化工原理第四版陈敏恒答案

(a)(d)第二章习题管路特性1.拟用一泵将碱液由敞口碱液槽打入位差为10m高的塔中。塔顶压强为0.06MPa(表压)。全部输送管均为φ57×3.5mm无缝钢管,管长50m(包括局部阻力的当量长度)。碱液的密度ρ=1200kg/m3,粘度μ=2mPa·s。管壁粗糙度为0.3mm。试求：(1)流动处于阻力平方区时的管路特性方程；(2)流量为30m3/h时的He和Ne。离心泵的特性2.直径0.4m,高0.2m的空心圆筒内盛满水,圆筒以1000rpm绕中心轴旋转,筒顶部中心处开有一小孔与大气相通。试用静力学基本方程式(1-8)求：(1)液体作用于顶盖上的压强分布(p与半径r的关系)；(2)筒圆周内壁上液体的势能及动能比轴心处各增加了多少？习题2附图3.某离心泵在作性能试验时以恒定转速打水,当流量为71m3/h时,泵吸入口处真空表读数0.029MPa,泵压出口处压强计读数0.31MPa。两测压点的位差不计,泵进、出口的管径相同。测得此时泵的轴功率为10.4kW,带泵管路的流量及调节4.在离心泵和输送管路的系统中,已知下列条件：输送管路两端的势能差,管径d、管长l(包括局部阻力的当量长度)，粗糙度ε,液体物性μ、ρ及泵的特性方程。试作一框图以表示求取输液量的计算步骤。习题4附图5.某离心水泵的特性曲线数据如下：V,l/min012002400360048006000He,m34.5343331.52826管路终端与始端的位差5m,管长360m(包括局部阻力的当量长度),泵的进、出口内径为120mm,设λ为一常数0.02。求泵的供水量及有效功率。*6.某台离心泵的特性曲线可用方程表示。式中He为泵的扬程,m；V为流量,m3/min。现该泵用于两敞口容器之间送液,已知单泵使用时流量为1m3/min。欲使流量增加50%,试问应该将相同两台泵并联还是串联使用?两容器的液面位差为10m。*7.某带有变频调速装置的离心泵在转速1480rpm下的特性方程为(V-m3/min)。输送管路两端的势能差为16.8m,管径为φ76×4mm,长1360m(包括局部阻力的当量长度),λ=0.03。试求:(1)输液量V；(2)当转速调节为1700rpm时的输液量V’。离心泵的安装高度8.某离心泵的必需汽蚀余量为3.5m,今在海拔1000m的高原上使用。已知吸入管路的全部阻力损失为3J/N。今拟将该泵装在水源之上3m处,试问此泵能否正常操作？该地大气压为90kPa,夏季的水温为20℃*9.要将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽,釜中真空度为67kPa(其中液体处于沸腾状态,即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强)。泵位于地面上,吸入管总阻力为0.87J/N,液体的密度为986kg/m3,已知该泵的必需汽蚀余量(NPSH)r为3.7m,试问该泵的安装位置是否适宜?如不适宜应如何重新安排？10.如图所示,从水池向高位槽送水,要求送水量为每小时40吨,槽内压强为0.03MPa(表压),槽内水面离水池水面16m,管路总阻力为4.1J/N。拟选用IS型水泵。试确定选用哪一种型号为宜？往复泵11．某单缸双动往复输水泵，每分钟活塞往复60次，活塞直径为200mm，活塞杆直径为30mm，活塞行程为300mm。实验测得此泵的输水量为0.气体输送机械12.现需输送温度为200℃、密度为0.75kg/m3的烟气,要求输送流量为12700m3/h,全压为1.18kPa。工厂仓库中有一台风机,其铭牌上流量为12700m3/h,*13.在多级往复式压缩机中的某一级,将氨自0.15MPa(表)压缩到1.1MPa(表)。若生产能力为460m3/h(标准状况),总效率为0.7,气体进口温度为-10℃,试计算该级压缩机所需功率及设压缩机内进行的是绝热过程,氨的绝热指数为1.29。*14.某真空操作设备需要一台真空泵,已知真空系统压力p=2.5kPa(绝压),温度为20℃,工艺过程液体的饱和蒸汽压为0.6kPa,其分子量为30。外界漏入真空系统的空气量为2.0kg/h,工艺过程产生的不凝性气体量可忽略不计。试在下列W型号W1W2W3W4W5抽气速率m3/h极限真空kPa(绝压)601.331251.332001.333701.337701.33第四章习题固定床压降1．某种圆柱形颗粒催化剂其直径为dp，高为h，试求等体积的当量直径de及球形度ψ。现有h=dp=4mm的颗粒，填充在内径为1m的圆筒形容器内，填充高度为1.5m，床层空隙率为0.43。若在20℃、1atm下使360m3*2．用20℃、1atm空塔气速0.3m/s,单位床层高度的压降220Pa/m；0.8m/s,1270Pa/m。试利用欧根公式估计甲烷在30℃、0.7MPa下以空塔气速0.4m/s通过床层时，单位床层高度的压降为多少？已知在操作条件下甲烷物性：μ=0.012mPa·s；ρ=4.50kg/m3过滤物料衡算3．某板框压滤机共有20只滤框，框的尺寸为0.45×0.45×0.025m,用以过滤某种水悬浮液。每m3悬浮液中带有固体0.016m3,滤饼中含水50%（质量）。试求滤框被滤饼完全充满时，过滤所得的滤液量（m3已知固体颗粒的密度ρp=1500kg/m3,ρ水=1000kg/m3。过滤设计计算4．在恒压下对某种滤浆进行过滤实验，测得如下数据：滤液量（m3）0.10.200.300.40过滤时间（s）38115228380过滤面积为1m2，求过滤常数K及q5．某生产过程每年欲得滤液3800m3，年工作时间5000hr，采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为2.5hr，其中过滤时间为K=4×10-6m2/s；qe=2.5×10滤饼不洗涤，试求：所需过滤面积，m2；今有过滤面积为8m*6．叶滤机在恒定压差下操作，过滤时间为τ，卸渣等辅助时间τD。滤饼不洗涤。试证当过滤时间满足时，叶滤机的生产能力达最大值。过滤操作型计算7．在恒压下对某种悬浮液进行过滤，过滤10分钟得滤液4升。再过滤10分钟又得滤液2升。如果继续过滤8．某压滤机先在恒速下过滤10分钟，得滤液5升。此后即维持此最高压强不变，作恒压过滤。恒压过滤时间为60设过滤介质阻力可略去不计。9．有一叶滤机，自始至终在恒压下过滤某种水悬浮液时，得如下的过滤方程：q2+20q=250τ式中q—l/m2；τ—min。在实际操作中，先在5min时间内作恒速过滤，此时过滤压强自零升至上述试验压强，此后即维持此压强不变作恒压过滤，全部过滤时间为20min。试求：每一循环中每m2过滤面积可得的滤液量（l）；过滤后再用相当于滤液总量的1/5水以洗涤滤饼，洗涤时间为多少？*10．某板框压滤机有10个滤框，框的尺寸为635×635×25mm。料浆为13.9%（质量）的CaCO3悬浮液，滤饼含水50%（质量），纯CaCO3固体的密度为2710kg/m3。操作在20℃、恒压条件下进行，此时过滤常数K=1.57×10-5m2/s,qe=该板框压滤机每次过滤（滤饼充满滤框）所需的时间；在同样操作条件下用清水洗涤滤饼，洗涤水用量为滤液量的1/10求洗涤时间。*11．过滤面积1.6m2V(m3)0.040.080.120.160.200.24τ(s)501643175127501029在过滤初期50s内，压差逐步升高到1×105Pa，以后在此恒压下操作。试求：压差1×105Pa下的过滤常数K、qe；过滤自始至终在压差1.5×105Pa下操作，750s后得滤液量多少？设滤饼不可压缩。回转真空过滤12．有一回转真空过滤机每分钟转2转，每小时可得滤液4m3。若过滤介质的阻力可忽略不计，问每小时欲获得6m第五章习题沉降试求直径30μm的球形石英粒子在20℃水中与20℃空气中的沉降速度各为多少?石英的密度为2600kg/m密度为2000kg/m3的球形颗粒，在60直径为0.12mm，密度为2300kg/m3的球形颗粒在20℃水中自由沉降，试计算颗粒由静止状态开始将含有球形染料微粒的水溶液(20℃)置于量筒中静置1小时,然后用吸液管于液面下5cm处吸取少量试样。试问可能存在于试样中的最大微粒直径是多少μm?已知染料的密度是3000kg/m35.某降尘室长2m、宽1.5m,在常压、100℃下处理2700m3/h的含尘气。设尘粒为球形,ρp=2400kg/m3(1)可被100%除下的最小颗粒直径;(2)直径0.05mm的颗粒有百分之几能被除去?6.悬浮液中含有A、B两种颗粒,其密度与粒径分布为:ρA=1900kg/m3,dA=0.1～0.3mm；ρB=1350kg/m3,dB=0.1～0.15mm。若用ρ=1000kg/m3的液体在垂直管中将上述悬浮液分级,问是否可将A、B两种颗粒完全分开?设颗粒沉降均在斯托克斯定律区。7.试证ζ·Rep2为与沉降速度无关的无因次数据,且当ζ·Rep2小于何值时则沉降是在斯托克斯定律区的范围以内?*8.下表为某种催化剂粒度分布及使用某种旋风分离器时每一粒度范围的分离效率。粒径μm5～1010～2020～4040～100质量分率0.200.200.300.30粒级效率ηi0.800.900.951.00试计算该旋风分离器的总效率及未分离下而被气体带出的颗粒的粒度分布。若进旋风分离器的催化剂尘粒的量为18g/m3气,含尘气的流量为1850m3/h,试计算每日损失的催化剂量为多少流态化9.在内径为1.2m的丙烯腈硫化床反应器中,堆放了3.62吨磷钼酸铋催化剂,其颗粒密度为1100kg/m3,堆积高度为5m,流化后床层高度为10m。试求:(1)固定床空隙率;(2)流化床空隙率;(3)流化床的压降。10.试用动量守恒定律证明流体通过流化床的压降式中m为颗粒质量,ρp和ρ分别为颗粒与流体的密度。11.某圆筒形流化床上部设一扩大段,为保证气体夹带出反应器之催化剂尘粒则流化床扩大段的直径为多少?已知:催化剂密度1300kg/m3,气体密度1.54kg/m3,粘度0.0137mPa·s,流化床床层直径为2m,操作气速为0.3m/s。*12.试用欧根方程及沉降速度计算式,证明对小颗粒为91.6,对大颗粒为8.61。提示:对小颗粒,欧根方程中的惯性项可以忽略,且。对于大颗粒,欧根方程中的粘性项可以忽略,且。第六章习题热传导1.某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/(m·K)、绝热层λ2=0.18W/(m·K)及普通砖λ3=0.93W/(m·K)三层组成。炉膛壁内壁温度1100℃,普通砖层厚12cm,其外表面温度为50℃。通过炉壁的热损失为1200W/m2,绝热材料的耐热温度为设各层间接触良好,接触热阻可以忽略。习题1附图习题2附图2.为测量炉壁内壁的温度,在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶,测得t2=300℃,t3=50。求内壁温度t13.某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发,单位面积的蒸发速率为0.048kg/(m2·s),与液体交界的金属壁的温度为110℃。时间久后,液体一侧的壁面上形成一层2mm厚的污垢,污垢导热系数λ=0.65W/(m·K)设垢层与液面交界处的温度仍为110℃,且蒸发速率需维持不变,求与垢层交界处的金属壁面的温度。液体的汽化热γ=2000kJ/kg4.为减少热损失,在外径Φ150mm的饱和蒸汽管道外复盖保温层。已知保温材料的导热系数λ=0.103+0.000198t(式中t为℃),蒸汽管外壁温度为180℃,要求保温层外壁温度不超过50℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4kg/(m·s)以下*5.用定态平壁导热以测定材料的导热系数。将待测材料制成厚δ、直径120mm的圆形平板,置于冷、热两表面之间。热侧表面用电热器维持表面温度t1=200℃。冷侧表面用水夹套冷却,使表面温度维持在t2=80℃。电加热器的功率为由于安装不当,待测材料的两边各有一层0.1mm的静止气层λ气=0.030W/(m·K),使测得的材料导热系数λ’与真实值λ不同。不计热损失,求测量的相对误差,即(λ’-λ)/λ。习题5附图习题6附图*6.通过中空球壁导热的热流量Q可写成如下的形式试证：式中A1、A2分别为球壁的内、外表面积。*7.有一蒸汽管外径25mm,管外包以两层保温材料,每层厚均为25mm。外层与内层保温材料的导热系数之比为λ2/λ1=5,此时的热损失为Q。今将内、外两层材料互换位置,且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变,则热损失为Q‵。求Q’/Q,说明何种材料放在里层为好。对流给热8.在长为3m,内径为53mm的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/(s·m2)。苯在定性温度下的物性数据如下：μ=0.49mPa·s;λ=0.14W/(m·K);Cp=1.8kJ/(kg·℃)。试求苯对管壁的给热系数。9.在常压下用列管换热器将空气由200℃冷却至120℃,空气以3kg/s的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的内径为260mm,内有Φ25×2.5mm钢管10.油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油,重油的平均温度tm=20℃,蒸汽管外壁温度tw=120℃,管外径为60mm。已知在定性温度ρ=900kg/m3;Cp=1.88kJ/(kg·℃);λ=0.174W/(m·℃)。运动粘度ν=2×10-3m2/s,β=3×10-4试问蒸汽对重油的热传递速率W/m2为多少?11.室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管,由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍,小管的(Gr·Pr)=109。试问两管道单位时间、单位面积的热损失比值为多少?冷凝给热12.饱和温度为100℃的水蒸气在长3m、外径为0.03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管竖直放置,管外壁的温度维持96℃又若将管子水平放,冷凝的蒸汽量又为多少?热辐射13.用热电偶温度计测量管道中的气体温度。温度计读数为300℃,黑度为0.3。气体与热电偶间的给热系数为60W/(m2·K),管壁温度为230若要减少测温误差,应采用哪些措施?14.功率为1kW的封闭式电炉,表面积为0.05m2,表面黑度0.90。电炉置于温度为20℃的室内,炉壁与室内空气的自然对流给热系数为10W/(m2·15.盛水2.3kg的热水瓶,瓶胆由两层玻璃壁组成,其间抽空以免空气对流和传导散热。玻璃壁镀银,黑度0.02。壁面面积为0.12m2,外壁温度20℃,内壁温度99℃。问水温下降1*16.两平行平板的温度分别为t1=400℃、t2=150℃,黑度分别为ε1=0.65,ε2=0.90。今在两板之间插入第3块平行平板,该板厚度极小,两侧面(A、B面)温度均一但黑度不同。当A面朝板1,达到定态后板3的平衡温度为327℃。当B面朝板1,达到定态后板3的温度为277℃。设各板之间距离很小,求板3的A、B两面的黑度εA习题16附图习题17附图*17.试证明在定态传热过程中,两高、低温(TA>TB)的固体平行平面间装置n片很薄的平行遮热板时(如图示),传热量减少到原来不安装遮热板时的1/(n+1)倍。设所有平面的表面积、黑度均相等，平板之间的距离很小。传热过程计算18.热气体在套管换热器中用冷水冷却,内管为Φ25×2.5mm钢管,导热系数为45W/(m·K)。冷水在管内湍流流动,给热系数α1=2000W/(m2·K)。热气在环隙中湍流流动,α2=50W/(m2·K)。不计垢层热阻,试求(1)管壁热阻占总热阻的百分数；(2)内管中冷水流速提高一倍,总传热系数有何变化?(3)环隙中热气体流速提高一倍,总传热系数有何变化?19.Φ68×4mm的无缝钢管，内通过0.2MPa(表)的饱和蒸汽。管外包30mm厚的保温层λ=0.080W/(m·K),该管设置于温度为20℃的大气中,已知管内壁与蒸汽的给热系数α1=5000W/(m2·K),保温层外表面与大气的给热系数α2=10W/(m2·K)20.外径1.2m的球形贮罐内放-196℃的液氮,罐外覆以λ=0.02W/(m·K)的绝热材料以减少向大气的冷量损失。保温层外壁的温度不低于28℃,以免露水凝结。大气温度为32℃,大气与保温层外壁的给热系数为12W/(m2·K),注:球壁导热公式参见题6。21.用不同的水流速度对某列管式冷凝器作了两次试验,第一次冷凝器是新的,第二次冷凝器已使用过一段时期之后。试验结果如表所示：试验次数第一次第二次流速m/s1.02.01.0传热系数KW/(m2·℃)120018601100上表中传热系数均以外表面为基准。管子尺寸为Φ28×2.5mm,导热系数为45W/(m2·℃)。水在管内流动是高度湍流,饱和蒸汽在管外冷凝。两次实验条件相同。试求：(1)第一次试验中,管外给热系数α1,以及当水速为2m/s时管内给热系数α2；(2)试分析在相同的水流速下,两次实验的传热系数数值不同的原因,并得出定量计算的结果。*22.一内径为0.34m的空心球形钢壳容器,其内壁表面温度为38℃,外壁外面用100℃热水加热。钢壳的导热系数为45W/(m2·℃),热水对外壁的给热系数α=500W/(m2·℃),试计算钢壳厚度是多少mm时传热速率达最大值?23.某列管冷凝器内流冷却水,管外为有机蒸汽冷凝。在新使用时冷却水的进、出口温度分别为20℃与30℃。使用一段时期后,在冷却水进口温度与流量相同的条件下,冷却水出口温度降为26℃。求此时的垢层热阻。已知换热器的传热面为16.5m2,有机蒸汽的冷凝温度80℃24.某列管式加热器由多根Φ25×2.5mm的钢管所组成,将苯由20℃加热到55℃,苯在管中流动,其流量为每小时15吨,流速为0.5m/s。加热剂为130℃的饱和水蒸汽,在管外冷凝。苯的比热CP=1.76kJ/(kg·℃),密度为858kg/m3。已知加热器的传热系数为700W/(m2·℃),试求此加热器所需管数n*25.某气体混合物(比热及导热系数均未知)以90kg/h的流量流过套管换热器的内管,气体的温度由38℃被加热到138℃。内管内径为53mm,外管内径为78mm,壁厚均为2.5mm,管外为蒸汽冷凝使管内壁温度维持在150℃。已知混合气体粘度为0.027mPa·s,其普朗特数*26.传热面相等的两台换热器,用冷水将油从138℃冷却至93℃,冷水进入第一换热器的流量为2.5kg/s,温度t1=25℃,出口t2=50℃。将此股水流中抽出0.62kg/s水移作它用,余下的水进入第二个换热器,冷水出口t3=65℃。设两个换热器的传热系数均为450W/(m2·℃),油的比热CP=2.1kJ/(kg·习题26附图*27.用一单程列管换热器以冷凝1.5kg/s的有机蒸汽,蒸汽在管外冷凝的热阻可以忽略,冷凝温度60℃,汽化热为395kJ/kg。管束有n根Φ25×2.5mm的钢管组成,管内通入t1=25℃的河水作冷却剂,不计垢层及管壁热阻(1)冷却水用量(选择冷水出口温度)；(2)管数n与管长L(水在管内的流速可取1m/s左右)；(3)若保持上述计算所得的总管数不变,将上述换热器制成双管程投入使用,冷却水流量及进口温度仍维持设计值,求操作时有机蒸汽的冷凝量。传热操作型计算28.某冷凝器传热面积为20m2,用来冷凝100℃的饱和水蒸汽。冷液进口温度为40℃,流量0.917kg/s,比热为4000J/(kg·℃)。换热器的传热系数K=125W/(m2·29.有一套管换热器,内管为Φ19×3mm,管长为2m,管隙的油与管内的水的流向相反。油的流量为270kg/h,进口温度为100℃,水的流量为360kg/h,入口温度为10℃。若忽略热损失,且知以管外表面积为基准的传热系数K=374W/(m2·℃),油的比热CP=1.88kJ/(kg·℃),试求油和30.某列管换热器用110℃饱和蒸汽加热甲苯,可使甲苯由30℃加热至100℃(1)甲苯出口温度；(2)在不变动设备条件下,采用何种措施以使甲苯出口温度仍维持100℃?*31.某套管换热器有传热面积0.4m2,油在内管从75℃被冷却至65℃。冷却水在环隙中逆流流动,从30℃加热至45℃,给热系数α2=4000W/(m2·℃)。内管直径φ已知油在平均温度下的物性为λ=0.56W/(m·℃)；μ=1.8mPa·s；Cp=2070J/(kg·℃)。*32.今有一套管换热器,冷、热流体的进口温度分别为40℃和100℃。已知并流操作时冷流体出口温度为60℃,*33.由A、B两台换热器组成的换热系统中,冷与热流体的流向及流量等均如图所示。已知：A、B两台换热器的传热面积,传热系数均相等。冷流体流量等量分配。且T1=150℃,T2=40t1=30℃,t2=90试求：温度T,ta、tb的值分别为多少?习题33附图习题35附图非定态传热34.某带搅拌器的夹套加热釜中盛有Gkg的油品,用120℃的饱和水蒸汽将油品自25℃加热到110℃需要时间为τ1,今将加热时间延长一倍设传热面积A及传热系数K均给定且为常数,釜内油温各处均一。35.如图所示的浸沉式蛇管换热器中,蛇管内流的是水,用以冷却槽中的液体。已知槽中盛放6000kg的某种液体,其比热为4.6kJ/(kg·K),从100℃开始冷却。冷却水的最初温度为20℃,用水量为1500kg/h。换热面积为6m2。设传热系数为230W/(m2·℃)不变,且不考虑液体向空气的散热量,试求该液体冷却至60℃换热器36.今欲于下列各列管换热器中,将某种溶液从20℃加热到50℃。加热剂进口温度为100℃,(1)单壳程,四管程;(2)双壳程,四管程。37.有一列管换热器,煤油走壳程。其温度由230℃降至120℃,流量为28700kg/h。壳内径为560mm,内有Φ25×2.5mm的钢管70根,每根长6m,管中心距为32mm,三角形排列。用圆缺形挡板(切去高度为直径的25%),挡板间距为已知定性温度下煤油的物性数据如下：Cp=2.60kJ/(kg·℃)ρ=710kg/m3μ=0.32mPa·sλ=0.13W/(m·K)38.有一单壳程双管程列管换热器,管外用120℃饱和蒸汽加热,常压干空气以12m/s的流速在管内流过,管径为Φ38×2.5mm,总管数为200根,已知空气进口温度为26℃,要求空气出口温度为86℃(1)该换热器的管长应为多少?(2)若气体处理量、进口温度、管长均保持不变,而将管径增大为φ54×2mm,总管数减少20%,此时的出口温度为多少?(不计出口温度变化对物性影响,忽略热损失)。39.试设计一列管式冷凝器,用水来冷凝常压下的乙醇蒸汽。乙醇的流量为3000kg/h,冷水进口温度为30℃,出口温度为40℃。在常压下乙醇的饱和温度为78℃,汽化潜热为925kJ/kg。乙醇蒸汽冷凝给热系数估计为1660W/(m2·设计内容:：(1)程数、总管数、管长；(2)管子在花板上排列；(3)壳体内径。第八章习题气液相平衡在盛水的鼓泡吸收器中通入纯CO2气，经长期接触后测得水中CO2的平衡溶解度为2.857×10-2mol/L溶液。鼓泡器中的总压为101.3kPa，水温30℃，溶液的密度ρm=996kg/m3。求亨利系数，并将此实验值与文献值E=188.5MPa2．惰性气与CO2的混合气中含CO230%(体积百分数)，在1MPa(表压)下用水吸收。设吸收塔底水中溶解的CO2达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压至20kPa(表压），放出大部分CO2，然后再在解吸塔中吹气解吸。设全部操作范围内水与CO2的平衡关系服从亨利定律，操作温度为25℃。求1kg水在膨胀槽中最多能放出多少kgCO2习题1附图习题2附图3．20℃的水与N2气逆流接触以脱除水中溶解的O2气。塔底入口的N2气中含氧0.1%(体积)，设气液两相在塔底达到平衡，平衡关系服从亨利定律。求下列两种情况下水离开塔底时的最低含氧量。以mg/m3操作压强为101.3kPa（绝对）。操作压强为40kPa（绝对）。4．气液逆流接触的吸收塔，在总压为101.3kPa下用水吸收Cl2气，进入塔底的气体混合物中含氯1%（体积），塔底出口的水中含氯浓度为x=0.8×10-5（摩尔分率）。试求两种不同温度下塔底的吸收推动力，分别以(xe-x)及(y-ye)表示。塔底温度为20℃塔底温度为40℃5．某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质x=2×10-4（摩尔分率）,进口气体中含溶质2.5%（体积），操作压强为101kPa。气液平衡关系为y=50x。现将操作压强由101kPa增至202kPa，问塔底推动力(y-ye)及(xe-x)各增加至原有的多少倍。扩散与相际传质速率6．柏油马路上积水2mm，水温20℃。水面上方有一层0.2mm厚的静止空气层，水通过此气层扩散进入大气。大气中的水汽分压为*7.某水杯中初始水面离杯上缘1cm,水温30℃，水汽藉扩散进入大气。杯上缘处的空气中水汽分压可设为零，总压101.3KPa。求水面下降4cm习题7附图8．某填料塔用水吸收混合气中的丙酮蒸汽。混合气流量为16kmol/（h·m2），操作压强101.3kPa。已知容积传质分系数kya=64.6kmol/（h·m3），kLa=16.6kmol/h.m3.(kmol/m3)，相平衡关系为pA=4.62CA。式中气相分压pA的单位是kPa，平衡溶解度单位是(kmol/m3)。求（1）容积总传质系数及传质单元高度HOG。液相阻力占总传质阻力的百分数。9．在设计某降膜吸收器时，规定塔底气相中含溶质y=0.05，液相中含溶质的浓度x=0.01（均为mol分率）。两相的传质分系数分别为kx=8×10-4kmol/（s·m2），ky=5×10-4kmol/（s·m2）。操作压强为101.3kPa时相平衡关系为y=2x。试求：（1）该处的传质速率NA（kmol/（s·m2））（2）如果总压改为162kPa，塔径及气、液两相的摩尔流率均不变，不计压强变化对流体粘度的影响，此时的传质速率有何变化？讨论总压对ky、Ky及(y-ye)的影响。吸收过程数学描述10．对低浓度气体吸收或解吸，由出发，试证。习题13附图*11.低浓度气体逆流吸收，试证：式中,Δy1=y1-y1e为塔底的吸收推动力，Δy2=y2-y2e为塔顶的吸收推动力。*12.用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为η，采用的液气比是最小液气比的β倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以η、β两个参数列出计算NOG的表达式。13．下图为两种双塔吸收流程，试在y～x图上定性画出每种吸收流程中A、B两塔的操作线和平衡线，并标出两塔对应的进、出口浓度。14．较浓的溶液进入图示解吸塔塔顶，塔底吹气解吸，塔中部某处抽出一半液体，另一半液体由塔底排出，试在y～x图上画出平衡线与操作线，并标出各股流体的浓度坐标。吸收过程的设计型计算15．流率0.4kmol/（s·m2）的空气混合气中含氨2%（体积），拟用逆流吸收以回收其中95%的氨。塔顶淋入浓度为0.0004（mol分率）的稀氨水溶液，设计采用的液气比为最小液气比的1.5倍，操作范围内物系服从亨利定律，y=1.2x所用填料的总传质系数Kya=0.052kmol/（s·m3）。试求：（1）液体在塔底的浓度x1。（2）全塔的平均推动力Δym。（3）所需塔高。16.用纯溶剂对低浓度混合气作逆流吸收以回收其中的可溶组分，物系的相平衡关系服从亨利定律，吸收剂用量是最小用量的1.3倍，试求下列两种情况下所需的塔高，已知传质单元高度HOG=0.8m。回收率η=90%。回收率η=99%。两种情况下的吸收剂用量有何差别？习题14附图习题18附图17．含H2S2.5×10-5(摩尔分率，下同)的水与空气逆流接触以使水中的H2S脱除，操作在101.3kPa、25℃下进行，物系的平衡关系为y=545x，水的流率为5000kg/（m2·试求：（1）为使水中的H2S降至x=0.1×10-5所需的最少空气用量。当空气用量为G=0.40kmol/（h·m2），设计时塔高不受限制，可以规定离解吸塔的水中含H2S最低浓度是多少？示意画出该种情况下的解吸操作线。*18.采用图示的双塔流程以清水吸收混合气中的SO2，气体经两塔后总的SO2回收率为0.91，两塔的用水量相等，且均为最小用水量的1.43倍，两塔的传质单元高度HOG均为1.2m。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定律。试求两塔的塔高。19．某填料吸收塔用过热水蒸汽吹出洗油中的苯，入塔液体中苯的摩尔分率为0.05，要求解吸率97%，该物系相平衡关系为y=2.8x，采用的过热蒸汽用量为最小气体用量的1.3倍，该填料的传质单元高度HOG=0.3m，试求该塔的填料层高度。吸收过程的操作型计算20．某吸收塔用25×25mm的瓷环作填料，充填高度5m，塔径1m，用清水逆流吸收每小时2250m3的混合气。混合气中含有丙酮5%（体积），塔顶逸出废气含丙酮降为0.26%（体积），塔底液体中每kg水带有60g丙酮。操作在101.3kPa、该塔的传质单元高度HOG及容积传质系数Kya；每小时回收的丙酮量。21．某填料吸收塔高2.7m，在常压下用清水逆流吸收混合气中的氨。混合气入塔的摩尔流率为0.03kmol/m2.s。清水的喷淋密度0.018kmol/（m2.s）。进口气体中含氨2%（体积），已知气相总传质系数Kya=0.1kmol/（m2.s）,操作条件下亨利系数为60kPa。试求排出气体中氨的浓度。*22.某填料吸收塔用含溶质x2=0.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比是3，气体入口浓度y1=0.01回收率可达η=0.90。今因解吸不良使吸收剂入口浓度x2升至0.00035可溶组分的回收率下降至多少？液相出塔浓度升高至多少？已知物系的平衡关系为y=2x。*23.在15℃、101.3kPa下用大量的硫酸逆流吸收空气中的水汽。入塔空气中含水汽0.0145(摩尔分率，下同)硫酸进出塔的浓度均为80%，硫酸溶液上方的水汽平衡浓度为ye=1.05×10-4,且已知该塔的容积传质系数Kya∝G0.8。空气经塔后被干燥至含水汽0.000322。现将空气流率增加一倍，则出塔空气中的含水量为多少？习题相平衡总压为101.3kPa下，用苯、甲苯的安托因方程（见例9-1），求（1）温度为108℃及81℃时，苯对甲苯（2）用上述计算的相对挥发度的平均值αm，计算苯－甲苯的汽液平衡数据，并与书末附表所列的实验值作比较（列表）。乙苯、苯乙烯混合物是理想物系，纯组分的蒸汽压为：乙苯苯乙烯式中P0的单位是kPa，t为℃。试求：（1）塔顶总压为8kPa时，组成为0.595（乙苯的摩尔分率）的蒸汽的温度。与上述汽相成平衡的液相组成。3．乙苯、苯乙烯精馏塔中部某一块塔板上总压为13.6kPa，液体组成为0.144（乙苯的摩尔分率）试求：板上液体的温度；与此液体成平衡的汽相组成。4．总压为303.9kPa（绝对）下，含丁烷0.80、戊烷0.20（摩尔分率）的混合蒸汽冷凝至40℃，所得的液、汽两相成平衡。求液相和汽相已知丁烷（A）和戊烷（B）的混合物是理想物系，40℃下纯组分的饱和蒸汽压为：PA0=373.3kPa；PB0=117.1kPa5．某二元混合液100kmol，其中含易挥发组分0.40。在总压101.3kPa下作简单精馏。最终所得的液相产物中，易挥发物为0.30（均为摩尔分率）。试求：所得汽相产物的数量和平均组成；如改为平衡蒸馏，所得汽相产物的数量和组成。已知物系的相对挥发度为α=3.0。物料衡算、热量衡算及操作线方程6．某混合液含易挥发组分0.24，在泡点状态下连续送入精馏塔。塔顶馏出液组成为0.95，釜液组成为0.03（均为易挥发组分的摩尔分率）。试求：塔顶产品的采出率D/F；采用回流比R=2时，精馏段的液汽比L/V及提馏段的汽液比；采用R=4时，求L/V及。设混合物在塔内满足恒摩尔流条件。7．苯、甲苯混合液中含苯30%（摩尔%），预热至40℃以10kmol/h的流量连续加入一作压强为101.3kPa。塔顶馏出液中含苯95%，残液含苯3%，回流比R=3。试求塔釜的蒸发量是多少？*8．某混合物含易挥发组分0.10（摩尔分率，下同），以饱和蒸汽状态连续加入精馏塔的塔釜（1）塔顶全凝器的蒸汽冷凝量；（2）回流比R及塔内的液气比L/V。习题8附图习题9附图9．有如图的精馏流程，以回收两元理想混合物中的易挥发组分A。塔Ⅰ和塔Ⅱ的回流比都是3，加料、回流均为饱和液体。已知：xF=0.6,xD=0.9,xB=0.3,xT=0.5（均为摩尔分率），F=100kmol/h。整个流程可使易挥发组分A的回收率达90%。试求：（1）塔Ⅱ的塔釜蒸发量；（2）写出塔Ⅰ中间段（F和T之间）的操作线方程。*10．某塔顶蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的汽、液两相互成平衡。汽相作产品，液相作回流，参见附图。设该系统符合恒摩尔流的假定，试推导此时的精馏段操作线方程。如该塔的塔顶采用的是全凝器，馏出液组成xD与上述采用冷凝器时的汽相产品组成相同，试比较采用分凝器与全凝器两种情况下的操作线方程。习题10附图习题11附图*11．如图所示。某精馏塔顶采用的是冷回流（即回流液的温度低于泡点温度），其回流比为R’=L0/D（摩尔比，下同），而塔顶第一块板下方的回流比即为塔内实际回流比R（内回流），R=L/D，试证明：（2）冷回流时精馏段的操作线方程形式不变，即式中γ、CP、TS、T分别为摩尔汽化潜热，摩尔比热，回流液的泡点及回流液入塔温度。精馏设计型计算12．欲设计一连续精馏塔用以分离含苯与甲苯各50%的料液，要求馏出液中含苯96%，残液中含苯不高于5%（以上均为mol%）。泡点进料，选用的回流比是最小回流比的1.2倍，物系的相对挥发度为2.5。试用逐板计算法求取所需的理论板数及加料板位置。13．设计一连续精馏塔，在常压下分离甲醇－水溶液15kmol/h。原料含甲醇35%，塔顶产品含甲醇95%,釜液含甲醇4%（均为mol%）。设计选用回流比为1.5，泡点加料。间接蒸汽加热。用作图法求所需的理论板数、塔釜蒸发量及甲醇回收率。*14．上题改用直接饱和蒸汽加热，保持上述xD、xw、R不变，求理论板数、蒸汽消耗量、甲醇的回收率。15．试用捷算法计算环氧乙烷和环氧丙烷系统的连续精馏塔理论板数。已知：xD=0.98,xf=0.60,xw=0.05（以上均为以环氧乙烷表示的摩尔分率）。取回流比为最小回流比的1.5倍。常压下系统的相对挥发度为2.47，饱和液体进料。16．含易挥发组分42%（摩尔%）的双组分混合液在泡点状态下连续加入精馏塔塔顶，釜液组成保持2%。物系的相对挥发度为2.5，塔顶不回流。试求：欲得塔顶产物的组成为60%时所需的理论板数；在设计条件下若板数不限，塔顶产物可能达到的最高浓度xDmax。*17．今用连续精馏塔同时取得两种产品，浓度浓者取自塔顶xD=0.9（摩尔分率，下同），淡者取自塔侧（液相抽出）xD1=0.7（如图示）。已知：xF=0.4,xw=0.1，q=1.05,R=2,系统α=2.4,D/D1=2（摩尔比）试求所需的理论板数。习题17附图习题18附图*18．图示为两股组成不同的原料液分别预热至泡点，从塔的不同部位连续加入精馏塔内。已知：xD=0.98,xS=0.56,xf=0.35,xw=0.02（以上均为易挥发组分表示的摩尔分率）。系统的α=2.4,较浓的原料液加入量为0.2F，试求：塔顶易挥发组分回收率；为达到上述分离要求所需的最小回流比。19.当采用理论板概念计算计算低含量气体吸收过程时，若物系相平衡服从y=mx，则所需理论板数试推导证明上式。操作型计算20．一精馏塔有五块理论板（包括塔釜），含苯50%（mol%）的苯－甲苯混合液预热至泡点，连续加入塔的第三块板上。采用回流比R=3，塔顶产品的采出率D/F=0.44。物系的相对挥发度α=2.47。求操作可得的塔顶、塔底产品组成xD、xw。（提示：可设xw=0.194作为试差初值）*21．将上题的加料口向上移动一块板，即第二块板上加料，求操作可得的xD、xw，并与上题结果作比较。（提示：可设xw=0.207作试差初值）。*22．某精馏塔共有3块理论板，原料中易挥发组分的摩尔分率为0.002，预热至饱和蒸汽连续送入精馏塔的塔釜。操作时的回流比为R=4.0,物系的平衡关系为y=6.4x。求塔顶、塔底产物中的易挥发组分含量。*23．如图示的精馏塔具有一块实际板及一只蒸馏釜，原料预热至泡点，由塔顶连续加入，xf=0.20（摩尔分率，下同），今测得塔顶产品能回收原料液中易挥发组分的80%，且xD=0.28，系统的相对挥发度α=2.5。试求残液组成xw及该块塔板的板效率。设蒸馏釜可视为一个理论板。习题23附图*24．某两组分混合液用精馏分离，其进料浓度为50%（摩尔%），泡点进料，系统的相对挥发度为2，塔顶出料量是进料量的60%（摩尔%）。如果所采用的精馏塔的理论板数为无穷多块，试计算：（1）R=0.8时，塔顶与塔底的组成各为多少？（2）R=1.5时，试绘出表示精馏段和提馏段操作线的示意图。间歇精馏*25．拟将100kmol乙醇的水溶液于常压下进行间歇精馏。料液组成含乙醇0.4（摩尔分率，下同），当釜内残液中乙醇的含量降到0.04时停止操作。每批操作所花时间为6小时，若保持馏出液的组成恒定为0.8，操作终了时回流比为最小回流比的2倍。试求：（1）理论板数；（2）蒸馏釜每小时汽化的蒸汽量（kmol/h）；操作终了时釜内残液量和馏出液量。多组分精馏26．已知总压0.7MPa下的混合汽体组成为：丙烷(A)0.490(摩尔分率，下同)，正丁烷(B)0.343，正戊烷(C)0.167，试求露点及液相平衡组成。27．已知混合液体的组成为：乙烷(A)0.08(摩尔分率，下同)，丙烷(B)0.22，正丁烷(C)0.53，正戊烷(D)0.17，试计算在1.36MPa总压下，汽化率为0.44时的汽液相平衡组成。28．用连续操作精馏分离某混合液，其组成为含苯xfA=0.20，甲苯xfB=0.30，二甲苯xfC=0.35，异丙基苯xfD=0.15(均为摩尔分率)。工艺要求甲苯在塔顶产品中的回收率为0.98，二甲苯在塔底产品中的回收率为0.99。操作条件下各组分的相对挥发度为αAC=6.82，αBC=3.0，αCC=1.00，αDC=0.64。试用全回流近似法求算塔顶、塔底产品的采出率及各组分浓度。29．由题28给出的四组分精馏，进料为饱和液体，回流比取最小回流比的1.8倍，试用捷算法求取该塔所需的理论板数及加料位置。第十章习题板式塔某筛板塔在常压下以苯―甲苯为试验物系，在全回流下操作以测定板效率。今测得由第九、第十两块板（自上向下数）下降的液相组成分别为0.652与0.489（均为苯的摩尔分率）。试求第十块板的默弗里湿板效率。甲醇－水精馏塔在设计时规定原料组成xf=0.40，塔顶产品组成0.90，塔釜残液组成0.05（均为甲醇的摩尔分率），常压操作。试用O’connell关联图估计精馏塔的总塔效率。3．一板式吸收塔用NaOH水溶液吸收氯气。氯气的浓度为2%(mol)，要求出塔浓度低于0.002%。各块塔板的默弗里板效率均为50%，不计液沫夹带，求此塔应有多少块实际板。NaOH溶液与氯气发生不可逆化学反应，可设相平衡常数m=0。4．某厂常压操作下的甲苯－邻二甲苯精馏塔拟采用筛板塔。经工艺计算知某塔板的气相流量为2900m3/h，液相流量为9.2m气相密度为3.85kg/m3，液相密度为770kg/m3液体的表面张力为17.5mN/m。根据经验选取板间距为450mm，泛点百分率为80%，单流型塔板，溢流堰长度为75%试用弗尔的泛点关联图以估计塔径。填料塔5．某填料精馏塔用以分离氯仿-1,1-二氯乙烷，在全回流下测得回流液组成xD=8.05×10-3，残液组成xW=8.65×10-4（均为1,1-二氯乙烷的摩尔分率）。该塔的填充高度8m，物系的相对挥发度为α=1.10，问该种填料的理论板当量高度（HETP）是多少？6．在装填（乱堆）25×25×2mm瓷质拉西环之填料塔内，拟用水吸收空气与丙酮混合气中的丙酮，混合气的体积流量为800m3/h，内含丙酮5%（体积）。如吸收是在101.3kPa、30设计气速可取泛点气速的60%。第十一章习题单级萃取1．现有含15%（质量）醋酸的水溶液30kg，用60kg纯乙醚在（1）萃取相、萃余相的量及组成；（2）平衡两相中醋酸的分配系数，溶剂的选择性系数。物系的平衡数据如下表：在25℃下，水（B）－醋酸（A水层乙醚层水醋酸乙醚水醋酸乙醚93.388.084.078.272.165.055.705.18.813.818.423.127.96.76.97.28.09.511.916.42.33.65.07.210.415.123.603.87.312.518.123.628.797.792.687.780.371.561.347.72．图示为溶质（A），稀释剂（B）、溶剂（S）的液液相平衡关系，今有组成为xf的混合液100kg，用80kg（1）萃取相、萃余相的量及组成；（2）完全脱除溶剂之后的萃取液E°、萃余液R°的量及组成。*3．醋酸水溶液100kg，在25℃下用纯乙醚为溶剂作单级萃取。原料液含醋酸xf=0.20，欲使萃余相中含醋酸xA=0.1（1）萃余相、萃取相的量及组成；（2）溶剂用量S。已知25℃yA=1.356xA1.201yS=1.618-0.6399exp(1.96yA)xS=0.067+1.43xA2.273式中yA－与萃余相醋酸浓度xA成平衡的萃取相醋酸浓度；yS－萃取相中溶剂的浓度；xS－萃余相中溶剂的浓度；yA、yS、xS均为质量分数。习题2附图习题4附图多级萃取4．丙酮（A）、氯仿（B）混合液在25℃下用纯水作两级错流萃取，原料液中含丙酮40%（质量），每级溶剂比均为1：1。物系的相平衡关系如图所示，试作图以求取最终萃5．含醋酸0.20（质量分数，下同）的水溶液100kg，用纯乙醚为溶剂作多级逆流萃取，采用溶剂比S/F为1，以使最终萃余相中含醋酸不高于0.02。操作在25℃下进行，物系的平衡方程参见习题3。试求：最终萃取相的量及组成、最终萃余相溶剂与稀释剂完全不互溶时的萃取6．使用纯溶剂对A、B混合液作萃取分离。已知溶剂S与稀释剂B极少互溶，在操作范围内溶质A在萃取相和萃余相中的平衡浓度可用Y=1.3X表示（Y、X均为比质量分数）。要求最终萃余相中萃余百分数均为=3%（质量），试比较单级和三级错流萃取（每级所用溶剂量相等）中，每kg的稀释剂B中溶剂S的消耗量(kg)。7．拟设计一个多级逆流接触的萃取塔，以水为溶剂萃取乙醚与甲苯的混合液。混合液量为100kg/h，组成为含15%乙醚和85%甲苯（以上均为质量%，下同）。乙醚―甲苯―水物系在本题操作范围内可视为水与甲苯是完全不互溶的，平衡关系可以Y=2.2X表示。（Y为kg乙醚/kg水、X为kg乙醚/kg甲苯），要求萃余相中乙醚的浓度降为1%，试求：（1）最小的萃取剂用量Smin；（2）若所用的溶剂量S=1.5Smin，需要多少理论板数？第十二章习题结晶1．100kg含29.9%(质量分数)Na2SO4的水溶液在结晶器中冷却到20℃,结晶盐含10个结晶水，即Na2SO4·10H2O。已知20℃下Na2SO4的溶解度为17.6%(质量分数)。溶液在结晶器中自蒸发2kg溶剂，试求结晶产量m为多少kg2．100kg含37.7%(质量分数)KNO3的水溶液在真空结晶器中绝热自蒸发3.5kg水蒸汽，溶液温度降低到20℃,析出结晶，结晶盐不含结晶水。已知20℃下KNO3的溶解度为23.3%(质量分数已知该物系的溶液结晶热为68kJ/kg晶体，溶液的平均比热为2.9kJ/kg溶液，水的汽化潜热为2446kJ/kg。吸附3．用BET法测量某种硅胶的比表面。在-195℃、不同N2分压下，硅胶的N2p/kPa9.1311.5917.0723.8926.71q/mg/g40.1443.6047.2051.9652.76已知-195℃时N2的饱和蒸汽压为111.0kPa，每个氮分子的截面积A0为15.4Å24.将含有微量丙酮蒸汽的气体恒温下通入纯净活性炭固定床，床层直径0.2m，床层高度为0.6m。吸附温度为20℃。吸附等温线为q=104C/(1+417C),式中q为kg丙酮/kg活性炭，C为kg丙酮/m3气体。气体密度为1.2kg/m3,进塔气体浓度为0.01kg丙酮/m3。活性炭装填密度为600kg/m3。容积总传质系数KfaB膜分离5.用醋酸纤维膜连续地对盐水作反渗透脱盐处理，见附图。操作在温度25℃、压差10MPa下进行，处理量为10m3/h。盐水密度为1022kg/m3，含氯化钠3.5%。经处理后，淡水含盐量为500ppm，水的回收率为60%（以上浓度及回收率均以质量计）。膜的