環(huán)工原理作業(yè)+答案 (1)

1、1 2.1 某室內(nèi)空氣中 O3的濃度是 0.0810-6（體積分?jǐn)?shù)） ，求： （1）在 1.013105Pa、25下，用 g/m3表示該濃度； （2）在大氣壓力為 0.83105Pa 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 V1V0P0T1/ P1T0 22.4L298K/273K 24.45L 所以 O3濃度可以表示為 0.08106mol48g/mol（24.45L）1157.05g/m3 （2）由題，在所給條件下，1mol 空氣的體積為 V1V0P0T1/ P1T0 =22.4L1.013105Pa

2、288K/(0.83105Pa273K） 28.82L 所以 O3的物質(zhì)的量濃度為 0.08106mol/28.82L2.78109mol/L 2.3 試將下列物理量換算為 SI 制單位： 質(zhì)量：1.5kgfs2/m= kg 密度：13.6g/cm3= kg/ m3 壓力：35kgf/cm2= Pa 4.7atm= Pa 670mmHg= 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/m 5 kgf/m= N/m 解： 2 質(zhì)量：1.5kgfs2/m=14.7

3、09975kg 密度：13.6g/cm3=13.6103kg/ m3 壓力：35kg/cm2=3.43245106Pa 4.7atm=4.762275105Pa 670mmHg=8.93244104Pa 功率：10 馬力7.4569kW 比熱容：2Btu/(lb)= 8.3736103J/（kgK） 3kcal/（kg）=1.25604104J/（kgK） 流量：2.5L/s=9m3/h 表面張力：70dyn/cm=0.07N/m 5 kgf/m=49.03325N/m 2.7 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

4、的流量向湖泊排放污水，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，則輸出的濃度也為 m m 則由質(zhì)量衡算，得 12 0 mm qqk V 即 5100mg/L（550）m3/s 101060.25m3/s0 m m 解之得 5.96mg/L m 2.11 有一裝滿水的儲槽，直徑 1m、高 3m?，F(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)

5、儲槽橫截面積為 A1，小孔的面積為 A2 3 由題得 A2u0dV/dt，即u0dz/dtA1/A2 所以有 dz/dt（100/4）20.62（2gz）0.5 即有 226.55z-0.5dzdt z03m z1z01m3（0.25m2）-11.73m 積分計算得 t189.8s 2.13 有一個 43m2的太陽能取暖器，太陽光的強度為 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

6、器的水升高的溫度為（T） ，水流熱量變化率為 mp q cT 根據(jù)熱量衡算方程，有 18000 kJ/h 0.86014.183TkJ/h.K 解之得 T89.65K 4 3.4 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/

7、2p2/ 由題有 u24u1 所以有 u12/2p1/16u12/2p2/ 即 15 u122(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 u232.35m/s qvu1A8.09m/s（200mm）21.02m3/s 5 3.7 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 =1.010-3Pa.s，管道

8、中水流平均流速為 um 根據(jù)平均流速的定義得： 4 0 2 02 0 d d 18d = 8d f f v m p r p ql ur Arl 所以 2 0 8 m f u l p r 代入數(shù)值得 21N/m281.010-3Pasum3m/（13mm/2）2 解之得 um3.7102m/s 又有 umax2 um 所以 u2um1（r/r0）2 （1）當(dāng) r5mm，且 r06.5mm，代入上式得 u0.03m/s （2）umax2 um pf umax/ umaxpf 0.1/0.07421N/m 28.38N/m 3.8 溫度為 20的水，以 2kg/h 的質(zhì)量流量流過內(nèi)徑為 10mm 的

9、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和剪應(yīng)力 6 （3）壁面處的剪應(yīng)力 解：（1）由題有 umqm/A 2/3600kg/s/（1103kg/m30.012m2/4） 7.07103m/s 282.820004 m e u d R 管內(nèi)流動為層流，故 管截面中心處的流速 umax2 um1.415102m/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） u1/21.415102m/s3/4 1.06102m/s 由剪應(yīng)力的定義得 2 0 d 4 d m uu

10、 r rr 流體在壁面距中心一半距離處的剪應(yīng)力： 1/22um/r0 2.83103N/m2 （3）壁面處的剪應(yīng)力： 021/25.66103N/m2 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/(mK)，0.10 W/(mK)及 0.92 W/(mK)。 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 0.0459 W/(m)。內(nèi)外壁溫度仍不變，問此時單位面積熱損失

11、為多少？ 7 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 r10.357 m2K/W b 11 0.5 1.4 m Wm K r23.8 m2K/W r30.272m2 K /W 所以有 q214.5W/m2 123 T rrr 由題 T11000 T2T1QR1 923.4 T3T1Q（R1R2） 108.3 T450 （2）由題，增加的熱阻為 r0.436 m2K/W qT/（r1r2r3r） 195.3W/m2 4.4 某一60 mm3mm 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

12、棉和軟木的導(dǎo)熱系數(shù)分別 為 0.15W/(mK)和 0.04 W/(mK)。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 8 rm1mm28.47mm 3 30 ln 27 rm2mm43.28mm 30 60 ln 30 rm3mm73.99mm 30 90 ln 60 （1）R/L 123 112233 222 mmm bbb rrr 33030 K m/WK m/WK

13、 m/W 24528.4720.1543.2820.0473.99 3.73104Km/W0.735Km/W1.613Km/W 2.348Km/W Q/L46.84W/m / T R L （2）R/L 123 112233 222 mmm bbb rrr 33030 W m/KW m/KW m/K 24528.4720.0443.2820.15 73.99 3.73104Km /W2.758Km /W0.430Km /W 3.189Km /W Q/L34.50W/m / T R L 4.7 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

14、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） ， 1.99105Pas， cp1.005kJ/（kgK） ，1.077kg/m3 由題意，得 uQ/（A）112.62m/s Redu/0.027112.621.077/（1.99105）1.65105 所以流動為湍流。 Prcp/（1.99105）1.005/0.02870.697 9 0.023/dRe0.8Pr0.4 315.88W/（m2K） T2110K，T120K Tm（T2T1）/ln（T2/T1） （110K20K）/ln（110/20） 52.79K 由熱量守恒可

15、得 dLTmqmhcphTh LqmcphTh/（dTm） 250kg/h1.005kJ/（kgK） 90K/315.88W/（m2K）0.027m52.79K 4.44m 4.8 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 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)槎嗌伲?解：由題，該流動為湍流。 0.80.4 0.023 RePr d 0.80.4 11211 0.80.4 22122 0.023RePr 0.023RePr d d 因為為同種流體，且流速不變，所以有

16、 0.8 112 0.8 221 Re Re d d 由Re du 可得 0.8 0.2 1122 0.8 2211 () ddd ddd 矩形管的高為 19.635mm，寬為 58.905mm，計算當(dāng)量直徑，得 10 d229.452mm 0.20.222 1 21 2 50 ()()100/()111.17/() 29.452 d WmKWmK d 4.10 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

17、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 qmccpcTcqmhcphTh qmc3500kg/h50/1017500kg/h （2）并流時有 T280K，T120K 21 2 1 8020 43.28 80 lnln 20 m TTKK TK T T 由熱量守恒可得 KATmqmhcphTh 即 KdLTmqmhcphTh 2 3500/4.18/()50 3.58 2320/()0.1843.28 mhphh m q cT kg hkJkg KK Lm

18、 K d TWmKmK 逆流時有 T270K，T130K 21 2 1 7030 47.21 70 lnln 30 m TTKK TK T T 同上得 11 2 3500/4.18/()50 3.28 2320/()0.1847.21 mhphh m q cT kg hkJkg KK Lm K d TWmKmK 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 13.2m。若將火星看作一個 黑體，試求火星的溫度為多少？ 解：由 mT2.9103 得 33 6 2.9 102.9 10 219.70 13.2 10 m TK 5.5 一填料塔在大氣壓

19、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)某一點上，氨的分壓為 6.6103N/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散系數(shù) 為 0.23610-4m2/s。試求該點上氨的傳質(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： B,2B,15 B,m B,2B,1 pp p0.97963 10 Pa ln pp ABA,1A,2 22 A B,m Dp pp N6.57 10molms RTpL 5.6 一直徑為 2m 的貯槽中裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

20、 0.1 的氨水，因疏忽沒有加蓋， 則氨以分子擴散形式揮發(fā)。假定擴散通過一層厚度為 5mm 的靜止空氣層。在 1.01105Pa、293K 下，氨的分子擴散系數(shù)為 1.810-5m2/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=2.69105x(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 所以有氨的摩爾分?jǐn)?shù)為 0.1a 17 x0.1053 0.9a 180.1a 17 12 故有氨的平衡分壓為 p0.10532.69105Pa0.283

21、2105Pa 即有 pA,i0.2832105Pa，PA00 B,0B,i5 B,m B,0B,i pp p0.8608 10 Pa ln pp 所以 ABA,iA,0 22 A B,m Dp pp N4.91 10molms RTpL 2 3 A d n=Nt6.66 10 mol 4 6.6 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?，F(xiàn)在已 知鋼球直徑為 10mm，密度為 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

22、度。 解：鋼球在液體中的沉降速度為m/s 3 /200 10/9.020.022 t uL s 假設(shè)鋼球的沉降符合斯托克斯公式，則 Pas 2 32 7900 13009.8110 10 16.35 1818 0.022 pp t gd u 檢驗：，假設(shè)正確。 3 0.022 10 101300 Re0.0172 16.35 tp p u d 6.7 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

23、度為 0.6kg/m3，黏度為 3.010-5Pas，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 ui ut 降塵室 13 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，沉/ i tl u 停 降時間為，當(dāng)時，顆?？梢詮臍怏w中完全去除，對應(yīng)的/ t th u 沉 tt 沉停 tt 沉停 是能夠去除的最小顆粒，即 / it l uh u 因為，所以m/s V i q u hb 6 0.6 5 2 iVV t huhqq u llhblb 假設(shè)沉降在層流區(qū)，應(yīng)用斯托克斯公式，得 mm 5 5 min 18

24、18 3 100.6 8.57 10 9.8145000.6 t p p u d g 85.7 檢驗雷諾數(shù) ，在層流區(qū)。 5 5 8.57 100.6 0.6 Re1.032 3 10 pt p d u 所以可以去除的最小顆粒直徑為 85.7m 7.1 用板框壓濾機恒壓過濾某種懸浮液，過濾方程為 252 6 10VVA t 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。 解：（1）板框壓濾機總的過濾方程為 252 6 10VVA t 在內(nèi)，則根據(jù)過濾方程s18006030t 3 m5V 1800106

25、55 252 A 求得，需要的過濾總面積為 2 m67.16A 所以需要的板框數(shù)42675.41 4 . 0 67.16 n 14 （2）恒壓過濾的基本方程為tKAVVV e 22 2 與板框壓濾機的過濾方程比較，可得/sm106 25 K ， 3 m5 . 0 e V 23/m m03 . 0 67.16 5 . 0 A V q e e s15 106 03 . 0 5 2 2 K q t e e 為過濾常數(shù)，與相對應(yīng)，可以稱為過濾介質(zhì)的比當(dāng)量過濾時間， e t e q K q t e e 2 7.2 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.

26、81103Pa 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 Pas。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？ 解：（1）顆粒的比表面積為m2/m3 4 6 10a 濾餅層比阻為m-2 2 2 24 2 10 33 56 101 0.6 51 1.33 10 0.6 a r 過濾得到 1m3濾液產(chǎn)生的濾餅體積 0.10.1 / 0.90.61/3 1 0.61 0.6 f 過濾常數(shù) m2/s 3 310 22 9810 4.43 10 1 101.33 1

27、01/3 p K rf 所以過濾方程為 2 qKt 當(dāng) q=1.5 時，s 2 3 1.5 508 4.43 10 t （2）時間延長一倍，獲得濾液量為m3 3 4.43 102 5082.1q 15 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=6.751013m-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

28、化規(guī)律。 解：由題意可知，兩種濾餅0.07f 由過濾方程，得 1 0 s e dqp dtrf qq 1 0 s e dq prf qq dt 恒速過濾 12 000 s ee prf utqurfu trfuq 對不可壓縮濾餅，由 s=0，r0=6.751013m-2Pa-1，=110-3 Pas，f =0.07，qe=0.005m3/m2，u=110-4 m3/m2s 2 13341334 3 6.75 101 100.071 106.75 101 100.07 1 100.005 47.252.36 10 pt pt 對可壓縮濾餅，由 s=0.5，r0=6.751013m-2Pa-1，=

29、110-3 Pas，f =0.07，qe=0.005m3/m2，u=110-4 m3/m2s 2 1 0.513341334 2 3 6.75 101 100.071 106.75 101 100.07 1 100.005 47.252.36 10 pt pt 7.10 用板框過濾機恒壓過濾料液，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的清水進行洗滌，試計算洗滌時間（介質(zhì)阻力忽略不計） 。 解：由（7.2.11）得 2 2 dVKA dtV 依題意，過濾結(jié)束時 2 2 11 3600K A 所以過濾

30、結(jié)束時m3/s 2 2 3 11 /3600 1.53 10 22 11 dVKA dtV 洗滌速度與過濾結(jié)束時過濾速度相同 所以洗滌時間為 16 s 3 3 1960 1.53 10 t 7.13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 223 3 6 4.72 10 m /m 12.7 10 a 查 38下空氣密度為 1.135 kg/m3，黏度為 1.910-5Pas。 空

31、床流速為 2 0.358/1.135 1.08m/s 3.140.61/2 u 空氣通過床層的阻力為 2 2 22 2 5 33 51 0.384.72 10 1 1.08 1.9 102.44390.71Pa 0.38 l Ka pu L 8.2 吸收塔內(nèi)某截面處氣相組成為，液相組成為，兩相的平衡關(guān)系 0.05y 0.01x 為，如果兩相的傳質(zhì)系數(shù)分別為kmol/(m2s)， 2yx 5 1.25 10 y k kmol/(m2s)，試求該截面上傳質(zhì)總推動力、總阻力、氣液兩相的阻 5 1.25 10 x k 力和傳質(zhì)速率。 解：與氣相組成平衡的液相摩爾分?jǐn)?shù)為22 0.010.02yx 所以，

32、以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的總傳質(zhì)推動力為 * 0.050.020.03yyy 同理，與液相組成平衡的氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為 * 0.05/20.025x 所以，以液相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的總傳質(zhì)推動力為 * 0.0250.010.015xxx 以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為 kmol/(m2s) 5 55 11 0.83 10 1/1/1/ 1.25 101/ 2 1.25 10 x xy K kmk 17 以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為 kmol/(m2s) 55 /0.83 10/20.42 10 yx KKm 傳質(zhì)速率 kmol/(m2s) 57 0.83 100.0151.25 10

33、Ax NKx 或者 kmol/(m2s) 57 0.42 100.031.26 10 Ay NKy 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 (m2s)/kmol 55 1/1/ 0.83 101.20 10 x K 其中液相傳質(zhì)阻力為(m2s)/kmol 55 1/1/ 1.25 100.8 10 x k 占總阻力的 66.7% 氣膜傳質(zhì)阻力為(m2s)/kmol 55 1/1/ 2 1.25 100.4 10 y mk 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， 26.7m 在塔內(nèi)某一截面上，氣相中 SO2分壓為 4.

34、1kPa，液相中 SO2濃度為 0.05kmol/m3，氣相傳質(zhì)系數(shù)為kmol/(m2hkPa)，液相傳質(zhì)系數(shù)為 2 105 . 1 G k m/h，吸收液密度近似水的密度。試求： 0.39 L k （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，濃度為 i p i c 忽略 SO2的溶解，吸收液的摩爾濃度為kmol/m3 0 1000/1855.6c 溶解度系數(shù) kmol/(kPam3)0206 . 0 325.101 7 . 26 6 . 55 0 0 mp c H 在相界面上，氣液兩相平衡，所以 ii pc0206 .

35、0 又因為穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程，氣液兩相傳質(zhì)速率相等，所以 GiLi kppkcc 所以05. 039 . 0 1 . 4105 . 1 2 ii cp 18 由以上兩個方程，可以求得kPa，kmol/m352 . 3 i p0724 . 0 i c （2）總氣相傳質(zhì)系數(shù) kmol/(m2hkPa) 00523 . 0 39 . 0 0206 . 0 /1015 . 0 /1 1 /1/1 1 LG G Hkk K 總液相傳質(zhì)系數(shù)m/h254 . 0 0206 . 0 /00523 . 0 /HKK GL 與水溶液平衡的氣相平衡分壓為kPa43 . 2 0206 . 0 /05 . 0 / * Hcp

36、 所以用分壓差表示的總傳質(zhì)推動力為kPa67 . 1 43 . 2 1 . 4 * ppp 與氣相組成平衡的溶液平衡濃度為kmol/m3084 . 0 1 . 40206 . 0 * Hpc 用濃度差表示的總傳質(zhì)推動力為kmol/m3034 . 0 05 . 0 084 . 0 * ccc 傳質(zhì)速率 kmol/(m2h)0087 . 0 67 . 1 00523 . 0 pKN GA 或者kmol/(m2h)0086 . 0 034. 0254. 0cKN LA 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kmol/(m2s)、kmol/(m2s)

37、，氣、液兩相平 3 3.77 10 y k 4 3.06 10 x k 衡符合亨利定律，關(guān)系式為（p*的單位為 kPa） ，計算： 4 1.067 10px （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？ 解：（1）相平衡系數(shù) 4 . 34 310 10067 . 1 4 p E m 所以，以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為 kmol/( 4 34 1005 . 3 1077 . 3 4 . 34/11006. 3/1 1 /1/1 1 yx x mkk K m2s) 以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為

38、推動力的總傳質(zhì)系數(shù)為 kmol/(m2s) 54 1089 . 0 4 . 34/1005 . 3 / mKK xy 19 （2）以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動力的總傳質(zhì)阻力為 3 4 1028 . 3 1005. 3 1111 yxx mkkK 其中液膜傳質(zhì)阻力為，占總傳質(zhì)阻力的 34 1027 . 3 1006 . 3 /1/1 x k 99.7% 氣膜傳質(zhì)阻力為，占傳質(zhì)阻力的 0.3%71 . 7 1077 . 3 4 . 34/1/1 3 y mk 所以整個傳質(zhì)過程為液膜控制的傳質(zhì)過程。 （3）因為傳質(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

39、化學(xué)反應(yīng)，并且假設(shè)擴散速率足夠 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 kmol/(m2s)13 . 0 1077 . 3 4 . 34 3 yx mkK 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。 X2b Y2b X1a X1b X2a Y1a Y2a Y1b a b X2b Y1b X1a X1b X2a Y1a Y2aY2b a b 20 X2b Y2b

40、X1a X1b Y1a Y2a Y1b a b X2a 圖 8-1 習(xí)題 8.7 圖示 解： Y Y1a Y2a Y Y1b Y2b (a) Y Y1a Y2a Y Y2b Y1b (b) X2a X1a XX2b X1b X X2a X1a XX2b X1b X 21 Y Y1a Y2a Y Y1b Y2b (c) 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。已知氣體 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，求： * 0.93YX （1）用 5 m3/

41、h 的清水吸收，氨氣的最高吸收率； （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。 解：（1）氣體的流量為mol/s 3 1000 10 /22.4 12.4 3600 液體的流量為mol/s 33 5 1010 /18 77.2 3600 假設(shè)吸收在塔底達(dá)到平衡 則，所以 * 77.2/0.9312.40.01-YY * 0.0013Y 所以最大吸收率為 0.01 0.0013 0.87 0.01 （2）氣體的流量為mol/s 3 1000 10 /22.4 12.4 3600 液體的流量為mol/s 33 10 1010 /18 154.4 3600 假設(shè)吸收在塔底達(dá)到平衡 則，所以 * 154.4/0.9312.40.01-YY * 0.0007Y X2a X1a XX2b X1b X 22 所以最大吸收率為 0.01 0.00