【正文】 以清水作吸收劑，塔底流出的溶液每千克含丙酮 ，塔頂排出的廢氣中含丙酮 %。在 25℃ 、105Pa 下，混合氣流量為 試求： （ 1）分別用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法及吸收因數(shù)法求氣相傳質(zhì)單元數(shù)； （ 2）填料層高度。m3s1。s 1化學(xué)工程習(xí)題答案 32 （標(biāo)態(tài)），其中含氨 3%（體積百分?jǐn)?shù)），氨的吸收率不低于 98%。 解： =(1－ 99%)=104 （ 1） 4 5 ??? n .Cn .Bqqm ])1[(ln112221n . Cn . B..n . Cn . Bn . Cn . BOG qqmmXYmXYqqmqqmN ????????? ] ) [ ( 1 4 ???? ??? ? （ 2） 1 ??? n .Cn .Bqqm 15 .1 70. 8]0102. 0 00. 020. 8)ln [ ( 1 4 ?????OGN （ 3） 1 .2 51 ??? n .Cn .Bqqm 1 9 . 0 30 . 8 ] 101 . 10 . 0 2) [ ( 10 . 81 1 44 4 ????? ??? ??OGN 1在常壓和 30℃ 條件下，用清水逆流吸收焦?fàn)t氣中的氨。試求下列情況下的氣相總傳質(zhì)單元數(shù) NOG。qq(39。YYYqq..n . Bn . c 化學(xué)工程習(xí)題答案 31 1 0 .69 .21 .1 5)39。 9 . %)( 2121m i n ???????? m39。若操作液氣比為最小液氣比的 倍，試計(jì)算： （ 1）操作液氣比 和液體 出塔組成 1A，X ； （ 2）若操作壓強(qiáng)改為 5? ，而其他條件不變時(shí)，操作液氣比 和液體出塔組成 1A，X 又各為多少？ 解： 0 . 0 4 1 70 . 0 41 0 . 0 41 111 ????? ， yyY 0 . 0 0 4 1 79 0 % )(10 . 0 4 1 7112 ?????? η)(YY A,A, 相平衡常數(shù)： 4 0 .9101 .0 1 104 .1 356 ????? PEm 3 6 . 84 0 . 990%)( ( 1 )2121m i n ???????? mηXmYYYqq..n . Bn . c ???n .Bn .cqq A ,2A ,2A ,11 X)Y(Y ?? n .Cn .BA, qqX )0 0 41 4 ( 1 ?????? （ 2）當(dāng)總壓為 105Pa 時(shí)： 56 ????? P39。 由相平衡關(guān)系可得： 02min2 ?? A,A, mXY 1在 105Pa、 25oC 條件下，于一逆流操作的吸收塔內(nèi)，用清水吸收混合氣中的SO2。根據(jù)相平衡關(guān)系可以求出出塔液體的最大濃度： 0 . 0 1 0 220 . 0 2 0 41m a x1 ??? mYX A,A, 根據(jù)物料衡算求出出塔氣體的極限濃度： 32m a x11m i n2105 .10)1 .5 ( 0 .0 1 0 20 .0 2 0 4)(????????? A,A,n .Bn .cA,A, XXqqYY （ 2） 2時(shí) ， 該值 大于2 . 5 ?? mqq n .Bn .c當(dāng)?；旌蠚庵泻?A 組分 （體積百分?jǐn)?shù)），在操作條件下氣、液兩相平衡關(guān)系為 YA*=2XA 。試求每小時(shí)用水量為多少 m3？（水的密度近似取 1000kg已知進(jìn)塔氣體中含 SO25%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），其余視為空氣。圖（ 4）中進(jìn)塔氣體均勻分配給兩塔。K 0 . 1 8 %101 . 6 5 8 101 . 6 5 8101 . 6 6 1 6 66 ?? ????? ? ??L LL K K39。K 39。K 0 . 3 6 %103 . 2 7 4 103 . 2 7 4103 . 3 1 2 6 66 ?? ????? ? ??L LL K K39。K 39。Pa1 時(shí)，同理求得： 化學(xué)工程習(xí)題答案 28 16L1126Gsm101 . 6 5 8 Pasmm o l103 . 2 7 4 ????????? ?????KK 當(dāng)液流量增加一倍時(shí)： 14140 . 6 7670 sm105 . 2 9 8sm103 . 3 322 ???? ???????? k39。Pa1 時(shí)： 112611246Pasmm Pasmm ol111111????????????????????????HKKKLGG 16146sm103 .3 3sm103 .3 31103 .2 90 .9 8 7111???????????????LGLKKHK 當(dāng) H＝ 解：（ 1）求流量未改變時(shí)的 KG、 KL，當(dāng) H＝ m3m3s1。s 1在吸收操作條件下， kG＝ 106 mol試求： （ 1） pA－ pA,i、 cA,i－ cA、 pA－ pA*、 cA*－ cA； （ 2） kL、 KG、 KL。當(dāng) A 的分壓 pA=103Pa 時(shí)，液相平衡濃度為 mols 1s 1，氣相傳質(zhì)分系數(shù) kG為 106 molm3，氣、液兩相間的傳質(zhì)通量為 mol 用水吸收混合氣中的物質(zhì) A。 解： PEm?? Pa105 . 6 6 7Pa100 . 1 7 3 30 . 3 2 7 45 ???????? PmE 液相密度近似取 1000 kgs1，相平衡常數(shù)為 。m3若低濃度時(shí)體系服從亨利定律，求 KG 及氣相阻力占總阻力的百分?jǐn)?shù)。Pa1， kL=105mm2m3 解：查 20℃ Cl2 的 E=107Pa， 40℃ Cl2 的 E=107Pa 出塔液體中 Cl2 的最大含量即為與 yA= 呈平衡的液相濃度，所以 20℃ 時(shí)： 57 ????? PEm 5101 .8 95 3 0 .10 .0 1 ????? my*x AA 40℃時(shí)： 8 9100 1 57 ????? PEm 8 9 .70 .0 1 ????? my*x AA 從計(jì)算結(jié)果可知：①當(dāng)溫度升高后，液相中所含溶質(zhì)量減少，即升溫不利于吸收過(guò)程的進(jìn)行；②由第 5 題數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)總壓增大以后，吸收質(zhì)在液相中的濃度增大，所以加壓有利于吸收過(guò)程的進(jìn)行。進(jìn)塔底的混合氣體中含溶質(zhì) Cl2 1%（體積百分?jǐn)?shù)）。Δy 107 44 ???? ??AAΔx 39。Em39。m3 與 cA = molm3－ molm3 molm3 與 cA = molm3－ molm3 molH=3039 mol 化學(xué)工程習(xí)題答案 23 解： 30℃水的密度為 kgm3 的水溶液； 求這兩種情況下傳質(zhì)的方向和傳質(zhì)推動(dòng)力（分別以 SO2 氣相分壓差和液相濃度差表示）。 224212 ???? mPEPEm 303K 下， SO2 分壓為 3039Pa 的混合氣分別與下列溶液接觸： a)含 molPa1)； （ 2）以氣相分壓與液相摩爾分?jǐn)?shù)之間關(guān)系表示的相平衡方程； （ 3）相平衡常數(shù)； （ 4）總壓提高一倍時(shí)的 E、 H、 m 值。求： （ 1）溶解度系數(shù) H(mol試求在此狀態(tài)下，空氣與水充分接觸后，每立方米水中溶有多少克氧？ 解：空氣中含氧 21%（體積百分?jǐn)?shù)），氧的分壓為： pA=105 Pa =104Pa 水的密度近似取 1000kg試求該層流膜層的厚度。若氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 105m2m2操作溫度為 293K，壓強(qiáng)為 105Pa。 查 30℃時(shí)水的飽和蒸汽壓為 103Pa， ρ＝ 求淺 槽內(nèi)的水完全蒸發(fā)所需的時(shí)間。擴(kuò)散系數(shù)為 105m2 ,水的高度為 5 103m 維持槽中水溫 30℃，因分子擴(kuò)散使水逐漸向大氣蒸發(fā)。并比較等物質(zhì)的量反向擴(kuò)散與單向擴(kuò)散的傳質(zhì)通量大小。已知相距 的兩截面上， NH3的分壓分別為 104Pa 和 103Pa。系統(tǒng)總壓為 105Pa、溫度為 298K，擴(kuò)散系數(shù)為 105m239。(39。s1。 解：（ 1）首先將 273K 時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)換算為 298K 時(shí)的值： 000 )(TTppDD ? 555 )273 25273( ???? ??????????? 等物質(zhì)的量反向擴(kuò)散時(shí)氧的擴(kuò)散通量為： )(2,1, AAA ppR T lDN ?? 123123435smm o smm o l)( ?????????????????? ?? （ 2）由于該擴(kuò)散過(guò)程為等物質(zhì)的量反向擴(kuò)散過(guò)程，所以－ NA＝ NB，即氮?dú)獾臄U(kuò)散通量也為 103mols1。t2 =℃ 因 u↑、 α↑ 故使空氣出口溫度上升，但應(yīng)注意，△ p 亦會(huì)增加（△ p 會(huì)增至原來(lái)的幾倍呢？） 第四章 傳質(zhì)過(guò)程 化學(xué)工程習(xí)題答案 18 105Pa、溫度為 25℃的系統(tǒng)中， N2和 O2 的混合氣發(fā)生定常態(tài)擴(kuò)散過(guò)程。 ?? 50120ln140120ln2 28039。AαCq p,m, ? （ b） 將式 a、 b 聯(lián)立解得： 50120lnt140120lnαα 222 ?? （ c） 因 802 .uα ? 808022 2)( ..uu39。） 解：熱量衡算式： )( 1222 ttCqq p,m, ?? 傳 熱速率式：21212ln)()(tttt ttttAtKAq m?? ?????? ? 由上二式得：21222 ln1ttttAαCq p,m, ? 改雙管程前：90140 20140ln1q222 AαC p,m, ? （ a） 改雙管程后：39。 1某單殼程、單管程列管換熱器，殼程為水蒸氣冷凝， t=140℃，管程走空氣， t1=20℃，現(xiàn)將此換熱器由單管程換為雙管程，兩管程的管數(shù)相等，且為原總管數(shù)的一半，若空氣流量不變，均為湍流流動(dòng)，且假定 αin≈ K，求改為雙管程后空氣的出口溫度。ln ???? 化學(xué)工程習(xí)題答案 17 解得 ?T39。 化簡(jiǎn)得： 94 39。T39。 即 C963.C80C20lnC)80(C)20( ????? ??????T39。 ??????? ? 即 mii Δ t 39。39。 ?? 而 mtKAq ?? 原流量時(shí) )()(ln1212 ?? ???????ΔtΔt ΔtΔtΔt m 即 ??? Aαq i 流量增大后： mim tAtAKqq 39。 161)21( 80 ?? 由附錄查得 p=180kPa 時(shí)水蒸氣的飽和溫度為 ℃ 現(xiàn)空氣流量增加 20%，則需提高加熱蒸汽溫度（即壓強(qiáng)） ，否則需更換一傳熱面積更大的換熱器。（作定量計(jì)算、假設(shè)管壁和污垢熱阻可忽略）?，F(xiàn)因生產(chǎn)需要，空氣流量增加 20%，而其進(jìn)、出口溫度不變。t39。t39。=50℃80℃15℃150℃化學(xué)工程習(xí)題答案 16 所以用算術(shù)平均溫度差計(jì)算是允許的。2?t ℃ 驗(yàn)算： 1850 ?????ΔtΔt 15℃ 40℃150℃ 100℃t239。39。239。kg1h1，冷卻水的進(jìn)口溫度為 18℃，試求： （ 1）冷卻水的出口溫度； （ 2）冷卻水的消耗量。m2C)80150(, ?? ?????? dLnKtKACq mhphm ? 解得 5mm7092 .55070 ??L39。39。2?t ℃ C70C5080 151 50ln0)5( 8 01 5)( 1 5039。39。t39。（設(shè)換熱器的熱損失可忽略不計(jì)。水的進(jìn)、出口溫度 分別為 15℃和 40℃，油的進(jìn)、出口溫度分別為 150℃和 100℃。 第二種情況，傳熱系數(shù) K 的增加率為： %%10 KK ????? 可見(jiàn)，提高 K 值應(yīng)從提高 α 小的一側(cè)著手，才會(huì)奏效。 （ 3） 1212 KmW2020KmW100022 ???? ???????? ii αα39。K 1，試求： （ 1）傳熱系數(shù) K（不計(jì)污垢熱阻的熱損失） （ 2）管外給熱系數(shù) αo 增加一倍，傳熱系數(shù)有何變化？ （ 3）管內(nèi)給熱系數(shù) αi 增加一倍，傳熱系數(shù)有何變化？ 解：（ 1） 12120Km8 3 .1 WKmW90