武汉大学化学工程基础课后习题答案第3版.pdf

化学工程基础课后习题答案 第一章第一章流体力学习题流体力学习题2 第二章第二章 流体流动与输送流体流动与输送14 第三章第三章 传热过程传热过程.19 第三章第三章习题和答案习题和答案. 26 第五章第五章 吸收吸收.38 第六章第六章 精馏精馏.47 第六章第六章 精馏习题和答案精馏习题和答案49 第八章第八章 化学反应工程基本原理化学反应工程基本原理 56 第九章第九章 均相反应器均相反应器. 58 - 1 - 第一章第一章流体力学习题流体力学习题 11试将下列物理量换算成指定的单位 质量：1.5kgfs2/m _kg； 密度：13.6g/cm3_kg/m3； 压强：35kgf/cm2 _Pa； 4.7atm _Pa； 670mmHg _Pa； 功率：10马力_kW； 比热容：2Btu/(Ib) _J/(kgK)； 3kcal/(kg) _J/(kgK)； 流量：2.5L/s _m3/h； 表面张力：70dyn/cm _N/m； 5kgf/m _N/m。 12在气体状态方程中 求用以kJ/(kmol.K)表示时，R 等于多少？ 13燃烧重油得到的燃烧气，经分析测知其中含8.5%CO2，7.5%O2，76N2，8H2O（体积百分数） 。 试求温度为500，压强为1atm时，该混合气体的密度。 14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） 15在右图所示的储油罐中盛有密度为960kg/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 3.93107N/m2。 问至少需要几个螺钉？ 16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。 17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， h21.2m， 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=745mmHg。试求锅炉上方水蒸汽的压强p0。 18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920kg/m3及998kg/m3，U 形管中油水交界面高差R=300mm。两扩大室的内径D 为60mm，U 形管 内径d 为6mm，当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐。 19平均压强为0.101Mpa 的某气体在76mm3mm 的管道内流动。当气体的平均压强变为0.505Mpa 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？ 112如右图所示，密度为850kg/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 9.807103Pa，进料量为5m3/h。连接管为38mm2.5mm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。 113见右图，高位槽内水面高于地面8m，水从108mm4mm 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） 。 11420的水以2.5m/s的流速流经38mm2.5mm的水平管。此管以锥形管与另 一53mm3mm 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） 。 115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76mm2.5mm，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 9.81104Pa（表压） 。 试求泵的有效功率。 - 3 - 117内截面为1000mm1200mm 的矩形烟囱的高度为30m，平均分子量为30kg/kmol，平均温度为400的 烟气自下而上流动， 烟囱下端维持49Pa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。 120一转子流量计，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？ 121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3600m3/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30mm。输气管与放空管 内径均为250mm，管长、管件与阀门的当量长度之和为50m（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20m，已估计气体通过塔内填料层的压降为1961Pa。管壁的绝对粗糙度可取为 0.15mm，大气压强为0.101Mpa，求鼓风机的有效功率。 122用离心泵从井中抽水（如右图） ，吸水量为20m3/h，吸水管直径为108mm4mm，吸水管路阻力损 失为4904Pa，求泵入口处的真空度为多少？ 123如右图所示，储槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100mm 钢质放水管相连，管路上装有一个闸 阀。距管路入口端15m 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20m。 (1) 当闸阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm；当闸阀部分开启时，测得R=400mm，h=1400mm。摩 擦系数可取为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)？ 128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2900r/min，真空表与压强表两测压口间的垂直距离为0.4m ，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。 129用离心泵由真空度为48kPa 的容器中输送液体，所选用泵的需要气蚀余量为49kPa。该液体在输送温度 下的饱和蒸汽压为26.66kPa，密度为900kg/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 - 第一章第一章流体力学习题解答流体力学习题解答 11解：质量：14.71kg； 密度：1.36104kg/m3； 压强：3.43106Pa； 4.76105Pa； 8.93104Pa； 功率：7.46kW； 比热容：8.37103J/(kgK)； 1.256104J/(kgK)； 流量： 9m3/h； 表面张力：0.07N/m； 49.05N/m。 12解： 答：R 等于8.31kJ/(kmol.K) 1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（15）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（14）式计算，其中I用非500，1atm状态下的数据代进去计算。 1解：绝对压强740100640mmHg 由附录2查得1mmHg=133.32Pa 故640mmHg8.53104Pa 表压强真空度 故表压强100mmHg1.33104Pa 答：设备内的绝对压强是8.53104Pa。设备内的表压强是1.33104Pa。 - 5 - 1解：孔中心处静压强： 9609.81(9.60.8) 8.287104Pa 圆孔受力：F=PA孔=3.76104N 每个螺钉受力极限：F钉6050N 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。 16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。 17解：对于习题右图所示之b，c，d 位置，有 答：锅炉上方水蒸汽的压强是3.64105Pa 。 18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 - R0.3mr0.003m 答：管路内气体压强是256.55Pa（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。 19解： T 不变. u,qm不变 ， 答：管道的内径应为31.3mm 。 112解：取高位槽内液面为11截面，出料口内侧液面为22截面，则有： u1=0，P1=0（表压） ，z1=h； 连接管内径为382.5233mm0.033m ，P2=9.807103Pa（表压） ，z2=h； We=0，。 根据柏努利方程： 得 h=4.369m 答：高位槽内的液面应比塔的进料口高出4.369m。 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112，113，115中。 113解：取高位槽内液面为11截面，出料口外侧为22截面，则有：u1=0，u2=0，z1=8m，z2=2m，P1P20（表 压） ，We0。 管道出口 局部阻力系数 1 所以全程能量损失 - 7 - 由柏努利方程， 解得速度为： u=2.90m/s 答： （1）A-A截面处水的流速是2.90m/s 。 （2）水的流量是82m3/h 。 114解：dA=38-2.52=33mm0.033m ；dB=5332=47mm=0.047m ； uA=2.5m/s； 根据连续性方程式（133b）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88.6mm。 115解：取截面00为槽中水面，11截面为泵入口处，22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）= 2.47104Pa； u2=u，z2=14m，P2=9.81104Pa（表压） 。 所以，在截面00与11之间有： 即： 解得速度为：u=2.0m/s 在截面11与22之间列柏努利方程可得： 即： - 8 - 解得外加功We为：We285.65J/kg 所以输送设备对流体所作得有效功率Pe可按式（143）计算： 答：泵的有效功率2.257kw 。 117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11截面，上端为22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46335kg/h 。 讨论：注意烟囱上下大气压强不一样。习题121中，吸收塔出入口的大气压强也不一样。 120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f1=2670kg/m3 - 9 - 根据转子流量计的流量计算公式（147） 可得： 所以， qV2=0.548qv,1=0.54810m3/h=5.48m3/h (2) 转子材料为黄铜时，f2=8600kg/m3 所以，对空气：qV3=1.7956qv,1=1.79510m3/h=17.95m3/h 对氯气： qV4=1.7956qv,2=1.79565.48m3/h=9.84m3/h 答：测量T=50，P=0.15MPa 下的氯气，在同一高度下流量为5.48m3/h。 转子材料换为黄铜，在同一高度下氯气的流量是9.84m3/h；空气的流量为17.95m3/h 。 121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11截面，放空口内侧为22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2.9kw。 122解：m2/s 以水面为11截面，泵的入口为22截面，列柏努利方程， kPa(表压) 答：泵入口处的真空度为59.1kPa。 123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11截面，压差计处为22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11截面，出水口为33截面列柏努利方程可得： 解得：m/s， 取储槽液面为11截面，压差计处为22截面列柏努利方程可得： Pa 答： （1）每小时从管中流出88.45m3水 。 （2）U 型管压力计测点处静压强为Pa 。 128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,hf=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。 129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2.72m, 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3.73m 。 （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 vac PPP 绝 33 13.3 1098.7 10 o PaPP 绝 即 3 85.4 10PPa 绝 o a PPP 33 3 85.4 1098.7 10 13.3 10 PaPa Pa 2.解： - 13 - 22 12 12 12 44 4()70 dd dedd dd 3.解：对于稳定流态的流体通过圆形管道，有 2 21 2 1 2 d d u u 若将直径减小一半，即 1 2 d 2 d 2 1 4 u u 即液体的流速为原流速的4 倍. 4.解： g u d L H f 2 2 2 11 11 1 2 f Lu H dg 2 22 22 2 2 f Lu H dg 得到： 21 16 ff HH ，即产生的能量损失为原来的16 倍。 6.解：1）雷诺数 ud Re 其中 3 1000kg m ， 1 1.0um s, 3 2525 10dmmm , 3 110cpPs 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 10 Re2000 10 m u ，解得 1 0.08um 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： 12 22 11 12 uu H 22 f pp zz gggg - 14 - 其中 12 10 ,2 ;zm zm， 121 ;0; f f pp uH g h ，则 22 2 16.15 102 2 9.89.8 uu 解得 1）A-A截面处流量 2 uu， 1 2.17um s 2）q v Au，其中 23 2 11 3.14 (100 10 ) 44 Ad 32 7.85 10 m 1 2.17um s， 3 3 q7.85 102.17 360061.32 v m h 8.解：对1-1截面和2-2截面，由伯努利方程得 12 22 11 12 uu 22 pp zz gggg 其中 2 1211 ,1 H O zzpmgh， 1 112 0.5,um spgh 2 21 1 21 2 2 0.2 ()0.52.0 0.1 d uum s d ， 22 0.52 0.19 29.829.8 hm 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： 12 22 11 12 uu 22 ef pp zHzH gggg 其中： 1212 2 ,10 ;0zm zm uu 1 2 3 a p100 13.6 109.8 0.113332.2p 0 vac pmmHg p 13332.219.61000 210(4) 9.8980 19.613332.2 12.0814.08 1.38815.468 9.8980 e e H g H g 3 2 15.468 2(53 10 )980 4 0.655kw 102102 eV Hq P 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： 12 22 11 12 uu 22 ef pp zHzH gggg 其中： 1112 z0,z50 ;0m pp， 20 9.8 f H， 20 5052.05 9.8 e H 52.05 36 1000 8.05kw 102102 0.6 3600 eV Hq P - 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： 12 22 11 12 uu 22 ef pp zHzH gggg 其中， 11 z0,z15 ;m， 1 33 2a 0, 200 1013.6 109.826656p 120 9.8 f p p H 12026656 1524.97 9.89.8 1200 e H 24.97 20 1200 1.632kw 102102 3600 eV Hq P 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： 12 22 11 12 uu 22 ef pp zHzH gggg 其中， 12 z0,z5.0 ;m 2 12 5 a 4 0,2.5. 2.5 9.8 2.45 10 p 0.01 ppkgf 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： 0.2 9.8 f H 3 2 36 2.2 3600(76 10 ) 4 u 52 2.45 102.20.2 5.0 1000 9.82 9.89.8 5.0250.250.0230.27 e H 30.27 36 1000 3.0kw 102102 3600 eV Hq P 2） 3.0 4.3kw 1020.7 eV Hq P 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： 12 22 11 12 uu 22 f pp zzH gggg 其中： 12 z0,z4.8 ;m 12 0,?pp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 - 0.2 9.8 f H 2 2 2.20.2 (4.8) 1000 9.849600pa 2 9.89.8 p 得真空表的读数为49600 vac Pa P 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： 12 22 11 12 uu 22 ef pp zHzH gggg 其中， 12 z0,z20 ;m 12 0,0pp，5,20525 fe HH w 25 9.8245J/kg e 2）在管路A、B 截面间列伯努利方程得： 22 AB 2 2 22 22 22 uu 22 u 2 u2() ()6 ()6 AB AB AB ABf BA BA ABHgH OH O HgH OH O AB H OH O pp zzH gggg ppL zz ggdg ppd gzz Lgg ppgRg R pp g 22 2 ()6 2(6) 0.05 20.5042 6 0.02 HgH OH O H O R d ug L g 1 .03m s 3） 2 25 2.030.051000 4 0.976 102 Pkw 4）根据静力学基本方程式： - 17 - 20 02 222 22 02 22 022 (6) (6) 6() 6 (6) 6 () 13.6 1.2 1 1 BH OHg BHgH O AH OBH OH OHg ABH OH OHg AHgH O H OH OHg AHgH OHgH O pgHgRp pgRpgH pghpgg hRgR ppggRgR pgRpgH ggRgR ppgRgHgR 5 (13.6 1) 0.04 9.8 1000 1.55 10 a p - 18 - 第三章 传热过程 1 解： 2 3 3 2 2 1 1 41 1243 901 . 0 1120 0001 . 0 714 . 0 187 . 0 1120 45 006 . 0 14 . 0 1 . 0 07 . 1 2 . 0 301150 mW tt R t q 12 0 0 73 . 3 )( 1120 300 WmCRR RR q 12 0 83 . 2 901 . 0 73 . 3 WmCR 2 解： 1414 1414 11 1 1 ()() 2 2()2() ()11 () ii imi iii n ii iii i n i TTTT Ar L L TTL TT rrr l rr r r l r 1 96.138 168.10 1413 214 . 6 94 . 3 0139 . 0 1413 007 . 0 435 . 1 2 . 0 788 . 0 16 223 . 0 22514 . 3 2 55 85 07 . 0 1 25 55 2 . 0 1 20 25 16 1 )35260(2 mW lll L nnn 4 解：空气的定性温度 220 180 T200 C 2 200时空气的物性参数为： 3 0.746/Kg m 211 3.91 10 W mK 5 2.6 10 a P s 1 1.034C p CKJ Kg - 19 - 1 15um s， 4 5 0.0254 15 0.746 1.09 10 2.6 10 e du R 35 2 1.034 102.6 10 0.68 3.931 10 p r C P 0.80.3 2 40.80.3 2 0.023()() 3.931 10 0.023(1.09 10 )0.68 0.0254 53.8 er RP d W mK 5 解：水的定性温度C30 2 2040 T 30时水的物性参数为： 3 / 7 . 995mKg 11 6176 . 0 KmW sPa 5 1007.80 1 4.174 p CKJ KgC 4 . 08 . 0 )()(023 . 0 re PR d 当 1 1 smu时， 6 . 24868 1007.80 7 . 995102 . 0 5 du Re 41 . 5 6176 . 0 1007.8010174 . 4 53 p r C P KmW 2 4 . 08 . 0 5 . 4583 )41 . 5 () 6 . 24868( 002 . 0 6176 . 0 023 . 0 当0.3u 时 58.7460 du Re，此时，2000Re10000 - 20 - CmW 2 8 . 1 5 8 . 0 1638 ) 58.7460 106 1 (58.7460965 . 1 85.38023 . 0 7 解：甲烷的定性温度：C75 2 30120 T 0条件下： 3 /717 . 0 mKg 11 03. 0 KmW sPa 5 1003 . 1 11 7 . 1 KKgKJCp 由于甲烷是在非圆形管内流动，定性尺寸取de 0255 . 0 019 . 0 3719 . 0 019 . 0 4 3719 . 0 4 4 4 22 润湿周边 流体截面积 e d 7 . 17728 1003 . 1 717 . 0 100255 . 0 5 du Re 584 . 0 03 . 0 1003 . 1 10 . 1 53 p r C P 由于甲烷被冷却，3 . 0n 12 3 . 08 . 0 3 . 08 . 0 1 . 57 851 . 0 77.2505176 . 1 023 . 0 )584 . 0 () 7 . 17728( 0255 . 0 03 . 0 023 . 0 )()(023 . 0 KmW PR d re e 若甲烷在管内流动： 75.10441 1003 . 1 717 . 0 10015 . 0 5 du Re 12 2 . 64 KmW 8 解： 1 40 1525TC， - 21 - 2 1303397TC 21 2 1 9725 53.1 97 25 m n n TT TC T l l T （逆流） 在按照折流校正 33 15 0.16 130 15 13040 5 33 15 P R 0.97 0.97 53.151.5 m TC 9 解： (1) 1 3 21 118750 3080109 . 125 . 1 sJ TTcq pm (2)CT102030 1 ， CT404080 2 C l T T l TT T n n m 64.21 4 1040 1 2 12 (3) 12 33 33 0 00 0 00251 . 0 10176 . 0 1021 . 0 02 . 0 025 . 0 02 . 0 025 . 0 45 025 . 0 0025 . 0 02 . 0 1085 . 0 025 . 0 107 . 1 1 11 WKm l RR d d d d K R n ssi mi 油 12 91.398 1 KmW R K (4) 2 74.13 64.2191.395 118750 m tK A m - 22 - 若近似按平面壁计算，则 26.453 10176 . 0 1021 . 0 45 0025 . 0 1085 . 0 1 107 . 1 1 111 33 33 0 0 0 K RR K R ssi m i 油 2 11.12mA 10解： (1)md 3 0 1016 ，mdi 3 1013 ， m 3 105 . 1 12 33 3 0 00 5 . 81 011 . 0 100414 . 0 10231 . 1 1 90 1 5 .1440 16105 . 1 100013 16 1 1 1 KmW d d d d K mii (2) 12 3 0 00 0 6 . 146 180 1 5 . 1440 16105 . 1 100013 16 1 1 1 KmW d d d d K mii (3) - 23 - 12 33 3 0 00 78.85 011 . 0 100414 . 0 10616 . 0 1 90 1 5 . 1440 16105 . 1 200013 16 1 1 1 KmW d d d d K mii i 11 解： (1) 11212mpmp q cTTq CTT 2550 pmpm CqCq pmpm CqCq2 5 . 92 60 135 60135 . n m l T m pm m Tk Cq Tk A 11 1 1 50 (2) 21212mpmp q cttq Ctt 2 1 70ttCqCq pmpm 35 2 1 tt，50 2 t 81.69 30 135 30135 n m l t， m pm m tk Cq tk A 22 1 2 70 又流量及物性不变， 21 kk 22 1 1 70 70 92.56475 1.855 50 50 69.83490.7 mp m mp m q C ktA q C A kT 855 . 1 1 2 1 2 A A L L ，mL855 . 1 2 - 24 - 12解：(1) 112 3 3 1930 2.88 10(9050)230 6 3600 61.76 10230 6 44.75 mdpdm m m m q cTTKA t t t tC . 9032 44.75 90 32 29.5 m n t T t l tC m pm m Tk Cq Tk A 11 1 1 50 11212 3 3 61.76 104.229.5 18 1.279 104.6/ mdpdmhph mh mh q cTTq ctt q qkg h - 25 - 第三章习题和答案 1. 温度为10及30，总压为101KPa的空气和水接触，空气中氧的体积百分率为21。试求： （1）氧的最大浓度（xA、CA）； （2）溶解度系数。 解:10时氧气的E=3.31*106kpa， 空气中氧气的分压为Pa=101*0.21=21.21kpa， 所以平衡方程可以表示为： PA*=ExA=3.31*106xA 所以：xA=PA*/E=21.21kpa/3.31*106=6.4*106. 30时水的密度为水=995.7kg/m3，所以 H=水/EM=995.7*103/3.31*106*18.02=1.67*10-5molm-3Pa-1 又PA*=CA/H所以 CA=PA*H=1.669*10-5*21.21*103=0.35mol/m3 2. 已知在1.013105Pa下，20C、100g 水中溶有H2S7.82110-3g ，溶液上方H2S的平衡分压2026Pa。 求： （1）解度系数H(molm-3Pa-1)； （2）以气相分压与液相摩尔分数之间关系表示的相平衡方程； （3）相平衡常数； （4）总压提高一倍时的E、H、m值。 解：（1）液相中H2S的物质的量的浓度为CA： CA= VSHM SHm *)2( )2( = V*34 10*821 . 7 3 V=m水/水=100g/998.2*103 由， 得到：CA=2.296mol/m3 H=PA*/CA=2.296mol/m3/2026pa=1.133*10-3molm-3Pa-1 （2）：20C水的密度为998.2kg/m3,所以： E=水/HM=998.2*103/1.133*10-3*18.02=4.889*107pa 相平衡方程为： PA*=ExA=4.889*107xA （3）相平衡常数m为：m=E/P=4.889*107/1.013*105=483 （4）当其他条件不变的时候，总压增大一倍有E,H不变， 但是m=m/2=242 3. 在303K下，SO2分压为3039Pa的混合气分别与下列溶液接触： 含SO225.60molm-3的水溶液； 含SO236.25molm-3的水溶液； 求这两种情况下传质的方向和传质推动力（分别以SO2气相分压差和液相浓度差表示）。已知303K时， SO2的E =4.79106Pa。 - 26 - 5. 某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质xA为210-4（摩尔分率），进口气体中含溶质2.5%（体积），操作 压强为0.1MPa。气液平衡关系为yA*=50xA。 现将操作压强由0.1MPa增至0.2MPa，问塔底推动力（yA-yA*）及（xA-xA*）各增加至原有的多少倍？ - 27 - 6. 某吸收塔用溶剂B吸收混合气体中的A化合物。在塔的某一点，气相中A的分压为21278Pa，液相中A 的 浓 度 为 1.00 10-3kmolm-3， 气 液 之 间 的 传 质 速 率 为 410-5kmols-1m-2， 气 膜 传 质 系 数 kg为 3.9510-9kmol(sm2Pa)-1，证实系统服从亨利定律，当PA=8106Pa时，液相的平衡浓度为1.0010-3kmolm-3， 求下列各项： （1）kL、KG、KL （2）PA-PA,i、CA,i-CA、PA-PA*、CA*-CA （3）气相阻力占总阻力的百分数。 - 28 - (3) 气相阻力占总阻力的百分数为 G g K k 1 1 = 6 6 10307 . 3 1 10949 . 3 1 =76.91% 9. 某吸收塔每小时从混合气中吸收2000kgSO2。已知进塔气中含SO218（质量），其余视为空气，混 合气的平均分子量取28，水的用量比最小吸收用量大65，在操作条件下的平衡关系为YA*=26.7XA。试计算 每小时用水量为多少m3? 解： 02329 . 0 02329 . 0 1 02329 . 0 1 ,02329 . 0 64 5 29 95 64 5 1 1 y y Yy 第一解法： , 12 ,12 , 12 2 1 , 2 1 1 , 1212 1 ,1 1 1 1 ,1 , ()min min 0 26.7 26.7 1.65 26.7 1.65 26.7 0.02385 0.00054 26.7 1.65 512 8 64 .8 14814.8/266. n C n B n C n B n C n B n C n C qYY qXX qYY Y Y q X Y X qYYYY Y qX Y X X mol qX qkmol h 又设 又 又 3 66m h 第二解法： 设吸收率为则， 12 1YY，进气量设为hkga/.， , 3 512 .5% . 95% 29 10 n B a a kmol q h - 29 - , 1211 1 ,1 , , 3 , 3 , (1) ()min26.7 26.7 512 ()1.65()min1.65 26.7 .5% 29 10 .95% 14814.8/266.0 n C n B n Cn C n Bn B n C n C qYYYY Y qX qq qqa q a m qkmol h h 10. 气体混合物中溶质的组成YA,1= 0.02，溶质的吸收率为99，气液相平衡关系为YA*=1.0XA,1。试求 下列情况的传质单元数。 （1）入塔液体为纯溶剂，液体比qn,C/qn,B=2.0; （2）入塔液体为纯溶剂，液体比qn,C/qn,B=1.25; （3）入塔液体组成XA,2=0.0001，液体比qn,C/qn,B=1.25; （4）入塔液体为纯溶剂，液体比qn,C/qn,B=0.8，溶质的回收率最大可达多少？ （1） 02 . 0 1 Y 0002 . 0 %)991 ( 12 YY0 2 X 当液气比为2.2时， , 12 ,121 0.020.0002 2.2 n C n B qYY qXXX 009 . 0 1 X 111 * 222 12 1 2 12 0.020.0090.011 0.0002 0.011 0.0002 0.002695 0.011 lnln 0.0002 0.020.0002 7.35 0.002695 m OG m YYY YYY YY Y Y Y YY N Y （2）当液气比为1.25时， 17.15 01584. 0 25. 1 %9902. 0 1 OG N X - 30 - (3) 当X2=0.00011时 01595 . 0 00011 . 0 01584 . 0 )( 25 . 1 1 2211 XYYX 03.19 001040 . 0 0002 . 0 02 . 0 OG N (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 , 122 1 , 2 12 1 0.02 0.8 1 0.004 0.020.0016 80% 0.02 n C n B qYYY Y qX Y YY Y 11.30，常压操作的填料吸收塔中，用清水吸收焦炉气中的氨。焦炉气处理量为6000m3h-1（标）。 进 塔气体中氨的含量为3（体积），要求氨的吸收率不低于98。水的用量为最小用量的1.6倍，空塔气速 取1.0ms-1。已知操作条件下的平衡关系为