课后答案作业

1、第四章某平壁材料的导热系数。(1 aT) W/(mK), T的单位为C。假设通过平壁的热通量为q W/m,平壁内外表的温度为Ti。试求平壁内的温度分布解：由题意，根据傅立叶定律有q=入 dT/dy即q=入 o (1 +a T) dT/dy别离变量并积分整理得此即温度分布方程某燃烧炉的炉壁由500mn厚的耐火砖、380mr厚的绝热砖及250mn厚的普通砖砌成。其入值依次为 W/(m- K), W/(m- K)及 W/(m- K)。传热面积A为in2。耐火砖内壁 温度为1000C，普通砖外壁温度为50C。(1) 单位面积热通量及层与层之间温度；(2) 假设耐火砖与绝热砖之间有一 2cm的空气层，其

2、热传导系数为 W/(mC )。内外 壁温度仍不变，问此时单位面积热损失为多少解：设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为r 1、r2、r 3。(1)由题易得b0.5m厂 r 2 |- n a jr1 =：7 = 0.357 m K/W1.4Wm K22= 3.8 m K/W2r3=m K /W所以有T2q= mr1Dr3由题T1 = 1000C丁2= Ti QR=923.4 C(2)由题，增加的热阻为T3= Ti Q( R + R)=108.3 CT4= 50 Cr '二 0.436 m2 K/Wq=A T/ (r 1 +2+ 九 + r')2=m某一60 mm<3mm的铝复

3、合管，其导热系数为 45 W/(mK)，外包一层厚30mm的石 棉后，又包一层厚为30mm的软木。石棉和软木的导热系数分别为(mK)和 W/(mK)。 试求(1)如管内壁温度为-105 C,软木外侧温度为5C，那么每米管长的冷损失量为多少(2)假设将两层保温材料互换，互换后假设石棉外侧温度仍为5C,那么此时每米管长的冷损失量为多少解：设铝复合管、石棉、软木的对数平均半径分别为r m1、r m2 r m3o由题有r m1 =r m2=r m3=3mn= 28.47mm30 In -2730 mn= 43.28mm60 ln -3030 mn= 73.99mm .90 ln -60(1) R/L

4、=21rm1b222rm2b323rm3=245 28.47 K m/W303020.15 43.28K m/W 20.04 73.99K m/W=x 104K - mM+ mM+ m/W= m/WQ/L= = mR/L(2) R/L =3W245 28.473030m/KW m/KW m/K20.04 43.2820.15 73.99=X 10* m W-m /W m /Wbi2irmib222rm2b323rm3= m /WQ/L= = mR/ L某加热炉为一厚度为10mm勺钢制圆筒，内衬厚度为250mm勺耐火砖，外包一层厚度 为250mm勺保温材料，耐火砖、钢板和保温材料的导热系数分别为

5、 W/m- K、45 W/m- K 和W/ / m- K钢板的允许工作温度为 400C。外界大气温度为 35C，大气一侧的 对流传热系数为10 W/ /mb K;炉内热气体温度为600E，内侧对流传热系数为100 W/ /m - K。试通过计算确定炉体设计是否合理；假设不合理，提出改良措施并说明理由。补 充条件：有效管径2.0m解：设由耐火砖内侧外表和保温材料外测外表的面积分别为 A和耐火砖、钢筒 和保温材料的对数平均面积分别为 Ami、入2、Am。钢板内侧温度为T。稳态条件下，由 题意得：因为钢板内侧温度较高，所以应该以内侧温度不超过400°C为合理有效管径R=2.0 m带入条件，

6、解得 T = 463.5C >400C计算结果说明该设计不合理改良措施：1、提高钢板的工作温度，选用耐热钢板；2、增加耐火砖厚度，或改用导热系数更小的耐火砖。在换热器中用冷水冷却煤油。水在直径为© 19X 2mm的钢管内流动，水的对流传热系数为3490 W/ /吊 K，煤油的对流传热系数为458 W/ / m K。换热器使用一段时间 后，管壁两侧均产生污垢，煤油侧和水侧的污垢热阻分别为0.000176 m2 K/W和0.00026m2 K/W 管壁的导热系数为45 W/ /m- K。试求/1基于管外外表积的总传热系数；/2产生污垢后热阻增加的百分数。解：/1将钢管视为薄管壁那么

7、有1 1b 1rs1rs2K 1212m2 K/WO.。02 m2 K/W1m2 K/W 0.00026m2 K/W 0.000176m2 K/W K=349045458322.95 10 3m2 K/W(m K)(2)产生污垢后增加的热阻百分比为注：如不视为薄管壁，将有5%左右的数值误差。列管式换热器由19根© 19X 2mm长为1.2m的钢管组成，拟用冷水将质量流量为350kg/h的饱和水蒸气冷凝为饱和液体，要求冷水的进、出口温度分别为15C和35C。基于管外外表的总传热系数为700 w/( m K ,试计算该换热器能否满足要求。解:设换热器恰好能满足要求，那么冷凝得到的液体温度

8、为100C。饱和水蒸气的潜热L= kg T2= 85K,AT1= 65K由热量守恒可得KAAT m= q丄即列管式换热器的换热面积为 A总=19X 19mrXnX 1.2m=1.36m2 v 4.21m2故不满足要求。假设将一外径70mm长3m外表温度为227E的钢管放置于：(1) 很大的红砖屋内，砖墙壁温度为 27C；(2) 截面为X0.3m2的砖槽内，砖壁温度为27C。试求此管的辐射热损失。(假设管子两端的辐射损失可忽略不计)补充条件：钢管和砖槽的黑度分别为和解：(1) Q-2= G-2 © 12A (T/ T2°) /1004由题有 © 2 = 1， C仁2

9、 = uC。，0 =Q12= dC0 A (T14 T24) /1004=X ( m2 K4) X 3mx 0.07mX (X004K4 3004K4) /1004=X103W(2) Q2 Ci2© i2A (Ti T2) /100 由题有©-2 1Ci-2 Co/1/ d + A1/A2 (1/g 1)Qi2 Co/1/ d + A1/A2 (1/2 1) A (T14 T24) /1004(m2 K4) 1/ +(3XXn / X *13 1) X 3m 0.07mX (5004K4 3004K4) /100403W一个水加热器的外表温度为 80C，外表积为2吊，房间内

10、外表温度为20r。将其看 成一个黑体，试求因辐射而引起的能量损失。解：由题，应满足以下等式且有 © 1 2 1 ； A A1； C 2 C0 Xc 1 又有 A 2ni；£ 1 1所以有第五章在稳态下气体A和B混合物进行稳态扩散，总压力为X 105Pa温度为278&气相 主体与扩散界面S之间的垂直距离为0.1m,两平面上的分压分别为Pa1=x 104Pa和Pa2=x 104Pao混合物的扩散系数为X 10-5m/s，试计算以下条件下组分 A和B的传质通量， 并对所得的结果加以分析。( 1 )组分 B 不能穿过平面 S；(2)组分A和B都能穿过平面S。解：(1)由题，

11、当组分B不能穿过平面S时，可视为A的单向扩散。pB,1 p pA,1 pB,2 p pA,2 dabx 10-5m/s(2)由题，当组分A和B都能穿过平面S,可视为等分子反向扩散 可见在相同条件下，单向扩散的通量要大于等分子反向扩散。一填料塔在大气压和295K下，用清水吸收氨-空气混合物中的氨。传质阻力可以 认为集中在1mm厚的静止气膜中。在塔内某一点上，氨的分压为X103N/mf。水面上氨的平衡分压可以忽略不计。氨在空气中的扩散系数为X10-4m/s。试求该点上氨的传质速率。解：设Pb,1，Pb,2分别为氨在相界面和气相主体的分压，PB,m为相界面和气相主体间的对 数平均分压 由题意得：弟八

12、早密度为2650kg/m3的球形颗粒在20C的空气中自由沉降，计算符合斯托克斯公式的最大颗粒直径和服从牛顿公式的最小颗粒直径空气的密度为1.205kg/m3,黏度为x 10-5 Pa - s。解：如果颗粒沉降位于斯托克斯区，那么颗粒直径最大时，Rep dpU 2所以Ut2 ，同时UtdPpgdp218所以dp 32 18 2，代入数值，解得dp 7.22 10 5mp g同理，如果颗粒沉降位于牛顿区，贝U颗粒直径最小时，Rep 业1000所以“ 100丁，同时“1.74p gdp所以dp 32.3，代入数值，解得dp 1.51 10 3m降尘室是从气体中除去固体颗粒的重力沉降设备， 气体通过降

13、尘室具有一定的停留时间，假设在这个时间内颗粒沉到室底，就可以从气体中去除，如以下图所示。现用降尘室 别离气体中的粉尘密度为4500kg/m3，操作条件是：气体体积流量为6ni/s，密度为0.6kg/m3，黏度为x 10-5Pa- s,降尘室高2m宽2m长5m求能被完全去除的最小尘粒 的直径。含尘气净化气' 图6-1 习题图示解：设降尘室长为I，宽为b，高为h，那么颗粒的停留时间为t停 l /Ui，沉降时间为t沉h/Ut，当t停 t沉时，颗粒可以从气体中完全去除，t停 t沉对应的是能够去除的最小 颗粒，即l/Ui h/Ut降尘hqvqv因为Ui hb，所以ut竽驚qv走°.6m

14、/s假设沉降在层流区，应用斯托克斯公式，得dpmin18 ut18 3 10 5 * 0.68.579.814500 0.610 5 m 85.7 叩检验雷诺数58.57 100.6 0.6, c1.032，3 10 5在层流区。所以可以去除的最小颗粒直径为 ym采用平流式沉砂池去除污水中粒径较大的颗粒。 如果颗粒的平均密度为2240kg/m3，沉淀池有效水深为1.2m，水力停留时间为1mi n,求能够去除的颗粒最小粒径 在水中自由沉降，污水的物性参数为密度 1000kg/m3,黏度为x 10-3Pas)(假设颗粒解：能够去除的颗粒的最小沉降速度为Ut h/t沉1.2/60 0.02 m/s假

15、设沉降符合斯克托斯公式，那么pgdp2Ut1818 ut所以dp检验Rep 虫巴1.88 10 ° 0.02 10003.132，假设错误。31.2 10假设沉降符合艾伦公式，那么ut0.270.6p gdyRep所以5讥.271.40.60.4Ut2p g1.61.43 °.60.40.021.2 10 310000.2722240 10009.812.12 10 4 m检验Rep勺二 2.12 10 吧 10003.5，在艾伦区，假设正确。p 1.2 10 所以能够去除的颗粒最小粒径为x10-4m。质量流量为1.1kg/s、温度为20E的常压含尘气体，尘粒密度为1800

16、kg/m3，需要 除尘并预热至400C，现在用底面积为65m的降尘室除尘，试问(1)先除尘后预热，可以除去的最小颗粒直径为多少2先预热后除尘，可以除去的最小颗粒直径是多少如果到达与1相同的去除颗粒最小直径，空气的质量流量为多少3欲取得更好的除尘效果，应如何对降尘室进行改造假设空气压力不变，20C空气的密度为1.2kg/m3,黏度为x 10-5Pas, 400C黏度为 x 10-5Pa - s。解：1预热前空气体积流量为qV0.917m3/s，降尘室的底面积为65m1.2所以，可以全部去除的最小颗粒的沉降速度为ut虫 込 0.0141m/sA 65假设颗粒沉降属于层流区，由斯托克斯公式，全部去除

17、最小颗粒的直径为检验雷诺数Repdpq51.2 1.61 100.01411.81 100.0152假设正确2预热后空气的密度和流量变化为1.22930.522kg/m3，体积流量为 qv112.11m3/s273 4000.522可以全部去除的最小颗粒的沉降速度为ut屯竺0.0325m/sA 65同样假设颗粒沉降属于层流区，由斯托克斯公式，全部去除最小颗粒的直径为 检验雷诺数RepdpUt50.522 3.31 100.03253.31 100.0172假设正确dp 16.1 m的颗粒在400C空气中的沉降速度为要将颗粒全部除去，气体流量为 qV Aut 65 0.007680.5m 3/s

18、质量流量为 0.5 0.5220.261kg/s3参考答案：将降尘室分层，增加降尘室的底面积，可以取得更好的除尘效果用与例题相同的标准型旋风别离器收集烟气粉尘， 含粉尘空气的温度为200C, 体积流量为3800 nVh，粉尘密度为2290 kg/m3,求旋风别离器能别离粉尘的临界直径 旋 风别离器的直径为650mm 200E空气的密度为0.746 kg/m 3,黏度为x 10-5 Pa - s解：标准旋风别离器进口宽度 B D/4 0.65/4 0.1625m,进口高度 hi D/2 0.65/2 0.325m,进口气速 ui %/Bh 3800/3600 / 0.1625 0.32519.9

19、9m/s所以别离粉尘的临界直径为体积流量为1nVs的20E常压含尘空气，固体颗粒的密度为1800 kg/m3 (空气的密度为 1.205kg/m3，黏度为 x 10-5Pa- s)。那么(1) 用底面积为60m的降尘室除尘，能够完全去除的最小颗粒直径是多少(2) 用直径为600mm勺标准旋风别离器除尘，离心别离因数、临界直径和分割直径 是多少解:(1)能完全去除的颗粒沉降速度为Ut丄 0.0167 m/sA 60假设沉降符合斯托克斯公式，能够完全去除的最小颗粒直径为0.0642，假设正确。hi D/20.6/20.3 m，进口气速检验：Rep 玉 1.205 1.76 10 ： 0.0167p

20、 1.81 10 5(2)标准旋风别离器进口宽度B D/4 0.6/4 0.15 m，进口高度UiCV/Bh 1/ 0.15 0.322.22 m/s别离因数Ke2Uigr2 2Ui22.22D B 9.81 0.6 0.375224临界粒径de981 105。156.24 10 6m=6.24 口9 BUi pN 3.14 22.22 1800 5分割直径原来用一个旋风别离器别离气体粉尘，现在改用三个相同的、并联的小旋风别离器 代替，别离器的形式和各局部的比例不变，并且气体的进口速度也不变，求每个小旋风 别离器的直径是原来的几倍，别离的临界直径是原来的几倍。解：(1)设原来的入口体积流量为

21、qv,现在每个旋风别离器的入口流量为 qv/3，入 口气速不变，所以入口的面积为原来的 1/3，又因为形式和尺寸比例不变，别离器入口面积与直径的平方成比例，所以小旋风别离器直径的平方为原来的1/3，那么直径为原来的1/3 0.58所以小旋风别离器直径为原来的倍。2由式639 由题意可知：、u p、N都保持不变，所以此时de , B由前述可知，小旋风别离器入口面积为原来的1/3，那么B为原来的,1/3 0.58倍所以生.0180.76倍d所以别离的临界直径为原来的倍。第七章用过滤机处理某悬浮液，先等速过滤20min,得到滤液2ni,随即保持当时的压差等 压过滤40min，那么共得到多少滤液忽略介

22、质阻力解：恒速过滤的方程式为式VjKA2t,所以过滤常数为K 2纟At1此过滤常数为恒速过滤结束时的过滤常数，也是恒压过滤开始时的过滤常数，在恒 压过滤过程中保持不变，所以由恒压过滤方程式，2 2所以V2晋t2弋涪40 22 20所以总的滤液量为V 4.47ml用压滤机过滤某种悬浮液，以压差 150kPa恒压过滤之后得到滤液25 m,忽略介质压力，那么:1如果过滤压差提高一倍，滤饼压缩系数为，那么过滤后可以得到多少滤液;2如果将操作时间缩短一半，其他条件不变，可以得到多少滤液1 S 2,解：1由恒压过滤方程 V2 KA2t 一P当过滤压差提高一倍时，过滤时间不变时1 sP1P21 sP221

23、0.322V122252 1012.5P1V231.8 m百V22 t22当其他条件不变时，过滤常数不变，所以由恒压过滤方程，可以推得21 22252 312.52所以 V217.7 m用板框过滤机恒压过滤料液，过滤时间为1800s时，得到的总滤液量为8斥，当过滤时间为3600s时，过滤结束，得到的总滤液量为11用，然后用3吊的清水进行洗涤，试计算洗涤时间介质阻力忽略不计。解：由得dV KA2dt2V依题意，过滤结束时耸 K 3600A2所以过滤结束时dVdt竺丄g 1.53 10 3m/s2V 2 11洗涤速度与过滤结束时过滤速度相同所以洗涤时间为3t31960 s1.53 10 3.温度为

24、38C的空气流过直径为12.7mm的球形颗粒组成的固定床，床层的空隙率为，床层直径0.61m,高2.44m,空气进入床层时的绝对压力为，质量流量为0.358kg/s， 求空气通过床层的阻力。解：颗粒比外表积查38C下空气密度为1.135 kg/m 3,黏度为x 10-5Pa- s。空床流速为空气通过床层的阻力为某固定床反响器，内径为3m填料层高度为4m填料为直径5mm的球形颗粒，密 度为2000kg/m3，反响器内填料的总质量为x 10 4kg。通过固定床的气体流量为 0.03m3/s，平均密度为38kg/m3，粘度为x 10-3 Pa - s,求气体通过固定床的压力降。2解：颗粒床层的体积为

25、V床3.1434 28.26m32所以床层的空隙率为28工L1628.26颗粒的比外表积为a社5 10 30.431.232 t 310 m /m气体通过颗粒床层的流速为u00320.0042m/s3.141.5由公式，得2 3 2F.2 10°.0042 °.017 10 3 4 8.4Pa所以气体通过床层的压力降为7.16. 一个滤池由直径为4mm勺砂粒组成，砂砾球形度为，滤层高度为 0.8m，空隙率为，每平方米滤池通过的水流量为12 m/h，求水流通过滤池的压力降黏度为1x 10-3Pa - s)。解：颗粒的比外表积为空床流速所以水流通过滤池的压力降为第八章吸收塔内某

26、截面处气相组成为y °.°5，液相组成为x 0.01，两相的平衡关系为y 2x，55如果两相的传质系数分别为ky 1.25 10 kmol/(m2 s)， kx 1.25 10 kmol/(m2 s)，试求该截面上传质总推动力、总阻力、气液两相的阻力和传质速率。解：与气相组成平衡的液相摩尔分数为 y 2x2 0.010.02所以，以气相摩尔分数差表示的总传质推动力为y 0.05 0.020.03同理，与液相组成平衡的气相摩尔分数差为x0.05/ 20.025所以，以液相摩尔分数差表示的总传质推动力为x 0.025 0.010.015以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为20

27、.83 10 5 kmol/(m s)KX1一51/kx 1/ mky 1/ 1.25 10 51/ 2 1.25 10 5以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为c52Ky Kx/m 0.83 10 /2 0.42 10 kmol/(m s)传质速率NA Kx x 0.83 10 5 0.0151.25 10 7 kmol/(m 2 s)或者 NA Ky y 0.42 10 5 0.03 1.26 10 7 kmol/(m 2 s)以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数分析传质阻力总传质阻力1/ Kx 1/ 0.8355210 51.20 105 (m s)/kmol其中液相传质阻力为1/kx1

28、/1.25 10 520.8 10 (m s)/kmol占总阻力的%气膜传质阻力为1/mky 1/2 1.25 10 520.4 10 (m s)/kmol占总阻力的%用吸收塔吸收废气中的SQ,条件为常压,30C，相平衡常数为m 26.7，在塔内某一截面上，气相中 sq分压为，液相中so浓度为m，气相传质系数为kG 1.5 10 2kmol/(m2 h kPa)，液相传质系数为kL 0.39 m/h，吸收液密度近似水的密度。试求:(1) 截面上气液相界面上的浓度和分压;(2)总传质系数、传质推动力和传质速率。解：(1)设气液相界面上的压力为Pi，浓度为q忽略SQ的溶解，吸收液的摩尔浓度为3c0

29、1000/1855.6 kmol/m溶解度系数H26V疵mpo30.0206 kmol/(kPa m)在相界面上，气液两相平衡，所以ci0.0206 pi又因为稳态传质过程，气液两相传质速率相等，所以kG PPikL Ci所以 1.5 10 24.1 pi 0.39ci0.05由以上两个方程，可以求得 Pi 3.52 kPa， ci0.0724 kmol/m3(2) 总气相传质系数KG 1/kG 11/HkL1 20.00523 kmol/(m h kPa) 1/0.015 1/ 0.0206 0.39总液相传质系数klKg /H 0.00523/0.02060.254 m/h与水溶液平衡的气

30、相平衡分压为 p* c/H 0.05/0.0206 2.43 kPa所以用分压差表示的总传质推动力为ppp* 4.1 2.43 1.67 kPa3与气相组成平衡的溶液平衡浓度为 c Hp 0.0206 4.10.084 kmol/m用浓度差表示的总传质推动力为c c* c 0.084 0.05 0.034 kmol/m3传质速率 Na Kg p 0.00523 1.670.0087 kmol/(m 2 h)或者 Na Kl c 0.254 0.034 0.00862kmol/(m h)利用吸收别离两组分气体混合物，操作总压为310kPa,气、液相分传质系数分别为 3.77 10 kmol/(m

31、2 s)、kx 3.06 10 kmol/(m2 s)，气、液两相平衡符合亨利定律，4关系式为P 1.067 10 x (p*的单位为kPa),计算：(1) 总传质系数；(2) 传质过程的阻力分析；(3) 根据传质阻力分析，判断是否适合采取化学吸收，如果发生瞬时不可逆化学反应，传质速率会提高多少倍4解：(1)相平衡系数m E 1.067 1034.4p 310所以，以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为11/kx 1 /mky3.05 10 4kmol/(m2 s)1431/3.06 101/ 34.4 3.77 10以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为Ky Kx/m 3.05 10 4/3

32、4.40.89 10 5kmol/(m2 s)(2)以液相摩尔分数差为推动力的总传质阻力为其中液膜传质阻力为1/kx 1/ 3.06 10 43.27 103，占总传质阻力的%气膜传质阻力为1/mky 1/34.4 3.77 10 37.71，占传质阻力的%所以整个传质过程为液膜控制的传质过程。(3) 因为传质过程为液膜控制，所以适合采用化学吸收。如题设条件，在化学吸收 过程中，假设发生的是快速不可逆化学反响，并且假设扩散速率足够快，在相界面上即 可完全反响，在这种情况下，可等同于忽略液膜阻力的物理吸收过程，此时32Kx mky 34.4 3.77 100.13kmol/(m s)与原来相比增

33、大了 426倍在吸收塔中，用清水自上而下并流吸收混合废气中的氨气。气体流量为 1000nVh (标准状态)，氨气的摩尔分数为，塔内为常温常压，此条件下氨的相平衡关系 为 Y*0.93X，求:(1) 用5 m3/h的清水吸收，氨气的最高吸收率；(2) 用10 m3/h的清水吸收，氨气的最高吸收率；(3) 用5 m3/h的含氨(质量分数)的水吸收，氨气的最高吸收率。1000 103/22.4解：(1)气体的流量为12.4mol/s3600液体的流量为5 103 103 /18360077.2 mol/s假设吸收在塔底到达平衡那么 77.2 Y*/0.9312.40.01-Y*，所以 Y*0.001

34、3所以最大吸收率为0.01 0.0013 0.870.011000 103/22.4(2)气体的流量为12.4mol/s3600亠 10 103 103 /18液体的流量为154.4mol/s3600假设吸收在塔底到达平衡,_ t r*那么 154.4 Y /0.9312.40.01-Y ，所以 Y 0.00070.01 0.0007所以最大吸收率为0.010.93(3)吸收剂中氨的摩尔分数为假设吸收在塔底到达平衡贝 U 77.2 Y*/0.93 0.005312.40.01-Y*，所以 Y* 0.0056所以最大吸收率为0.01 0.0056 0.440.01用一个吸收塔吸收混合气体中的气态

35、污染物A,A在气液两相中的平衡关系为y* x，气体入口浓度为yi 0.1，液体入口浓度为x2 0.01,(1) 如果要求吸收率到达80%求最小气液比；(2) 溶质的最大吸收率可以到达多少，此时液体出口的最大浓度为多少解：(1)气相入口摩尔比第丄0.11，1yL0.9液相入口摩尔比X2x2-1 x2丄吐0.011 0.01吸收率丫1 丫2Yi0.11 y20.110.8，所以,Y20.022所以，最小液气比qnLqnG min丫 丫2丫 /m X23座 0.870.1/1 0.01(2)假设吸收塔高度为无穷大，求 A的最大吸收率当液气比(qnL/qnG)m，操作线与平衡线重合，气液两相在塔顶和塔

36、底都处于平衡状态。吸收率max*Y 丫2Yi0.11 1 °.010.910.11此时液相出口浓度XiYlm空 0.111当液气比(qnL / qnG)操作线与平衡线在塔顶点相交，即液相进口浓度与气相出口浓度平衡。吸收率max0.110.111 0.010.91此时液相出口浓度XiqnLX20.11与相比，吸收率到达同样大小，但是液相出口浓度要低当液气比qnL/qnGm，操作线与平衡线在塔底点相交，即液相出口浓度与气相 进口浓度平衡此时液相出口浓度X1 Yl 0110.11m 1吸收率maxY Y2Y011X001 0.910.11与相比，液相出口浓度到达同样大小，但是吸收率要低。在

37、逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合废气中的组分 A,入塔气体溶质体积分数为，操作条件下的相平衡关系为y* x，吸收剂用量为最小用量的倍，气相总传质单元高度为1.2m,要求吸收率为80%求填料层的高度。解：传质单元高度，求得传质单元数，即可得到填料层高度。塔底：0.01塔顶：y20.011 0.80.002，x20操作过程的液气比为吸收因子S1.2mqnG所以，传质单元数为1y mx10 01Ng In 1 1/S 1- 1/S- In 1 0.83 0.833.05 所1 1 /Sy2 mx21 0.830.002以填料层高度为h H°g N°g 1.2 3.053.66m

38、第九章25C,下，甲醛气体被活性炭吸附的平衡数据如下:q/ g气体g活性炭-10气体的平衡分压/Pa02671600560012266试判断吸附类型，并求吸附常数如果25C,下，在1L的容器中含有空气和甲醛的混合物，甲醛的分压为12kPa,向容器中放入2g活性炭，密闭。忽略空气的吸附，求到达吸附平衡时容器内的压力解：由数据可得吸附的平衡曲线如下图9-1习题图中吸附平衡线由上述的平衡曲线，可以判断吸附可能是Langmuir或Freundlich型。1 111由 ，整理数据如下q qmk1 p qm1/q1051/p作1/q和1/p的直线图9-2 习题图中1/q 1/p的关系曲线由ln q 1/

39、nln p ln k，整理数据如下：ln pln q作ln q和In p的直线图9-3 习题图ln q和In p的关系曲线由以上计算可知，用Freu ndlich等温方程拟合更好一些。同时计算参数如下:1/n=，n=3，lnk=，k=，所以等温线方程为 q 0.016p1/3题设条件下，甲醛的物质的量为n 型 12000 0.0010.0048 molRT 8.314 298质量为 m 0.0048 30 0.144g假设到达吸附平衡时吸附量为 q,那么此时的压力为p0.144 2q 8.314 298/ 300.001将q 0.016 p1/3代入，可以求得p 89 Pa所以此时甲醛的平衡分

40、压已经很低，如果忽略的话，可以认为此时容器内的压力为101.3 12 89.3kPa现采用活性炭吸附对某有机废水进行处理，对两种活性炭的吸附试验平衡数据如下:平衡浓度 COD /(mgL1)10050010001502000 250030000A吸附量/ mgg(活性炭-1B吸附量/mgg活性炭1试判断吸附类型，计算吸附常数，并比拟两种活性炭的优劣 解：由数据可得吸附的平衡曲线如下：Langmuir吸附等温线方程为据如下：qkQm / 1 &，变形后可得一q1，整理数qmk1qm10050010001500200025003000/q(A)/q(B)作/q和的直线图9-4习题图吸附等温

41、线s76543210n inm in知 nnjnrn图9-5 习题图/q和的关系曲线由直线可知，用Langmuir吸附等温线方程可以很好地拟合吸附曲线 分别求得方程的常数为活性炭A：1/qn=，qm=526，1氷2庐，匕=活性炭B：1/q n=， qn=667，1/k 1qn=，k=比拟两种活性炭的吸附平衡常数， 可以看到B的饱和吸附量要大于A,比外表积较大，吸 附容量比拟大；而A的吸附系数比拟大，吸附的性能较好。有一初始浓度比质量分数为丫。的流体，要求用吸附剂将其浓度降低到 Y2 对应 的固体相的吸附质比质量分数为 。试证明：两级错流吸附比单级吸附节约吸收剂。证明：对单级吸附，由物料衡算有

42、G Y0 Y> L X2 X0所以吸附剂的用量为L G Y0 Y2 / X2 Xo对于二级错流吸附，第一级吸附剂用量为附剂用量为L2，一级流出流体的浓度为丫2Li，一级流出流体的浓度为Y，第一级吸假设两级所用吸附剂总量为Lt，Lt两式相加，并且设L2 mL1L2，两级的物料衡算方程分别为可得LtG Y。Y2m X1X0 X2 X01 m因为 XiXoX2 Xo所以m X1XoX2 Xom X2 Xo X2 Xo1 mm X1XoX2 XoX2Xo所以G Y。Y2m X1Xo X2XoG Y)Y2X2 Xo上式即为Lt L第十章用H型强酸性阳离子交换树脂去除质量浓度为 5%勺KCI溶液，交

43、换平衡时，从交换K柱中交换出来的H离子的摩尔分数为，试计算 K离子的去除率。Kh二，溶液密度为31025 kg/m。解：溶液中X的摩尔浓度为K+=电 / 皱 O.688 moI/L74.51O25所以xK0.09K离子的去除率为1xK1 0.09 0.91用H型强酸性阳离子树脂去除海水中的 N扌、X离子(假设海水中仅存在这两种阳离 子)，树脂中H离子的浓度为L,海水中N6、K离子的浓度分别为L和L,求交换平KNa衡时溶液中N扌、X离子的浓度。Kh ，Kh2.0。 y 1 X21 xM解：kH k 3.0，KHNa竺 2.0XK 1 yXNa 1 yNa同时 0®Na0.1 1 XNa

44、 ，°.3丫?0.02 1联立以上几式，求得Xk0.023，XNa 0.162所以平衡时溶液中的浓度Nsf为mol/L，口为mol/L某强碱性阴离子树脂床，床层空隙率为，树脂颗粒粒度为0.25mm孔隙率为，树脂2交换容量为m，水相原始浓度m，液相与树脂相离子扩散系数分别为D1 3.410 m/h、3Dr 2.1 10 m2/h，溶液通过树脂床的流速为4m/h。试判断属哪种扩散控制。解：彼克来准数Vermeulen 准数所以属于液膜扩散控制。第十一章根据间歇操作、半间歇操作及连续操作的特点，画出在以下反响器中或反响器出口 处反响物A的浓度随时间(或位置)的变化曲线。图11-1习题图示(

45、a)间歇反响器(t =0, Ca=Cao) ； (b)半间歇反响器(t=0, Ca=Cao, Cb=O) ； (c)槽式连续反响 器；(d)管式连续反响器(给出Ca随位置的变化)；(e)三级串联槽式连续反响器(给出Ca1, CA2，CA3随时间的变化)解：(a)(b)(c)(d)(e)图11-2习题图中各类反响器中A的浓度随时间的变化曲线对于按反响式(1)和(2)进行的平行串联反响，设反响开始时系统中的总摩尔数为n。,A、B、Q P的摩尔数分别为：nA。、nB。、nQo>np。，A和B的摩尔分数分别为Za。和Zb。试给 出t时刻时A和B的摩尔分数Za和Zb以及A在反响 和 的转化率Xai

46、和XA2之间的关 系。A+B=Q1A+2Q=P2解：对于反响式12有1 1 1 彳其中：A111所以，t时刻时A和B的摩尔分数为气态NH在常温高压条件下的催化分解反响 2NH=N+3H可用于处理含NH废气。现 有一 NH和CH4含量分别为95%和5%的气体，通过NH催化分解反响器后气体中NH的 含量减少为3%,试计算NH的转化率和反响器出口处 2、“和CH的摩尔分数。CH为惰 性组分，不参与反响解：在气相反响中，NH分解膨胀因子为将数据Znh3,o 0.95 ； Znh3 0.03代入式可得：根据题意：ZN2,0 0， ZH 2 ,0 0， ZCH 4,0 0.05，由表可得：在连续反响器内进

47、行的恒容平行反响1和2，当原料中反响器进口的 A B浓度均为3000mol/m3时，出口反响液中的 A、R的浓度分别为250mol/m3和2000mol/mt试计算反响器出口处的A的转化率以及B和S的浓度原料中不含R和S。A+B=R12A=R+S2解：在反响式1和2中，设A的转化率分别为XA1和XA2那么有将题中数据 Cao= 3000mol/m3 ； Ca= 250mol/m3； Cro= Omol/m3； Cr= 2000 mol/m3 代入，求解方程可得XA1=； Xa2=所以反响器出口处A的转化率为Xa= XA1+ XA2= + =3B 的浓度为 Cb= Cb0 Ca0Xa1= 174

48、9 mol/m3S 的浓度为 Cs= Cs0+CsXa2/2 = 750 mol/m对于由反响1和2构成的复杂反响，试给出反响组分A、B Q P的反响速率-、-"、re、rP与反响1和 的反响速度m和Q的关系A+Q=P解：根据反响式1和2的计量方城可得“=计2； "=21； rQ=ri-2；q微生物反响一般在常温附近进行时,其反响速率常数k与温度的关系可以用下式表式中：k20 20 C时的反响速率常数； a温度变化系数；t 温度，c。示：k.t 20k20试给出a与Arrhenius公式中活化能曰的关系式k293 T 293 将温度变为绝对温度根据式可知ln k ln k0

49、EaRT代入可得lnkln k293EaEaR 293 RT变形可得(T293) lnEaEaR 293 RT解：由k k20 t 20可得kEa即InR 293T第十二章在等温恒容间歇式反响器中进行以下反响。反响开始时A和B的浓度均为2kmol/m3,目标产物为P,试计算反响时间为3h时A的转化率31A B P,rP(kmol m h ) 2cA积分得解得将数据代入上式，有所以A组分浓度A组分转化率注：tdtodCA2ca cAt-ln C)CA02CA (2CA0 )ca 2.482 10 3kmol/m3XA=%该题亦可以求P的收率，但是太麻烦。故未作为提问。具体解法如下:将 dCA 2

50、ca cA 0 除于C 2ca dtdt那么有些A1 1CadcP2所以；PdCPca dCA% 10a_21cao解得Cp2ln 21CA22ln2.482 101.3838 kmol/m3所以P的收率为 在CSTR反响器中，A被转化成C,反响速率方程为-1 -1-rA (molL s )=(1)假定流量为100L/S , A的初始浓度CA0为L,转化率XA为90%。试求所需反响器 的体积。(2)设计完成时，工程师发现该反响级数应该是 0级而不是1级。速率方程应该为:-rA= mol/(Ls)试问这对反响的设计有何影响解：(1)对于一级反响，在CSTR反响器中有反响器体积V qV 6000L

51、(2)对于0级反响，在CSTR反响器中有某反响器可将污染物A转化成无害的物质C,该反响可视为一级反响，速率常数 k 为h-1，设计转化率xa为99%。由于该反响器相对较细长，设计人员假定其为平推流反 应，来计算反响器参数。但是，反响器的搅拌装置动力较强，实际的混和已满足完全混 和流反响器要求。物料流量为304.8m3/h，密度为1.00kg/L ;反响条件稳定且所有的 反响均发生在反响器中。 按照PFR来设计，反响器体积为多少，得到的实际转化率为多少(2)按照CSTR来设计，反响器体积又为多少解：(1)对于一级反响，在PFR反响器中有可得 1 t = In 100，即 t = h所以反响器体积为V= qV t = 1403m该反响器实际为CST皈应器，那么有14-6= CT' 1，计算可得 CA' 所以实际转化率Xa'=%(2)对于一级反响，在CST皈应器中有k =CA0 1Ca计算可得所以反响器体积1 T = 100- 1t = 99 h3V= qVi = 30175m第十四章某一级不可逆气固相催化反响，当 Ca= 10-2mol/L，及400°C时，其反响速率为 =kcA= 10-6mol/(scm3)，如果要求催化剂