環(huán)工原理作業(yè)+答案(1

1、2.1 某室內(nèi)空氣中 O3的濃度是 0.08 10-6（體積分?jǐn)?shù)），求：（1）在 1.013 105Pa、25下，用 g/m3 表示該濃度；（2）在大氣壓力為 0.83 105Pa和 15下， O3的物質(zhì)的量濃度為多少？ 解：理想氣體的體積分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)值相等由題，在所給條件下， 1mol 空氣混合物的體積為V1 V0P0T1/ P1T022.4L 298K/273K24.45L所以 O3 濃度可以表示為0.08 106mol48g/mol （24.45L）1 157.05g/m3（2）由題，在所給條件下， 1mol 空氣的體積為V1 V0P0T1/ P1T0=22.4L 1.013 105P

2、a288K/（0.83 105Pa273K ）28.82L所以 O3 的物質(zhì)的量濃度為0.08 106mol/28.82L2.78 109mol/L2.3 試將下列物理量換算為 SI 制單位：質(zhì)量：1.5kgf s2/m=kg密度：13.6g/cm3=kg/ m3壓力：235kgf/cm2=Pa4.7atm=Pa670mmHg=Pa功率：10 馬力kW比熱容： 2Btu/（lb ）=J/（kgK）3kcal/（ kg） =J/（ kgK ）流量：2.5L/s=m3/h表面張力： 70dyn/cm=N/m5 kgf/m=N/m解：質(zhì)量： 1.5kgf s2/m=14.709975kg密度： 13

3、.6g/cm3=13.6 103kg/ m3壓力： 35kg/cm2=3.43245 106Pa4.7atm=4.762275 105Pa670mmHg=8.93244104Pa功率： 10 馬力 7.4569kW比熱容： 2Btu/（lb ）= 8.3736 103J/（kgK ）3kcal/（ kg） =1.25604 104J/（kgK）流量： 2.5L/s=9m3/h表面張力： 70dyn/cm=0.07N/m5 kgf/m=49.03325N/m2.7 某一湖泊的容積為 10106m3，上游有一未被污染的河流流入該湖泊，流 量為 50m3/s。一工廠以 5 m3/s的流量向湖泊排放污

4、水，其中含有可降解污染物， 濃度為 100mg/L。污染物降解反應(yīng)速率常數(shù)為 0.25d1。假設(shè)污染物在湖中充分 混合。求穩(wěn)態(tài)時湖中污染物的濃度。解：設(shè)穩(wěn)態(tài)時湖中污染物濃度為 m ，則輸出的濃度也為 m則由質(zhì)量衡算，得qm1 qm2 k V 0即5100mg/L（ 5 50） m m3/s 101060.25 m m3/s0解之得m 5.96mg/L2.11 有一裝滿水的儲槽，直徑 1m、高 3m。現(xiàn)由槽底部的小孔向外排水。小 孔的直徑為 4cm，測得水流過小孔時的流速 u0 與槽內(nèi)水面高度 z的關(guān)系 u00.62（2gz）0.5試求放出 1m3 水所需的時間。解：設(shè)儲槽橫截面積為 A1，小孔

5、的面積為 A2由題得A2u0 dV/dt，即 u0 dz/dt 1/A2所以有dz/dt（100/4）20.62（2gz）0.5 即有 226.55 z-0.5dz dtz03m z1z01m3（ 0.252m）-11.73m 積分計算得t189.8s2.13 有一個 43m2 的太陽能取暖器，太陽光的強(qiáng)度為 3000kJ/（m2h），有 50的太陽能被吸收用來加熱流過取暖器的水流。 水的流量為 0.8L/min 。求流過 取暖器的水升高的溫度。解：以取暖器為衡算系統(tǒng)，衡算基準(zhǔn)取為 1h。 輸入取暖器的熱量為30001250 kJ/h18000 kJ/h 設(shè)取暖器的水升高的溫度為（ T），水流

6、熱量變化率為 qmcp T 根據(jù)熱量衡算方程，有18000 kJ/h 0.8 6014.183 TkJ/h.K 解之得T89.65K123.4 如圖所示，有一水平通風(fēng)管道，某處直徑由 400mm 減縮至 200mm。為 了粗略估計管道中的空氣流量，在錐形接頭兩端各裝一個 U 管壓差計，現(xiàn)測得 粗管端的表壓為 100mm 水柱，細(xì)管端的表壓為 40mm 水柱，空氣流過錐形管的 能量損失可以忽略，管道中空氣的密度為 1.2kg/m3，試求管道中的空氣流量。圖 3-2 習(xí)題 3.4 圖示解：在截面 1-1和 2-2之間列伯努利方程：u12/2p1/ u22/2p2/ 由題有u24u1所以有u12/2

7、 p1/ 16u12/2p2/ 即15 u12 2（p1- p2）/ = 2 （ 0- ）g（R1-R2）/ =2（1000-1.2）kg/m39.81m/s2（0.1m0.04m）/（1.2kg/m3）解之得u18.09m/s所以有u2 32.35m/sqvu1A8.09m/s （200mm）21.02m3/s3.7 水在 20下層流流過內(nèi)徑為 13mm、長為 3m 的管道。若流經(jīng)該管段的 壓降為 21N/m2 。求距管中心 5mm 處的流速為多少？又當(dāng)管中心速度為 0.1m/s 時，壓降為多少？解：設(shè)水的黏度 =1.0 10-3Pa.s，管道中水流平均流速為 um根據(jù)平均流速的定義得：r0

8、4 dpfqv um= Av8 dl1 dpf2 r08 dl r0所以8umlpf2代入數(shù)值得21N/m281.010-3Pasum3m/（13mm/2）解之得um3.7 10 2m/s又有umax 2 um所以u2um1（r/r0）2（ 1）當(dāng) r5mm，且 r0 6.5mm，代入上式得u0.03m/s（ 2） umax 2 umpf umax / muaxpf 0.1/0.074 21N/m28.38N/m3.8 溫度為 20的水，以 2kg/h的質(zhì)量流量流過內(nèi)徑為 10mm 的水平圓管， 試求算流動充分發(fā)展以后：1）流體在管截面中心處的流速和剪應(yīng)力；2）流體在壁面距中心一半距離處的流速

9、和剪應(yīng)力3）壁面處的剪應(yīng)力解：（1）由題有um qm/ A 2/3600kg/s/（1103kg/m3 02.m012/4） 7.07 103m/sRe 4 umd 282.82000管內(nèi)流動為層流，故管截面中心處的流速umax 2 um 1.415 102m/s管截面中心處的剪應(yīng)力為 0（2）流體在壁面距中心一半距離處的流速：uumax （1r2/r02）u1/21.415 102m/s3/41.06 102m/s由剪應(yīng)力的定義得duumrdr 4 r 2mdrr0流體在壁面距中心一半距離處的剪應(yīng)力：1/22um/r02.83 103N/m2（3）壁面處的剪應(yīng)力：0 21/25.66 103

10、N/m24.3 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/（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。（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 0.0459W/（m）。內(nèi)外壁溫度仍不變，問此時單位面積熱損失為多少？解：設(shè)耐火磚、絕熱磚、普通磚的熱阻分別為 r1、 r2、r3。（1）由題易得所以有由題b 0.5m 1.4Wm 1K 1 0.3

11、57 m2K/Wr23.8 m2K/Wr3 0.272 m2 K /WqT214.5W/m2T11000T2 T1QR1923.4T3T1Q（R1R2）108.3T4502)由題，增加的熱阻為r 0.436 m2K/W q T（/ r1r2r3r ）195.3W/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/(mK)和 0.04 W/(m K)。試求( 1)如已知管內(nèi)壁溫度為 -105，軟木外側(cè)溫度為 5，則每米管長的冷損 失量為多少？( 2)若將兩層保

12、溫材料互換，互換后假設(shè)石棉外側(cè)溫度仍為 5，則此時每 米管長的冷損失量為多少？解：設(shè)鋁復(fù)合管、石棉、軟木的對數(shù)平均半徑分別為 rm1、rm2、rm3。由題有rm1 3 mm28.47mmm1 30ln271）R/Lb11rm1rm2rm330ln603030ln90b2b32 2rm2 * 2 3rm32 45 28.47 K m/Wmm43.28mmmm73.99mm2 0.15 43.28 K m/W2 0.04 73.99 K m/W3.73104Km/W0.735Km/W1.613K m/W2.348Km/WQ/L T 46.84W/m R/L2）R/Lb11rm1b2b32 2rm2

13、 2 3rm3W m/K2 45 28.47W m/K2 0.04 43.283.73 104Km /W2.758Km /W0.430Km /W3.189K m /WQ/L T 34.50W/mR/L4.7 用內(nèi)徑為 27mm 的管子，將空氣從 10加熱到 100，空氣流量為250kg/h，管外側(cè)用 120的飽和水蒸氣加熱 （未液化 ）。求所需要的管長。 解：以平均溫度 55查空氣的物性常數(shù)， 得 0.0287W（/ mK），1.99 10 5Pas，cp1.005kJ/（kgK），1.077kg/m3由題意，得uQ/（A）112.62m/sRedu/0.027 112.62 1.077/（1

14、.99 105）1.65 105所以流動為湍流。Prcp/ （ 1.99 105）1.005/0.02870.697 0.023 /d Re0.8Pr0.4315.88W/（m 0.15 73.99K）T2110K，T120KTm（T2T1）/ln（T2/T1）（110K20K）/ln（110/20）52.79K由熱量守恒可得dLTmqmhcphThL qmcphTh/ （dTm） 250kg/h 1.005kJ/ （ kgK ） 90K/ 315.88W/m2K）0.027m52.79K 4.44m4.8某流體通過內(nèi)徑為 50mm的圓管時，雷諾數(shù) Re為 1105，對流傳熱系數(shù) 為 100

15、W /（m2K）。若改用周長與圓管相同、 高與寬之比等于 1：3 的矩形扁管， 流體的流速保持不變。問對流傳熱系數(shù)變?yōu)槎嗌?？解：由題，該流動為湍流。0.023 0.8 0.4Re Prd1 0.023 1d2 Re10.8 Pr10.42 0.023 2d1 Re20.8 Pr20.4因?yàn)闉橥N流體，且流速不變，所以有1 Re10.8 d22 Re20.8 d1由 Redu可得矩形管的高為 19.635mm，寬為 58.905mm，計算當(dāng)量直徑，得d229.452mmd1 0.2 50 0.2 2 22 ( 1)0.21 ()0.2 100W /(m2 K) 111.17W /(m2 K)d2

16、29.4524.10 在套管換熱器中用冷水將 100的熱水冷卻到 50，熱水的質(zhì)量流量為 3500kg/h。冷卻水在直徑為 18010mm的管內(nèi)流動， 溫度從 20升至 30。已 知基于管外表面的總傳熱系數(shù)為 2320 W/ （m2K）。若忽略熱損失，且近似認(rèn)為 冷水和熱水的比熱相等，均為 4.18 kJ/（kgK）.試求（1）冷卻水的用量；（2）兩流體分別為并流和逆流流動時所需要的管長，并加以比較。解：（1）由熱量守恒可得qmccpcTc qmhcphThqmc 3500kg/h 50/10 17500kg/h2）并流時有T280K，T120KTm80K 20K43.28K80ln20由熱量

17、守恒可得KATmqmhcphThK dLmT qmhcphThL qmhcph Th 3500kg / h 2 4.18kJ /( kg K) 50K 3.58mK d Tm 2320W /(m2 K) 0.18m 43.28K逆流時有T270K，T130KTm70K 30Kln7047.21K30K d Tm同上得3500kg / h 4.18kJ /(kg K) 50K2 3.28m2320W /( m2 K)0.18m 47.21K比較得逆流所需的管路短，故逆流得傳熱效率較高。4.12 火星向外輻射能量的最大單色輻射波長為 13.2 m。若將火星看作一個 黑體，試求火星的溫度為多少？解：

18、由 mT2.9 10333得T219.70K2.9 10 3 2.9 10 313.2 10 65.5 一填料塔在大氣壓和 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。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。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 主體間的對數(shù)平均分壓 由題意得：pB,m pB,2 pB,1 0.97963 105Paln pB,2 pB,1D AB p

19、pA,1 pA,22 2N A6.57 10 mol m sRTp B,m L5.6 一直徑為 2m 的貯槽中裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1 的氨水，因疏忽沒有加蓋， 則氨以分子擴(kuò)散形式揮發(fā)。假定擴(kuò)散通過一層厚度為 5mm 的靜止空氣層。在 1.01 105Pa、293K 下，氨的分子擴(kuò)散系數(shù)為 1.8 10-5m2/s，計算 12h中氨的揮發(fā) 損失量 。計 算中 不考 慮氨水濃 度的變化 ，氨在 20時的相平 衡關(guān) 系為 P=2.69 105x(Pa)， x 為摩爾分?jǐn)?shù)。解：由題，設(shè)溶液質(zhì)量為 a g氨的物質(zhì)的量為 0.1a/17mol總物質(zhì)的量為 (0.9a/180.1a/17)mol所以有氨的摩

20、爾分?jǐn)?shù)為 x 0.9a 01.81a 01.71a 17 0.1053故有氨的平衡分壓為 p0.10532.69105Pa0.2832 105Pa即有pA,i0.2832 105Pa， PA00 pB,mpB,0 pB,i0.8608 105Paln pB,0 pB,i所以N A D AB p pA,i pA,04.91 10 2 mol m2 sA RTp B,m Ld2 3 n=N A t 6.66 103mol A46.6 落球黏度計是由一個鋼球和一個玻璃筒組成，將被測液體裝入玻璃筒， 然后記錄下鋼球落下一定距離所需要的時間， 即可以計算出液體黏度。 現(xiàn)在已知 鋼球直徑為 10mm，密度

21、為 7900 kg/m3，待測某液體的密度為 1300 kg/m3，鋼球 在液體中下落 200mm，所用的時間為 9.02s，試求該液體的黏度。3 解：鋼球在液體中的沉降速度為 ut L /s 200 10 3 /9.02 0.022 m/s假設(shè)鋼球的沉降符合斯托克斯公式，則18ut18 0.022檢驗(yàn)： Rep ut dp30.022 10 10 3 13000.017 2 ，假設(shè)正確。16.352 3 2 pgdp2 7900 1300 9.81 10 10 316.35 Pas6.7 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 一定的停留時間， 若在這個時間內(nèi)顆粒沉

22、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 5m 。求能被完全去除的最小塵粒的直徑。含塵氣體凈化氣體圖 6-1 習(xí)題 6.7 圖示解：設(shè)降塵室長為 l ，寬為 b，高為 h，則顆粒的停留時間為 t停 l /ui ，沉降時間為 t沉 h/ut ，當(dāng)t停 t沉?xí)r，顆?？梢詮臍怏w中完全去除， t停 t沉對應(yīng)的是能夠去除的最小顆粒，即 l/ui h/ut因?yàn)閡i qhVb，所以 ut hluihqV qV lhb

23、 lb6520.6 m/s27假設(shè)沉降在層流區(qū)，應(yīng)用斯托克斯公式，得pmin18 3 109.81 45000.60.658.57 10 5 m 85.7 m檢驗(yàn)雷諾數(shù)Rep dput58.57 10 5 0.6 0.63 101.03 2 ，在層流區(qū)。所以可以去除的最小顆粒直徑為 85.7 m7.1 用板框壓濾機(jī)恒壓過濾某種懸浮液，過濾方程為V 2 V 6 10 5A2t式中： t 的單位為 s（1）如果 30min 內(nèi)獲得 5m3濾液，需要面積為 0.4m2 的濾框多少個？ （2）求過濾常數(shù) K，qe， te。2 5 2解：（1）板框壓濾機(jī)總的過濾方程為 V2 V 6 10 5A2t在t

24、30 60 1800s內(nèi)， V 5m3 ，則根據(jù)過濾方程52 5 6 10 5 A2 1800求得，需要的過濾總面積為 A 16.67m 2所以需要的板框數(shù) n 16.67 41.675 420.4（2）恒壓過濾的基本方程為 V 2 2VVe KA2t與板框壓濾機(jī)的過濾方程比較，可得 K 6 10 5 m2/sVe30.5m ， qeVe0.5A 16.67320.03m /mte2qeK0.032 *6 10 515ste為過濾常數(shù)，與qe相對應(yīng)，可以稱為過濾介質(zhì)的比當(dāng)量過濾時間，te2qeK7.2 如例 7.3.3 中的懸浮液，顆粒直徑為 0.1mm，顆粒的體積分?jǐn)?shù)為 0.1，在9.81

25、100.63Pa 的恒定壓差下過濾，過濾時形成不可壓縮的濾餅，空隙率為0.6，過濾介質(zhì)的阻力可以忽略，濾液黏度為 110-3 Pa s。試求：（1）每平方米過濾面積上獲得 1.5m3 濾液所需的過濾時間；（2）若將此過濾時間延長一倍，可再得多少濾液？4解：（1）顆粒的比表面積為 a 6 104 m2/m32 2 4 2 25a212 56104 1 0.61.3310 -210 m濾餅層比阻為 r 5a 10 3 1.33 1010 1/ 3所以過濾方程為 q2 Kt3 56103 1 0.6過濾得到1m3 濾液產(chǎn)生的濾餅體積 f0.11 0.60.90.11 0.60.6 1/ 3K 2 p

26、 rf4.43 10 3 m2/s過濾常數(shù)當(dāng) q=1.5 時， t1.524.43 10 3508s2）時間延長一倍，獲得濾液量為 q 4.43 10 3 2 508 2.1m3所以可再得 0.6m3 的濾液。7.4 有兩種懸浮液，過濾形成的濾餅比阻都是 r0=6.75 1013m-2Pa-1，其中一種濾餅不可壓縮，另一種濾餅的壓縮系數(shù)為 0.5，假設(shè)相對于濾液量濾餅層的體 積分?jǐn)?shù)都是 0.07，濾液的黏度都是 110-3 Pas，過濾介質(zhì)的比當(dāng)量濾液量為 qe 為 0.005m3/m2。如果懸浮液都以 110-4 m3/（ m2s）的速率等速過濾，求過濾壓 差隨時間的變化規(guī)律。解：由題意可知

27、，兩種濾餅 f 0.07由過濾方程 dt1spr0 f q qe1sp1 sqedqdt恒速過濾 p1 s r0 f ut qe u r0 fu2t r0 fuqe對不可壓縮濾餅，由 s=0，r0=6.75 1013m-2Pa-1，=110-3 Pas，f =0.07， qe=0.005m3/m 2， u=110-4 m3/m 2s2p 6.75 1013 1 10 3 0.07 1 10 4 t 6.75 1013 1 10 3 0.07 1 10 4 0.005 p 47.25t 2.36 103對 可壓縮 濾餅， 由 s=0.5， r0=6.75 1013m-2Pa-1 ， =110-3

28、 Pas， f =0.07， qe=0.005m3/m 2， u=110-4 m3/m 2s1 0.5 13 3 42 13 3 4p1 0.56.75 10131 10 30.07 1 10 4t 6.75 10131 10 30.07 1 10 40.00532p 47.25t 2.36 1037.10 用板框過濾機(jī)恒壓過濾料液， 過濾時間為 1800s時，得到的總濾液量為 8m3， 當(dāng)過濾時間為 3600s時，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，試計算洗滌時間（介質(zhì)阻力忽略不計）依題意，過濾結(jié)束時1122 K 3600A2所以過濾結(jié)束時 dVdtKA2

29、 112 /36003 31.53 10 3 m3/s 2V 2 11解：由（ 7.2.11）得ddVtKA22V洗滌速度與過濾結(jié)束時過濾速度相同所以洗滌時間為31.53 10 31960s7.13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 0.61m，高 2.44m，空氣進(jìn)入床層時的絕對壓力為 111.4kPa，質(zhì)量流量為 0.358kg/s，求空氣通過床層的阻力。解：顆粒比表面積6 2 2 3 a 3 4.72 102 m2/m 312.7 10 3 查 38下空氣密度為 1.135 kg/m3，黏度為 1.9 10-5Pa

30、s?？沾擦魉贋?.358/1.1352 1.08m/s3.14 0.61/ 2 2空氣通過床層的阻力為22Kl 1 3 2a2 u L5 1 0.38 2 4.72 1020.3831.08 1.910 5 2.44 390.71Pa8.2 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 ，5如 果 兩 相 的 傳 質(zhì) 系 數(shù) 分 別 為 ky 1.25 10 kmol/(m 2s) ，1.25 105kmol/(m2s)，試求該截面上傳質(zhì)總推動力、總阻力、氣液兩相的阻力和傳質(zhì)速率解：與氣相組成平衡的液相摩爾分?jǐn)?shù)為 y 2x 2 0.01 0.

31、02所以，以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的總傳質(zhì)推動力為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)推動力為x x* x 0.025 0.01 0.015以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為Kx11/kx 1/ mky0.83 101/ 1.25 101/ 2 1.25 102 kmol/(m s)以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為Ky Kx /m 0.83 10 5 /2 0.42 10 5 kmol/(m2s) 傳質(zhì)速率5 7 2NA K x x 0.83 10 5 0.015 1.25 10

32、 7 kmol/(m2s)或者 NA Ky y 0.42 10 5 0.03 1.26 10 7 kmol/(m 2s) 以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)分析傳質(zhì)阻力 總傳質(zhì)阻力 1/ Kx 1/ 0.83 10 5 1.20 105 (m2s)/kmol 其中液相傳質(zhì)阻力為 1/ kx 1/ 1.25 10 5 0.8 105 (m2s)/kmol 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 (m2s)/kmol 占總阻力的 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

33、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：(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) H c055.6 0.0206 kmol/(kPa m3)mp0 26.7 101.325 在相界面上，氣液兩相平衡，所以 ci 0.0

34、206 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 0.05 由以上兩個方程，可以求得 pi 3.52 kPa， ci 0.0724 kmol/m 32）總氣相傳質(zhì)系數(shù)KG11/kG 1/Hk L11/ 0.015 1/ 0.0206 0.390.00523 kmol/(m 2hkPa)總液相傳質(zhì)系數(shù) KL KG /H 0.00523/0.0206 0.254 m/h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)推動力為 p p p*

35、 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 3 用濃度差表示的總傳質(zhì)推動力為 c c* c 0.084 0.05 0.034 kmol/m3 傳質(zhì)速率 N A K G p 0.00523 1.67 0.0087 kmol/（m 2h）或者 N A K L c 0.254 0.034 0.0086 kmol/(m 2h)8.5 利用吸收分離兩組分氣體混合物，操作總壓為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

36、4符合亨利定律，關(guān)系式為 p 1.067 104 x （p*的單位為 kPa），計算：（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)生瞬時不可 逆化學(xué)反應(yīng)，傳質(zhì)速率會提高多少倍？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)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為Kx11/kx 1/mky1/ 3.06 101/ 34.4 3.7710 33.05 10 4 kmol/(m2s） 以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為Ky Kx/m 3.05 10 4 / 34.4 0.89 10 5 kmol/（m 2s）2）以

37、液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動力的總傳質(zhì)阻力為1kx1mky34 3.28 1033.05 10 4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/ mky1/ 34.4 3.77 107.71，占傳質(zhì)阻力的 0.3%所以整個傳質(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 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K x mky 34.4 3.77 10 3 0.13 k

38、mol/(m 2s)與原來相比增大了 426 倍8.7 在兩個吸收塔 a、 b 中用清水吸收某種氣態(tài)污染物，氣 -液相平衡符合 亨利定律。如下圖所示， 采用不同的流程， 試定性地繪出各個流程相應(yīng)的操作線 和平衡線位置，并在圖上標(biāo)出流程圖中各個濃度符號的位置。解：圖 8-1 習(xí)題 8.7 圖示(a)(b)圖 8-2 習(xí)題 8.7 圖中各流程的操作線和平衡線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：（1）用 5 m3/h 的清水吸收，氨氣的

39、最高吸收率；（2）用 10 m3/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/s3600液體的流量為5 103 103 /18360077.2 mol/s液體的流量為10 103 103 /183600154.4mol/s假設(shè)吸收在塔底達(dá)到平衡則 77.2 Y* /0.9312.4 0.01-Y* ，所以 Y* 0.0013所以最大吸收率為0.01 0.00130.870.01（2）氣體的流量為1000 103/ 22.412.4mol/s3600假設(shè)吸收在塔底達(dá)到平衡則154.4 Y* / 0.93 12.4 0.01-Y* ，所以 Y* 0.00