化工原理-第四版课后答案(全)

2解标准大气压力为101.325kPa解进口绝对压力px=101.3-12=89.3kPa2Mm=2×0.4+28×0.2+28×0.32+44×0.07+16×0kgkmol4【1-6】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出2m,当地大气压力为103.2kPa。试求：(1)管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度；(4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米?习题1-6附图习题1-6附图【1-7】在20℃条件下，在试管内先装入12cm高的水银，再在其上面装入5cm高的水水银的密度为13550kg/m³,当地大气压力为101kPa。试求试管底部的绝对压力为多少Pa。3【1-8】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为1250kg/m³的液体，液面高度为3.2m。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m及1m,容器上部空间的压力(表压)为29.4kPa。试求：(1)压差计读数(指示液密度为1400kg/m³);(2)A、B两个弹簧压力表的读数。5BB点习图1-8附图解容器上部空间的压力p=29.4kPa(表压)液体密度p=1250kg/m³,指示液密度g=1400kg/m²(1)压差计读数R=?在等压面1-1'上p=pp+(2.2+h+R)og=p+1ogRgg因g(ø-p)≠(),故R=(pg=p+(3.2-2)pg=29.4×10³+1.2×1250×9.81=44.1Pa55心55心【1-9】如习题1-9附图所示的测压差装置，其U形压差计的指示液为水银，其他管中3A习题1-9附图4皆为水。若指示液读数为R=150mm,试求A、B两点的压力差，6解等压面1—1',p₁=pí由以上三式，得Pʌ—Pn=Rpxg—(0.5+R)p水g已知R=0.15m,px=13600kg/m³,【1-10】常温的水在如习题1-10附图所示的管路中流动，为测量A、B两截面间的压力差，安装了两个串联的U形管压差计，指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两U形管的连接管中，充满空气。若测压前两U形压差计的水银液面为同一高度，试推导A、B两点的压力差△p与液柱压力计的读数R₃、R。之间的关系式。空气素水习题1-10附图解设测压前两U形压差计的水银液面，距输水管中心线的距离为H.在等压面2—2'处因p₂=p₂,由上两式求得因p≤pk故7【1-11】为了排除煤气管中的少量积水，用如习题1-11附图所示水封设备，使水由煤5气管路上的垂直管排出。已知煤气压力为10kPa(表压),试计算水封管插人液面下的深度五最小应为若干米。P=1CkTa(表t)习题1-11附图流量与流速【1-12】有密度为1800kg/m²的液体，在内径为60mm的管中输送到某处。若其流速为0.8m/s,试求该液体的体积流量(m³/b)、质量流量(kg/s)与质量流速[kg/(m²·s)]。解(1)体积流量(2)质量流量9,=9mp=2.26×10⁻³×1800=4,07kg/s(3)质量流速[1-13】如习题1-13附图所示的套管式换热器，其内管为433.5mm×3.25nm,外管为60mm×3.5mm。内管中有密度为1150kg/m³、流量为5000kg/h的冷冻盐水流动。内、外管之间的环隙有绝对压力为0.5MPa,进、出口平均温度为0℃,流量为160kg/h的气体流动。在标准状态下(0℃,101.325kPa),气体的密度为1.2kg/m²。试求气体和盐水的流速，解液体p=1150kg/m³内管内径d₄=33.5-3.25×2=27mm=0.025m液体质量流量g,=5000kg/h,体积流8气体质量流量q、=160kg/h,体积流量6蓄水习题1-13附图习题1-14附图【1-14】如习题1-14附图所示，从一主管向两支管输送20℃的水。要求主管中水的流速约为1.0m/s,支管1与支管2中水的流量分别为20t/h与10t/h。从无缝钢管规格表中选择合适的管径，最后计算出主管内的流速。解水，=20℃,p=998.2kg/m²≈1000kg/m²主管的流量q=qm+?=20+10=30t/h=30×10⁴kg/b体积流量,流速u=1.0m/:选择φ108mm×4mm无缝钢管，内径为d=100mm,主管内水的流速9thth【1-15】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。在截面1处的流速为0.5m/s,管内径为200mm,截面2处的管内径为100mm。由于水的压力，截面1处产生1m高的水柱。试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h为多少(忽略从1到2处的压头损失)?解u₁=0.5m/s722水【1-16】在习题1-16附图所示的水平管路中，水的流量为2.5L/s。已知管内径d₁=5cm,d₂=2.5cm,液柱高度h₁=1m。若忽略压头损失，试计算收缩截面2处的静压头。解水的体积流量qx=2.5L/s=2.5×10-m³/s,截面1处的流速截面?处的流速习题117附图8解出水阀全关闭时，压力表读数30.4kPa(表压)能反映出水槽的水面距出水管的高度阀门开启后，压力表读数p₂=20.3kPa(表压)Z=h=3.1m,ZH₁=0.5m水柱水的流量【1-18】若用压力表测得输送水、油(密度为880kg/m³)、98%硫酸(密度为1830kgm³)的某段水平等直径管路的压力降均为49kFa。试问三者的压头损失的数值是否相等?各为多少米液柱?解从伯努利方程得知，等直径水平管的压头损失H与压力降△p的关系为H₁=日水柱【1-19】如习题1-19附图所示，有一高位槽输水系统，管径为857mm×3.5mm。已知水在管路中流动的机械能损失为(u为管内流速)。试求水的流量为多少m²/h。欲使水的流量增加20%,应将高位槽水面升高多少米?解管径d=0.05m,机械能损习题1-19附图(1)以流出口截面处水平线为基准面，6m/s高位槽应升高7.18-5=2.18m【1-20】如习题1-20附图所示，用离心泵输送水槽中的常温水。泵的吸入管为832mm×2.5mm,管的下端位于水面以下2m,并装有底阀与拦污网，该处的局部压头损失为。若截面2—2'处的真空度为39.2kPa,由1—1'截面至2—2'截面的压头损失为。试求：(1)吸入管中水的流量，m³/h;(2)吸入口1—1'截面的表压。22具00具1习题1-20附图解管内径d=0.032-0.0025×2=0.027mm,水密度p=1000kg/m³截面2-2'处的表压p₂=-39.2kPa,水槽表面p₁=0(表压)(1)从()—('至2—2',0)—()'为基准面，压头损失p₁=10.4×10³Pa=10.4kPa(表压)【1-21】当温度为20℃及60℃时，从附录查得水与空气的黏度各为多少?说明黏度与温度的关系。0.469×10-'Pa·s空气18.1×10-'Pa·s20.1×10-⁵Pa·s水的温度高，黏度小；空气的温度高，黏度大。雷诺数与流体流动类型【1-22】25℃的水在内径为50mm的直管中流动，流速为2m/s。试求雷诺数，并判断其流动类型。解25℃,水的黏度μ=0.8937×10⁻′Pa·s,密度p=997kg/m³,管内径d=0.05m,流速x=2m/s【1-23】(1)温度为20℃、流量为4L/s的水，在057mm×3.5nm的直管中流动，试判断流动类型；(2)在相同的条件下，水改为运动黏度为4.4cm²/s的油，试判断流动类型。解(1)d=0.05m,q₁=4×10-'m³/s,g=1.005×10-^Pa·s,p=998.2kg/m³解(1)水，20℃,p=998.2kg/m²,x=1.005×10Pa·s,d=0.207mR△I习题1-25附图解从截面A到截面B列伯努利方程，截面A为基准面，则得液柱压差计1—1为等压面此式即为用U形管压差计测量流体在两截面之间流动的摩擦损失的计算式，【1-26】如习题1-26附图所示，有357mm×3.5mm的水平管与垂直管，其中有温度为20℃的水流动，流速为3m/s。在截面A与截面B处各安装一个弹簧压力表，两截面的距离为6m,管壁的相对粗糙度e/d=0.004。试问这两个直管上的两个弹簧压力表读数的差值是否相同?如果不同，试说明其原因。BBBB-水mo-水7习题1-26附图如果用液柱压差计测量压力差，则两个直管的液柱压力计的读数R是否相同?指示液为汞，其密度为13600kg/m³。解已知管内径d=0.05m,水的温度t=20℃密度p=998.2kg/m²,黏度μ=1.004×10'Pa·s,流速u=3m/s雷诺数湍流管壁相对粗糙查得摩擦系数λ=0.0293这两个直管的摩擦损失相同，为(1)弹簧压力表读数之差值①水平管在A、B两截面列伯努利方程因Zx=Za:x=ug,故得pA-m=ch₁=998.2×15.8=15770Pa=kPa②垂直管在A、B两截面间列伯努利方程，以截面为基准面，pa-m=ggZ₁+pl₁=998.2×9.81×6+998.2×15.8=745Pa100m,光滑管。(1)体积流量qy=330L/h=0.33m²/h流速雷诺数Re=层流摩擦系数摩擦损失(2)体积流量qv=990L/h=0.99m³/h因流量是原来的3倍，故流速u=0.0467×3=0.14m/s雷诺数Re=1787×3=5360湍流对于光滑管，摩擦系数x用Blasius方程式计算也可以从摩擦系数x与雷诺数Re的关联图上光滑管曲线上查得，λ=0.037摩擦损失【1-29】试求下列换热器的管间隙空间的当量直径；(1)如习题1-29附图(a)所示，套管式换热器外管为4219mm×9nm,内管为114mm×4mm;(2)如习题1-29附图(b)所示，列管式换热器外壳内径为500mm,列管为625mm×2mm的管子174根，(a)套台式换热器(b)列管式换热器习题1-29附图解(1)套管式换热器，内管外径d₁=0.114m,外管内径d₂=0.201m当量直径d.=d₂-d₁=0.201-0.114=0.087m(2)列管式换热器，外壳内径d₂=0.5m,换热管外径d₁=0.025m,根数n=174根当量直径【1-30】常压下35℃的空气，以12m/s的流速流经120m长的水平管。管路截面为长方形，高300mm,宽200mm,试求空气流动的摩擦损失，设解空气，t=35℃,p=1.147kg/m³,g=18.85×10~Pa·s,流速α=12m/s。管路截面的高a=0.3m,宽b=0.2m。当量直径雷诺数湍流0005,查得a=0.0192,1=120m摩擦损失【1-31】把内径为20mm、长度为2m的塑料管弯成倒U形，作为虹吸管使用。如习题体密度为1000kg/m³,黏度为1mPa·s。为保持稳定流动，使槽内液面恒定。要想使输液量为1.7m³/h,虹吸管出口端距槽内液面的距离h需要多少米?解已知d=0.02m,l=2m,g=10'kg/m³,g=1mPa·s,体积流量xx=1.7m³/h,m03习题1-31附图习题1-32附图从液槽的液面至虹吸管出口截面之间列伯努利方程式，以虹吸管出口截面为基准面。光滑管λ=0.0235,管人口突然缩小(=0.5U形管(回弯头)ζ=1.5【1-32】如习题1-32附图所示，有黏度为1.7mPa·5、密度为765kg/m³的液体，从高位棺经直径为÷114mm×4mm的钢管流人表压为0.16MPa的密闭低位槽中。液体在钢管中的流速为lm/s,钢管的相对粗糙度εd=0.002,管路上的阀门当量长度1。=50d。两液槽的液面保持不变，试求两槽液面的垂直距离H。解从高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算H,低位槽液面为基准面，p₁=0(表压),p₂=0.16×10°Pa,两槽流速a;=n₂=0,Z₁=H,Z₂=0,管内流速μ=1m/s,管径d=0.106m液体密度p=765kg/m²,黏度g=].7×10Pa·s/d=0.002,查得λ=0.0267管长1=30+160=190m,阀门=50,高位槽的管入口S=0.5,低位槽管出口?=1,90°弯头了=0.75r作513(1-33】如习题1-33附图所示，用离心泵从河边的吸r作513水站将20℃的河水送至水塔。水塔进水口到河水水面的垂直高度为34.5m。管路为6114mm×4mm的钢管，管长1800m,包括全部管路长度及管件的当量长度。若泵的流量为30m³/h,试求水从泵获得的外加机械能为多少?钢管的相对粗糙解水在20℃时g=998.2kg/m³,流量y=30m³/h习题133附图查得x=0.0252摩擦阻力损失以河水水面为基准面，从河水水面至水塔处的水管出口之间列伯努利方程习题1-34附图【1-34】如习题1-34附图所示，在水塔的输水管设计过程中，若输水管长度由最初方案缩短25%,水塔高度不变，试求水的流量将如何变化?变化了百分之几?水在管中的流动在阻力平方区，且输水管较长，可以忽略局部摩擦阻力损失及动压头。解在水塔高度H不变的条件下，输水管长度缩短，输水管中的本流量应增大。从水塔水面至输水管出口之间列伯努利方程，求得因水塔高度H不变，故管路的压头损失不变。管长缩短后的长度/与原来长度l的关系为7=0.751在流体阻力平方区，摩擦系数恒定不变，有故流速的比值为流量的比值为5流量增加了15.5%管路计算【1-35】用6168mm×9mm的钢管输送流量为60000kg/h的原油，管长为100km,油管最大承受压力为15.7MPa,已知50℃时油的密度为890kg/n²,黏度为181mPa·s。假设输油管水平铺设，其局部摩擦阻力损失忽略不计，试间为完成输油任务，中途需设置几个加压站?解d=0.15m,l=100km,q.=60000kg/h因为是等直径的水平管路，其流体的压力降为油管最大承受压力为15.7MPa需设置2级加压，每级管长为50km,每级的△p=27.3/2=13.65MPa,低于油管最大?)承受压力。?)【1-36】如习题1-36附图所示，温度为20℃的水，从水塔用：108mm×4nm钢管，输送到车间的低位槽中，低位槽与水塔的液面差为12m,管路长度为150m(包括管件的当量长度)。试求管路的输水量为多少m²/h,钢管的相对粗糙度：/d=0.002解水，t=20℃,g=998.2kg/m²,x=1,004×10⁻²Pa·s由伯努利方程，得管路的摩擦阻力损失为管内水的流速u未知，摩擦系数x不能求出。本题属于已知L=150m、d=0.1m/d=0.002、2h₁=118J/kg,求u与qu的问题。验算流动类型习题1-36阴图AAB习题1-37附图体积流量【1-37】如习题1-37附图所示，温度为20℃的水，从高位槽A输送到低位水槽B.两水槽的液位保持恒定。当管路上的阀门在一定的开启度下，水的流量为1.7m³/h,试计算所需的管径。输水管的长度及管件的当量长度共为42m,管子为光滑管。另外，当阀门关闭时，水不流动，阀前与阀后的压力表读数分别为80kPa与30kPa,本题是计算光滑管的管径问题。虽然可以用试差法计算，但不方便。最好是用光滑管的摩擦系数计算式(适用于2.5×10⁵<Re<10¹)与Z=×及导一个已h与。及d之间的计算式。解水在20℃时g=998.2kg/m³,g=1.D04×1D~/Pa·s水的流量].7m³/h,管长及管件当量长度!=42m阀门关闭时，压力表可测得水槽离压力表测压点的距离H、与H:。两水槽液面的距离H=H,-Hx=8.17-3.06=5.11m以低位槽的液面为基准面，从高位槽A的液面到低位槽B之间列伯努利方程，得管路的摩擦损失2h与H的关系式为Zh₁=Hg=5.11×9.81=50kg对于水力光滑管，2h与新及d之间的计算式为水水A求得管内径为d=0.0205m【1-38】如习题1-38附图所示，水槽中的水由管C与D放出，两根当量长度)分别为试求阀门全开时，管C与管D的流量之比值，摩擦系数均取0.03。解从水槽的水面至出水口之间列伯努利方程，以出水口的水平面BC管的压头损失BD管的压头损失将式(b)与式(c)代入式(a),得【1-39】有一并联管路，输送20℃的水。若总管中水的流量为9000m³/h,两根并联管的管径与管长分别为d₁=500mm,1₁=1400m;d₂=700mm,l₂=800m。试求两根并联管中的流量各为若干?管壁绝对粗糙度为0.03mm。解用试差法求解，设各支管的流体流动处于完全湍流粗糙管的阻力平方区两根支管的相对粗糙度分别为从教材的图1-28查得λ=0.0177,λ:=0.0162总流量(x=9000m³/h支管1的流量支管2的流量下面核算λ值水在20℃时，p=998.2kg/m³,g=1.004×10÷Pa·s故由Re=4.63×10°与5=0.0006,从图上查得λ₁=0.0177,与原假设相同。由Re₂=1.429,从图上查得λ:=0.0164,与原假设的λ₂=0.0162近。故以上计算结果正确。【1-40】在管径6325mm×8mm的管路中心处安装皮托测速管，测量管路中流过的空流量。空气温度为21℃,压力为1.47×10Pa(绝对压力)。用斜管压差计测量，指示液水，读数为200mm,倾斜角度为20度。试计算空气的质量流量。解空气温度T=273+21=294K,绝对压力p=147kPa,空气的密度为R=R'sina=200sin20°=6mm水的密度g₃=1000kg/m³空气的黏度μ=1.815×10-⁵Pa·s空气质量流量【1-41】20℃的水在6108mm×4mm的管路中输送，管路上安装角接取压的孔板流量计测量流量，孔板的孔径为50mm。U形管压差计指示液为汞，读数R=200mm。试求水在管路中的质量流量。解水在20℃时p=998.2kg/m³,μ=1.004×10-⁸Pa·s孔板孔径d=0.05m,管径D=0.1m从a、Re、g关系曲线上查得，在β=0.25的水平段的α值，a=0.622U形管差压计的读数R=0.2m,汞密度g=13600kg/m³孔板前后的压力差△p=R(p—p)g水的质量流量流速由β=0.25与Re=1.089×10⁵从x、Re、关系曲线上查得，值相同，计算正确。【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验，水的体积流量为540m³/h,泵出口压力表读数为350kPa,泵入口真空表读数为30kPa。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm,吸入管与压出管内径分别为350mm及310mm,试求泵的扬程。解水在15℃时g=995.7kg/m³,流量v=540m³/h压力表pm=350kPa,真空表p.=-30kPa(表压)压力表与真空表测压点垂直距离h,=0.35m管径d₁=0.35m,d₂=0.31m流速扬程=0.35+38.9+0.078=39.3m水柱【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m³的水溶液，其他性质可视为与水相同。若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：(1)泵的压头《扬程)有无变化；(2)若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；(3)泵的轴功率有无变化。解(1)液体密度增大，离心泵的压头(扬程)不变。(见教材)(2)液体密度增大，则出口压力表读数将增大。(3)液体密度p增大，则轴功率将增大。【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min时，水的流量为18m³/h,扬程为20m(H,O)。试求：(1)泵的有效功率，水的密度为1000kg/m³;(2)若将泵的转速调节到1250r/min时，泵的流量与扬程将变为多少?解(1)已知gy=18m³/h,H=20m水柱，p=1000kg/m³流量0(2)工作点的流量与扬程管路特性曲线的与H计算值如下工作点流量xα=0.0045m³/s,扬程H=19.8mH₂O(3)将工作点流量从gy=0.0045m²/s调节到g=0.0035m²/s,泵的转速应由2900rmin调节到多少转速?将gx=0.0035m³/s代入管路特性方程，求得H₄=10+5.02X10×(0.0035²)mH等效率方程H=K系数得等效率方程H=1.31×10等效率方程的计算值如下从n=2900r/min的泵特性曲线与等效率由线的交点D,得到m/H程扬m/H程扬5D管路特性曲线AC习题2-4附图流量为9x=0,0035m³/s时的转速为转速变化小于20%,效率基本不变。【2-5】若习题2-4第2向改为两台泵并联操作，管路特性曲线不变，试求泵工作点的流量与扬程。山：巧山：巧05的w/Hw/H44房令房5习题2-5附图习题2-6附图【2-7】用型号为IS65-50-125的离心泵，将敞口水槽中的水送出，吸入管路的压头损失为4m(H₂O),当地环境大气压力的绝对压力为98kPa。试求：(1)水温20℃时泵的安装高度，(2)水温80℃时泵的安装高度。解已知环境大气压力p=98kPa(绝对)吸人管2H₁=4m(H₂O),查得泵的汽蚀余量△h=2m(1)20℃的水，饱和蒸气压p.=23.38kPa,密度p=998.2kg/m²最大允许安装高度为第(2)方案的安装高度H₂=7m,大于H,不能完成输送任务。第(1)方案的安装高度H₂=-1m若-1≤3.66-2H,则乙H₁≤4.66m水柱时可以用。【2-9】用离心泵从江中取水送入贮水池内，池中水面高出江面20m,管路长度(包括部阻力的当量长度)为45m。水温为20℃,管壁相对粗糙度。要求输水量为~25m³/h。(1)试选择适当管径；(2)试选择一台离心泵，解20℃水的p=998.2kg/m³,μ=1.004×10³Pa·s1+1,=45m,E=0,001d最大流量qy=25m³/h(1)管径d从教材表1-3中选管路中水的流速u=2.5m/s选公称直径65mm的低压流体输送用焊接钢管管径为d75.5mm×3.75mm,内径d=75.5-3.75×2=68mm最后计算流速此流速在表1-4中的1.5～3.0m/s范围内(2)选离心泵(2)选离心泵扬程查得λ=0.0218扬程H=20+2.68=22.68m设泵的效率η=0.65选用离心泵IS65-50-160其流量范围为15～30m³/h,扬程范围为35～30m,转速为2900r/min,轴功率为2.67～3.71kW,汽蚀余量△h=2～2.5m。【2-10】有一台离心泵的额定流量为16.8m³/h,扬程为18m。试问此泵是否能将密度为1060kg/m³,流量为250L/min的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa的设备中?敞口贮槽与高位设备的液位垂直距离为8.5m。管路的管径为075.5mm×3.75mm,管长为124m(包括直管长度与所有管件的当量长度),摩擦系数为0.03。液柱流量与压头都略小于额定值，该泵可以用。【2-11】有一台双动往复泵，其活塞的行程为300mm,活塞直径为180mm,活塞杆直径为50mm,若活塞每分钟往复55次，其理论流量为若干?又实验测得此泵在26.5min内能使一直径为3m的圆形贮槽的水位上升2.6m,试求泵的容积效率(即实际流量/理论流解活塞行程S=300mm=0.3m,活塞直径D=0.活塞杆直径d=0.05m,活塞杆截面活塞往复频率n=551/min理论流量m³/min实际流量容积效率η=qx/qv理=0.693/0.807=0.859【2-12】有一台离心式通风机进行性能实验，测得的数据有空气温度为20℃,风机出口的表压为230Pa,人口的真空度为150Pa,送风量为3900m³/h。吸入管与排出管的内径分别为300mm及250mm,风机转速为1450r/min,所需轴功率为0.81kW。试求风机的全风有效功率全风压效率【2-13】仓库里有一台离心式通风机，其铭牌上的流量为1.27×10³m³/h,全风压为1.569kPa。现想用他输送密度为1.0kg/m³的气体，气体流量为1.27×10³m³/h,全风压为1.3kPa。试问该风机是否能用?解通风机铭牌上的风量与全风压是在标准条件(20℃,101.325kPa)下用空气测定的，标准条件下空气的密度为1.2kg/m²。现在把气体在操作条件下的流量1.27×10³m³/h及全风压1.3kPa换算为标准条件下的风量v,及全风压，可以使用。【2-14】有温度为25℃、流量为60m³/min的空气，从101kPa压缩到505kPa(均为绝对压力),绝热指数为1.4,试求空气绝热压缩后的温度，并求等温压缩和绝热压缩所需理论功率，假设为理想气体。流量G=Qp=1X1.185=1.185kg/s功率P.=WG=137.5X1.185=163kW功率P=WG=174.6×1.185=207kW【3-1】密度为1030kg/m³、直径为400gm的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。解150℃时，空气密度o=0.835kg/m³,黏度μ=2.41×10⁵Pa·s颗粒密度p₂=1030kg/m³,直径d₂=4X10~'m假设为过渡区，沉降速度为为过渡区【3-2】密度为2500kg/m³的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。解在斯托克斯区，沉降速度计算式为由此式得(下标w表示水，a表示空气)查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为已知玻璃球的密度为g,=2500kg/m³,代入上式得[3-3】降尘室的长度为10m,宽为5m,其中用隔板分为20层，间距为100mm,气体中悬浮的最小颗粒直径为10gm,气体密度为1.1kg/m³,黏度为21.8×10°⁶Pa·s,颗粒密度为4000kg/m³。试求；(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s?(3)此降尘室每小时能处理多少m³的气体?解已知d₅=10×10“m,g=4000kg/m³,p=1.1kg/m³,μ=21.8×10‘Pa·s(1)沉降速度计算假设为层流区(2)气体的最大流速um沉降高度H=0.1m,降尘室长度L=10m(3)气体的最大处理量气体的处理量qx,也可以用教材式(3-18)计算【3-4】有一重力沉降室，长4m,宽2m,高2.5m,内部用隔板分成25层。炉气进入除尘室时的密度为0.5kg/m³,黏度为0.035mPa·s。炉气所含尘粒的密度为4500kg/m³。现要用此降尘室分离100gm以上的颗粒，试求可处理的炉气流量。解已知炉气的密度p=0.5kg/m³,黏度μ=3.5×10-°Pa·s尘粒的密度4500kg/m³,临界尘粒直径d、=100×10-m假设为层流区，求得沉降速度为炉气流量为本题也可以用教材式(3-18)计算，式中的WL改为WLN。[3-5】温度为200℃,压力为101.33kPa的含尘空气，用图3-9(a)所示的旋风分离器除尘。尘粒的密度为2000kg/m³。若旋风分离器的直径为0.65m,进口气速为21m/s,试求：(1)气体处理量(标准状态)为多少m³/s;(2)气体通过旋风分离器的压力损失；(3)尘粒的临界直径。解空气温度200℃,压力101.33kPa,从空气物理性质表中查得密度p=0.746kg/m³,黏度μ=2.6×10⁵Pa·s(3)尘粒的临界直径dg已知尘粒密度g=2000kg/m³,b=【3-6】悬浮液中固体颗粒浓度(质量分数)为0.025kg固体/kg悬浮液，滤液密度为1120kg/m³,湿滤渣与其中固体的质量比为2.5kg/kg,试求与1m³滤液相对应的湿滤渣体积z,单位为m³湿渣/m³滤液，固体颗粒密度为2900kg/m³。解已知X=0.025kg固体/kg悬浮液C=2.5kg湿渣/kg干渣，滤液密度p=1120kg/m³m³滤液m³滤液【3-7】如习题3-7附图所示用板框压滤机过滤某悬浮液，共有20个滤框，每个滤框的两侧有效过滤面积为0.85m²,试求1小时过滤所得滤液量为多少m³。已知过滤常数K=4.97×10-⁵m²/s,q.=1.6A=20×0.85=17m³,V=qA=0.407×17=6.92m³滤液-e·10×102【3-8】将习题3-6的悬浮液用板框压滤机在过滤面积为100cm²、过滤压力为53.3kPa条件下进行过滤，所测数据为滤液量/mL试求过滤常数K与q.及滤饼的比阻r。已知滤液的黏度为3.4mPa·S。解已知过滤面积A=100cm²=0.01m²V/ml.直线的斜率3×10-17×10-1,K=4.967×10-⁵m²/s,截距6×10²已知△p=5.33×10Pa滤液黏度μ=3.4mPa·s=3.4×10⁴Pa·s由习题3-6得v=0.0505m'湿渣/m³滤液故比阻为【3-9】对习题3-6及习题3-8中的悬浮液用板框压滤机在相同压力下进行过滤，共有20个滤框，滤框厚度为60mm,每个滤框的两侧有效过滤面积为0.85m²。试求滤框内全部充满滤渣所需要的时间。固体颗粒密度为2900kg/m³。在习题3-6中已给出湿滤渣质量与其中固体质量的比值为2.5kg湿渣/kg干渣，并计算出每立方米滤液相对应的湿渣体积，即v=0.0505m³湿渣/m³滤液。在习题3-8中已求出恒压过滤的过滤常数K=4.967×10-⁵m²/s,g.=1.64×10-2解求恒压过滤的过滤时间r的计算式为过滤面积A=0.85×20=17m²滤液体积V的计算：20个滤框中的湿滤渣体积为湿渣从滤渣体积V,计算滤液体积V【3-10】用板框压滤机过滤某悬浮液，恒压过滤10min,得滤液10m³。若过滤介质阻力忽略不计，试求；(1)过滤1b后的滤液量；(2)过滤1h后的过滤速率dV/dr。解恒压过滤，已知t=10min,V=10m³,V。=0,代入教材式(3-40),V¹=KA²-求得(1)过滤1h后的滤液量x=60min(2)过滤1h后的过滤速率dV/dr从教材式(3-39)与式(3-38),得【3-11】若转筒真空过滤机的浸液率ψ=1/3,转速为2r/min,每小时得滤液量为15m²,试求所需过滤面积，已知过滤常数K=2.7×10°m²/s,q₀=0.08m³/m²解由题Q=15/3600m²/s过滤面积【+-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为0.16W/(m·℃)、厚度为300mm的绝热材料。已测得绝热层外表面温度为30℃,另测得距加热器平壁外表面250mm处的温度为75℃,如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面解t:=75℃,t₃=30℃计算加热器平壁外表面温度t,λ=0.16W/(m·表面温度为30℃,另测得距加热器平壁外表面250mm处的温度为75℃,如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面解t:=75℃,t₃=30℃计算加热器平壁外表面温度t,λ=0.16W/(m·℃)绝热么6非毕【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm厚的软木做成的。习题4-1附图软木的热导率λ=0.043W/(m·℃)。若外表面温度为28℃,内表面温度为3℃,试计算单位表面积的冷量损失。解已知t₁=3℃,t₃=28℃,λ=0.043W/(m·℃),b=0.03m,则单位表面积的冷量损失为mz(nmz(n一q【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.02m²,材料的厚度为0.02m。现测得电流表的读数为2.8A,伏特计的读数为140V,两侧温度分别为280℃和100℃,试计算该材料的热导率。解根据已知做图f₂=100C冷水电热蓄热传导的热量热传导的热量时火转时火转绝热传当雨砖-130℃k₃0.15]【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=1.05W/(m·℃),厚度b=230mm;绝热砖层，热导率λ=0.151W/(m·℃)普通砖层，热导率λ=0.93W/(m·℃)。耐火砖层内侧壁面温度为1000℃,绝热砖的耐热温度为940℃,普通砖的耐热温度为130℃,(1)根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热砖厚度为230mm,试确定绝热砖层的厚度。(2)若普通砖层厚度为240mm,试计算普通砖层外表面温度。温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q。绝热砖层厚度b₂的计算每块绝热砖的厚度为0.23m,取两块绝热砖的厚度为b₂=0.23×2=0.46m,(2)计算普通砖层的外侧壁温先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度13l₃小于130℃,符合要求。通过普通砖层的热传导，计算普通砖层的外侧壁温1。【4-5】有直径为θ38mm×2mm的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为1mm的水垢，水水垢的热阻为矿渣棉矿渣棉【4-6】某工厂用。170mm×5mm的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚30mm的矿渣棉，其热导率为0.065W/(m·K);第二层为厚30mm的石棉灰，其热导率为0.21W/(m·K)。管内壁温度为300℃,保温层外表面温度为40℃。管路长50m。试求该管路的散热量。石棉灭层厚度。已知t₁=150℃,tz=50℃,g=160W/m解得保温层厚度为保温层厚度应不小于13.3mm对流传热系数(2)空气流速增加一倍，对流传热系数a'为(3)若空气从管壁得到的热量为578W,计算钢管内壁平均温度用式Q=aA(t.一t.)计算钢管内壁的平均温度t.。已知空气进出口平均温度1m=49℃在第(1)项中已计算出对流传热系数α=18.7W/(m²·℃)钢管内表面积为A=πdl=π×0.068×5=1.07m钢管内壁平均温度【4-10】温度为10℃、压力为101.3kPa的空气，以10m/s的流速在列管式换热器管间沿管长方向流动，空气出口温度为30℃。列管式换热器的外壳内径为190mm,其中装有37根g19mm×2mm的钢管，钢管长度为2m,试求钢管外表面对空气的对流传热系数。解已知空气压力p=101.3kPa,温度t=10℃,t:=30℃,空气的平均温度热导率λ=2.76×10-²W/(m·℃),黏度μ=1.91×10°Pa·s,普朗特数Pr=0.699,空气被加热，Pr的指数n=0.4空气流动的截面积湿润周边当量直径已知空气的流速u=10m/s对流传热系数解d,=d₂-dj=0.051-0.038=0.013m【+-13】质量流量为1650kg/h的硝酸，在管径为480mm×2.5mm、长为3m的水平管中流过。管外为300kPa(绝对压力)的饱和水蒸气冷凝，使硝酸得到3.8×10'W的热量。试求水蒸气在水平管外冷凝时的对流传热系数。解在计算水蒸气在水平管外冷凝的对流传热系数a时，需要知道管外表面温度tw。如何假设tw?水蒸气冷凝的a值一般为5000~15000W/(m²·℃),取α=10000W/(m²·℃),估算壁温度1。300kPa(绝对压力)时，水蒸气的饱和温度t,=133.3℃。用式Q=aA(t、一)估算壁温度t,先假设t,=128℃定性温度为膜温t.=133.3℃时水的比汽化热r=2168×10³J/kg水蒸气在水平管外冷凝的α值计算用式Q=aA(t、-t.)计算Q值Q=11600×π×0.08×3×(133.3-128)此Q值大于硝酸吸收的热量，说明假设的t。偏小。重新用α=11600W/(m²·℃)估算t假设tw=129℃膜温l.-tw=133.3-129=4.3不同。α值计算用α=12200验算壁温与前面假设的相同。【4-14】水在大容器内沸腾，如果绝对压力保持在p=200kPa,加热面温度保持130℃,试计算加热面上的热流密度q。水沸腾的对流传热系数α计算a=0.123△t²53p⁴.⁵=0.123×9.8²比热容放热量【4-16】用冷却水使流量为2000kg/h的硝基苯从355K冷却到300K,冷却水由15℃升到35℃,试求冷却水用量。若将冷却水的流量增加到3.5m²/h,试求冷却水的出口容cx=1.58kJ/(kg·K)硝基苯的放热量Q=qmi((T₁-T₂)(1)冷却水用量计算平均温度比热容(g=4.179kJ/(kg·℃),密度p=997kg/m³(2)用水量gy₂=3.5m³/h时，求t₂=?可知v2与(t:-l)成反比，故假设t₂=26.9℃水的平均温度查得水的比热容c₃=4.182kJ/(kg·℃),密度p=998kg/m³与假设相符。【4-17】在一换热器中，用水使苯从80℃冷却到50℃,水从15℃升到35℃。试分别计算并流操作及逆流操作时的平均温度差。解(1)并流操作=34.2℃(2)逆流操作苯T=80℃→→T,=50℃△t₁/△t₂=45/35<2【4-18】在1壳程2管程列管式换热器中用水冷却油，冷却水走管内，进口温度为20℃,出口温度为50℃。油进口温度为120℃,出口温度为60℃。试计算两种流体的传热平均温度差。解属于折流T₁=12C油T₂=6(1℃查得温差校正系数ψ=0.91△tm=△tm道=0.91×55=50℃(1)水蒸气用量(kg/h);(2)当总传热系数为800W/(m²·℃)时所需传热面积。解(1)水的比汽化热r=2168kJ/kg,苯胺体积流量x=80m³/h,苯胺吸收的热量为Q=gva,(1₂-t)=80×955×2.31×10³×(1水蒸气用量(2)计算传热面积A已知K=800W/(m²·℃),水蒸气的p=300kPa,t=133.3℃。水蒸气133.3℃133.3℃苯胺【+-20】有一套管式换热器，内管为φ180mm×10mm的钢管，内管中有质量流量为3000kg/h的热水，从90℃冷却到60℃。环隙中冷却水从20℃升到50℃。总传热系数K=2000W/(m²·℃)。试求：(1)冷却水用量；(2)并流流动时的平均温度差及所需传热面积；(3)逆流流动时的平均温度差及所需传热面积。解(1)冷却水用量q计算热水平均温度,G₄=4.191kJ/(kg·℃冷水平均温度,(=4.174kJ/(kg·℃)热量衡算(2)并流热水T₁=90℃→→T:=60℃传热面积(3)逆流热水T₁=90℃→→T₂=60℃传热面积【4-21】有1壳程2管程列管式换热器，用293K的冷水30t/h使流量为20t/h的乙二醇从353K冷却到313K,设总传热系数为1200W/(m²·K),试计算所需传热面积。解乙二醇乙二醇的平均温度,比热容c₉=2.6×10³J/(kg·K)乙二醇放出热量从水的物理性质数据表上可知，水在30～50℃范围内，比热容(,=4174J/(kg·K)。假设sg=4174J/(kg·K),计算冷水出口温度!冷水的平均温度=28.3℃m接近30℃,所假设的(g可以。逆流平均温度差△m进计算折流的平均温度差△tm计算g=0.83,△t,=g△i述=0.83×30.2=25.1℃传热面积【+-22】有一外径为100mm的水蒸气管，水蒸气温度为160℃。为了减少热量损失，在管外包覆厚度各为25mm的A、B两层绝热材料保温层，A与B的热导率分别为0.15与0.05W/(m·K)。试计算那一种材料放在内层好。周围空气温度为20℃,保温层外表面对周围空气的对流(包括热辐射)传热系数a=15W/(m²·℃)。保温层内表面温度在两种情况下都等于水蒸气温度。内层外云u=0.175mM₂=00.2m空气(1)A在内层，B在外层。以保温层外表面积为基准的总传热系数为单位长度的热损失为(2)B在内层，A在外层，总传热系数为计算结果表明，热导率小的绝热材料放在内层，热损失小。【4-23】测定套管式换热器的总传热系数。数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为5000kg/h,进口温度为80℃,出口温度为50℃。水在环隙流动，进口温度为15℃,出口温度为30℃。水与甲苯逆流流动，传热面积为2.5m²。问所测得的总传热系数为多大?解甲苯g=5000kg/h,T₁=80℃,T₂,(=热负荷A=2.5m²【4-24】在一套管换热器中，内管中流体的对流传热系数a₁=200W/(m²·K),内管外下列两个问题：(1)假设内管中流体流速增加一倍；(2)假设内管外侧流体流速增加两倍。其他条件不变，试问总传热系数增加多少?以百分数表示。管壁热阻及污垢热阻可不计。解已知α₁=200W/(m²·K),x₂=350W/(m²·K)(1)内管中流体流速增加一倍，u)=2u增加27.6%器，使空气在管内流动，水蒸气在管外冷凝，试验算此换热器面积是否够用?水蒸气冷凝时的对流传热系数可取为10000W/(m²·K)。解空气的平均温度空气的物性参数p=1.093kg/m³,g=19.6×10°Pa·s空气流量热负荷水蒸气p=200kPa,T=120.2℃平均温度差At=T-t₁=120.2-10=110.2℃At₃=T-t₂=120.2-90=30.2℃空气流速已有换热器的传热面积为A'=xdln=πX0.02×1.6×271=27.2m²够用【4-28】有一钢制套管式换热器，质量流量为2000kg/h的苯在内管中，从80℃冷却到50℃,冷却水在环隙中从15℃升到35℃。已知苯对管壁的对流传热系数为600W/(m²·K),管壁对水的对流传热系数为1000W/(m²·K)。计算总传热系数时，忽略管壁热阻，按平壁计算。试回答下列问题：(1)计算冷却水消耗量；(2)计算并流流动时所需传热面积；(3)如改变为逆流流动，其他条件相同，所需传热面积将有何变化?解总传热系数K的计算已知α₁=600W/(m²·K),a₂=1000W/(m²·K)热负荷(2)并流的传热面积A△t₁=T₁-t₁=80-15=65℃,△水冷凝段热负荷冷却段冷却段热负荷冷却水冷却水冷却水用量水在两段之间的温度t,用冷却段热负荷Q₂计算。冷凝段平均温度差为冷却段平均温度差为冷凝段传热面积为冷却段传热面积为总传热面积A=A+A,=4.16+1.05=5.21m²现有换热器的传热面积按传热管内表面积计算A=πd!n=x×0.02×3×37=6传热面积够用。【4-30】在一套管式换热器中，用120℃的饱和水蒸气在环隙中冷凝放热，使内管中湍流流动的流量为3000kg/h的苯，从20℃加热到80℃。当流量增加到4500kg/h时，只能从20℃加热到76℃。试计算换热器的传热面积和流量为4500kg/h时的总传热系数K。计算时，水蒸气冷凝的a值取用8000W/(m²·K)。可忽略管壁热阻及污垢热阻，并可当平壁处理。解苯的流量q₂=3000kg/h时水蒸气T=120℃T=120℃苯的流量q。=4500kg/h时T=120℃T=120℃苯传热速率方程苯的流速与流量的关系苯的对流传热系数a与流速u的关系总传热系数K与传热管内外两侧的对流传热系数α;与α。的关系为,故由Q=K'A△t′=q'c,(t₂-t₁),求传热面积用平均温度查得苯的比热容c,=1.78×10³J/(kg·K)(431】外径为50mm、长为10m的氧化钢管，敷设在截面为200mm×200mm的红砖砌的通道内，钢管外表面温度为250℃,通道壁面温度为20℃。试计算辐射热损失。解钢管被红砖通道包围，角系数o=1辐射传热面积A=A₁=tdl=πX0.05×10=1.57m²红砖通道的表面积A;=4X宽X长=4X0.2X10=8m²查得氧化钢材表面的黑度s=0.8,红砖的黑度：;=0.93。总辐射系数辐射热损失为【4-32】冷藏瓶由真空玻璃夹层构成，夹层中双壁表面上镀银，镀银壁面黑度ɛ=0.02外壁内表面温度为35℃,内壁外表面温度为0℃。试计算由于辐射传热每单位面积容器壁的散热量。解内壁外表面温度t₁=0℃,外壁内表面温度t₂=35℃,两表面镀银ε=g=0.02.两表面积A₁≈A₂。g=1,总辐射系数每单位面积的辐射散热量n为负值，表明热量从外壁向内壁传递。【4-33】水蒸气管路横穿室内，其保温层外径为70mm,外表面温度为55℃,室温为25℃,墙壁温度为20℃。试计算每米管路的辐射散热损失及对流散热损失。保温层外表面黑度：=0.9。解(1)辐射散热损失管路被大房间包围，角系数q=1,辐射传热面积为管路表面积A=ndl总辐射系数C₁-?=εC。辐射传热速率计算式为(2)对流散热损失按大空间自然对流传热计算管路外表面温度55℃与室温25℃的平均温度GrPr=3.27×10°×0.699=每米管路的对流散热损失为计算结果表明辐射散热损失大于对流散热损失。相组成的换算【5-1】空气和CO₂的混合气体中，CO.的体积分数为20%,求其摩尔分数y和摩尔比Y各为多少?解因摩尔分数=体积分数，y=0.2摩尔分数摩尔比【5-2】20℃的100g水中溶解1gNH,NH,在溶液中的组成用摩尔分数x、浓度c及摩尔比X表示时，各为多少?浓度c的计算20℃,溶液的密度用水的密度g,=998.2kg/m³代替。溶液中NH,的量为n=1×10-3/17kmol溶液的体积V=101×10-3/998.2m³溶液中NH,的浓度或NH₃与水的摩尔比的计算或【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH的体积分数为10%,吸收率为90%,求离开吸收器时NH,的组成，以摩尔比Y和摩尔分数y表示。吸收率的定义为解原料气中NH:的摩尔分数y=0.1摩尔比吸收器出口混合气中NH,的摩尔比为【5-4】100g水中溶解lgNH₃,查得20℃时溶液上方NH₃的平衡分压为798Pa。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa)、溶解度系数H[单位为kmol/(m²·kPa)]和相平衡常数m。总压为100kPa。液相中NH,的浓度溶解度系数H=c/p*=0.581/0.798=0.728kmol/(m¹·kPa)液相中NH,的摩尔分数【5-5】空气中氧的体积分数为21%。试求总压为101.325kPa,温度为10℃时，1m³水中最大可能溶解多少克氧?已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为p⁴=3.313×10°x,式解总压p=101.325kPa空气中O.的压力分数pA/p=体积分数=0.21空气中O₂的分压px=0.21×101.325kPa(1)利用亨利定律pA=Ex计算与气相分压pʌ=0.21×101.325kPa相平衡的液相组成为1kmol水溶液≈1kmol水=18kg水10℃,水的密度ø=999.7kg/m³故即lkmol水溶液≈18/999.7m²水水中最大可能溶解6.42×10-5kmol氧(2)利用亨利定律(x=pxH=(0.21×101.325)(1.676×1kmolO【5-6】含NH,体积分数1.5%的空气-NH,混合气，在20℃下用水吸收其中的NH₃,总压为203kPa。NH,在水中的溶解度服从亨利定律。在操作温度下的亨利系数E=80kPa。解气相中NH,的摩尔分数y=0.015总压p=203kPa,气相中NH,的分压pλ=py=203×0.015kPa(1)利用亨利定律p*=Ex计算与气相分压p相平衡的液相中NH,的摩尔分数为NH;水溶液的总浓度水溶液中NH₃的最大浓度(2)利用亨利定律算【5-7】温度为20℃,总压为0.1MPa时，CO₃水溶液的相平衡常数为m=1660。若总压为1MPa时，相平衡常数m为多少?温度为20℃时的享利系数E为多少MPa?解相平衡常数m与总压p成反比，【5-8】用清水吸收混合气中的NH,进入吸收塔的混合气中，含NH,体积分数为动力各为多少?解已知y₁=0.06,则Y₃=y:/(1-y₁)=0.06/0.94=0.0638已知y₂=0.004,则Y₂=0.004/(1-0.004)=4.02×10-3已知X₁=0.012,则Y₁=2.52×0.012=0.03024已知X:=0,则Y:=0塔顶气相推动力△Y₂=Y:-Y:=4.02×10塔底气相推动力△Y;=Y;—Y₁=0.0638-0.03024=0.0336【5-9】CO,分压力为50kPa的混合气体，分别与CO₂浓度为0.01kmol/m³的水溶液和CO₂浓度为0.05kmol/m³的水溶液接触。物系温度均为25℃,气液相平衡关系p′=表示),并说明CO,在两种情况下属于吸收还是解吸。解温度x=25℃,水的密度为g=997kg/m³混合气中CO₂的分压为p=50kPa水溶液的总浓度kmol/m³水溶液(1)以气相分压差表示的吸收推动力①液相中CO₂的浓度cA=0.01kmolCO₂/m³水溶液液相中CO.的摩尔分数与液相平衡的气相平衡分压为p°=1.662×10°x=1.662×kPa气相分压差表示的推动力△p=p-p⁴=50-30=20kPa(吸收)②液相中CO₂的浓度cʌ=0.05kmol/m²水溶液液相中CO₂的摩尔分数与液相平衡的气相平衡分压为p*=1.662×10⁵x=1.662×10°×9.027×kPa气相分压差表示的推动力△p=p'—p=150—50=100kPa(解吸)(2)以液相浓度差表示的吸收推动力与气相CO₂分压p=50kPa平衡的液相组成为平衡的液相浓度①液相中CO,的浓度ca=0.01kmolCO₂/m³水溶液液相浓度差表示的推动力为②液相中CO₂的浓度ca=0.05kmolCO₂/m³水溶液液相浓度差表示的推动力为△c=cʌ-c^=0.05—0.01666=0.0333kmol/m³(解吸)吸收过程的速率【5-10】如习题5-10附图所示，在一细金属管中的水保持25℃,在管的上口有大量干平气125℃;101.325平气125℃;101.325kPa)线，=门八:ureol习题5-10附图空气(温度25℃,总压101.325kPa)流过，管中的水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为100mm。试计算在稳定状态下的汽化速率，kmol/(m²·x)。解25℃时水的饱和蒸气压为3.2895kPa从教材表5-2中查得，25℃,101,325kPa条件下，H₂O在空气中的分子扩散系数D=0.256cm²/s=0.256×10⁻m²/s。扩散距离Z=100mm=0.1m,总压p=101.325kPa空气分压pm=p—px=101.325-3.2895管上口处有大量干空气流过，水汽分压px:=0空气分压p=101.325kPa空气分压的对数平均值为水的汽化速率【5-11】用教材图5-10(例5-4附图)所示的装置，在温度为48℃,总压力为101.325kPa条件下，测定CCl蒸气在空气中的CCl压为37.6kPa,液体密度为1540kg/m³。垂直管中液面到上端管口的距离，实验开始为2cm,终了为3cm,CCl的蒸发时间为1.556×10*s。试求48℃时，CCl,蒸气在空气中的分子扩散系数。解计算48℃时CCl,蒸气在空气中的分子扩散系数，计算式为已知CCl液体密度ø=1540kg/m²总压p=101.325kPa,T=273+48=321K开始Z。=2cm,终了Z=3cmCCl,的蒸发时间0=1.556×10*sCCl的摩尔质量M=154kg/kmol已知数据代人计算式，得扩散系数D=0.0912cm²/sA的分压为5kPa,液相中溶质A的摩尔分数为0.015。气膜传质系数kx=2.5×10-"kmol/相平衡常数m=0.7。总压为101.325kPa,吸收塔该截面上溶质A的传质速率Nx。解(1)气相总传质系数Ky气膜阻力1/ky=4×10*(m²·s)/kmol,液膜阻力m/kx=2×10²(m²·s)/kmol。(2)传质速率NA0152,Y*=mX=0.7×0.0152=0.0106式中k,=pk,式中k.=ck₁.吸收塔的计算后送入吸收塔，用水吸收其中所含SO.的95%。吸收塔的操作温度为30℃,压力为液相中SO。溶解度/kg(590₂)·[100kg(H₂O9]气相中SO₂平衡分压/kPaη=0.95,Y₂=(1-η)Y₁=(1-0.95)×0.0989=0.原料气中SO₂分压pw.=py=100×0.09=9kPa从平衡数据内插，得液相平衡溶解度0.86810gS₂O换算为摩尔比最小液-气比②用水量计算已知炉气流量已知炉气流量标准状态下理想气体的摩尔体积为22.4m²/kmol(273.15K,101.325kPa)炉气的摩尔流量为情性气体流量情性气体流量吸收用水量③出塔水溶液的组成【5-15】在一吸收塔中，用清水在总压0.1MPa、温度20℃条件下吸收混合气体中的CO₂,将其组成从2%降至0.1%(摩尔分数)。20℃时CO₂水溶液的亨利系数E=144MPa。吸收剂用量为最小用量的1.2倍。试求：(1)液-气比L/G及溶液出口组成X1。(2)试求总压改为1MPa时的L/G及X₁。解(1)总压p=0.1MPa时L/G及X(2)总压p=1MPa时的L/G及X从上述计算结果可知，总压从0.1MPa增大到1MPa,溶液出口组成从1.18×10-°增加到1.18×10-*。【5-16】用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收99%。人塔的混合气中含苯2%(摩尔分数);人塔的煤油中含苯0.02%(摩尔分数)。溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50℃,压力为100kPa,相平衡关系为Y*=0.36X,气相总传质系数Kya=解(1)气相总传质单元高度Hc;计算人塔混合气的流量(2)气相总传质单元数No;计算,回收率n=0.99①吸收因数法计算Noi②对数平均推动力法计算No:Y”=mX₂=0.36×0.0002=0AY₁=Y-Y′=0.0204-0.0136=6.8×10-1AY,=Y.Y°=0,204×10-1-0.072×10-3=0,132×10-1(3)填料层高度Z计算【5-17】混合气含CO₂体积分数为10%,其余为空气。在30℃、2MPa下用水吸收，使CO₂的体积分数降到0.5%,水溶液出口组成X=6×10+(摩尔比)。混合气体处理量为2240m²/h(按标准状态，273.15K,101325Pa),塔径为1.5m。亨利系数E=188MPa,液相体积总传质系数K₁·a=50kmol/(m³·h·kmol/m³)。试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。解(1)用水量计算混合气流量惰性气体流量Gi=GG(1-y₁)=100(1-0.1)=kmal(2)填料层高度Z计算体积传质系数Kxa=cK₁a=55.3×50=2765kmol/(m⁴·h)液相总传质单元高度①对数平均推动力法计算No气液相平衡常数X:=Y//m=0.111/94=1.18×10-X、=Y₂/m=0.00503/94=5.35×10-△X;=X+—X₁=1.18×10-3-6×10-液相总传质单元数②吸收因数法计算Nom(1)试求下列3种情况下的液相出口组成X:与气相总传质单元数No;(利用教材中图5-23),并进行比较，用推动力分析No;的改变。3种情况的溶质回收率均为99%③入塔液体中含溶质的组成X:=0.0001(摩尔比),液-气比L/G=1.2。回收率η=0.99,Y₁=0.02,相平衡常数m=1Y₂=(1-g)Y,=(1-0.99)×0.02=0查图5-23,得No:=7.8查图5-23,得No=17查图5-23,得No=21计算结果比较：②与①比较，X:相同，L/G减小时，操作线斜率减小，向平衡线靠近，推动力减小。为达到一定的溶质回收率要求(即达到一定的Y,要求),Nα:需要增大，同时X,也增大了③与②比较，L/G相同，使X₂增大，即操作线斜率相同，操作线向平衡线平行靠近，使推动力减小，N。;增大，同时X,也增大了。当液体出口组成X₁与气体进口组成达平衡时，溶质的回收率为最大，即X₁=Yi/m由物料衡算得回收率溶质的回收率最大可达80%。【5-19】某厂有一填料塔，直径880mm,填料层高6m,所用填料为50mm瓷拉西环，乱堆。每小时处理2000m³混合气(体积按25℃与101.33kPa计),其中含丙酮摩尔分数为5%。用清水作吸收剂。塔顶送出的废气含丙酮摩尔分数为0.263%。塔底送出来的溶液，1kg含丙酮61.2g。根据上述测试数据计算气相体积总传质系数Kva。操作条件下的平衡关系为Y*=2.0X上述情况下，每小时可回收多少千克丙酮?若把填料层加高3m,可以多回收多少丙酮?解(1)计算体积总传质系数Kya先从已知数据求Nα;相平衡常数m=2塔底排出的水溶液，每1000g含丙酮61.2g丙酮的摩尔质量为58kg/kmol从教材图5-23查得No:=8或用计算式求出Nomi已知填料层高度2=6m,计算再从式计算Kya情性气体流量G=2000×(1-0.05)=2000×0.95m³/h(20℃,101.33kPa)理想气体在273K、101.325kPa时的摩尔体积为22.4m²/kmol在298K、101.325kPa下的摩尔体积为kmol/h,塔径D+=0.88m塔截面积体积总传质系数(2)每小时丙酮回收量为G(Y₁—Y₂)=77.7×(0.0kmol(3)填料层加高3m,2=6+3=9m,Hα=0.75则从教材图5-23查得((Yz=0.023Y;=0.023×0.0526填料层Z=9m时，丙酮的回收量为G(Y₁-Y:)=77.7(0.052kmol也可以如下计算G(Y₃—Y?)=77,7(0.0026kmol【5-20】有一填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A,以逆流方式操作。进人塔底混合气中溶质A的摩尔分数为1%,溶质A的吸收率为90%。此时，水的流量为最小流量的1.5倍。平衡线的斜率m=1。试求：(1)气相总传质单元数Nas;(2)若想使混合气中溶质A的吸收率为95%,仍用原塔操作，且假设不存在液泛，气相总传质单元高度Hα;不受液体流量变化的影响。此时，可调节什么变量，简便而有效地完成任务?试计算该变量改变的百分数。解已知y₁=0.01,x=0.8,m=1,X₂=0(1)计算气相总传质单元数No;(2)要想使吸收率从90%提高到95%,可增大吸收剂用量填料层高度Z=H∽No对于已有的填料塔，其填料层高度已定，吸收剂用量改变不会改变Ho:。因此，Na;不会改变，仍为No;=4.64。新工况下，Y'=(1-y)Y₇=(1-0.95)×0.0101=5.05×10-*用No;=4.64与05,从图5-23查得为了使吸收率从90%提高到95%,为了使吸收率从90%提高到95%,L/G需要从1.35增加到2.1,增加的百分数为0.1(摩尔比),余下气体为悄性气体，液-气比为180,吸收率为95%。操作温度为30℃,总压为2MPa。CO₃水溶液的亨利系数由教材中表5-1查取。试计算下列3种情况的溶质吸收率η、吸收液(塔底排出液体》组成X、塔内平均传质推动力△Ym,并与原有情况进行比较；(1)吸收剂由清水改为组成为0.0001(摩尔比)的CO₂水溶液；(2)吸收剂仍为