4-17】在一換熱器中，用水使苯從與假設(shè)相符80c冷卻到50C,水從15c升到35C。試分別計 算并流操作及逆流操作時的平均溫度差。解 （1）并流操作苯I=80C,T2=50C水t1=15C,t2=35C.4=65C .t2=15C（2）逆流操作苯T1=80C.T2=50Ct2=35C*t1=15C水4=菽 12二菽困并=ln.t".寸2=45/35：二265-15=34.1C4535 。 二40C20C,出口溫【4-18]在1殼程20C,出口溫度為50Co油進口溫度為 120C,出口溫度為60Co試計算兩種流體的傳熱平均溫度差。解屬于折流."：t1=120-50=70C,.%=60-20=40C,.*/.力=70/40:二2生+及2 70+402 2c T1-Tc T1-T2R二 t2r資二60:60=250-203050-20120_2030=0.3100查得溫差校正系數(shù)Atm=弧逆=0.91x55=50C【4-19】用絕對壓力為300kPa的飽和水蒸氣將體積流量為 80m3/h的苯胺從80c加熱到100C。苯胺在平均溫度下的密度為955kg/m3,比熱容為2.31kJ/（kg：C）。試計算：（1）水蒸氣用量（kg/h）;（2）當(dāng)總傳熱系數(shù)為800W{m250-20120_2030=0.3100查得溫差校正系數(shù)Atm=弧逆=0.91x55=50C【4-19】用絕對壓力為300kPa的飽和水蒸氣將體積流量為 80m3/h的苯胺從80c加熱到100C。苯胺在平均溫度下的密度為955kg/m3,比熱容為2.31kJ/（kg：C）。試計算：（1）水蒸氣用量（kg/h）;（2）當(dāng)總傳熱系數(shù)為800W{m2:C）時所需傳熱面積。解（1）水的比汽化熱r=2168kJ/kg,苯胺體積流量 qv2=80m3/h,苯胺吸收的熱量為3Q=qv2：tpt2-t1=809552.3110 100-80一一一9

=3.5310J5=9.810W/h=353106kJh/水蒸氣用量qm121681628kgh（2）計算傳熱面積已知K=800W/(m2 ),水蒸氣的p=300kPa,t=133.3C。水蒸氣133.3C133.3C苯胺80C100c.t1=53.3C .-：t2=33.3C發(fā)+代2=53.3+33.3=433cQK%259810 二283.800433【4-20】有一套管式換熱器,內(nèi)管為由80mmM10mm的鋼管,內(nèi)管中有質(zhì)量流量為 3000kg/h的熱水,K=2000W/（m2■℃）。K=2000W/（m2■℃）。試求：（1）冷卻解 （1）冷卻水用量qm2計算 T1T2 9060熱水平均溫度 Tm=—1=-2—=75C,cp1=4.191kJ/（kg-C）2050冷水平均溫度 tm=^1-^2= =35C,"=4174kJ/kg）m2 2 p2熱量衡算qm2 4.174 103 50 -20 尸30004.191 103 90-60 ）=3.77 108 J/hqm2=3012kg/h（2）并流

熱水 T1=90c,T2=60c冷水(=20C 1=50C.：ti70 t210C；tm70,10ln70；tm70,10ln7010=30.8CAQ3.77108/3600 2傳熱面積A= = =1.7m傳熱面積K；：tm 200030.8⑶逆流熱水 T1=90C.T2=60Ct2=50C t1=20C、… — 伶水.也=40C,t=40Ctm=40C?“.3 Q377108/3600 2傳熱面積 a=—Q—=一 =1.31mK.\tm 200040【4-21】有1殼程2管程列管式換熱器，用293K的冷水30t/h使流量為20t/h的乙二醇從353K冷卻到313K,設(shè)總傳熱系數(shù)為 1200W/(m2K),試計算所需傳熱面積。乙二醇的平均溫度 Tm=353313=333K, 一爐Km2 ' 冷水 : 2一一 3 廠 乙二洛乙二醇放出熱量 Q=qmQ1T—)2習(xí)題4-21附圖2010336003 52.610 353-313)=5.7810W乙二洛乙二醇放出熱量 Q=qmQ1T—)2習(xí)題4-21附圖2010336003 52.610 353-313)=5.7810W從水的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)表上可知，水在30?50c范圍內(nèi)，比熱容cp=4174J/(kgK)。假設(shè)cp2=4174J/(kgK)，計算冷水出口溫度 t2Q=qm2cp2It2-3t1qm2cp255.78103600 z 293:309.6K301034174冷水的平均溫度 tm=攵—&=293?309.6=301彌m2 2=283tm接近30C,所假設(shè)的cp2可以。逆流平均溫度差 &m逆計算4=14=353_309.6=43.4C-2=T2_ti=313-293=20C&m逆=434&m逆= =30.2C43.41n 20折流的平均溫度差 折流的平均溫度差 Atm計算T1-T2R= t2-t1T1-T2R= t2-t1_353-313=309.6_293四=2.4116.6Pt2-t11-t1309.6-293353-293 60166-=0.277甲=0.83,Atm=④Atm逆=0.83M30.2=25.1C傳熱面積QA傳熱面積QA二 KAtm5.78105 2 =19.2m1200x251【4-22】 有一外彳空為100mm的水蒸氣管，水蒸氣溫度為160Co【4-22】 有一外彳空為100mm的水蒸氣管，水蒸氣溫度為160Co為了減少熱量損失，在管外包覆厚度各為25mm的A、B兩層絕熱材料保溫層， A與B的熱導(dǎo)率分別為0.15與0.05WZ(mK)o試計算哪一種材料放在內(nèi)層好。周圍空氣溫度為20C,保溫層外表面對周圍h-I601C空氣的對流(包括熱輻射)傳熱系數(shù)a空氣的對流(包括熱輻射)傳熱系數(shù)a=15W/(m2.℃)o保溫層內(nèi)表面溫度在兩種情況下都等于水蒸氣溫度。Jil2Jin數(shù)為(1)A在內(nèi)層，B在外層。以保溫層外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系K ——面溫度在兩種情況下都等于水蒸氣溫度。Jil2Jin數(shù)為(1)A在內(nèi)層，B在外層。以保溫層外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系K —————rb& ,b2d3 J,1dm1 1dm2 --習(xí)題4-22附圖熱量損失0.0250.2 0.0250.210.150.1250.050.17515=1.1W/(m2-C)Q=KAit—2)t=K3dL弋2) t單位長度的熱損失為Qq=—=K.d1t—2t=1.1：=1.1：小02160-20=967W⑵B在內(nèi)層，A在外層，總傳熱系數(shù)為K二 b1K二 b1d3.b2cb’1dm1,2dm20.0250.2 0.0250.210.050,1250.150.17515=0.946W/(m2：C)q=Q=K二d3(t1_t2)=0.946二0.2160-20=83.2W/m計算結(jié)果表明，熱導(dǎo)率小的絕熱材料放在內(nèi)層，熱損失小。5000kg/h,進【5000kg/h,進口溫度為80C,出口溫度為50Co口溫度為80C,出口溫度為50Co水在環(huán)隙流動，進口溫度為15C,出口溫度為30Co水與甲苯逆流流動，傳熱面積為 2.5m2。問所測得的總傳熱系數(shù)為多大?解甲苯qm1=5000kg/h,Ti=80C,T2=50C,Tm8050Tm8050=65C,%=1.86103J/(kgK)熱負(fù)荷5000 熱負(fù)荷5000 3Q=——1.86103360080_50=77.5103WT1=80T1=80C 耳=50Ct2=30Ct1=15C，t1=50C .：t2=35C2A=2.5m2QA；：tQA；：tm2W/m22W/m2 二7292.542.5氣液相平衡【5-5】【5-5】空氣中氧的體積分?jǐn)?shù)為21%,試求總壓為101.325kPa,溫度為10c時，1m3水中最大可能溶解多少克氧？已知10c時氧在水中的溶解度表達(dá)式為 p*=3.313M106x,式中p*為氧在氣相中的平衡分壓，單位為克氧？已知kPa；x為溶液中氧的摩爾分?jǐn)?shù)。解總壓p=101.325kPa空氣中。2的壓力分?jǐn)?shù) pjp=體積分?jǐn)?shù)=0.21空氣中。2的分壓 pA=0.21M101.325kPa亨利系數(shù)E=3.31360Pa(1)利用亨利定律p；=Ex計算與氣相分壓Pa=0.21M101.325kPa相平衡的液相組成為*Pa*Pax=E021101.325一3.313106=6.42父106kmolO/kmol溶液此為1kmol水溶液中最大可能溶解6.42M10立kmolO2因為溶液很稀，其中溶質(zhì)很少1kmol水溶液Mkmol水=18kg水10C,水的密度 p=999.7kg/m3故 1kmol水溶液-18^999.7m3水

即 」8_m3水中最大可能溶解6.42x10￡kmol氧999.7故1m3水中最大可能溶解的氧量為6.4210-999.7186.4210-999.7184 _=3.5710-kmoQ3.5710-32=1.1410工kgQ=11.4gO2CA.,,(2)利用亨利定律Pa=」計算H； 999.7 cc.c-7T6—~EM； 999.7 cc.c-7T6—~EMs3.3131018=1.67610-kmol/m3kPa1m3水中最大可能溶解的氧量為* 5 4 3 、、、、Ca=PaH=(0.21x101.325)(1.676m10-)=3.57m10-kmolO/m 溶披3.5710432=1.14102kg02V11.4gO2【5-6】含NH3體積分?jǐn)?shù)1.5%的空氣-NH3混合氣，在20c下用水吸收其中的NH3總壓為203kPa。NH3在水中的溶解度服從亨利定律。在操作溫度下的亨利系數(shù)E=80kPa0試求氨水溶液的最大濃度， kmolNHXm3溶液的溶解度服從亨利定律。在操作溫度下的亨利系數(shù)解氣相中NH3的摩爾分?jǐn)?shù)y=0.015總壓p=203kPa,氣相中NH3的分壓pA=py=203M0.015kPa(1)利用亨利定律p*=Ex計算與氣相分壓p相平衡的液相中NH3的摩爾分?jǐn)?shù)為*x二也*x二也E2030.01580=0.0381H9982 3NH3水溶液的總濃度 c之——= kmol/mMs 189982水溶披中NH3的最大濃度 Ca=cx=78-M0.0381=2.11kmolNH3/m3溶液(2)利用亨利定律P；=cA計算H匕 9982 3E=80kPa,H-^^= —=0693kmol/(m3kPa)EMs80183、、cA=pAH=(203X0.015)(0.693)=2.11kmolNH3/m溶液【5-7】溫度為20C,總壓為0.1MPa時，CO?水溶液的相平衡常數(shù)為m=1660。若總壓為1MPa時，相平衡常數(shù)m為多少？溫度為20c時的亨利系數(shù)E為多少MPa?解 相平衡常數(shù)m與總壓p成反比，p=0.1MPa時m=1660,p'=1MPa時m'=m-p=1660—=166

p' 1亨利系數(shù) e=mp=m'p'=l66MPa吸收過程的速率【5-10］如習(xí)題5-10附圖所示，在一細(xì)金屬管中的水保持25C,在管的上口有大量干空氣（溫度25C,總壓101.325kPa）流過，管中的水汽化后在管中的空氣中擴散，擴散距離為100mm。試計算在穩(wěn)定狀態(tài)下的汽化速率， kmol/（m2.s）。解25c時水的飽和蒸氣壓為3.2895kPa從教材表5-2中查得，25C,101.325kPa條件下，H2O在空氣中的分子擴散系數(shù)D=0.256cm2/s=0.256x10-m2/so擴散距離Z=100mm=0.1m，總壓p=101.325kPa水表面處的水汽分壓 pA1=3.289l5Pa空氣分壓 pB1=p-pA1=101.325-3.2895=98.04kPa管上口處有大量干空氣流過，水汽分壓 pA2=0空氣分壓Pb2=101.325kPa空氣分壓的對數(shù)平均值為Pb2-pB1pBm二 n-但Pbi3.2895=99.8kPa101.325aln 98.04水的汽化速率DpNa:——-p-RTZPBm1|Pai-Pa24025610— 101325 7 2. .-3.2895-0=3.4510-kmol/ms8.3142980.1 99.8【5-12】用清水在吸收塔中吸收混合氣中的溶質(zhì) A,吸收塔某截面上，氣相主體中溶質(zhì)A的分壓為5kPa,液相中溶質(zhì)A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.015。氣膜傳質(zhì)系數(shù)kY=2.5X10?kmol/（m2，s）,液膜傳質(zhì)系數(shù)3 2kX=3.5M104kmol/mis。）氣液平衡關(guān)系可用亨利定律表不，相平衡常數(shù)m=0.7。總壓為101.325kPa試求：（1）氣相總傳質(zhì)系數(shù)KY,并分析吸收過程是氣膜控制還是液膜控制;（2）試求吸收塔該截面上溶質(zhì) A的傳質(zhì)速率Na。解（1）氣相總傳質(zhì)系數(shù)KY1Ky1m1 0.7 -i -I ,5 3kY kX 2.510 3.510=41042102=4.02104KY=2.488105kmol/m2s氣膜阻力1/kY—4x104(m2s)/kmol,液膜阻為m/kx=2x102(m2s)/kmol氣膜阻力與總阻力的比值為 1/kY=4父1°4=0995,為氣膜控制。1/Ky 4.0210(2)傳質(zhì)速率NAY=pA= 5——=0.0519p-pA101.325-5x 0.015X=——= =0.0152,Y*=mX=0.700152=0.0106x-1 1-0.015Na=KyY-Y*=2.4881050.0519_0.0106=1.0310-kmol/m2.s吸收塔的計算【5-14】從礦石焙燒爐送出的氣體含體積分?jǐn)?shù)為 9%的SQ。其余視為惰性氣體。冷卻后送入吸收塔，用水吸V1=0.09, Y=ViV1=0.09, Y=Vi1-V11-0.09009-=0.0989收其中所含SQ的95%。吸收塔的操作溫度為30C,壓力為100kPa,每小時處理的爐氣量為1000m3(30C、100kPa時的體積流量)，所用液-氣比為最小值的1.2倍。求每小時的用水量和出塔時水溶液組成。平衡關(guān)系數(shù)據(jù)為液相中SO溶解度/kg(SO),100kg(H2O)廣7.5 5.0 2.5 1.5 1.0 0.50.20.1氣相中SQ平衡分壓/kPa91.760.328.816.710.54.81.570.63解①最小液一-比‘上\=上二且的計算GminX1-X2。=0.95,Y2=(1』)Y=(1-0.95)X0.0989=0.00495吸收劑為水，X2=0，總壓p=100kPa原料氣中SQ分壓PSo2=py=100X0.09=9kPa從平衡數(shù)據(jù)內(nèi)插,換算為摩爾比得液相平衡溶解度0.868kgSQ從平衡數(shù)據(jù)內(nèi)插,換算為摩爾比100kgH2O*0.868/64 3X1= =2.4410100/18最小液-氣比Y1 -Y最小液-氣比Y1 -Y2GminX1-X2Q0989—。00495=38.50.00244②用水量計算LL/G=1.2— =1.238.5=46.2Gmin已知爐氣流量1000已知爐氣流量1000m3/h(30C,100kPa)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理想氣體的摩爾體積為 22.4m3/kmol(273.15K,101.325kPa)46.2L/G【5-15】在一吸收塔中，用清水在總壓0.1MPa46.2L/G【5-15】在一吸收塔中，用清水在總壓0.1MPa、溫度20c條件下吸收混合氣體中的 CO?,將其組成從2%降至0.1%（摩爾分?jǐn)?shù)）。20c時CO2水溶液的亨利系數(shù)E=144MPa。吸收劑用量為最小用量的 1.2倍。試求：（1）爐氣的摩爾流量為273.15 100 11000 =39.7kmol/h303.15101.32522.4惰性氣體流量 G=39.7(1_0.09=36.1kmol/h吸收用水量 L=46.2361166mol/h4=181668=310kg/h③出塔水溶液的組成Y1-Y20.0989-0.00495 3X1= = =2.0310-液-氣比L/G及溶液出口組成X1。（2）試求總壓改為1MPa時的L/G及X1。(1)總壓p=0.1MPa時L/G及X1w002=——=0.02041,Y2：0.001,X2=01_y1 1-0.02LGm,LGm,_Y-Y2 _0.02041-0.001.1369inY/m-X2 0.02041/1440-0=1.2L=1.21369=1643GminTOC\o"1-5"\h\zG 0.02041-0.001 5X1=X2?—Y1-Y2；=0? =1.1810X1L 1643總壓p=1MPa時的L/G及X1m=E/p=144d=144/G) 0.02041-0.001 69( )min 0.02041/144 .L/G=1.2(L/G)min=1.2136.9=164.30.02041-0.001“c,c4X1= =1.1810164.3從上述計算結(jié)果可知，總壓從 0.1MPa增大到1MPa,溶液出口組成從1.18父10乂增加到1.18父10上。【6-9】在壓力為101.325kPa的連續(xù)操作的精微塔中分離含甲醇 30%（摩爾分?jǐn)?shù)）的甲醇水溶液。要求儲出液組成為0.98,釜液組成為0.01,均為摩爾分?jǐn)?shù)。試求：（1）甲醇的回收率。（2）進料的泡點解操作壓力p=101.325kPa,xF=0.3摩爾分?jǐn)?shù)（1）甲醇回收率E計算DXf-Xw0.3-0.01 0.29F-xD-Xw—0.98-0.01-0.97二DXd-二DXd-FXf_0.290.98-0.970.30=0.9766（2）進料的泡點計算在p=101.325kPa下甲醇的沸點為64.7C,水的沸息為100C,進料的泡點必在64.7C與100c之間。假設(shè)t=70C,計算pA=125.31kPa,pB=31.17kPap_p： 101,325-31.17放相組成 x 一結(jié)= =0745>0.3pA-pb 125.31,31.17計算的x值大于已知的x值，故所假設(shè)的溫度t偏小，再假設(shè)大些的t,重新計算。將3次假設(shè)的t與計算的x值列于下表，并在習(xí)題6-9附圖中繪成一條曲線，可知x=0.3時的泡點為t=84C。習(xí)題6-9習(xí)題6-9附圖習(xí)題6-9附表計算次數(shù)第一次第二次第三次假設(shè)t/c708085x0.7450.4040.275【6-10】在一連續(xù)操作的精微塔中分離苯一甲苯混合液，原料液中苯的組成為 0.28（摩爾分?jǐn)?shù)）。儲出液組成為0.98（摩爾分?jǐn)?shù)），釜液組成為0.03（摩爾分?jǐn)?shù)）。精微段上升蒸氣的流量V=1000kmol/h,從塔頂進入全凝器，冷凝為泡點液體，一部分以回流液L進入塔頂，剩余部分作為儲出液D采出。若回流比R=：=1.5,試回答下列問題：（1）計算儲出液流量D與精儲段下降液體流量L;（2）計算進料量F及塔釜釜液采出量W;（3）若進料為飽和液體，計算提儲段下降液體流量L′與上升蒸氣流量V'；（4）若從塔頂進入全凝器的蒸氣溫度為82C,試求塔頂?shù)牟僮鲏毫?。苯與甲苯的飽和蒸氣壓用Antoine方程計算，其計算式見例6-2。解(1)已知V=1000kmol/h,R=1.5儲出液流量 d=-V—=1000=400kmoJ/hR11.51精微段下降液體流量 L=V-D=1000-400-600kmol/h?(2)已知xF=0.28,Xd=0.98,xW=0.03,D=400kmol/h,代入式D__.XF_xWF XD-xW求得進料流量F=1520kmol/h釜液采出量W=F—D4520—400= 11k2i0/olh

釜液采出量（3）提儲段下降液體流量L'=FL=1520600=2120kmol/h提儲段上升蒸氣流量 V'=V=1000kmol/h或V=L'-W2120-11201收01^1h(4)塔頂操作壓力計算t=82C苯pA=107.39kPa甲苯pB=41.58kPa用露點與汽相組成的關(guān)系式pAp-pBy=― 7pPa-Pb計算p,已知y=0.98107.39p-41.58——一p =0.98p107.39-41.58解得操作壓力 p=1041Pa【6-13】在一常壓下連續(xù)操作的精儲塔中分離某雙組分溶液。該物系的平均相對揮發(fā)度2=2.92。（1）離開塔頂?shù)诙碚摪宓囊合嘟M成 x=0.75（摩爾分?jǐn)?shù)），試求離開該板的汽相組成 y2;（2）從塔頂?shù)谝焕碚摪暹M入第二理論板的液相組成x1=0.088（摩爾分?jǐn)?shù)），若精微段的液-汽比L/V為2/3,試用進、出第二理論板的汽液兩相的物料衡算，計算從下面第三理論板進入第二理論板的汽相組成，如習(xí)題6-13附圖所示；（3）若為泡點回流，試求塔頂回流比R;（4）試用精儲段操作線方程，計算儲出液組成 xDo解（1）因為是理論板，y2與x2為平衡關(guān)系。用相平衡方程從習(xí)題6-13附圖x2習(xí)題6-13附圖x2=0.75計算y2。二X2V2—1(：--1)X22.920.7592-1—=0898.75(2)已知％(2)已知％=0.88,X2=0.75,V2=0.898,。V=2/3,求丫3。第二板易揮發(fā)組分的物料衡算為Vy2-y3=LX1-X2y3”=0.y3”=0.898-23(.88—07產(chǎn),801（3）計算回流比R-R-=-=2,R=2R1V3(4)精微段操作線方程Vn將X=0.88、V2=0.898及R=2代入，求得Xd=0.934【6-14】在一連續(xù)操作的精儲塔中分離某雙組分溶液。 其進料組成為0.3,儲出液組成為0.95,釜液組成為0.04,均為易揮發(fā)組成的摩爾分?jǐn)?shù)。進料熱狀態(tài)參數(shù)q=1.2,塔頂液相回流比R=2。試寫出本題條件下的精儲段及提儲段操作線方程。解(1)精儲段操作線方程 已知R=2、x