課后附標(biāo)準(zhǔn)答案作業(yè)

1、第四章4.2 某平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù) 0 (1 aT) W/(mK)， T 的單位為。若已 知通過平壁的熱通量為 q W/m2，平壁內(nèi)表面的溫度為 T1 。試求平壁內(nèi)的溫度分布。解：由題意，根據(jù)傅立葉定律有q dT/dy 即q 0(1T)dT/dy 分離變量并積分TyT 0(1 aT)dT 0 qdy0(T1 T) a 0 (T12 T2) qy2 整理得22 a 0T 2 2 0T 2 0(T1 T12) 2qy 0 此即溫度分布方程4.3 某燃燒爐的爐壁由 500mm 厚的耐火磚、 380mm 厚的絕熱磚及 250mm 厚的普通磚砌成。其 值依次為 1.40 W/(m K) ， 0.10 W

2、/(m K)及 0.92 W/(m K) 。 傳熱面積 A 為 1m2。已知耐火磚內(nèi)壁溫度為 1000，普通磚外壁溫度為 50。 矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴。(1) 單位面積熱通量及層與層之間溫度；(2) 若耐火磚與絕熱磚之間有一 2cm 的空氣層，其熱傳導(dǎo)系數(shù)為 0.0459 W/(m)。內(nèi)外壁溫度仍不變，問此時(shí)單位面積熱損失為多少？聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈。解：設(shè)耐火磚、絕熱磚、普通磚的熱阻分別為 r1、 r2、r3。(1)由題易得b 0.5m 2 r1 1 1 0.357 m K/W 1.4Wm 1K 12r23.8 m2K/W1 / 432r 3 0.272 m / 43 K/W所以有T2 qT

3、 214.5W/m2r1 r2 r3由題T11000T2 T1QR1923.4T3 T1Q（R1R2）108.3T450(2)由題，增加的熱阻為2r 0.436 m2K/Wq T（/ r1r2r3r ）2195.3W/m24.4某一 60 mm 3mm的鋁復(fù)合管，其導(dǎo)熱系數(shù)為 45 W/(mK)，外包一層 厚 30mm 的石棉后，又包一層厚為 30mm 的軟木。石棉和軟木的導(dǎo)熱系數(shù)分別為 0.15W/(m K)和 0.04 W/(m K) 。試求殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。( 1)如已知管內(nèi)壁溫度為 -105，軟木外側(cè)溫度為 5，則每米管長(zhǎng)的冷損 失量為多少？( 2)若將兩層保溫材料互換，互換后假設(shè)

4、石棉外側(cè)溫度仍為5，則此時(shí)每米管長(zhǎng)的冷損失量為多少？解：設(shè)鋁復(fù)合管、石棉、軟木的對(duì)數(shù)平均半徑分別為 rm1、rm2、 rm3。由題有rm1 3 mm28.47mmm1 30ln2730rm2mm43.28mm60ln30rm330ln9060mm73.99mm1）R/Lb1b22 1rm122rm2b32 3rm332 45 28.47K m/W302 0.15 43.28m/W K m/W2 0.04 73.993.73104Km/W0.735Km/W1.613K m/W2.348Km/WQ/L T 46.84W/mR/L2) R/L b1b2b32 1rm1 2 2rm2 2 3rm33

5、30 30W m/K W m/K W m/K2 45 28.47 2 0.04 43.28 2 0.15 73.99 3.73 104Km /W 2.758K m /W0.430K m /W 3.189Km /WQ/L T 34.50W/m R/L4.5某加熱爐為一厚度為 10mm 的鋼制圓筒，內(nèi)襯厚度為 250mm 的耐火磚， 外包一層厚度為 250mm 的保溫材料，耐火磚、鋼板和保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)分別 為 0.38 W（/ mK）、45 W（/ mK）和 0.10 W（/ mK）。鋼板的允許工作溫度為 400。 已知外界大氣溫度為 35，大氣一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為 10 W/（m2K）；爐內(nèi)

6、熱 氣體溫度為 600，內(nèi)側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為 100 W/（m2K）。試通過計(jì)算確定爐體 設(shè)計(jì)是否合理；若不合理，提出改進(jìn)措施并說明理由。（補(bǔ)充條件：有效管徑 2.0m） 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。解：設(shè)由耐火磚內(nèi)側(cè)表面和保溫材料外測(cè)表面的面積分別為A1和 A4，耐火磚、鋼筒和保溫材料的對(duì)數(shù)平均面積分別為 Am1、Am2、Am3。鋼板內(nèi)側(cè)溫度為 T。 穩(wěn)態(tài)條件下，由題意得： 彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。600 35 600 T1b1b2b31 1b1a1A11Am12Am23Am3a2A4a1A11Am1400為合理）（因?yàn)殇摪鍍?nèi)側(cè)溫度較高，所以應(yīng)該以內(nèi)側(cè)溫度不超過3 / 43 有效管徑 R=2.0 m帶

7、入已知條件，解得 T463.5 400 計(jì)算結(jié)果表明該設(shè)計(jì)不合理改進(jìn)措施：1、提高鋼板的工作溫度，選用耐熱鋼板；2、增加耐火磚厚度，或改用導(dǎo)熱系數(shù)更小的耐火磚4.9 在換熱器中用冷水冷卻煤油。水在直徑為 19 2mm的鋼管內(nèi)流動(dòng)，水22 的對(duì)流傳熱系數(shù)為 3490 W/（m2K ），煤油的對(duì)流傳熱系數(shù)為 458 W/ （m2K ）。 換熱器使用一段時(shí)間后， 管壁兩側(cè)均產(chǎn)生污垢， 煤油側(cè)和水側(cè)的污垢熱阻分別為220.000176 m2K/W 和 0.00026m2K/W ，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為 45 W/（mK ）。試求謀蕎 摶篋飆鐸懟類蔣薔。（1）基于管外表面積的總傳熱系數(shù)；（2）產(chǎn)生污垢后熱阻增

8、加的百分?jǐn)?shù)。解：（1）將鋼管視為薄管壁則有11K1rs21 2 0.002 2 1 2 2 2 m2 K/Wm2 K/Wm2 K/W 0.00026m 2 K/W 0.000176m 2 K/W3490 45 4582.95 10 3m2 K/W2K338.9W/（m2K）2）產(chǎn)生污垢后增加的熱阻百分比為rs1 rs2100%1rs1 rs2K0.176 0.26100% 17.34%2.95 0.176 0.26注：如不視為薄管壁，將有 5左右的數(shù)值誤差。4.11列管式換熱器由 19根 192m、m長(zhǎng)為 1.2m的鋼管組成，擬用冷水將 質(zhì)量流量為 350kg/h 的飽和水蒸氣冷凝為飽和液體，

9、要求冷水的進(jìn)、出口溫度分4 / 43別為 15和 35。已知基于管外表面的總傳熱系數(shù)為 700 W/ （m2K），試計(jì)算 該換熱器能否滿足要求。 廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。解：設(shè)換熱器恰好能滿足要求，則冷凝得到的液體溫度為100。飽和水蒸氣的潛熱 L2258.4kJ/kg 煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。T285K，T165KTmT2T1 85K 65Kln TT1274.55K85ln65KATmqmL由熱量守恒可得qmLK Tm即350kg / h 2258.4kJ /kg 2700W /(m2 K ) 74.55K 4.21m列管式換熱器的換熱面積為 A 總1919mm 1.2m221.36m24.2

10、1m2故不滿足要求4.13 若將一外徑 70mm、長(zhǎng) 3m、外表溫度為 227的鋼管放置于：（1）很大的紅磚屋內(nèi)，磚墻壁溫度為 27；（2）截面為 0.3 0.3m2 的磚槽內(nèi)，磚壁溫度為 27。 試求此管的輻射熱損失。（假設(shè)管子兩端的輻射損失可忽略不計(jì)） 補(bǔ)充條件：鋼管和磚槽的黑度分別為 0.8和 0.93鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。 解：（1）Q12C1212A（T14T24）/1004由題有 121，C121C0，1 0.84 4 4Q121C0 A（T14T24）/1004 0.85.67W/（m2K4）3m0.07m（5004K43004K4）/1004 1.63 103W（2）Q12C1

11、212A（T14T24）/1004由題有 12 1C12C0/1/ 1A1/A2（1/21）5 / 43Q12C0/1/1A1/A2（1/21） A（T14T24）/10045.67W（/ m2K4）1/0.8（30.07/0.3 ）0（.31/0.3931） 3m0.07m4 4 4 4 4（5004K43004K4）/1004 籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。1.42 103W4.14 一個(gè)水加熱器的表面溫度為 80，表面積為 2m2，房間內(nèi)表面溫度為 20。將其看成一個(gè)黑體，試求因輻射而引起的能量損失。 預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。解：由題，應(yīng)滿足以下等式Q1 2C1 2 1 2 A（T14 T24）1

12、004且有 12 1； AA1；C12C01又有 A1 2m2；11所以有Q1 2C0 A1（T14 T24）10045.67 2 （3534 2934）1004925.04W第五章5.9 在穩(wěn)態(tài)下氣體 A 和B 混合物進(jìn)行穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，總壓力為 1.013 105Pa、溫 度為 278K。氣相主體與擴(kuò)散界面 S 之間的垂直距離為 0.1m，兩平面上的分壓分 別為 PA1=1.34 104Pa和 PA2=0.67 104Pa?；旌衔锏臄U(kuò)散系數(shù)為 1.85 10-5m2/s，試 計(jì)算以下條件下組分 A 和 B 的傳質(zhì)通量，并對(duì)所得的結(jié)果加以分析。 滲釤嗆儼勻諤 鱉調(diào)硯錦。（1）組分 B 不能穿過平面

13、 S；（2）組分 A 和 B 都能穿過平面 S。解：（1）由題，當(dāng)組分 B 不能穿過平面 S時(shí)，可視為 A 的單向擴(kuò)散。pB,1ppA,187.9kPapB,2ppA,294.6kPa6 / 43pB,mpB,2pB,1ln pB2 pB,150.9121 105PaDAB1.8510-5m2/sNADAB p pA,1 pA,2RTp B,mL5.96 10 4 mol m2 s2）由題，當(dāng)組分 A 和 B 都能穿過平面 S，可視為等分子反向擴(kuò)散DAB pA,1 pA,2RTL5.36 10 4 mol m2 s可見在相同條件下，單向擴(kuò)散的通量要大于等分子反向擴(kuò)散。5.5 一填料塔在大氣壓和

14、 295K 下，用清水吸收氨空氣混合物中的氨。傳 質(zhì)阻力可以認(rèn)為集中在 1mm 厚的靜止氣膜中。在塔內(nèi)某一點(diǎn)上，氨的分壓為6.6 103N/m2。水面上氨的平衡分壓可以忽略不計(jì)。已知氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù) 為 0.236 10-4m2/s。試求該點(diǎn)上氨的傳質(zhì)速率。 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。解：設(shè) pB,1,pB,2 分別為氨在相界面和氣相主體的分壓， pB,m 為相界面和氣相 主體間的對(duì)數(shù)平均分壓 由題意得：pB,mpB,2 pB,1 0.97963 105PaB,m ln pB,2 pB,1NA DABp pA,1 pA,26.57 10 2mol m2 sA RTpB,m L第六章6.2 密度

15、為 2650kg/m3 的球形顆粒在 20的空氣中自由沉降， 計(jì)算符合斯托 克斯公式的最大顆粒直徑和服從牛頓公式的最小顆粒直徑（已知空氣的密度為 1.205kg/m3，黏度為 1.81 10-5Pas）。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。解：如果顆粒沉降位于斯托克斯區(qū)，則顆粒直徑最大時(shí)， ReP dPut2所以u(píng)t 2dP ，同時(shí) utP 18 gdP7 / 43所以 dp22 18 2 pg，代入數(shù)值，解得 dp 7.22 10 5 m同理，如果顆粒沉降位于牛頓區(qū)，則顆粒直徑最小時(shí)， ReP dPut 1000所以 ut 1000，同時(shí) ut 1.74pgdpdP所以dp 32.33p ，代入數(shù)值，解得

16、 dp 1.51 10 m6.7 降塵室是從氣體中除去固體顆粒的重力沉降設(shè)備，氣體通過降塵室具有 一定的停留時(shí)間，若在這個(gè)時(shí)間內(nèi)顆粒沉到室底，就可以從氣體中去除， 如下圖 所示?，F(xiàn)用降塵室分離氣體中的粉塵（密度為4500kg/m3），操作條件是：氣體體積流量為 6m3/s，密度為 0.6kg/m3，黏度為 3.0 10-5Pas，降塵室高 2m，寬 2m， 長(zhǎng) 5m 。求能被完全去除的最小塵粒的直徑。 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。含塵氣體uiuiut凈化氣體解：設(shè)降塵室長(zhǎng)為降塵室圖 6-1 習(xí)題 6.7 圖示l，寬為 b，高為 h，則顆粒的停留時(shí)間為 t停 l /ui ，沉降時(shí)間為 t沉 h/ut，

17、當(dāng) t停t沉 時(shí)，顆?？梢詮臍怏w中完全去除，t 停 t沉 對(duì)應(yīng)的是能夠去除的最小顆粒，即l/ui h/ut 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。因?yàn)?ui qhVb ，所以 ut hlui hlhqbV qlbV 562 0.6m/s 假設(shè)沉降在層流區(qū)，應(yīng)用斯托克斯公式，得pmin18 utgp18 3 10 5 0.69.81 4500 0.658.57 10 5 m 85.7 m檢驗(yàn)雷諾數(shù)8 / 43Repdput8.57 10 5 0.6 0.63 10 51.03 2 ，在層流區(qū)所以可以去除的最小顆粒直徑為 85.7 m6.8 采用平流式沉砂池去除污水中粒徑較大的顆粒。如果顆粒的平均密度為 2240

18、kg/m3，沉淀池有效水深為 1.2m，水力停留時(shí)間為 1min，求能夠去除的顆粒 最小粒徑（假設(shè)顆粒在水中自由沉降，污水的物性參數(shù)為密度1000kg/m3，黏度為 1.2 10-3Pas）。蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。解：能夠去除的顆粒的最小沉降速度為 ut h/t沉 1.2/ 60 0.02 m/s假設(shè)沉降符合斯克托斯公式，則utPgdP218所以 dP18 1.2 10 3 0.022240 1000 9.81dput41.88 10 4 m檢驗(yàn) Rep1.88 10 4 0.02 10001.2 10 33.13 2 ，假設(shè)錯(cuò)誤所 以 dp 1.6u 1.4 0.6 0.42假設(shè)沉降符合艾倫

19、公式，則1.6gdP Re0p.60.272p g1.4 3 0.6 0.40.02 1.2 10 3100042 2.12 10 40.272 2240 1000 9.81檢驗(yàn) Repdput2.12 10 4 0.02 10001.2 10 33.5 ，在艾倫區(qū)，假設(shè)正確所以能夠去除的顆粒最小粒徑為 2.12 10-4m6.9 質(zhì)量流量為 1.1kg/s、溫度為 20的常壓含塵氣體，塵粒密度為 1800kg/m3，需要除塵并預(yù)熱至 400，現(xiàn)在用底面積為 65m2 的降塵室除塵，試 問買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。（1）先除塵后預(yù)熱，可以除去的最小顆粒直徑為多少？9 / 43（2）先預(yù)熱后除塵，可

20、以除去的最小顆粒直徑是多少？如果達(dá)到與（1）相同的去除顆粒最小直徑，空氣的質(zhì)量流量為多少？ 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。（3）欲取得更好的除塵效果，應(yīng)如何對(duì)降塵室進(jìn)行改造？（假設(shè)空氣壓力不變， 20空氣的密度為 1.2kg/m3，黏度為 1.81 10-5Pas，400 黏度為 3.31 10-5Pas。）驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。解：（ 1）預(yù)熱前空氣體積流量為 qV 1.1 0.917m 3/s ，降塵室的底面積為 65m2 V 1.2所以，可以全部去除的最小顆粒的沉降速度為 ut qV 0.917 0.0141m/st A 65 假設(shè)顆粒沉降屬于層流區(qū)，由斯托克斯公式，全部去除最小顆粒的直徑為p,

21、min18 utpg518 1.81 10 5 0.01411800 1.2 9.811.61 10 m 16.1m檢驗(yàn)雷諾數(shù)Repdput1.2 1.61 10 5 0.014151.81 10 50.015 2 假設(shè)正確（2）預(yù)熱后空氣的密度和流量變化為293 1.11.2 0.522kg/m 3 ，體積流量為 qV2.11m3/sp,min18 3.31 10 5 0.03251800 0.522 9.81273 400 V 0.522可以全部去除的最小顆粒的沉降速度為 ut qV 2.11 0.0325m/st A 65同樣假設(shè)顆粒沉降屬于層流區(qū)，由斯托克斯公式，全部去除最小顆粒的直徑

22、為3.31 10 5m 33.1m檢驗(yàn)雷諾數(shù)Repdput0.522 3.31 10 5 0.03253.31 10 50.017 2 假設(shè)正確d p 16.1m的顆粒在 400空氣中的沉降速度為utpgd p2181800 0.522 9.81 1.61 10 5 218 3.31 10 50.00768m/s要將顆粒全部除去，氣體流量為 qV Aut 65 0.00768 0.5m3/s質(zhì)量流量為 0.5 0.522 0.261kg/s10 / 43（3）參考答案：將降塵室分層，增加降塵室的底面積，可以取得更好的除 塵效果。6.11 用與例題相同的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器收集煙氣粉塵，已知含粉塵空

23、氣的 溫度為 200，體積流量為 3800 m3/h，粉塵密度為 2290 kg/m3，求旋風(fēng)分離器能 分離粉塵的臨界直徑（旋風(fēng)分離器的直徑為 650mm，200空氣的密度為 0.746 kg/m3，黏度為 2.60 10-5 Pa s）。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。解：標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器進(jìn)口寬度 B D/4 0.65/ 4 0.1625m，進(jìn)口高度 hi D /2 0.65 / 2 0.325 m，進(jìn)口氣速 ui qV /Bhi 3800/3600 / 0.1625 0.325 19.99m/s所以分離粉塵的臨界直徑為dc9B ui pN9 2.60 10 5 0.16253.14 19.99 229

24、0 57.27 10 6 m=7.27 m6.12體積流量為 1m3/s的 20常壓含塵空氣，固體顆粒的密度為 1800 kg/m3 -5（空氣的密度為 1.205kg/m3，黏度為 1.81 10-5Pas）。則 鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。（ 1）用底面積為 60m2 的降塵室除塵，能夠完全去除的最小顆粒直徑是多 少？（2）用直徑為 600mm的標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器除塵， 離心分離因數(shù)、 臨界直徑和 分割直徑是多少？解：（1）能完全去除的顆粒沉降速度為ut qV 1 0.0167 m/st A 60假設(shè)沉降符合斯托克斯公式，能夠完全去除的最小顆粒直徑為dp,min18 1.81 10 5 0.0167

25、1800 1.205 9.81dput1.76 10 5m 17.6m檢驗(yàn)： Rep1.205 1.76 10 5 0.01671.81 10 50.064 2 ，假設(shè)正確。2）標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器11 / 43進(jìn)口寬度 B D/4 0.6/ 4 0.15m，進(jìn)口高度 hi D/2 0.6/2 0.3m，進(jìn)口氣速 ui qV /Bhi 1/ 0.15 0.3 22.22 m/s分離因數(shù)Kc2ui22ui2grDB g222.2229.81 0.6 0.375224臨界粒徑 dc9B ui p N59 1.81 10 5 0.153.14 22.22 1800 56.24 10 6 m=6.24 m分

26、割直徑d50 0.27 D 0.27 1.81 10 0.6 4.45 10 6 m=4.45m50pui1800 22.226.13 原來用一個(gè)旋風(fēng)分離器分離氣體粉塵，現(xiàn)在改用三個(gè)相同的、并聯(lián)的 小旋風(fēng)分離器代替， 分離器的形式和各部分的比例不變， 并且氣體的進(jìn)口速度也 不變，求每個(gè)小旋風(fēng)分離器的直徑是原來的幾倍， 分離的臨界直徑是原來的幾倍。 構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。解：（ 1）設(shè)原來的入口體積流量為 qV，現(xiàn)在每個(gè)旋風(fēng)分離器的入口流量為 qV/3，入口氣速不變，所以入口的面積為原來的 1/3，輒嶧陽(yáng)檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩。又因?yàn)樾问胶统叽绫壤蛔?，分離器入口面積與直徑的平方成比例，所以小旋風(fēng)分離器

27、直徑的平方為原來的 1/3，則直徑為原來的 1/ 3 0.58所以小旋風(fēng)分離器直徑為原來的 0.58 倍2）由式（ 6.3.9）dc9B ui pN由題意可知： 、ui、 p、N 都保持不變，所以此時(shí) dcB由前述可知，小旋風(fēng)分離器入口面積為原來的 1/3，則 B為原來的 1/ 3 0.58倍所以 dc 0.58 0.76 倍 dc原12 / 43所以分離的臨界直徑為原來的 0.76 倍第七章7.3 用過濾機(jī)處理某懸浮液，先等速過濾 20min，得到濾液 2m3，隨即保持 當(dāng)時(shí)的壓差等壓過濾 40min，則共得到多少濾液（忽略介質(zhì)阻力）？ 堯側(cè)閆繭絳闕絢 勵(lì)蜆贅。解：恒速過濾的方程式為式7.2

28、.18a) V12 KA t12所以過濾常數(shù)為 K 2V21A2t1此過濾常數(shù)為恒速過濾結(jié)束時(shí)的過濾常數(shù)，也是恒壓過濾開始時(shí)的過濾常數(shù)，在恒壓過濾過程中保持不變， 所以由恒壓過濾方程式 （7.2.15），識(shí)饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。所以V22 2 222V1240 22 201 202 2 2 2 2V1 2 2 2 2V1 KA t V V121 A t2 V V11 t21 A2t1 2 1t1 2所以總的濾液量為 V 4.47m37.5 用壓濾機(jī)過濾某種懸浮液，以壓差 150kPa恒壓過濾 1.6h 之后得到濾液 25 m3，忽略介質(zhì)壓力，則： 凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。（1）如果過濾壓差提高一倍

29、，濾餅壓縮系數(shù)為 0.3，則過濾 1.6h 后可以得 到多少濾液；（2）如果將操作時(shí)間縮短一半，其他條件不變，可以得到多少濾液？解：（1）由恒壓過濾方程 V2 KA2t 2 p Atr0c2 1 s當(dāng)過濾壓差提高一倍時(shí)，過濾時(shí)間不變時(shí) V12p1V22p2所以V22p2 V12 2 1 0.3 252 1012.52p1113 / 433V2 31.8 m3（2）當(dāng)其他條件不變時(shí)，過濾常數(shù)不變，所以由恒壓過濾方程，可以推得2V12 t1 ，所以 V22 t2 V12 1 252 312.5V22 t2 2 t1 1 2所以 V2 17.7 m37.10 用板框過濾機(jī)恒壓過濾料液，過濾時(shí)間為 1

30、800s 時(shí)，得到的總濾液量 為 8m3 ，當(dāng)過濾時(shí)間為 3600s 時(shí)，過濾結(jié)束，得到的總濾液量為 11m3，然后用 3m3 的清水進(jìn)行洗滌，試計(jì)算洗滌時(shí)間（介質(zhì)阻力忽略不計(jì)） 。恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。2解：由（ 7.2.11）得 dV KAdt 2V依題意，過濾結(jié)束時(shí)112A2K 36002112 /360031.53 10 32 11m3/s2所以過濾結(jié)束時(shí) dV KA dt 2V洗滌速度與過濾結(jié)束時(shí)過濾速度相同所以洗滌時(shí)間為3t 3 1960s1.53 10 37.13溫度為 38的空氣流過直徑為 12.7mm 的球形顆粒組成的固定床，已 知床層的空隙率為 0.38，床層直徑 0.61

31、m，高 2.44m，空氣進(jìn)入床層時(shí)的絕對(duì)壓 力為 111.4kPa，質(zhì)量流量為 0.358kg/s，求空氣通過床層的阻力。 鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫(kù)。解：顆粒比表面積6 2 2 3 a 3 4.72 102m2/m 3 12.7 10 3查 38下空氣密度為空床流速為1.135 kg/m3，黏度為 1.9 10-5Pas。0.358/1.135u 2 1.08m/s3.14 0.61/ 2空氣通過床層的阻力為14 / 4322Kl 1a23uL225 1 0.38 4.72 102 0.38321.08 1.9 10 5 2.44 390.71Pa7.15 某固定床反應(yīng)器，內(nèi)徑為 3m，填料層高度

32、為 4m，填料為直徑 5mm 的球形顆粒， 密度為 2000kg/m3，反應(yīng)器內(nèi)填料的總質(zhì)量為 3.2 104kg。已知通過3 3 -3 固定床的氣體流量為 0.03m3/s，平均密度為 38kg/m3，粘度為 0.017 10-3 Pa s，求 氣體通過固定床的壓力降。 碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。解：顆粒床層的體積為 V床 3.14 3 4 28.26m 3床2填料的體積為 V填料 3.2 104 /2000 16m3所以床層的空隙率為 28.26 16 0.4328.26 顆粒的比表面積為 a 6 3 1.2 103 m2/m35 10 3氣體通過顆粒床層的流速為 u 0.03 2 0.004

33、2m/s3.14 1.5 2由公式（ 7.3.11），得uL0.0042 0.017 10 3 4 8.4Pa5 1 0.43 2 1.2 103 20.433所以氣體通過床層的壓力降為 8.4Pa7.16. 一個(gè)濾池由直徑為 4mm 的砂粒組成，砂礫球形度為 0.8，濾層高度為0.8m，空隙率為 0.4，每平方米濾池通過的水流量為 12 m3/h，求水流通過濾池的 壓力降（黏度為 110-3 Pa s）。閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。解：顆粒的比表面積為a 3 1.875 103m2/m 30.8 4 10 3空床流速u 12 0.0033m/s1 3600所以水流通過濾池的壓力降為15 / 430

34、.0033 1.0 10 3 0.8 261PaKl 1 a25 1 0.4 2 1.875 10kmol/(m s) 以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)為0.43p 3 u L第八章8.2 吸收塔內(nèi)某截面處氣相組成為 y 0.05 ，液相組成為 x 0.01，兩相的平衡關(guān)系為 y 2x ，如果兩相的傳質(zhì)系數(shù)分別為 ky 1.25 16 / 43 kmol/(m 2s)， kx 1.25 10 kmol/(m 2s)，試求該截面上傳質(zhì)總推動(dòng)力、 總阻力、氣液兩相的阻力和傳質(zhì)速率。 氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。解：與氣相組成平衡的液相摩爾分?jǐn)?shù)為 y 2x 2 0.01 0.02所以，以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差

35、表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力為 y y y* 0.05 0.02 0.03同理，與液相組成平衡的氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為 x* 0.05/ 2 0.025 所以，以液相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力為 x x x 0.025 0.01 0.015Kx11/ kx 1/ mky以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)為55 5 0.83 10 5 2 Ky Kx/m 0.83 105/2 0.42 10 5 kmol/(m2s)傳質(zhì)速率1/ 1.25 10 5 1/ 2 1.25 10 5占總阻力的 66.7%氣膜傳質(zhì)阻力為 1/ mky 1/ 2 1.25 10 5 0.4 105 (m2 s)/kmol占總阻力的

36、33.3%8.3 用吸收塔吸收廢氣中的 SO2，條件為常壓， 30，相平衡常數(shù)為 m 26.7 ， 在塔內(nèi)某一截面上， 氣相中 SO2 分壓為 4.1kPa，液相中 SO2濃度為 0.05kmol/m3， 2氣相傳質(zhì)系數(shù)為 kG 1.5 10 kmol/（m2hkPa），液相傳質(zhì)系數(shù)為 kL 0.39 m/h，吸收 液密度近似水的密度。試求： 釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。（1）截面上氣液相界面上的濃度和分壓；（2）總傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)推動(dòng)力和傳質(zhì)速率。 解：（1）設(shè)氣液相界面上的壓力為 pi ，濃度為 ci 忽略 SO2 的溶解，吸收液的摩爾濃度為 c0 1000/18 55.6kmol/m3溶解度系數(shù)

37、 Hc0mp055.626.7 101.3250.0206kmol/(kPa m3)在相界面上，氣液兩相平衡，所以 ci 0.0206 pi又因?yàn)榉€(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程，氣液兩相傳質(zhì)速率相等，所以 kG p pi kL ci c 所以 1.5 10 2 4.1 pi 0.39 ci 0.053由以上兩個(gè)方程，可以求得 pi 3.52 kPa， ci 0.0724 kmol/m 3 （2）總氣相傳質(zhì)系數(shù)KG11/kG 1/Hk L120.00523 kmol/(m hkPa) 1/0.015 1/ 0.0206 0.39總液相傳質(zhì)系數(shù) K L K G /H 0.00523/0.0206 0.254 m/h

38、與水溶液平衡的氣相平衡分壓為 p* c/H 0.05 /0.0206 2.43 kPa 所以用分壓差表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力為 p p p* 4.1 2.43 1.67 kPa 與氣相組成平衡的溶液平衡濃度為 c* Hp 0.0206 4.1 0.084 kmol/m 317 / 43用濃度差表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力為 c c* c 0.084 0.05 0.034 kmol/m 3 2傳質(zhì)速率 N A KG p 0.00523 1.67 0.0087 kmol/(m 2h)或者 NA K L c 0.254 0.034 0.00862kmol/(m 2h)8.5 利用吸收分離兩組分氣體混合物，操作總壓為

39、310kPa，氣、液相分傳質(zhì)系數(shù)分別為 ky 3.77 10 kmol/（m2s）、 kx 3.06 10 kmol/（m 2s），氣、液兩相平衡4符合亨利定律，關(guān)系式為 p 1.067 10 x （p* 的單位為 kPa），計(jì)算： 慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫 長(zhǎng)涼。（1）總傳質(zhì)系數(shù)；（2）傳質(zhì)過程的阻力分析；（3）根據(jù)傳質(zhì)阻力分析，判斷是否適合采取化學(xué)吸收，如果發(fā)生瞬時(shí)不可 逆化學(xué)反應(yīng)，傳質(zhì)速率會(huì)提高多少倍？4解：（1）相平衡系數(shù) m E 1.067 10 34.4p 310所以，以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)為Kx11/kx 1/mky11/ 3.06 10 4 1/ 34.4 3.77 10

40、 33.05 10 42kmol/（m s） 以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)為4 5 2Ky Kx /m 3.05 10 4 /34.4 0.89 10 5 kmol/(m2s)2）以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)阻力為111K xkx mky13.05 10 43.28 103其中液膜傳質(zhì)阻力為 1/kx 1/3.06 10 4 3.27 103 ，占總傳質(zhì)阻力的99.7%氣膜傳質(zhì)阻力為 1/mky 1/ 34.4 3.77 10 3 7.71，占傳質(zhì)阻力的 0.3%18 / 43 所以整個(gè)傳質(zhì)過程為液膜控制的傳質(zhì)過程。（3）因?yàn)閭髻|(zhì)過程為液膜控制，所以適合采用化學(xué)吸收。如題設(shè)條件，在

41、 化學(xué)吸收過程中， 假如發(fā)生的是快速不可逆化學(xué)反應(yīng)， 并且假設(shè)擴(kuò)散速率足夠快， 在相界面上即可完全反應(yīng)， 在這種情況下， 可等同于忽略液膜阻力的物理吸收過 程，此時(shí) 諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動(dòng)禪瀉類。32K x mky 34.4 3.77 10 3 0.13 kmol/（m 2s）與原來相比增大了 426 倍8.9 在吸收塔中，用清水自上而下并流吸收混合廢氣中的氨氣。已知?dú)怏w 流量為 1000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），氨氣的摩爾分?jǐn)?shù)為 0.01，塔內(nèi)為常溫常壓，此條 件下氨的相平衡關(guān)系為 Y* 0.93X ，求： 嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。（1）用 5 m3/h 的清水吸收，氨氣的最高吸收率；（2）用 10 m3

42、/h的清水吸收，氨氣的最高吸收率；（3）用 5 m3/h的含氨 0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的水吸收，氨氣的最高吸收率。1000 103 / 22.4解：（1）氣體的流量為12.4mol/s36005 103 103 /18液體的流量為 77.2mol/s3600假設(shè)吸收在塔底達(dá)到平衡* * *則77.2 Y* /0.93 12.4 0.01- Y* ，所以 Y* 0.0013所以最大吸收率為 0.01 0.0013 0.870.011000 103 / 22.4（ 2）氣體的流量為12.4mol/s360010 103 103 /18液體的流量為 154.4mol/s3600假設(shè)吸收在塔底達(dá)到平衡則

43、154.4 Y* / 0.93 12.4 0.01- Y* ，所以Y* 0.000719 / 43所以最大吸收率為 0.01 0.0007 0.930.01（3）吸收劑中氨的摩爾分?jǐn)?shù)為5 103 103 0.005 /173 3 0.00535 103 103 /18假設(shè)吸收在塔底達(dá)到平衡則77.2 Y* /0.93 0.0053 12.4 0.01- Y* ，所以 Y* 0.0056所以最大吸收率為0.010.00.10056 0.448.10 用一個(gè)吸收塔吸收混合氣體中的氣態(tài)污染物 A ，已知 A 在氣液兩相中 的平衡關(guān)系為 y* x ，氣體入口濃度為 y1 0.1，液體入口濃度為 x2

44、0.01，熒紿譏鉦鏌觶鷹 緇機(jī)庫(kù)。（1）如果要求吸收率達(dá)到 80%，求最小氣液比； （2）溶質(zhì)的最大吸收率可以達(dá)到多少，此時(shí)液體出口的最大濃度為多少？ 解：（1）氣相入口摩爾比 Y1y10.1 0.11 ，1 y1 0.9液相入口摩爾比 X2x20.01 0.011 x2 1 0.01吸收率Y1 Y2 0.11 Y2 0.8 ，所以， Y2 0.022Y10.11 2qnLY1 Y20.1 0.022所以，最小液氣比 nL 1 2 0.87qnG min Y1 /m X2 0.1/1 0.01（2）假設(shè)吸收塔高度為無窮大，求 A 的最大吸收率當(dāng)液氣比 （qnL /qnG） m ，操作線與平衡線

45、重合，氣液兩相在塔頂和塔底都處于平衡狀態(tài)。吸收率 maxY1 Y2* 0.11 1 0.01Y10.11 0.91此時(shí)液相出口濃度X1Y1 0.11 0.11m120 / 43即液相進(jìn)口濃度當(dāng)液氣比 (qnL /qnG) m，操作線與平衡線在塔頂點(diǎn)相交，與氣相出口濃度平衡。吸收率 maxY1 Y2*0.110.1110.01 0.91Y1max 0.11此時(shí)液相出口濃度 X1 qnG Y1 mX2 X 2 Y1 0.11qnLm與相比，吸收率達(dá)到同樣大小，但是液相出口濃度要低。當(dāng)液氣比 (qnL /qnG) m ，操作線與平衡線在塔底點(diǎn)相交， 即液相出口濃度 與氣相進(jìn)口濃度平衡此時(shí)液相出口濃度

46、 X1 Y1 0.11 0.11m1吸收率maxY1 Y2 Y1 Y2*Y1Y10.11 1 0.010.110.91與相比，液相出口濃度達(dá)到同樣大小，但是吸收率要低8.11 在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合廢氣中的組分A ，入塔氣體溶質(zhì)體積分?jǐn)?shù)為 0.01，已知操作條件下的相平衡關(guān)系為 y* x ，吸收劑用量為最 小用量的 1.5 倍，氣相總傳質(zhì)單元高度為 1.2m，要求吸收率為 80%，求填料層的 高度。 鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。解：已知傳質(zhì)單元高度，求得傳質(zhì)單元數(shù)，即可得到填料層高度。塔底： y1 0.01塔頂： y2 0.01 1 0.8 0.002 ， x2 01.5 00.0.0

47、11/01.0002 1.2操作過程的液氣比為qnL /qnG 1.5 qnL /qnG min 1.5 y1y/1m y2x2吸收因子 S qnL 1.2mqnG所以，傳質(zhì)單元數(shù)為21 / 43NOG1 11/Sln 1 1/S yy21 mmxx22 1/S 1 10.83ln 1 0.83 00.0.0012 0.83 3.05所以填料層高度為 h H OGNOG 1.2 3.05 3.66m第九章9.1 25， 101.3kPa下，甲醛氣體被活性炭吸附的平衡數(shù)據(jù)如下：-1q/ g（氣體）?g（活性炭）-100.10.20.30.35氣體的平衡分壓 /Pa0267160056001226

48、6試判斷吸附類型，并求吸附常數(shù)。如果 25，101.3kPa下，在 1L 的容器中含有空氣和甲醛的混合物，甲醛的分壓為 12kPa，向容器中放入 2g 活性炭，密閉。忽略空氣的吸附，求達(dá)到吸附 平衡時(shí)容器內(nèi)的壓力。 紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。解：由數(shù)據(jù)可得吸附的平衡曲線如下圖 9-1 習(xí)題 9.1 圖中吸附平衡線由上述的平衡曲線，可以判斷吸附可能是 Langmuir 或 Freundlich 型1/q1053.32.861/p0.003740.000620.000180.000081 1 1 1 由 1 1 1 1 ，整理數(shù)據(jù)如下q qmk1 p qm作 1/q 和 1/p 的直線22 / 43圖

49、 9-2 習(xí)題 9.1 圖中 1/q 1/p 的關(guān)系曲線 由 ln q 1/ nln p ln k ，整理數(shù)據(jù)如下：lnp5.597.388.639.41lnq-2.30-1.61-1.20-1.05作 lnq 和 lnp 的直線圖 9-3 習(xí)題 9.1 圖 lnq 和 lnp 的關(guān)系曲線 由以上計(jì)算可知，用Freundlich等溫方程擬合更好一些。 同時(shí)計(jì)算參數(shù)如下： 1/n=0.3336，n=3，lnk=-4.1266，k=0.016，所以等溫線方程為 q 0.016 p1/3 題設(shè)條件下，甲醛的物質(zhì)的量為 n pV 12000 0.001 0.0048 molRT 8.314 298質(zhì)量

50、為 m 0.0048 30 0.144g假 設(shè) 達(dá) 到 吸 附 平 衡 時(shí) 吸 附 量 為 q ， 則 此 時(shí) 的 壓 力 為0.144 2q 8.314 298/ 300.00123 / 43將 q 0.016 p1/3 代入，可以求得 p 89Pa 所以此時(shí)甲醛的平衡分壓已經(jīng)很低， 如果忽略的話， 可以認(rèn)為此時(shí)容器內(nèi)的 壓力為 101.3 12 89.3kPa9.2 現(xiàn)采用活性炭吸附對(duì)某有機(jī)廢水進(jìn)行處理，對(duì)兩種活性炭的吸附試驗(yàn)平 衡數(shù)據(jù)如下：平衡濃度 COD/(mg?L-1)10050010001500200025003000A 吸附量 / mg?g（活性55.6192.3227.8326

51、.357.1378.394.7炭)-118B 吸附量 /mg?g（活性47.6181.8294.1357.398.4434.476.2炭)-138試判斷吸附類型，計(jì)算吸附常數(shù)，并比較兩種活性炭的優(yōu)劣解：由數(shù)據(jù)可得吸附的平衡曲線如下：1Langmuir 吸附等溫線方程為 q k1qm / 1 k1 ，變形后可得 1 q qm k1qm整理數(shù)據(jù)如下：10050010001500200025003000/q(A)1.802.604.394.605.606.607.60/q(B)2.102.753.404.205.025.756.30作 /q 和 的直線24 / 4360000 1000 2000 3

52、000 4000 平衡濃度 COD/mgL -1圖 9-4 習(xí)題 9.2 圖吸附等溫線圖 9-5 習(xí)題 9.2 圖 /q 和 的關(guān)系曲線由直線可知，用 Langmuir 吸附等溫線方程可以很好地?cái)M合吸附曲線。 分別求得方程的常數(shù)為活性炭 A ：1/qm=0.0019，qm=526， 1/k1qm=1.8046， k1=0.00105活性炭 B：1/qm=0.0015，qm=667， 1/k1qm=1.9829， k1=0.00076 比較兩種活性炭的吸附平衡常數(shù)，可以看到 B 的飽和吸附量要大于 A ，比表面 積較大，吸附容量比較大；而 A 的吸附系數(shù)比較大，吸附的性能較好。 穎芻莖蛺餑 億頓裊賠瀧。9.3 有一初始濃度 （比質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 為 Y0 的流體， 要求用吸附劑將其濃度降低 到 Y2（對(duì)應(yīng)的固體相的吸附質(zhì)比質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 X2 ）。試證明：兩級(jí)錯(cuò)流吸附比單級(jí) 吸附節(jié)約吸收劑。 濫驂膽閉驟