【正文】 /W W/( m2℃) 31) 120℃飽和水蒸汽將空氣從20℃加熱至80℃，104kg/h?，F(xiàn)有單程列管換熱器，f25，管長3m，a0 = 104W/(m2℃)，污垢及管壁熱阻不計(jì)。問此換熱器能否滿足要求。解：℃50℃空氣，r = ，Cp = (kg℃)，l = (m℃) m = 105 Pas ，Pr = m/s＞10000∴W/(m2℃)∵a0＞＞ai ∴Ki = ai = W/(m2℃)Q = WcCpcDt = 60 = 201 kJ/sDtm = ℃Q = KiAiDtm 即 201103 = ∴Ai = m2又，Ai = npdiL 即 = 300p ∴ L = m＜3 m∴ 滿足要求32）某單殼程單管程列管換熱器，105Pa飽和水蒸汽加熱空氣，水蒸汽走殼程，其給熱系數(shù)為105 W/(m℃)，空氣走管內(nèi)，進(jìn)口溫度20℃，要求出口溫度達(dá)110℃，空氣在管內(nèi)流速為10m/s。管子規(guī)格為φ25，管數(shù)共269根。試求換熱器的管長。若將該換熱器改為單殼程雙管程，總管數(shù)減至254根。水蒸汽溫度不變，空氣的質(zhì)量流量及進(jìn)口溫度不變，設(shè)各物性數(shù)據(jù)不變，換熱器的管長亦不變，試求空氣的出口溫度。33）一套管換熱器，用熱柴油加熱原油，熱柴油與原油進(jìn)口溫度分別為155℃和20℃。已知逆流操作時(shí)，柴油出口溫度50℃，原油出口60℃，若采用并流操作，兩種油的流量、物性數(shù)據(jù)、初溫和傳熱系數(shù)皆與逆流時(shí)相同，試問并流時(shí)柴油可冷卻到多少溫度？34）一套管換熱器，冷、熱流體的進(jìn)口溫度分別為55℃和115℃。并流操作時(shí)，冷、熱流體的出口溫度分別為75℃和95℃。試問逆流操作時(shí)，冷、熱流體的出口溫度分別為多少？假定流體物性數(shù)據(jù)與傳熱系數(shù)均為常量。35）一列管換熱器，105Pa的飽和水蒸汽加熱空氣，使空氣溫度從20℃加熱到80℃，流量為20000kg/h，現(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)變化，如空氣流量增加50%，進(jìn)、出口溫度仍維持不變，問在原換熱器中采用什么方法可完成新的生產(chǎn)任務(wù)？’36）在一單管程列管式換熱器中，將2000kg/h的空氣從20℃加熱到80℃，空氣在鋼質(zhì)列管內(nèi)作湍流流動，管外用飽和水蒸汽加熱。列管總數(shù)為200根，長度為6m，管子規(guī)格為φ383mm?，F(xiàn)因生產(chǎn)要求需要設(shè)計(jì)一臺新?lián)Q熱器，其空氣處理量保持不變，但管數(shù)改為400根，管子規(guī)格改為φ19，操作條件不變，試求此新?lián)Q熱器的管子長度為多少米？37）在單程列管換熱器內(nèi)，用120℃的飽和水蒸汽將列管內(nèi)的水從30℃加熱到60℃。列管直徑為φ25，長為6m，換熱器的熱負(fù)荷為2500kW。試計(jì)算：①列管換熱器的列管數(shù)；②基于管子外表面積的傳熱系數(shù)K。假設(shè)：列管為光滑管，摩擦系數(shù)可按柏拉修斯方程計(jì)算。解：(1)℃45℃時(shí)水：r = 990kg/m3 ,Cp = 103 J/(kg℃)，l = 102W/(m℃)m = 105Pas ，Pr = ∴ u = ℃設(shè)管壁及污垢熱阻可略∵a0＞＞ai ∴Ki = ai 對一根管， = 104 W又，即 180。104 = 180。103180。p180。180。6180?！?= 103 W/(m2℃)(2) ∴ 取n為64根。38）有一立式單管程列管換熱器，其規(guī)格如下：管徑φ25，管長3m，管數(shù)30根。現(xiàn)用該換熱器冷凝冷卻CS2飽和蒸汽，從飽和溫度46℃冷卻到10℃。CS2走管外，其流量為250kg/h，冷凝潛熱為356kJ/kg，(kg℃)。水走管內(nèi)與CS2呈逆流流動，冷卻誰進(jìn)出溫度分別為5℃和30℃。已知CS2冷凝和冷卻時(shí)傳熱系數(shù)（以外表面積計(jì)）分別為和。問此換熱器是否合用？解：kJ/s設(shè)換熱器上部為蒸汽冷凝段,以下標(biāo)“1”表示,下部為冷卻段,以“2”表示則 kJ/s T1=46℃ kJ/s t2=30℃ Q1 Q2 T2=10℃ 設(shè)冷水Cp為常量，則上下兩段分界處t3： t3 t1=5℃ 即 ∴t3 = ℃ 于是：m2 m2∴A = A1＋A2 = ＋ = (以外表面積計(jì))現(xiàn)有換熱器A＇= npd0L = 30180。p180。180。3 = m2＞ A 故能適用。39）現(xiàn)有兩臺規(guī)格完全一樣的列管換熱器，其中一臺每小時(shí)可以將一定量氣體自80℃冷卻到60℃，冷卻水溫度自20℃升到30℃，氣體在管內(nèi)與冷卻水呈逆流流動，已知總傳熱系數(shù)（以內(nèi)表面積為基準(zhǔn)）Ki為40 W/(m℃)。現(xiàn)將兩臺換熱器并聯(lián)使用，忽略管壁熱阻、垢層熱阻、熱損失及因空氣出口溫度變化所引起的物性變化。試求：①并聯(lián)使用時(shí)總傳熱系數(shù)；②并聯(lián)使用時(shí)每個換熱器的氣體出口溫度；③若兩換熱器串聯(lián)使用，其氣體出口溫度又為多少（冷卻水進(jìn)出每個換熱器的溫度不變）？解：單臺：WhCph(T1－T2) = WcCpc(t2－t1)∴WhCph(T1－T2) = KiAiDtm，℃∴二臺并聯(lián)：W/(m2℃)即……①又 …………………………………………②由①、②式聯(lián)立，解得 T2162。= ℃，t2162。= ℃二臺串聯(lián)：即: ………③又： ……………………………………………④③、④式聯(lián)立，解得：T2162。=℃ ， t2162。 = ℃40）擬設(shè)計(jì)一臺列管換熱器，20kg/s的某油品走殼程，溫度自160℃降至115℃，熱量用于加熱28kg/s的原油。原油進(jìn)口溫度為25℃，兩種油的密度均為870kg/m3。其他物性數(shù)據(jù)如下：名稱CP kJ/(kg℃)μ Pasλ W/(m℃)原油油品103103解：(略)第五章 習(xí)題解答1） 1）總壓100 ，溫度25℃的空氣與水長時(shí)間接觸，水中的 的濃度為多少？分別用摩爾濃度和摩爾分率表示?？諝庵?。解：將空氣看作理想氣體：y=p*=yp=79kPa查表得 E=kPaH=C=p*.H=79105=104kmol/m32） 2）已知常壓、25℃下某體系的平衡關(guān)系符合亨利定律，亨利系數(shù)E為 大氣壓，：①溶質(zhì)A濃度為 的水溶液；②溶質(zhì)A濃度為 的水溶液；③溶質(zhì)A濃度為 的水溶液。試求上述三種情況下溶質(zhì)A在二相間的轉(zhuǎn)移方向。解： E=104atm，p=，P=1atm，y=p/P=① ∴ ∴ ∴平衡② ∴ ∴ ∴氣相轉(zhuǎn)移至液相③ ∴ ∴ ∴液相轉(zhuǎn)移至氣相④ P=3atm y= E=104atm ∴m=E/P=104 x4=x3=105 ∴ ∴ ∴氣相轉(zhuǎn)移至液相3） 3）某氣、液逆流的吸收塔，以清水吸收空氣～硫化氫混合氣中的硫化氫?？倝簽?大氣壓。已知塔底氣相中含 %（摩爾分率），水中含 的濃度為 （摩爾分率）。試求塔底溫度分別為5℃及30℃時(shí)的吸收過程推動力。解：查表得（50C） E1=104kpa m1=E1/P=315p*1=Ex=4） 4）總壓為100 ，溫度為15℃時(shí) 的亨利系數(shù)E為 。試計(jì)算：①H、m的值（對稀水溶液密度為 ）；②若空氣中 的分壓為50 ，試求與其相平衡的水溶液濃度，分別以摩爾分率和摩爾濃度表示。5） 5）在總壓為100 、水溫為30℃鼓泡吸收器中，通入純 ，經(jīng)充分接觸后測得水中 的平衡溶解度為 溶液，溶液的密度可近似取為 ，試求亨利系數(shù)。解： p*=100KPa (mol/L)/kPa kPa6） 6）組分A通過另一停滯組分B進(jìn)行擴(kuò)散，若總壓為 ， 。實(shí)驗(yàn)測得的傳質(zhì)系數(shù) 為 。若在相同的操作條件和組分濃度下，組分A和B進(jìn)行等分子擴(kuò)散，試分別求傳質(zhì)系數(shù) 和傳質(zhì)速率 。解：pA1= pA2= pB1=P－pA1= pB2=∴∴∴7） 7）已知：柏油路面積水 ，水溫20℃，空氣總壓100 ， ，設(shè)路面積水上方始終有 厚的靜止空氣層。問柏油路面積水吹干需多長時(shí)間？解：該過程可看作一組分通過另一停滯組分的擴(kuò)散過程 查表得 200C時(shí) 水的飽和蒸汽壓為P= 依題意 = = 以為擴(kuò)散為穩(wěn)定擴(kuò)散，所以8） 8）試分別計(jì)算0℃ 下 、 在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)，并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較分析。解：(1) A：CO2，B：空氣，MA=44，MB=29VB=，VA=，P=，t = (2)A：SO2，B：空氣，MA=64，MB=29VB=，VA=，P=，t = 9） 9）試計(jì)算 在35℃水中的擴(kuò)散系數(shù)，并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較分析。解： A：HCl，B：H2O，MB=18，α=VA=+=，T=，μ=10） 10） 某傳質(zhì)過程的總壓為300 ，吸收過程傳質(zhì)系數(shù)分別為 、 ，氣液相平衡關(guān)系符合亨利定律，亨利系數(shù)E為 ，試求：①吸收過程傳質(zhì)總系數(shù) 和 ；②液相中的傳質(zhì)阻力為氣相的多少倍。解：10. (1)E = 103kPa，P = 300kPa， ∴Ky = ∴Kx = (2)11）在填料塔內(nèi)以水吸收空氣～氨混合氣中的氨。已知：總壓P為1大氣壓，溫度t為20℃，亨利系數(shù)E為 ，氣相體積傳質(zhì)分系數(shù) 為 ，液相體積傳質(zhì)分系數(shù) 為 。%（體積），（摩爾分率），液相可按稀溶液處理。試求氣、液界面處平衡的濃度以及氣相傳質(zhì)阻力占總阻力的分率。解：m=E/P= ∴ y= x= c=1000/18= 得： 氣相阻力占總阻力分率為： 12)若某組分在氣相中的摩爾分率保持不變，將其總壓增大一倍，但其質(zhì)量流速不變，試分析 和 的變化情況？解： ∵P↑, DP不變，(pB2－pB1)’=2(pB2－pB1)∴∵ky=Pkg ∴NA=ky(y1－y2) ∴13)用填料塔進(jìn)行逆流吸收操作，在操作條件下，氣相、液相傳質(zhì)系數(shù)分別為 和 。試分別計(jì)算相平衡常數(shù) ，吸收傳質(zhì)過程的傳質(zhì)阻力分配情況。若氣相傳質(zhì)分系數(shù) ，當(dāng)氣相流量G增加一倍時(shí)，試分別計(jì)算上述兩種情況下總傳質(zhì)系數(shù)增大的倍數(shù)。解：①ky = kmol/(m2s)， kx = kmol/(m2s)m = ， , m = 100時(shí)， , ② G′= 2G，ky′= =m = ，m = 100時(shí)，14) 對低濃度氣體吸收，當(dāng)平衡關(guān)系為直線時(shí)，試證明：式中 分別為塔底與塔頂兩端面上的氣相吸收推動力。證明： 15）用純?nèi)軇Φ蜐舛葰怏w作逆流吸收，可溶組分的回收率為 ，實(shí)際液氣比為最小液氣比的 倍。物系平衡關(guān)系服從亨利定律。試以 兩個參數(shù)列出計(jì)算 的計(jì)算式。解：令進(jìn)塔氣體濃度為y1，則出塔氣體濃度為 Vy2Lx2Vy1Lx116）在一逆流吸收塔中，用清水吸收混合氣體中的 ，氣相流量為 （標(biāo)準(zhǔn)狀況），進(jìn)塔氣體中含 %（體積），要求條件下的平衡關(guān)系 。試求：⑴吸收劑用量和出塔液體組成；⑵寫出操作線方程；⑶氣相總傳質(zhì)單元數(shù)。 解： x2 = 0，y1 = ，y2 = (1－) = V = 300m3/h = ，, m = 1200∴L = kmol/hV(y1－y2) = L(x1－x2) = Lx1∴ x1 = 105(2) (3) (3) 17）試按吸收因數(shù)法推導(dǎo)出以液相濃度差為推動力的吸收過程傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算式： 18）以清水在填料塔內(nèi)逆流吸收空氣～氨混合氣中的氨，%（體積），要求回收率 ，氣相流率G為 。，平衡關(guān)系為 ，總傳質(zhì)系數(shù) 為 。試求：①塔底液相濃度 ；②所需填料層高度 。y2x2y11x1解： 19）接上題，若氣、液相接觸改為并流操作，氣、液流量及進(jìn)口濃度都不變，填料層高度為上題算出的 ，操作溫度、壓強(qiáng)亦不變，問回收率 為多少？ 20）試在“y～x”圖中定性畫出下列各吸收流程的操作線與平衡線 G,y1 L x2 y3 y2 L1,x2 y2 x3 L,x2 y4 L2x3 y2 L2=L1/2 L/2,x1 L/2,x3 G,y1 L3,x1 G1,x3 x1 G1=G2 G2,y321）在一逆流接觸的填料吸收塔中，用純水吸收空氣～氨混合氣中的氨，入塔氣體中含 9%，要求吸收率為95%，操作條件下的平衡關(guān)系為 。試求：①填料層高度 ；②若改用含 %（摩爾分率）的稀氨水作吸收劑， 及其它條件均不變，吸收率為多少？ 22）以清水在填料塔內(nèi)逆流吸收空氣～二氧化硫混合氣中的