【正文】 為湍流 120 . 40 . 80 . 40 . 833 6 1 2 2 3α 1 8 0 7 4Pr?????????????????? λ μC p =K 1 (2)水的流速降到 渡流系7 4 5 8100 . 8 0 1 9 9 5 . 70 . 0 30 . 0 2Re 339。 ??? ? 12120 . 40 . 8Km1 6 4 0 WKm0 .9 3 8 W5 .4 17 4 5 80 .0 20 .6 1 80 .0 2 3????????????? 溫度為 90℃的甲苯以 1500kg 解：定性溫度 60C)3090(21 ??? ?mt℃，其物性為 11 Km0 .1 2 7 W ?? ???λ 3???μ 11 Kkg1 .8 5 k J ?? ???pC 單位面積上流過的甲苯流量 G 為： 12122 sm2 1 2 k gsmkg0 . 0 543 6 0 01 5 0 0 ???? ???????? ?G 43 2 1 ?????? ?μdG 為湍流 33 ?????? ?λ μC p 先按直管計(jì)算 3080 PrRe0230 .. ? 12KmW347)( ?????????????? 對(duì)彎管進(jìn)行校正得： 1212 KmW398KmW) (4737711 ???? ????????? )(α39。s1的平均速度在列管換熱器的管間沿軸向流動(dòng)，離開換熱器時(shí)，甲烷的溫度為 30℃，換熱器外殼內(nèi)徑為 190mm，管束由 37 根 φ 19mm 2mm的鋼管組成，試求甲烷對(duì)管壁的對(duì)流傳熱膜系數(shù)。 解：此題為求折流時(shí)的平均溫度差，先按逆流計(jì)算 150433130ln )15( 4 033)( 1 30ln1212 ??? ?????? ?ΔtΔt ΔtΔtΔ t 39。φAΔt ℃ 某單程列管式換熱器，由直徑 φ 25mm 的鋼管束組成，苯在列管內(nèi)流動(dòng)，流量為 m2K（苯的平均比定壓熱容為 K 1，鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為 45WK 1）。M2M2M1 則 1212 18011000 11 ???? ???????K39。 則 1212 901200 011K ???? ??????? 討論： 第一種情況，傳熱系數(shù) K 的增加率為： %% ?????K KK39。 1在并流換熱器中，用水冷卻油。現(xiàn)要求油的出口溫度降至 80℃，假設(shè)油和水的流量、進(jìn)口溫度及物性均不變，若原換熱器的管長為 1m，試求此換熱器的管長增至多少米才能滿足要求。） 化學(xué)工程習(xí)題答案 15 解：1212ln ΔtΔtΔtΔtΔtm?? 401 00 151 50ln4 0)( 1 001 5)( 1 50 ?? ??????? 由熱量衡算得： 1 0 01 5 0 154021 12 ??????? tt t39。Cq Cq p ,cm ,c p ,hm ,h 當(dāng)油的出口降至 80℃時(shí)，由熱量衡算： C)15(C80)( 1 5 0 2 ?? ???? t 39。CqCqq p ,cm ,cp ,hm ,h 解得 5039。 ?? ???????mΔt 原來的傳熱速率方程 : )100150(, ?? ?????? dLnKtKACq mhphm ? 后來的傳熱速率方程 : C7039。39。 1 90℃ 的丁醇在逆流換熱器中被冷卻到 50℃，換熱器傳熱面積為 6m2，總傳熱系數(shù)為230WK 1，若丁醇的流量為 1930kg 解：（ 1）丁醇的定性溫度為 C70C2 5090 ?? ???mt，此時(shí)丁醇的比熱為 Cp=K 1 W106 .3 95 0 ) W( 9 0102 .9 836001930)( 4321 ????????? ttCqq p , hm , h C4 6 . 3C6230 106 . 3 9 4 ?? ????? KAqΔt m 若用算術(shù)平均溫度計(jì)算 C18)( 5 0)tC( 9 02 )()( 39。21221 ???? ??????????? 39。m ttttΔt 解得 39。39。 （ 2）若忽略熱損失，則 )()( 2112 ttCqt39。Cq p ,hm ,hp ,cm ,c ??? 111221 h4 8 2 0 k ghkg18)( 2 9 . 44 . 1 8 7 50)( 9 02 . 9 81930)( )( ?? ???? ???? ??? t39。C ttCqqp , cp , hm , hm , c 1一定流量的空氣在換熱器的管內(nèi)呈湍流流動(dòng)，從 20℃升至 80℃，壓強(qiáng)為 180kPa 的飽和蒸汽在管外冷凝。試問，應(yīng)采取何種措施，才能完成任務(wù)。 解：依題意 iαK? 804080 PrRe02 30 .i..i uα,.α ?? 故增加流量后 39。 因 ΔtCqq p,cm,c? 故 qΔtCqq p ,cm ,c 1 .21 .239。)(39。39。Aα..Aα. ??? 161C86121 ? 故 ?? ???mΔ t39。T39。T39。 20T39。 ℃ 從附錄查得，將飽和蒸汽壓強(qiáng)提高到約 200kPa 即可。（略去管壁及污垢的熱阻，空氣的物性不變。2222t14020140ln 139。αα39。. t ??? 解得 39。已知相距 103m的兩截面上，氧氣的分壓分別為 104Pa、 103Pa； 0℃時(shí)氧氣在氮?dú)庵械臄U(kuò)散系數(shù)為 105m2求等物質(zhì)的量反向擴(kuò)散時(shí)： （ 1） 氧氣的擴(kuò)散通量； （ 2） 氮?dú)獾臄U(kuò)散通量； （ 3） 與分壓為 104Pa 的截面相距 103m處氧氣的分壓。m2 （ 3）因?yàn)橄到y(tǒng)中的 擴(kuò)散為定常態(tài)，所以為定值，則： )39。2,1, AAA ppR T lDN ?? 則 DR T lNpp AAA 39。 1,2, ?? 45 334 ??? ???????? ? ?? ， NH3 和 H2 的混合氣發(fā)生擴(kuò)散過程。s1。試求： (1) NH3 和 H2 作等物質(zhì)的量反向擴(kuò)散時(shí)的傳質(zhì)通量； (2) H2 為停滯組分時(shí)， NH3 的傳質(zhì)通量。 化學(xué)工程習(xí)題答案 19 解：（ 1）當(dāng) NH3 和 H2 作等物質(zhì)的量反向擴(kuò)散時(shí)： )(2,1, AAA ppR T lDN ?? 12212345smm o smm o l)( ???????????????? ?? （ 2）當(dāng) H2 為停滯組分時(shí)， NH3 的擴(kuò)散為單相擴(kuò)散， pB,1＝ p－ pA,1= 105Pa－ 104Pa= 104Pa pB,2＝ p－ pA,2= 105Pa－ 103Pa= 104Pa 101 . 0 1 3ln . 0 1 3ln445451,2,1,2, ??????????BBBBmBppppp ∴ )(2,1, AAmBA ppp pR T lDN ??? 1221234455smm o smm o l)( ??????????????????? ?? 計(jì)算結(jié)果表明，單向擴(kuò)散時(shí)的傳質(zhì)通量比等物質(zhì)的量反向擴(kuò)散時(shí)的傳質(zhì)通量大，前者是后者的 p/pB,m 倍（ p/pB,m1）。假設(shè)擴(kuò)散開始時(shí)通過一厚度為 5 103m、溫度為 30℃的靜止空氣層，該空氣層以外水蒸氣分壓可視為零。s1，大氣壓 105Pa。 解：本題屬于單向擴(kuò)散過程，但水面上方的靜止層厚度發(fā)生了變化。m3 如圖， pB,1＝ 105Pa－ 103Pa= 104Pa pB,2＝ 105Pa－ 0= 105Pa ln ln445451,2,1,2,??????????BBBBmBppppp l 1 2 化學(xué)工程習(xí)題答案 20 ∴ )(2,1, AAmBA ppp pR T lDN ??? 135133455smm smm ol)( )30273( ??????????????????? ??ll 根據(jù)擴(kuò)散量等于蒸發(fā)量，得： lAMtAN AAA dd ????? ? ?? ? 0 .0 10 .0 0 50 d d llMNt AA At ? 積分得： s103 . 9 2s)( 4225 3 ?????? ?? ?t NH310%（體積分?jǐn)?shù)，下同）的氨 空氣混合氣在填料吸收塔中連續(xù)用水吸收，出塔時(shí)氨的濃度降為 %。已知在塔內(nèi)某一點(diǎn)上，氨在氣相中的濃度為 5%，與該點(diǎn)溶液呈平衡的氨的分壓為660Pa，傳質(zhì)通量為 mols1。s1，且假定傳質(zhì)阻 力集中在氣液界面氣體一側(cè)的層流膜層中。 解：用水連續(xù)吸收氨氣屬于單向擴(kuò)散過程，設(shè)層流膜層厚度為 lG，在相距 lG處氣相中的氨和惰性組分的分壓分別為： pA,1= 105Pa＝ 5065Pa pA,2=660Pa pB,1＝ p－ pA,1= 105Pa－ 5065Pa= 104Pa pB,2＝ p－ pA,2= 105Pa－ 660Pa= 105Pa ln454542,1,2,1, ??????????BBBBmBppppp )( 2,1, AAmBA ppp pR T lDN ??? 化學(xué)工程習(xí)題答案 21 )6605065( ??????? ?? ? l ∴ lG＝ 105m 第五章 吸 收 在總壓為 105Pa，溫度為 303K 的條件下，氮在空氣中的分壓為 104Pa，求： （ 1） yA 和 YA； （ 2）與氣相平衡的水溶液濃度，分別用 xA 和 XA 表示（設(shè)體系服從享利定律） 解：（ 1） %....y A 262121 26010001 1012 62 5 4 ????? 2702 1 2 601 2 1 2 601 ...yyY AAA ????? （ 2）查得 30℃ 時(shí) N2 的享利系數(shù)為 109Pa AA Ex*p ? ? 69 4 1027210369 101269 ???????? ...EP*x AA 666 10272102721 1030121 ??? ???? ???? ...xxXAAA 當(dāng)總壓為 105Pa、溫度為 293K 時(shí)，氧在水中的溶解度可用下式表示：AA x.*p 910014 ?? ，式中： pA*為氧的平衡分壓， Pa； xA 為氧在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)。m3 溶解度系數(shù)： 135139 3 Pamm o l101 . 3 6 8Pamm o l18104 . 0 6 101000 ????? ???????? ??? EM ρH 根據(jù)亨利定律： 化學(xué)工程習(xí)題答案 22 Hc*p AA ? 3354 m0 . 2 9 5 m o lmm o l101 . 3 8 5102 . 1 2 7 ??? ????????? H*pc AA 每立方米水中溶有氧： 32 g = 已知在 105Pa 下， 100g 水中溶有 H2S 103g，溶液上方 H2S 的平衡分壓2026kPa。m3 解：（ 1）液相中 H2S 的量為： m o o l34 108 2 43 ?? ??? 33433 4 m2 . 3 0 m o lcmm o l102 . 3 0cmm o l100107 . 8 2 1 102 . 3 0 ??? ? ???????? ??Ac 溶解度系數(shù)： 13313 Pamm o l101 . 1 3 5Pamm o l20262 . 3 0 ??? ???????? *PcH AA （ 2）亨利系數(shù) 1000 733 ??????? ??HM ρE 相平衡關(guān)系為： AA x.*p 1078954 ?? （ 3）相平衡常數(shù) 4 8 3100 1 31 108 9 54 57 ????? ..PEm （ 4）當(dāng)總壓不太高時(shí)，總壓增大一倍， E、 H 不變，但 m 將變化。m3的水溶液； b)含 mol已知 303K 時(shí)， SO2 的 E=106Pa。m3 13136 3 Pam0 . 0 1 1 4 m o lPamm o l18104 . 8 5 109 9 5 . 7 ???? ??????? ??? HM ρE （ 1）與 pA=3039Pa 呈平衡的液相濃度為 c