化工原理课后习题解答杨祖荣主编.doc

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/ m3），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/m3
（1）20℃水 μ=1.01×10-3Pa·s ρ=998kg/m3
设沉降在滞流区，根据式（2-15）

校核流型

假设成立， ut=8.02×10-4m/s为所求
（2）20℃常压空气 μ=1.81×10-5Pa·s ρ=1.21kg/m3
设沉降在滞流区

校核流型：

假设成立，ut=7.18×10-2m/s为所求。

2、密度为2150kg/ m3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/m3
查20℃空气 μ=1.81×10-5Pa.s ρ=1.21kg/m3
当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
所以

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 、 ui=12m/s
设沉降在滞流区，根据式（2-15）g改为ui/ R 即

校核流型

ur=0.0262m/s为所求。
所以

4、某工厂用一降尘室处理含尘气体，假设尘粒作滞流沉降。下列情况下，降尘室的最大生产能力如何变化？
（1） 要完全分离的最小粒径由60μm降至30μm；
（2） 空气温度由10℃升至200℃；
（3） 增加水平隔板数目，使沉降面积由10m2增至30 m2。
解： 根据 及VS=blutc
（1）
（2）查10℃空气 μ=1.76×10-5Pa·s
200℃空气 μ‘=2.60×10-5Pa·s

（3）

5、已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/ m3。气体流量为1000 m3/h、黏度为3.6×10－5Pa.s、密度为0.674kg/ m3，若用如图2-6所示的标准旋风分离器进行除尘，分离器圆筒直径为400mm，试估算其临界粒径及气体压强降。
解：已知ρs=2300kg/m3 、Vh=1000m3/h 、μ=3.6×10-5Pa.s 、 ρ=0.674 kg/m3、
D=400mm=0.4m，
根据标准旋风分离器 h=D/2 、B=D/4
故该分离器进口截面积 A=hB=D2/8
所以
根据式（2-26） 取标准旋风分离器N=5 则

根据式（2-30） 取ξ=8.0

6、有一过滤面积为0.093m2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 m3的滤液；过滤时间为100秒时。共得到3.35×10-3 m3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=0.093m2 、t1=50s 、V1=2.27×10-3m3 、t2=100s 、V2=3.35×10-3m3 、t3=200s
由于

根据式（2-38a）

联立解之：qe=4.14×10-3 K=1.596×10-5
因此
q3=0.0525
所以 V3=q3A=0.0525×0.093=4.88×10-3m3

7、某生产过程每年须生产滤液3800 m3，年工作时间5000h，采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为2.5h，其中过滤时间为1.5h，将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为K=4×10-6m2/s； qe=2.5×10-2m3/m2。滤饼不洗涤，试求：
（1） 所需过滤面积，
（2） 今有过滤面积8m2的过滤机，需要几台？
解：已知生产能力为3800m3滤液/年，年工作日5000h， T=2.5h ，t=1.5h ，
K=4×10-6m2/s ，qe=2.5×10-2m3/m2 ，
（1） 因为 Q=3800/5000=0.76m3滤液/h
由式（2-42）

所以 V=2.5×0.76=1.9 m3
由式（2-38a）

解之 A=14.7 m2≈15 m2
(2) 因为过滤机为8 m2/台， 所以需2台过滤机。

8、BMS50/810-25型板框压滤机，滤框尺寸为810×810×25mm，共36个框，现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数为K=2.72×10-5 m2/s；qe=3.45×10-3m3/m2。每滤出1 m3滤液的同时，生成0.148 m3的滤渣。求滤框充满滤渣所需时间。若洗涤时间为过滤时间的2倍，辅助时间15min，其生产能力为多少？
解：滤框总容积V0=0.812×0.025×36=0.590 m3
过滤面积 A=0.812×2×36=47.2 m2

生产总周期为T=283+2×283+15×60=1749s
由 得一个周期滤液量为
所以生产能力为

9、有一直径为1.75m，长0.9m的转筒真空过滤机过滤水悬浮液。操作条件下浸没度为126o，转速为1r/min，滤布阻力可以忽略，过滤常数K为5.15×10-6m2/s，求其生产能力。
解：因为过滤面积 A=πDL=3.14×1.75×0.9=4.95m2
浸没度ψ=126°/360°=0.35
由式（2-45a）

10、某转筒真空过滤机每分钟转2转，每小时可得滤液4 m3。若过滤介质阻力可以忽略，每小时获得6 m3滤液时转鼓转速应为多少？此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的多少倍？操作中所用的真空度维持不变。

解：已知 Q1=4m3/h ，n1=2r/min ，Q2=6m3/h ，Ve=0
由式（2-45a）两边平方，得
①
②
②/①
所以
由式（2-35）得
而v1=v2 又A不变，以1小时为计算基准， 则Q1=V1 Q2=V2
故
第三章 传热
1. 红砖平壁墙，厚度为500mm，内侧温度为200℃，外侧温度为30℃，设红砖的平均导热系数为0.57 W/(m·℃)。试求：（1）单位时间、单位面积导出的热量；（2）距离内侧350mm处的温度。
解：（1）W/m2
(2) 解得：t’=81℃
2. 在外径100mm的蒸汽管道外包一层导热系数为0.08 W/(m·℃)的绝热材料。已知蒸汽管外壁150℃，要求绝热层外壁温度在50℃以下，且每米管长的热损失不应超过150W/m，试求绝热层厚度。
解：
解得：r2=69.9mm；
壁厚：r2-r1=19.9mm
3. 某燃烧炉炉墙由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m·℃)，0.16 W/(m·℃)和0.92 W/(m·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。
解：
4. 燃烧炉炉墙的内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝热砖。若炉墙的内表面温度t1为1400℃，外表面温度t3为100℃。试求导热的热通量及两种砖之间的界面温度。设两种砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为λ1＝0.9+0.0007t，绝热砖的导热系数为λ2＝0.3+0.0003t。两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为℃，λ单位为W／(m·℃)。
解： （a）

℃，℃；mm，mm
将以上数据代入(a)式解得：℃；（Ｗ／m2）
5. 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： （a）
将t2=940℃代入上式，可解得b2=0.997m
(b)
将t3=138ºC 解得b2=0.250m
将b2=0.250m代入(a)式解得：t2=814.4℃
故选择绝热砖厚度为0.25m
6. mm的不锈钢管，其材料热导率为21W/m·K；管外包厚40mm的石棉，其材料热导率为0.25W/(m·K)。若管内壁温度为330℃，保温层外壁温度为105℃，试计算每米管长的热损失；
解：这是通过两层圆筒壁的热传导问题，各层的半径如下
,

每米管长的热损失：W/m
7. 蒸汽管道外包有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的对数平均直径为内层的2倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将变为原来的多少倍？说明在本题情况下，哪一种材料放在内层较为适合?解：

因为，所以
位置互换前，，，则每米管长的热损失

位置互换后，，，每米管长热损失q′

故位置互换前，即导热系数小的材料放在内层时，会取得较好的保温效果。
8 常压下温度为20℃的空气以60m3/h的流量流过直径为f57´3.5mm、长度为3m的换热管内，被加热升温至80℃，试求管内壁对空气的对流传热系数。
解：空气的定性温度：℃。在此温度查得空气的物性数据如下：
，，
m/s

l/d=3/0.05=60
W/m2×K
9. 96%的硫酸在套管换热器中从90℃冷却至30℃。硫酸在直径为f25×2.5mm、长度为3m的内管中流过，流率为800kg／h。已知在管内壁平均温度下流体的粘度为9.3cP。试求硫酸对管壁的传热膜系数。已知硫酸在定性温度下的物性如下：，
解： ｍ/s
　　　　　（层流）

由于管子很细，液体黏度较大，故可忽略自然对流的影响，a可用下式计算：

W/m2×K
10. 98％的硫酸以0.6m/s的流速在套管换热器的环隙间流动。 硫酸的平均温度为70℃，换热器内管直径为φ25×2.5mm，外管直径是φ51×3mm。试求：硫酸的对流传热系数。已知定性温度下硫酸的物性为： ， ；壁温60℃下硫酸黏度cP
解：以d1及d2分别代表内管外径和外管内径，则当量直径de为
m
（过渡区）

湍流时的对流传热系数：
W/m2×K
校正系数：
过渡区时对流传热膜系数： W/m2×K
11 水在一定流量下流过某套管换热器的内管，温度可从20℃升至80℃，此时测得其对流传热系数为1000W/(m2×K)。试求同样体积流量的苯通过换热器内管时的对流传热系数为多少？已知两种情况下流动皆为湍流，苯进、出口的平均温度为60℃。
解： 由查得水物性：，，，。查得时，苯的物性：，，，

12 150℃的饱和水蒸汽在一根外径为100mm、长0.75m的管外冷凝，已知管外壁温度为110℃。分别求该管垂直和水平放置时的蒸汽冷凝传热系数。
解：（1）假定冷凝液为层流流动，则

膜温为（150+110）/2=130℃，此温度下水的物性为：r=934.8kg/m3；m=0.218mPa×s；l=0.686W/(m×K)
150℃时水的相变焓为：r=2119kJ/kg。所以

校核冷凝液膜的流动是否为层流。冷凝液膜流动雷诺数计算如下：

将相关数据代入上式可得：
层流假定成立，以上计算有效。
（2）当管水平放置时，直接用如下公式计算蒸汽冷凝传热系数：

W/m2×K
13. 竖直放置的蒸汽管，管外径为l00mm，管长3.5m。若管外壁温度110℃，周围空气温度为30℃，试计算单位时间内散失于周围空气中的热量。
解：定性温度℃下，空气的物理性质为：
cP＝1.009kJ/（kg·℃），λ＝0.0297Ｗ/（ｍ·℃），μ＝2.06×10-5Pa×s，ρ＝1.029kg/ｍ3
体积膨胀系数
格拉斯霍夫准数
普朗特准数
则
W/m2·℃
Q=aAΔt=6.36×π×0.1×3.5×（110-30）= 559.2W
14 在一套管式换热中用的冷却水将流量为1.25kg/s的苯由80℃冷却至40℃。冷却水进口温度为25℃，其出口温度选定为35℃。试求冷却水的用量。
解：苯的平均温度为60℃，查得该温度下其比热为：1.860kJ/kg·℃
水的平均温度为30℃，查得该温度下其比热为：4.174kJ/kg·℃
热平衡方程：
冷却水用量：kg/s=8021kg/h
15 流量为10000m3/h（标准状况）的空气在换热器中被饱和水蒸汽从20℃加热至60℃，所用水蒸汽的压强为400kPa（绝压）。若设备热损失为该换热器热负荷的6%，试求该换热器的热负荷及加热蒸汽用量。
解：查得空气在平均温度40℃下的比热容为：cp2=1.005kJ/kg·℃。400kP下水的相变焓为2138kJ/kg。
空气的质量流量：kg/h
热负荷：kW
考虑热损失的热平衡方程：
加热蒸汽用量：
16 在一套管换热器中用饱和水蒸汽加热某溶液。水蒸汽通入环隙，其对流传热系数为10000 W/m2×℃；溶液在f25´2.5mm的管内流动，其对流传热系数为800 W/m2×℃。换热管内污垢热阻为1.2´10-3 m2×℃/W，管外污垢热阻和管壁忽略不计。试求该换热器以换热管的外表面为基准的总热系数及各部分热阻在总热阻中所占的百分数。
解： m2×℃/W
K=316.2 W/m2×℃
蒸汽侧热阻/总热阻=
溶液侧污垢热阻/总热阻=
管内污垢热阻/总热阻=
17. 以三种不同的水流速度对某台列管式换热器进行试验。第一次试验在新购进时进行；第二次试验在使用了一段时间之后进行。试验时水在管内流动，且为湍流，管外为饱和水蒸气冷凝。管子直径为f25×2.5mm的钢管，其材料导热系数为45 W/（m×℃）。两次试验结果如下
实验次数
第一次
第二次
水流速度(m/s)
1.0
1.5
1.0
总传热系数(W/m2×K)
2115
2660
1770
试计算：
（1）第一次试验中蒸汽冷凝传热系数；
（2）第二次实验时水侧的污垢热阻（蒸汽侧污垢热阻忽略不计）。
解：第一次试验时没有污垢生成，则可用下面方法求得蒸汽冷凝的传热系数a1（以下标1.0、1.5及3分别代表三种不同流速下的情况）。
（a）
（b）
在两次试验中管壁热阻及a1相同，上二式相减得：
解得： m2×℃/W (c)
因为水在管内是湍流，所以与 存在如下关系
(d)
式(c)与(d)联立求解可得：W/（m2×℃），W/（m2×℃）
由式(a)： m2×℃/W
W/（m2×℃）
（2）在同一水流速度1.0m/s下，两次试验中总传热系数不同是由于在管壁表面上产生污垢。第二次实验时：
水侧污垢热阻： m2×℃/W
18 在一石油热裂装置中，所得热裂物的温度为300℃。今拟设计一列管式换热器，用来将热石油由25℃预热到180℃，要求热裂物的终温低于200℃，试分别计算热裂物与石油在换热器中采用逆流与并流时的平均温差。
解：在逆流时：℃
在并流时：℃
19 拟在列管式换热器中用初温为20℃的水将流量为1.25kg／s的溶液（比热容为1.9kJ／kg×℃、密度为850kg／m3）由80℃冷却到30℃。换热直径为f25×2.5mm。水走管程、溶液走壳程，两流体逆流流动。水侧和溶液侧的对流传热系数分别为0.85kW／(m2×℃)和1.70kW／(m2×℃)，污垢热阻和管壁热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50℃，试求换热器的传热面积。
解：热负荷： W
平均传热温差：℃
总传热系数： m2·℃/W
解得：K=485.44W/(m2·℃)
由总传热速率方程可得：m2
20 在列管式换热器中用水冷却油，并流操作。水的进、出口温度分别为15℃和40℃，油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，原换热器的管长为lm，试求在换热管根数不变的条件下其长度增至多少才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。
解：原工况：

℃
新工况：热容流率比与原工况相同，即
，可得℃
℃
热负荷之比：
换热管长之比：（总传热系数相同）
即换热管长需增至1.86m
21 一列管冷凝器，换热管规格为25×2.5mm，其有效长度为3.0m。水以0.65m/s的流速在管内流过，其温度由20℃升至40℃。流量为4600kg/h、温度为75℃的饱和有机蒸汽在壳程冷凝为同温度的液体后排出，冷凝潜热为310kJ/kg。已知蒸汽冷凝传热系数为820 W/ m2×℃，水侧污垢热阻为0.0007m2×K/W。蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻忽略不计。试核算该换热器中换热管的总根数及管程数。
解：定性温度下水的物性如下：
cp2=4.17kJ/kg×K，r2=995.7kg/m3，l2=0.618W/m×K，m2=0.801×10-3Pa×s
冷凝放热量
则冷却水用量
每程的管数可由水的总流量和每管中水的流速求出：
，取为ni=24根
每管程的传热面积为：

W/ m2×℃
；
W/ m2×℃
℃ m2
管程数 取管程数N=4 总管数：n=N ni=96根
22 在某四管程的列管式换热器中，采用120℃的饱和水蒸汽加热初温为20℃的某种溶液。溶液走管程，流量为70000kg/h，在定性温度下其物性为：粘度3.0×10-3Pa·s，比热1.8kJ/kg·K，导热系数0.16W/m·K。溶液侧污垢热阻估计为6×10-4 m2·℃/ W，蒸汽冷传热系数为10000 W/m2·℃，管壁热阻忽略不计。换热器的有关数据为：换热管直径，管数120，换热管长6米。试求溶液的出口温度。
解：四管程，每一程的流通截面积：
溶液在管内流动的雷诺数：
普朗特准数：
管程对流传热系数：W/m2×K
总传热系数 m2·℃/ W
W/m2×K
总传热面积：
饱和蒸汽加热，由式（3-22）：
即 解得：℃
23 有一逆流操作的列管换热器，壳程热流体为空气，其对流传热系数W/(m2×K)；冷却水走管内，其对流传热系数W/(m2×K)。已测得冷、热流体的进、出口温度为：℃、℃、℃、℃。两种流体的对流传热系数均与各自流速的0.8次方成正比。忽略管壁及污垢热阻。其它条件不变，当空气流量增加一倍时，求水和空气的出口温度和，并求现传热速率Q’比原传热速率Q增加的倍数。
解：在原工况中
W/ (m2×℃)
当空气流量加倍时，由上面的结果可知：
其中
W/ (m2×℃)。
于是 ，
原工况中
所以
新工况下的热量衡算：

以上两线性方程联立求解可得：℃；℃

24 两平行的大平板相距8mm，其中一平板的黑度为0.2，温度为420K；另一平板的黑度为0.07，温度为300K，试计算两板之间的辐射传热热通量。
解：这属于表3-9中所列的第一种情况，故：，而

W/m2
25 试计算一外径为48mm，长为12m的氧化钢管，其外壁温度为300℃时的辐射热损失。若将此管放置于：
（1）空间很大的的厂房内，其刷有石灰粉的墙壁温度为27℃，石灰粉刷壁的黑度为0.91；
（2）截面为200´200mm的红砖砌成的通道中，通道壁面的温度为27℃。
解：查得氧化钢管的黑度为0.8，红砖的黑度为0.93。以下计算中，变量下标1指氧化钢管，下标2指石灰粉刷壁或红砖。
（1）这属于很大的物体2包括物体1，故： A=A1；总辐射系数；
=8158.8W
（2）此尺寸红砖墙包围钢管，前者的面积既不很大，它也不是恰好包住，这属于表3-9中所列的第5种情况。故：A=A1；；而

=8066.7W

第四章 蒸发

1、用一单效蒸发器将2500kg/h的NaOH水溶液由10%浓缩到25%（均为质量百分数），已知加热蒸气压力为450kPa，蒸发室内压力为101.3kPa,溶液的沸点为115℃，比热容为3.9kJ/(kg·℃)，热损失为20kW。试计算以下两种情况下所需加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。（１）进料温度为25℃；（2）沸点进料。
解：
（1） 求水蒸发量W
应用式（4-1）

（2）求加热蒸汽消耗量
应用式（4-4）

由书附录查得450kPa和115℃下饱和蒸汽的汽化潜热为2747.8和2701.3kJ/kg
则进料温度为25℃时的蒸汽消耗量为：

单位蒸汽消耗量由式（4-5a）计算，则

原料液温度为115℃时

单位蒸汽消耗量

由以上计算结果可知，原料液的温度愈高，蒸发1 kg水所消耗的加热蒸汽量愈少。

2、试计算30%（质量百分数，的NaOH水溶液在60 kPa（绝）压力下的沸点。

解：

T‘查 蒸汽在600kPa下的饱和温度为85.6℃，汽化潜热为2652kJ/kg
由式（4-9） 可求
其中 f由式（4-10）求得，即

查附录 为160℃
则 =160-100=60℃
℃
即 ℃

3、在一常压单效蒸发器中浓缩CaCl2水溶液，已知完成液浓度为35.7％（质分数），密度为1300kg/m3，若液面平均深度为1.8m，加热室用0.2MPa（表压）饱和蒸汽加热，求传热的有效温差。
解：
确定溶液的沸点t1
(1)计算
查附录 p=101.3kPa, T‘=100℃,r’=2677.2 kJ/kg
查附录 常压下35%的CaCl2水溶液的沸点近似为℃
℃
(2)计算

查附录 当pav=1.128´103kPa时,对应的饱和蒸汽温度 Tpav=102.7℃
℃
(3)取℃
(4)溶液的沸点
℃
则传热的有效温度差为：
0.4MkPa（表压）饱和蒸汽的饱和蒸汽温度 T=133.4℃
℃

４、用一双效并流蒸发器将10%（质量％，下同）的NaOH水溶液浓缩到45%，已知原料液量为5000kg/h，沸点进料，原料液的比热容为3.76kJ/kg。加热蒸汽用蒸气压力为500 kPa（绝），冷凝器压力为51.3kPa，各效传热面积相等，已知一、二效传热系数分别为K1=2000 W/(m2·K)，K２=1200 W/(m2·K)，若不考虑各种温度差损失和热量损失，且无额外蒸汽引出，试求每效的传热面积。
解：
（1）总蒸发量由式（4-24）求得

（2）设各效蒸发量的初值，当两效并流操作时

又

再由式（4-25）求得

（3）假定各效压力，求各效溶液沸点。按各效等压降原则，即
各效的压差为：
kPa
故 p1=500-224.4=275.6 kPa
p3=51.3kPa
查第一效p1=275.6 kPa下饱和水蒸气的饱和蒸汽温度 T1=130.2℃，其r1=2724.2 kJ/kg
查第二效p2=51.3 kPa下饱和水蒸气的饱和蒸汽温度 T2=81.8℃，其r2=2645.3 kJ/kg
查加热蒸汽p=500kPa下, 饱和温度T=151.7℃,r=2752.8 kJ/kg
（4）求各效的传热面积，由式（4-33）得
因不考虑各种温度差损失和热损失，且无额外蒸汽引出，故加热蒸汽消耗

m2
m2
(5) 校核第1次计算结果，由于A1≠A2 ，重新计算。
1）A1=A2=A
调整后的各效推动力为：

将上式与式（4—34）比较可得
=69.5
且
经处理可得：
m2
则 ℃，℃
2）重新调整压降
，则 ℃
其对应的饱和压力=244.3kPa时,其

第五章 吸收

气液平衡
1．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO2气体，经充分接触后，测得水中的CO2平衡浓度为2.875×10－2kmol/m3，鼓泡器内总压为101.3kPa，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m3。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

稀溶液：

2．在压力为101.3kPa的吸收器内用水吸收混合气中的氨，设混合气中氨的浓度为0.02（摩尔分数），试求所得氨水的最大摩尔浓度。已知操作温度20℃下的相平衡关系为。
解：混合气中氨的分压为

与混合气体中氨相平衡的液相浓度为

3．在压力为101.3kPa，温度30℃下，含CO220％（体积分数）空气-CO2混合气与水充分接触，试求液相中CO2的摩尔浓度。
解：
查得30℃下CO2在水中的亨利系数E为1.88×105kPa
CO2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液

4．含CO230％（体积分数）空气－CO2混合气，在压力为505kPa，温度25℃下，通入盛有1m3水的2 m3密闭贮槽，当混合气通入量为1 m3时停止进气。经长时间后，将全部水溶液移至膨胀床中，并减压至20kPa，使CO2 大部分放出，求能最多获得CO2多少kg？
设操作温度为25℃，CO2 在水中的平衡关系服从亨利定律，亨利系数E为1.66×105kPa。
解：

（1）
气相失去的CO2物质的量＝液相获得的CO2物质的量

（2）
（1）与（2）解得：
减压后：

稀溶液：

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。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。
解：

塔顶：
塔底：
6．在操作条件25℃、压力101.3kPa下，用CO2含量为0.0001（摩尔分数）的水溶液与含CO210％（体积分数）的CO2－空气混合气在一容器充分接触，试:
（1）判断CO2的传质方向, 且用气相摩尔分数表示过程的推动力；
（2））若压力增加到506.5kPa，CO2的传质方向如何，并用液相分数表示过程的推动力。
解：
（1）查得25℃、101.3kPa下CO2－水系统的E＝166MPa

所以CO2的传质方向由液相向气相传递，解吸过程。
解吸过程的推动力为
（2）压力增加到506.5kPa时，

所以CO2的传质方向由气相向液相传递，吸收过程。
吸收过程的推动力为
由上述计算结果可以看出：当压力不太高时，提高操作压力，由于相平衡常数显著地提高，导致溶质在液相中的溶解度增加，故有利于吸收。
扩散与单相传质
7．某容器内装有2mm四氯化碳，在20℃的恒定温度下逐渐蒸发，通过近似不变的2mm静止空气层扩散到大气中，设静止的空气层以外的四氯化碳蒸气压为零，已知20℃、大气压为101.3kPa下，四氯化碳通过空气层的扩散系数为1.0×10－5m2/s。求容器内四氯化碳蒸干所需时间为多少小时？
解：
查得20℃下四氯化碳饱和蒸气压为32.1kPa；密度为1540 kg/m3；
四氯化碳分子量MA＝154kg/kmol；
气相主体中空气（惰性组分）的分压

气液界面上的空气（惰性组分）的分压

四氯化碳的气化速率为

扩散速率为

定态传质时，四氯化碳的气化速率等于其在空气中的扩散速率，即
＝

8．在填料吸收塔内用水吸收混合于空气中的甲醇，已知某截面上的气、液两相组成为pA=5kPa，cA=2kmol/m3，设在一定的操作温度、压力下，甲醇在水中的溶解度系数H为0.5 kmol/(m3·kPa)，液相传质分系数为kL＝2×10－5m/s，气相传质分系数为kG＝1.55×10－5kmol/(m2·s ·kPa)。试求以分压表示的吸收总推动力、总阻力、总传质速率及液相阻力的分配。
解：
以分压表示吸收总推动力

总阻力

总传质速率

液相阻力的分配

由计算结果可以看出此吸收过程为液相传质阻力控制过程。
9．对习题8的过程，若吸收温度降低，甲醇在水中的溶解度系数H变为5.8 kmol/(m3·kPa)，设气、液相传质分系数与两相浓度近似不变，试求液相阻力分配为多少？并分析其结果。
吸收温度降低时总传质阻力

液相阻力的分配

由液相阻力占吸收过程总阻力的11.76%，可知此吸收过程为气相传质阻力控制过程。
吸收过程设计型计算
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773m3/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，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）

实际吸收剂用量L=2Lmin=2×23.8=47.6kmol/h
＝856.8 kg/h
（2） X1 = X2+V（Y1-Y2）/L=0+
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。试求操作液气比是最小液气比的倍数？
解：

12．用SO2含量为1.1×10-3(摩尔分数)的水溶液吸收含SO2为0.09（摩尔分数）的混合气中的SO2。已知进塔吸收剂流量为 37800kg/h，混合气流量为100kmol/h，要求SO2的吸收率为80%。在吸收操作条件下，系统的平衡关系为，求气相总传质单元数。
解： 吸收剂流量

惰性气体流量

13．用清水逆流吸收混合气体中的CO2，已知混合气体的流量为300标准m3/h，进塔气体中CO2含量为0.06（摩尔分数），操作液气比为最小液气比的1.6倍，气相总传质单元高度为0.8m。操作条件下物系的平衡关系为Y＊＝1200X。要求CO2吸收率为95％，试求：
（1）吸收液组成及吸收剂流量；
（2）写出操作线方程；
（3）填料层高度。
解：（1）由已知可知惰性气体流量
X2=0，
最小液气比
操作液气比
吸收剂流量L＝＝1824×12.59＝22963kmol/h

吸收液组成
(2) 操作线方程
整理得 Y=1824X + 3.26×10-3
(3) 脱吸因数

14．在逆流的填料塔中，用清水吸收空气－氨混合气中的氨，气相质量流速为 0.65kg/(m2·s)。操作液气比为最小液气比的1.6倍，平衡关系为 ，气相总传质系数为0.043kmol/(m3·s)。试求：
(1)吸收率由95％提高到99％，填料层高度的变化。
（2）吸收率由95％提高到99％，吸收剂用量之比为多少？
解：（1）吸收率为95％时：
V＝0.65／29＝0.0224 kmol/(m2·S)

L＝0.0224×1.398＝0.0313 kmol/(m2·S)

吸收率为99％时：

L‘＝0.0224×1.457＝0.0326 kmol/(m2·S)

(2) L＝0.0224×1.398＝0.0313 kmol/(m2·S)
L‘＝0.0224×1.457＝0.0326 kmol/(m2·S)

15. 用纯溶剂在填料塔内逆流吸收混合气体中的某溶质组分，已知吸收操作液气比为最小液气比的倍数为β，溶质A的吸收率为η，气液相平衡常数m。试推导出：
（1）吸收操作液气比与η、β及m之间的关系；
（2）当传质单元高度HOG及吸收因数A一定时，填料层高度Z与吸收率η之间的关系?
解：（1）

（2）

16．在一塔高为4m填料塔内，用清水逆流吸收混合气中的氨，入塔气体中含氨0.03（摩尔比），混合气体流率为0.028kmol/(m2·s), 清水流率为0.0573kmol/(m2·s)要求吸收率为98％，气相总体积传质系数与混合气体流率的0.7次方成正比。已知操作条件下物系的平衡关系为，试求：
（1）当混合气体量增加20％时，吸收率不变，所需填料层高？
（2）压力增加1倍时，吸收率不变，所需填料层高？（设压力变化气相总体积吸收系数不变）
解：
原工况：

（1）气体流量增加20％
因水吸收氨为气膜控制，所以V增加，传质单元高度变化

（2）压力加1倍

17．在一吸收－解吸联合流程中，吸收塔内用洗油逆流吸收煤气中含苯蒸汽。入塔气体中苯的浓度为0.03（摩尔分数，下同），吸收操作条件下，平衡关系为，吸收操作液气比为0.2444，进塔洗油中苯的浓度为0.007，出塔煤气中苯的浓度降至0.0015，气相总传质单元高度为0.6m。从吸收塔排出的液体升温后在解吸塔内用过热蒸汽逆流解吸，解