化工原理课后答案解析

3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？

解：

KPa

.1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝

1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密

度为900kg/m 3

,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。

解：

kPa

Pa gm

ρgR ρp gh

ρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.133

00==-=??-???=-==+

1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知

硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3

/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。

解: (1) 大管: mm 476?φ

h kg ρq m V s /1647918319=?=?= s m d q u V /69.0068.0785.03600

/9785.02

21=?==

s m kg u G ?=?==2

11/4.1263183169.0ρ (2) 小管: mm 5.357?φ

质量流量不变 h kg m s /164792=

s m d q u V /27.105.0785.03600

/9785.02

2

22=?==

或: s m d d u u /27.1)50

68

(69.0)(

222112=== s m kg u G ?=?=?=2

22/4.2325183127.1ρ

1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。

解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～ 2-2’间列柏努

力方程:

f W u p

g Z u p g Z ∑+++=++

2

222211

12

121ρρ

简化: g W u H f /)21(22∑+=

m 09.281.9)2012

1

(=÷+?=

1-14．附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统，丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定，其液面上方的压力为2.0MPa （表压），精馏塔内操作压力为1.3MPa （表压）。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m ，管内径为140mm ，丙烯密度为600kg/m 3

。现要求输送量为40×103

kg/h ，管路的全部能量损失为150J/kg （不包括出口能量损失），试核算该过程是否需要泵。

解: 在贮槽液面1-1’与回流管出口外侧2-2’间列柏努力方程:

f e W u p

g Z W u p g Z ∑+++=+++

2

222211

12121ρρ 简化:

f e W u p

g Z W p ∑+++

=+2

22

21

2

1ρρ

f e W

g Z u p p W ∑+++-=

2221

22

1ρ s m d m u s

/2.114

.0785.060036001040785.02

32

2=???=

=

ρ

15081.9302.12

1

60010)0.23.1(26+?+?+?-=

∴e W kg J /6.721-=

∴ 不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中

1-16．某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为φ45×2.5mm 。当阀门全关时，压力表的读数为78kPa 。当阀门全开时，压力表的读数为75 kPa ，且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为2

u W f =∑J/kg （u 为水在管内的流速）。试求：

（1）高位槽的液面高度；

（2）阀门全开时水在管内的流量（m 3

/h ）。

解: (1) 阀门全关,水静止

gh p ρ=

题14 附图

h

题16 附图

1

m g p h 95.781

.910107833

=??==

∴ρ (2) 阀门全开:

在水槽1-1’面与压力表2-2’面间列柏努力方程: f W u p g Z u p g Z ∑+++=++

2

222211

12121ρρ 简化: f W u p g Z ∑++=

2

22

12

1ρ 2

22232

11000107581.995.7u u ++?=?

解之: s m u /414.12=

∴ 流量: s m u d V s /10776.1414.104.0785.04

33222-?=??==

π

h m /39.63

=

1-17．附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m 3

，循环量为45 m 3

/h 。管路的内径相同，盐水从A 流经两个换热器至B 的压头损失为9m ，由B 流至A 的压头损失为12m ，问：

（1）若泵的效率为70％，则泵的轴功率为多少？

（2）若A 处压力表的读数为153kPa ，则B 处压力表的读数为

多少？

解: (1) 对于循环系统:

m h H f e 21129=+=∑= kW g V H P s e e 83.281.911003600

4521=???=?=ρ

kW P P e

04.47

.083

.2:

==

=

∴η

轴功率 (2) B A →列柏努力方程:

fAB B B B A A A h Z u g g p Z u g g p ∑+++=++2

22121ρρ 简化:

fAB B B A h Z g

p

g p ∑++=ρρ 题17 附图

)97(81.91100103153

+??+=??B p )(19656表a B p p -=∴

∴ B 处真空度为19656 Pa 。

1-23．计算10℃水以2.7×10－3m 3

/s 的流量流过φ57×3.5mm 、长20m 水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。（设管壁的粗糙度为0.5mm ）

解: s m d V u s /376.105.0785.0107.2785.02

3

2=??==

- 10℃水物性:

s p m kg a ??==-33

10305.1,

/7.999μρ

4

3

1027.510

305.1376.17.99905.0Re ?=???=

=

-μ

ρ

du

01.050

5

.0==

d ε

查得 038.0=λ

kg J u d l λW f /47.142

376.105.020038.022

2=??==∑∴ m g W h f f 475.1/=∑=∑ a f f P ρW P 7.14465=?∑=?

1-25．如附图所示，用泵将贮槽中20℃的水以40m 3

/h 的流量输送至高位槽。两槽的液

位恒定，且相差20m ，输送管内径为100mm ，管子总长为80m （包括所有局部阻力的当量

长度）。已知水的密度为998.2kg/m 3，粘度为1.005×10-3

Pa ·s ，试计算泵所需的有效功率。ε=0.2

解: s m d πq u V /415.11.0785.0360040

4

22=?=

=

200014054210005.1415

.12.9981.0Re 3

>=???==

-μρdu ε/d=0.2/100=0. 002

023.0=∴λ

在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程:

题23 附图

f e W u p

g Z W u p g Z ∑+++=+++

2

222211

12

121ρρ 简化: f e W g Z W ∑+=2

而: kg J u d l l λ

W e f /42.182

415.11.080023.022

2=??=∑+=∑ kg J We /6.21442.1881.920=+?=∴

kW W ρV We m We Ne s s 4.223802.9983600

40

62.214≈=??=??=?=

1-28．如附图所示，密度为800 kg/m 3

、粘度为1.5 mPa ·s 的液体，由敞口高位槽经φ

114×4mm 的钢管流入一密闭容器中，其压力为0.16MPa （表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s ，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度d ε＝0.002，试计算两槽液面的垂直距离z ?。

解: 在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程:

f W u p

g Z u p g Z ∑+++=++

2

222211

12

121ρρ

简化: f W p Zg ∑+=

?ρ

2

4

3

1048.810

5.15.180010

6.0Re ?=???==-μρ

du 由

002.0=d

ε

,查得026.0=λ

管路中: 进口 5.0=ξ

90℃弯头 75.0=ξ 2个 半开闸阀 5.4=ξ 出口 1=ξ

2

5.1)15.475.025.010

6.016030026.0(2)(2

2?++?+++?=∑+=∑∴u d l W f ξλ

kg J /87.60=

题26 附图

m g W p Z f 6.2681.9/)87.60800

1016.0(/)(6

2

=+?=∑+=?∴ρ 1-31粘度为30cP 、密度为900kg/m 3

的某油品自容器A 流过内径40mm 的管路进入容器B 。

两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门，阀前管长50m ，阀后管长20m （均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为8.83kPa 和4.42kPa 。现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m 。试求：管路中油品的流量。

解：阀关闭时流体静止，由静力学基

本方程可得：

1081.99001083.83

1=??=-=g p p z a A ρm

581

.99001042.43

21=??=-=g p p z a B ρm

当阀打开41开度时，在A~A ′与B~B ′截面间列柏努利方程： f B B B A A A W p u g z p u g z ∑+++=++

ρ

ρ222121 其中： 0==B A p p (表压)，0==B A u u

则有

2

)(2

u d l l W g z z e f B A ∑+=∑=-λ

（a ）

由于该油品的粘度较大，可设其流动为层流，则 u

d ρμ

λ64Re 64==

代入式（a ），有 ρ

μρμ2

2)(32264)(d u

l l u d l l u d g z z e e B A ∑+=∑+=-

736.0)

203050(10303281.9)510(90004.0)(32)(3

22=++????-??=∑+-=∴-e B A l l g z z d u μρm/s 校核： 20002.8831030736

.090004.0Re 3

<=???=

=-μ

ρu

d

假设成立。

油品的流量：

/h m 328.3/s m 10244.9736.004.0785.04

33422

=?=??==

-u d πq V 阻力对管内流动的影响：

阀门开度减小时：

（1）阀关小，阀门局部阻力增大，流速u ↓,即流量下降。 （2）在1~1与A~A 截面间列柏努利方程：

A f A A A W p u g z p u g z -∑+++=++

1212112121ρρ 简化得 A f A A W p u g z -∑++=

12121ρ

或 2

)

1(2

111u d l p g z A

++=λρ 显然，阀关小后u A ↓，p A ↑，即阀前压力增加。 （3）同理，在B~B ′与2~2′截面间列柏努利方程，可得：

阀关小后u B ↓，p B ↓，即阀后压力减小。 由此可得结论：

（1） 当阀门关小时，其局部阻力增大，将使管路中流量减小； （2） 下游阻力的增大使上游压力增加；

（3） 上游阻力的增大使下游压力下降。

可见，管路中任一处的变化，必将带来总体的变化，因此必须将管路系统当作整体考虑。 1-36．用离心泵将20℃水从水池送至敞口高位槽中，流程如附图所示，两槽液面差为12m 。输送管为φ57×3.5mm 的钢管，吸入管路总长为20m ，压出管路总长155ｍ（包括所有局部阻力的当量长度）。用孔板流量计测量水流量，孔径为20mm ，流量系数为0.61，U 形压差计的读数为６00mmHg 。摩擦系数可取为0.02。试求：

（1）水流量，m 3

/h ；

（2）每kg 水经过泵所获得的机械能。 （3）泵入口处真空表的读数。 解：（1）ρ

ρρRg A C V s )

(2000-=

2

.998)

2.99813600(81.96.0202.0785.061.02

-?????=

h

m

s

m 3

3

3

39.810

331.2=?=-

（2）以水池液面为11'-面，高位槽液面为22'-面，在22~11'-'-面间列柏努

利方程：

∑+++=+++f e W g Z u ρp W g Z u ρp 22

2212112

121 简化: ∑+

?=f

e W

Zg W

而 2

2

u d l l W e f ∑∑+=λ

其中：s m d V u s 19.105.0785.010331.2785.0232=??==- kg J W f 7.492

19.105.022002.02

=??

=∴∑ kg

J

W e 4.1677.4981.912=+?=∴

（3）以水池液面为11'-面，泵入口为33'-面，在33~11'-'-面间列柏努利方程：

题36 附图

12

kPa

p p kg

J W g Z u ρp p Kg

J u d l λW s

m u m Z u Z W g Z u ρp g Z u ρp f

f f 6.2081.9023.21/023.2166.581.95.12

19.12

1/66.5219.105.02002.021/19.1,5.1,0,021*******

3312

23311323312

11=?=-=+?+=++=-=??======+++=++∑∑∑

1-39．在一定转速下测定某离心泵的性能，吸入管与压出管的内径分别为70mm 和

50mm 。当流量为30 m 3

/h 时，泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为40kPa 和215kPa ，两测压口间的垂直距离为0.4m ，轴功率为3.45kW 。试计算泵的压头与效率。

解： s m d πq u V 166.207.0785.0360030

4

2

211=?=

=

s m u 246.405.0785.0360030

2

2=?=

在泵进出口处列柏努力方程，忽略能量损失；

22

2212112121Z u g

g p H Z u g g p e ++=+++ρρ Z u u g

g p p H e ?+-+-=

)(21212

212ρ 4.0)116.2246.4(81.92181

.91010)40215(2

23

3+-?+??+= =27.07m

kW g ρQH N e 213.207.2781.9103600

303=???==

%1.64%10045

.3213.2%100=?=?=∴N N ηe

第二章 非均相物系分离

1、试计算直径为30μm 的球形石英颗粒（其密度为2650kg/ m 3

），在20℃水中和20℃常压空气中的自由沉降速度。 解：已知d =30μm 、ρs =2650kg/m 3

（1）20℃水 μ=1.01×10-3

Pa ·s ρ=998kg/m 3

设沉降在滞流区，根据式（2-15）

m/s 1002.810

01.11881.9)9982650()1030(18)(43

262---?=???-??=-=μρρg d u s t 校核流型

)2~10(1038.210

01.19981002.810304

23

46-----∈?=?????==

μ

ρ

t t du Re 假设成立， u t =8.02×10-4

m/s 为所求

（2）20℃常压空气 μ=1.81×10-5

Pa ·s ρ=1.21kg/m 3

设沉降在滞流区

m/s 1018.710

81.11881.9)21.12650()1030(18)(2

5

262---?=???-??=-=μρρg d u s t 校核流型：

)2~10(144.010

81.121.11018.710304

5

26----∈=?????==

μ

ρ

t t du Re 假设成立，u t =7.18×10-2

m/s 为所求。

2、密度为2150kg/ m 3

的烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？

解：已知ρs =2150kg/m 3

查20℃空气 μ=1.81×10-5

Pa.s ρ=1.21kg/m 3

当2==

μ

ρ

t t du Re 时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理

218)(2

3==-μρ

μ

ρρρt s du g d 所以 μm 3.77m 1073.721

.181.9)21.12150()1081.1(36)(36532

532=?=??-??=-=--ρρρμg d s

3、直径为10μm 的石英颗粒随20℃的水作旋转运动，在旋转半径R ＝0.05m 处的切向速度为12m/s ，，求该处的离心沉降速度和离心分离因数。 解：已知d =10μm 、 R =0.05m 、 u i =12m/s 设沉降在滞流区，根据式（2-15）g 改为u i / R 即

cm/s 62.2m/s 0262.005.0121001.118)9982650(1018)(2

3

1022==???-?=?-=--R u d u i s r μρρ

校核流型

)2~10(259.010

01.19980262.0104

3

5---∈=???==

μ

ρ

r t du Re u r =0.0262m/s 为所求。

所以 29481

.905.0122

2=?==

Rg u K i c 6、有一过滤面积为0.093m 2

的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。过滤时间为50秒时，共得到2.27×10-3

m 3

的滤液；过滤时间为100秒时。共得到3.35×10-3

m 3

的滤液。试求当过滤时间为200秒时，可得到多少滤液？

解：已知A =0.093m 2

、t 1=50s 、V 1=2.27×10-3

m 3

、t 2=100s 、V 2=3.35×10-3

m 3

、t 3=200s

由于 33

111041.24093.01027.2--?=?==A V q 33

221002.36093

.01035.3--?=?==A V q 根据式（2-38a ）

2

22

2

112122Kt q q q Kt q q q e e =+=+

K

q K q e e 1001002.362)1002.36(501041.242)1041.24(3

23323=??+?=??+?----

联立解之：q e =4.14×10

-3

K =1.596×10-5

因此 5

332310596.12001014.42--??=??+q q

q 3=0.0525

所以 V 3=q 3A =0.0525×0.093=4.88×10-3

m

3

第三章 传热

1.有一加热器,为了减少热损失,在壁外面包一层绝热材料,厚度为300mm,导热系数为

0.16w/(m.k),已测得绝热层外侧温度为30℃,在插入绝热层50mm 处测得温度为75℃.试求加热器外壁面温度.

解：t21=75℃, t 3=30℃,λ=0.16w/(m.k)

℃3007554516

.005.030

7516.025.0751123

2121=+?=-=--=-=

t t λb t t λb t t q 2. 设计一燃烧炉时拟采用三层砖围成其炉墙，其中最内层为耐火砖，中间层为绝热砖，最外层为普通砖。耐火砖和普通砖的厚度分别为0.5m 和0.25m ，三种砖的导热系数分别为1.02 W/(m ·℃)、0.14 W/(m ·℃)和0.92 W/(m ·℃)，已知耐火砖内侧为1000℃，普通砖外壁温度为35℃。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖内侧温度不超过940℃，普通砖内侧不超过138℃。 解：11213

3221141λλλλb t t b b b t t q -=+

+-=

02.15.0100092.025.014.002.15.035

100022t b -=++-=

（a ） 将t 2=940℃代入上式，可解得b 2=0.997m 3

34333221141λλλλb t t b b b t t q -=+

+-=

92.025.03592.025.014.002.15.035

100032-=++-=

t b (b)

将t 3=138oC 解得b 2=0.250m

将b 2=0.250m 代入(a)式解得：t 2=814.4℃ 故选择绝热砖厚度为0.25m

3. 550?φmm 的不锈钢管，热导率λ1=16W/m ·K ；管外包厚30mm 的石棉，热导率为λ

2=0.25W/(m ·K)。若管内壁温度为350℃，保温层外壁温度为100℃，试计算每米管长的热损失及钢管外表面的温度；

解：这是通过两层圆筒壁的热传导问题，各层的半径如下

m 02.0mm 201==r 管内半径, m 025.0mm 252==r 管外半径

()m 055.003.0025.03

=+=+r

保温层厚度管外半径

每米管长的热损失：

39725

55ln 22.012025ln 161)100350(14.32ln

1ln 1)(223212131=+-??=+-=r r λr r λt t πl Q W/m

℃

3492555ln 22.011002025ln 161359ln 1ln 1ln 1ln 1)(222

212132121212

3

212131=-=-?-=-?

+-=t t t r r λt t r r λt t r r λr r λt t πl Q 6. 冷却水在φ25?2.5mm 、长度为2m 的钢管中以1m/s 的流速流动，其进出口温度分别

20℃和50℃，试求管内壁对水的对流传热系数。 解：空气的定性温度：352

50

20=+=

t ℃。在此温度查得水的物性数据如下： K

J/kg 174.4p ?=k c ，

K

W/m 1057.622??=-λ，

s Pa 1028.75??=-μ

3kg/m 994=ρ

1=u m/s

100002730710

8.72994

102.0Re 5>=???==

-μρdu 87.4Pr p ==

λ

μc

l/d=2/0.02=100

)

/(478888.135407195.087.42730702

.01057.62023.0Pr Re 023.024

.08.02

4.08.0℃?=??=????==-m W d λα 3-15载热体流量为1500kg/h ，试计算各过程中载热体放出或得到的热量。（1）100℃的饱和蒸汽冷凝成100℃的水；（2）110℃的苯胺降温至10℃；（3）比热容为3.77kJ/(kg ·K)的NaOH 溶液从370K 冷却到290K ；（4）常压下150℃的空气冷却至20℃；（5）压力为147.1kPa 的饱和蒸汽冷凝，并降温至℃。

.9.1035)612.42230(36001500

)]([)/(2.45.802

50

11150/2230,1111.147)5(7.54)20150(009.13600

1500

)()/(009.1852

150

20)

4(126)290370(77.33600

1500

)()/(77.3)2(3.91)283383(19.23600

1500

)()

/(19.23332

283

383)2(94122583600

1500

/2258,/36001500

)

1(212212121kW t t c r q Q kg kJ c t t kg kJ r t kPa p kW

t t c q Q kg kJ c t kW T T c q Q K kg kJ c NaOH kW

T T c q Q K kg kJ c K T kW

r q Q kg kJ r s kg q p m p m s p m p m p m p p m p m m m =?+=

-+=?==+=

=====-??=-=?==+=

=-??=-=?==-??=-=?==+==?====

℃℃℃

℃℃℃ 3-17在一套管式换热器中，用冷却水将1.25kg/s 的苯由350K 冷却至300K ，冷却水进出口温度分别为290K 和320K 。试求冷却水消耗量。

kg/s

91.030174.43

.114)()/(174.43052320

2903.114)300350(83.125.1)()/(83.13252

300

35021221111=?=-=?==+=

=-??=-=?==+=

t t c Q q kg kJ c t kW T T c q Q K kg kJ c K T p m p m p m p m ℃℃解：

3-18 在一列管式换热器中，将某液体自15℃加热至40℃，热载体从120℃降至60℃.试计算换热器中逆流和并流时冷热流体的平均温度差。 解：逆流

℃℃℃并流℃℃℃解：逆流：3.51658.185

20

105ln 20105ln 204060,105151208.605753.035

4580ln 4580ln 451560,8040120212121212121==-=???-?=

?=-=?=-=?==-=???-?=

?=-=?=-=?t t t t t t t t t t t t t t m m

3-20在一内管为φ25?2.5mm 的套管式换热器中，管程中热水流量为3000kg/h ，进出口温度

分别为90℃和60℃；壳程中冷却水的进出口温度分别为20℃和50℃，以外表面为基准的

总传热系数为2000W/(m 2

·℃),试求：（1）冷却水的用量；（2）逆流流动时平均温度差及管子的长度；（3）并流流动时平均温度差及管子的长度。

m d πs

l m t K Q

S t t t t t t t m d πs

l dl πs m t K Q

S t KS Q t t t q q kg

kJ c kg kJ c t t c q T T c q Q m m m m m m m p p p m p m 01.31018014.3703.1703.176.3020003600301019.4300076.3095.160

1070ln 1070ln

105060,702090315.21018014.3309.1309.14020003600301019.4300040402060,405090kg/h

3011)

2050(174.4)6090(19.43000/174.4,/19.4)()(3

232

1

21213

2321222121222111=??=

=

=?????=?=

==-=

???-?=

?=-=?=-=?=??=

=?==?????=?=

??==?=-=?=-=?=-??=-??==-=-=--℃℃℃并流℃

℃℃逆流：解：

吸收

2．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体，经充分接触后，测得水中的CO 2平衡浓度为2.875×10－2

kmol/m 3

，鼓泡器内总压为101.3kPa ，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m 3

。试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。 解：

查得30℃，水的kPa 2.4=s p kPa 1.972.43.101*=-=-=s A

p p p

稀溶液：3kmol/m 56.5518

1000

==

≈

S

M c ρ

42

1017.556

.5510875.2--?=?==c c x A

kPa 10876.110

17.51.975

4

*?=?==-x p E A )m kmol/(kPa 1096.21.9710875.2342

*??=?==--A

A p c H

18523

.10110876.15

=?==p E m 5．用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨6％（体积），吸收后气体出口中含氨0.4％（体积），溶液出口浓度为0.012（摩尔比），操作条件下相平衡关系为

X Y 52.2*=。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。

解：

064.006

.0106.01111=-=-=

y y Y 03024.0012.052.252.21*1=?==X Y 00402.0004

.01004

.01222=-=-=

y y Y 0052.252.22*2=?==X Y

塔顶： 00402.000402.0*

222==-=?Y Y Y 塔底： 034.003024.0064.0*

111=-=-=?Y Y Y

7.在温度为20℃、总压为101.3kPa 的条件下，SO 2与空气混合气缓慢地沿着某碱溶液的液面流过，空气不溶于某碱溶液。SO 2透过1mm 厚的静止空气层扩散到某碱溶液中，混合气体中SO 2的摩尔分率为0.2，SO 2到达某碱溶液液面上立即被吸收，故相界面上SO 2的浓度可忽略不计。已知温度20℃时，SO 2在空气中的扩散系数为0.18cm 2

/s 。试求SO 2的传质速率为多少？

解 : SO 2通过静止空气层扩散到某碱溶液液面属单向扩散，可用式

)(A2A1Bm

A p p RTzp Dp

N -=

。

已知：SO 2在空气中的扩散系数D =0.18cm 2

/s=1.8×10-5

m 2

/s

扩散距离z =1mm=0.001m ，气相总压p =101.3kPa

气相主体中溶质SO 2的分压p A1=py A1=101.3×0.2=20.27kPa 气液界面上SO 2的分压p A2=0

所以，气相主体中空气（惰性组分）的分压p B1=p －p A1=101.3－20.27=81.06kPa

气液界面上的空气（惰性组分）的分压p B2=p －p A2=101.3－0=101.3kPa 空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为：

B1

B2

B1B2Bm ln

p p p p p -=

=

kPa 8.9006.813.101ln 06

.813.101=- 代入式)(A2A1Bm

A p p RTzp Dp

N -=

，得

)(A2A1Bm

A p p RTzp Dp

N -=

=

)027.20(8

.903

.101001.0293314.8108.15-?????- =1.67×10-4

kmol/(m 2

·s)

10． 用20℃的清水逆流吸收氨－空气混合气中的氨，已知混合气体温度为20℃，总压为101.3 kPa ，其中氨的分压为1.0133 kPa ，要求混合气体处理量为773m 3

/h ，水吸收混合气中氨的吸收率为99％。在操作条件下物系的平衡关系为X Y 757.0*

=，若吸收剂用量为最小用的2倍，试求（1）塔内每小时所需清水的量为多少kg ？（2）塔底液相浓度（用摩尔分数表示）。 解：

（1） 01.00133

.13.1010133

.11=-==

B A p p Y 412101)99.01(01.0)1(-?=-=-=ηY Y

kmol/h 8.31)01.01(4

.22293273

773=-??=

V

kmol/h 8.230757

.001.0)

0001.001.0(8.312

*121min =--=--=X X Y Y V

L

实际吸收剂用量L =2L min =2×23.8=47.6kmol/h ＝856.8 kg/h （2） X 1 = X 2+V （Y 1-Y 2）/L =0+0066.06

.47)

0001.001.0(8.31=-

11．在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收混合气体中的有害组分A ，已知进塔混合气体中组分A 的浓度为0.04（摩尔分数，下同），出塔尾气中A 的浓度为0.005，出塔水溶液中组分A 的浓度为0.012，操作条件下气液平衡关系为X Y 5.2*

=。试求操作液气比是最小液气比的倍数？ 解：

0417.004

.0104

.01111=-=-=

y y Y 005.0005.01005

.01222=-=-=

y y Y

0121.0012

.01012

.01111=-=-=

x x X 2.2

)0417.0005.01(5.2)1(121212

*

121min =-=-=-=--=??? ??Y Y m m

Y Y Y X X Y Y V L

03.30

0121.0005.00417.02121=--=--=X X Y Y V L 38.12

.203

.3/min ==??? ??V L V L 12．用SO 2含量为1.1×10-3

(摩尔分数)的水溶液吸收含SO 2为0.09（摩尔分数）的混合气中的SO 2。已知进塔吸收剂流量为 37800kg/h ，混合气流量为100kmol/h ，要求SO 2的吸收率为80%。在吸收操作条件下，系统的平衡关系为X Y 8.17*

=，求气相总传质单元数。 解： 吸收剂流量kmol/h 210018

37800

==

L 099.009

.0109

.01111=-=-=

y y Y 0198.0)8.01(099.0)1(12=-=-=ηY Y

惰性气体流量km ol/h 91)09.01(100)1(1001=-=-=y V

3321211053.4)0198.0099.0(2100

91101.1)(--?=-+?=-+

=Y Y L V X X

0184.01053.48.17099.03*111=??-=-=?-Y Y Y 43*222102.2101.18.170198.0--?=??-=-=?Y Y Y

344

2

1

21101.4102.20184

.0ln 102.20184.0ln ---?=??-=???-?=?Y Y Y Y Y m

3.19101.40198

.0099.03

21=?-=?-=

-m OG Y Y Y N 13．空气中含丙酮2%（体积分数）的混合气以0.024kmol /(m 2

·s)的流速进入一填料塔，今用流速为0.065 kmol /(m 2

·s)的清水逆流吸收混合气中丙酮，要求的丙酮的吸收率为98.8％。已知操作压力为100 kPa, 在操作条件下亨利系数为 1.77 kPa,气相总体积吸收系数为

s)km ol/(m 0231.03?=a K Y 。试用吸收因数法求填料呈高度？

解：已知 02.002

.0102

.01111=-=-=

y y Y 00024.0)988.01(02.0)1(12=-?=-=ηY Y

77.1100177===

kPa

kPa p E m 653.0065

.0024

.077.1=?==

L mV S ??

????+---=

S S S N OG η11

)1(ln 11 76.9653.0988.011)653.01(ln 653.011=???

???+---=

OG N

m a K V H Y 039.10231

.0024

.0OG ==Ω=

m 14.10039.176.9OG OG =?=?=H N Z

6-3试计算压力为101.3KPa 时，苯-甲苯混合液在96℃时的气液平衡组成，已知96℃，P A *

=160.52KPa, P B *

=65.66KPa 。

P= P A *

x A + P B *

x B

101.3KPa=160.52 x A +65.66(1- x A )