化學(xué)工程基礎(chǔ)習(xí)題

1、增例：測得一臺正在工作的離心泵進(jìn)、出口壓強(qiáng)表 的讀數(shù)分別為38 KPa（真空度）和138 KPa（表壓 強(qiáng)）。如果當(dāng)時(shí)的大氣壓強(qiáng)為1工程大氣壓，試求該 泵的進(jìn)、出口的絕對壓強(qiáng)各為多少？ 解解： 1工程大氣壓 = 98.07 KPa 泵進(jìn)口絕對壓強(qiáng) P1 = 98.07 - 38 = 60.07 (kPa) 泵出口絕對壓強(qiáng) P2 = 98.07 + 138 = 236.07 (kPa) 1 補(bǔ)充：補(bǔ)充：U型型管壓差計(jì)例題管壓差計(jì)例題 采用串聯(lián)U型管壓差計(jì)（指示液為汞）測量輸水管路A 截面處的壓強(qiáng)，其中R1 = 0.6 m， R2 = 0.7 m， h1 = 0.5 m， h2 = 0.8 m。兩

2、U型連接管充滿水，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)p0 9.807104 Pa。試求A截面處測得的壓強(qiáng)（分別用絕對壓強(qiáng) 和表壓表示）。 2 解：由靜力學(xué)方程得 解得 / 31 12 / 3 / 33 222 / 21 2 / 11 gh gR ghgh gR 2 22 PP PPPP PPP PPP OH Hg OHOH Hga Pa PaPaPPP Pa msmmkg msmmkg PPP a OHHga 5 45 5 23 23 2121 10686. 2 10807. 910705. 1 10705. 1 )5 . 08 . 0(81. 91000 )7 . 06 . 0(81. 913600 )hg(h)

3、Rg(R 2 表 表 3 補(bǔ)充：補(bǔ)充：2. 微壓差計(jì)微壓差計(jì) 若壓強(qiáng)差較小，又要精確讀出液柱高 度R（教材用h），設(shè)計(jì)出雙液杯式微壓差雙液杯式微壓差 計(jì)。計(jì)。U型管上端各裝一擴(kuò)大室，擴(kuò)大室直 徑D與U型管直徑d之比要大于10。壓差計(jì) 內(nèi)裝有A、C兩種指示液，兩者密度相近， 互不相溶不起反應(yīng)，也不與被測流體互溶。 因?yàn)镈/d 10，由R變化引起的擴(kuò)大室內(nèi)液 面變化很小，可視為等高，則壓強(qiáng)差： 該儀器常用來測量氣體的壓強(qiáng)差。 gR 21CA PP 4 例如要測的壓強(qiáng)差 ，若用苯（苯 = 879 kgm-3）做指示液的U型管壓差計(jì)測量，讀數(shù) 為： 若用苯和水（水 = 998 kgm-3）做指示液的

4、雙液杯式壓差計(jì)測量，讀數(shù)為： 則讀數(shù)放大 PaP120 mmm smmkg Pa g P R14014. 0 81. 9879 120 23 mmm smmkg Pa g P R CA 1030103. 0 81. 9879998 120 23 / 34. 7 14 103 / mm mm R R 5 例例1-4 要求安裝輸水量為30 m3/h的一條管路， 試選擇適當(dāng)規(guī)格的水管。 解解：參考表1-1（p.16）的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選取水在 管內(nèi)的流速w = 1.8 m/s。再由流體的體積流量V和 選定的流速按下式求出管道直徑d： w V d 4 77077. 0 36008 . 1785. 0 30

5、/3600/30 3 mmmd smV 所以 因?yàn)?w V d w V d w V A A V w 4 4 2 即 6 查水管規(guī)格，確定用 的管子，其實(shí)際尺寸 為 ，這說明管子的外徑為這說明管子的外徑為88.5 mm，壁，壁 厚為厚為4 mm，則其內(nèi)徑為： 因此，水在輸送管內(nèi)的實(shí)際操作流速為： 0805. 05 .80245 .88mmmd 內(nèi) /6 . 1 3600)0805. 0(785. 0 30 2 smw / 3 45 .88 7 用虹吸管從高位槽 向反應(yīng)器加料，高位槽和 反應(yīng)器均與大氣相通，要 求料液在管內(nèi)以1 m/s的流 速流動(dòng)。設(shè)料液在管內(nèi)流 動(dòng)時(shí)的能量損失為20 J/kg （

6、 不 包 括 出 口 的 能 量 損 失），試求高位槽的液面 應(yīng)比虹吸管的出口高出多 少？ 8 解：取高位槽液面1-1/截面，虹吸管出口的內(nèi)側(cè)截面為2- 2/截面，并以2-2/截面為基準(zhǔn)面，列伯努利方程得 式中：Z1 = h, Z2 = 0， P1 = P2 = 0 (表壓強(qiáng))，H = 0。 因?yàn)?-1/截面比2-2/截面面積大得多，所以w1= 0，而w2= 1 m/s，h = 20 J/kg，代入得 液面應(yīng)比虹吸管的出口高2.09 m. h g P 2g w ZH g P 2g w Z 2 2 2 2 1 2 1 1 m09. 2h 20 2 1 9.81h 9 容器間相對位置的確定容器間相

7、對位置的確定 在圖1-20所示的一個(gè)流程 中，容器B液面上方的靜壓強(qiáng)PB 為1.47105 Pa（絕對壓強(qiáng)）， 貯罐A液面上方接通大氣，靜 壓強(qiáng)PA為9.81104 Pa（絕對 壓強(qiáng)）。若要求流體以7.20 m3/h的體積流量由A流入B， 則貯罐A的液面應(yīng)比B高出多少？ 已知該流體的密度（）為900 kg/m3，管道直徑為100 mm。 圖1-20 容器的相對位置 10 解：根據(jù)式（1-22b），圖中、兩處的能量守恒關(guān)系式 為： 所以 0 2 2 Z g P g w 0 1 w sm255. 0 )100. 0(785. 0 3600/20. 7 d 4 V w 2 2 2 m55. 5 55

8、. 5103 . 3 81. 9900 10)81. 97 .14( 81. 92 0)255. 0( g PP g2 ww ZZ 3 42 AB 2 1 2 2 21 11 例例1-6 對于內(nèi)徑為100 mm的水管，要求每100 m管道因 沿程阻力損失的壓頭不能大于1.00 米水柱，試求該管道 中允許流速。 解解 已知：d = 0.100 m ；l = 100 m； = 1.0010-3 PaS；= 103 kg/m3 代入式（1-34），得 = 2.45107 查圖（1-24）或由式（1-33a）計(jì)算得：Re = 1.04105 2 23 2 4 1 Re gd l h f 23 23 )

9、1000. 1 ( 81. 9)1000()100. 0( 100 00. 1 4 1 /04. 1 1010 1000. 1 1004. 1Re 31 3 5 sm d w 12 補(bǔ)充： 某燃燒爐的平壁由三種材料構(gòu)成，最內(nèi)層為耐火 磚，中間層為保溫磚，外層為普通磚，各層材料的厚度 和導(dǎo)熱系數(shù)依次為 1 = 225 mm，11.4 W/(mK)；2 = 250 mm， 2 0.15 W/(mK)；3 = 225 mm，3 0.8 W/(K m)。已測得內(nèi)外表面溫度分別為930 和 40 ， 求 單 位 面 積 的 熱 損 失 和 各 層 間 接 觸 面 的 溫 度 。 13 解: （1）單位面

10、積熱損失為 2 n 1i i i / 422 80 2250 150 2500 41 2250 40930 t q mW . . . . . . 14 （2）各層溫差及各接觸面的溫度： 118.640158.6ttt 158.6703.5862.1ttt 703.5 0.15 0.250 422 q A qt 862.167.9930ttt 67.9 1.4 0.225 422 q A qt 433 223 2 2 / 2 2 2 112 1 1 / 1 1 1 15 （1）各種材料以單位面積計(jì)（即取A = 1 m2）的熱阻R； （2）燃燒爐熱通量q/及導(dǎo)熱總溫差； （3）燃燒爐平壁中各材料層

11、的溫差分 布。 如圖所示，某燃燒爐的平壁由耐火磚、絕熱磚和建 筑磚三種材料砌成，各層材料的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)依次為 1 = 200 mm，11.2 W/(mK)；2 = 250 mm， 2 0.15 W/(mK)；3 = 200 mm，3 0.85 W/(K m)。若已知耐火磚 內(nèi)側(cè)溫度t1 為 900 ，絕熱磚和建筑磚接觸面上的溫度t3為 280 。從多層平面壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方面考慮，試求： 16 解：（1）以單位面積計(jì)的熱阻為 耐火磚： 絕熱磚： 建筑磚： （2）在穩(wěn)態(tài)條件下通過各材料層的熱通量相等。燃燒爐 熱通量 WK A R/167. 0 12 . 1 2 . 0 11 1 1 WK A R/

12、67. 1 115. 0 25. 0 22 2 2 WK A R/235. 0 185. 0 2 . 0 33 3 3 2 21 31 / /338 67. 1167. 0 280900 mW RR tt q 17 燃燒爐導(dǎo)熱總溫差 （3）各材料層的溫差分布 700 1)235. 067. 1167. 0(338 A)RRR(qttt 321 / 41 4 . 1:10:1 235. 0:67. 1:167. 0 : 321321 RRRttt 18 某燃燒爐由三層磚砌成，內(nèi)層為耐火磚， 11.00 W/(mK)，厚度為230 mm；中間為保溫磚， 2 0.150 W/(mK)；外層為普通磚，

13、3 0.900 W/(K m)，厚度為230 mm。耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為 700 ，要求普通磚內(nèi)壁溫度不 超過150 ，外壁溫度不超過60 。試求保溫磚的厚度及 每平方米壁面損失的熱量。 解： 3 43 21 31 321 41 n 1i i i t q R tt RR tt RRR tt A 19 。熱量為即每平方米壁面損失的 。，即保溫磚層的厚度為解得 式中： W351 mW/351 256. 0200. 067. 623. 0 60-700 t q m200. 0m200. 0 256. 0 60150 67. 80.230 150-700 W/Km256. 0 )Km/(W900. 0 m

14、230. 0 AR W/Km67. 6 )Km/(W150. 0 AR W/Km230. 0 )Km/(W00. 1 m230. 0 AR 2 3 3 2 2 1 1 / 2 2 2 3 3 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1 20 例例2-1 若在熱交換器里的一根鋼管，管內(nèi)徑是25 mm，管壁 厚3.25 mm，管長5.00 m，管內(nèi)壁溫度是373 K，管外壁 溫度是371 K，已知鋼的導(dǎo)熱系數(shù) = 49 W/mK，這根鋼管 傳遞熱量為多少？ 解解 已知 mm = 0.0125 m =12.5 + 3.25 = 15.75 mm = 0.01575 m = 3.25 mm = 0.003

15、25 m L = 5.00 m = 49 W/mK K K （1）按圓筒壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)公式 （2-8）計(jì)算： W 5 .12 2 25 1 r 2 r 373 1 t371 2 t 4 1 2 21 1033. 1 0125. 0 01575. 0 ln303. 2 )371373(4900. 514. 32 ln )(2 r r ttL q 21 （2）按平面壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)公式（2-6b）計(jì)算： W 從上述計(jì)算結(jié)果可以看出，其 ，用平面 壁穩(wěn)定熱公式計(jì)算，誤差僅為1左右。 )62( / 21 bA tt q Q 00325. 0 )371373(0141. 000. 514. 3249 / )(

16、 2 2 21 21 tt rr L q 4 1034. 1 226. 1 1 2 r r 2 22 21 rr LrLA 22 ：為安全并減少熱損失，要在外徑為140 mm的 蒸氣管外包扎石棉保溫層。石棉的= 0.10.0002t W/m，式中t為攝氏溫度。蒸氣管外壁溫度240 ，要求每米管長的熱損失控制在300 W/m之下， 且保溫層外壁溫度不高于40 。試求保溫層的厚度 及保溫層中溫度分布。 解： mW128. 0 2 40240 0002. 01 . 0 11 23 （1）保溫層厚度 （2）保溫層中溫度分布 設(shè)保溫層中半徑為 r 處的溫度為 t ，則 12 rr mm50m05. 00

17、7. 0120. 0,m120. 0r 123. 2007. 0ln 300 )40240(128. 02 rln L q )tt (2 rln r r ln )tt (L2 q 2 1 21 2 1 2 21 得 由 rln373752t 007. 0ln 300 ) t240(128. 02 rln 解得 24 ：試計(jì)算一黑體表面溫度分 別為20 及600 時(shí)輻射能力的變化。 解解： 黑體在20 時(shí)的輻射能力 黑體在600 時(shí)的輻射能力 由 此 可 見 ， 同一黑體在溫度 變化600/2030倍， 而輻射能力增加 78.8倍，說明 。 /418 100 20273 67. 5 100 2

18、44 1 001 mW T cE /32930 100 600273 67. 5 100 2 44 2 002 mW T cE 8 .78 418 32930 E E 10 20 25 例題2-2 鋼在673 K時(shí)，每秒每平方米因輻射放出多 少熱量？ 解 鋼的黑度= 0.8， T = 673 K，按（2-13b）計(jì)算： /103 . 9 100 673 8 . 067. 5 100 67. 5 23 44 mW T E 26 1-2 相間傳質(zhì)相間傳質(zhì) 雙膜理論雙膜理論及其它有關(guān)理論及其它有關(guān)理論 上面已經(jīng)提到，物質(zhì)由一相轉(zhuǎn)移到另一相的過 程是由三個(gè)階段組成的。第一與第三階段屬于單相 中的擴(kuò)散過

19、程，上面已予討論。 下面我們著重討論第二階段，即 。必須指出， 由于這個(gè)問題比較復(fù)雜，直到目前為止，尚沒有統(tǒng) 一的成熟的理論足以完善地反映相間傳質(zhì)地內(nèi)在規(guī) 律?，F(xiàn)將有關(guān)理論簡單介紹如下。27 這是1923年提出并一直盛行的一種傳質(zhì)機(jī)理 模型。它主要有三個(gè)方面的論點(diǎn)： （1）：物質(zhì)經(jīng)過擴(kuò)散，到達(dá)氣液相接觸面上； 達(dá)到氣液相接觸面的物質(zhì)溶于溶劑（液相）；溶解 的物質(zhì)，從氣液相接觸面擴(kuò)散到液相中。 （2）：在上節(jié)所述膜模型概念的基礎(chǔ)上，假 設(shè)不管是氣相或是液相，是層流還是湍流，在氣液 相接觸面附近總有層流膜層存在。 假設(shè)在氣相和液相主體中濃度是均勻的，但是界面 兩邊有效膜層內(nèi)存在濃度差，它是傳質(zhì)阻力

20、的根本所 在，此膜層的厚度與氣相、液相的流動(dòng)情況有關(guān)。 （3） ，如圖3-I-2所示，pi和ci呈平衡關(guān)系，但p和ci以 及c和pi也不存在平衡關(guān)系。 28 圖3-I-2即為雙膜理論示意 圖。圖形表明，這個(gè)理論假設(shè) 在界面兩側(cè)分別存在著有效膜 （氣膜和液膜），在那里，物 質(zhì)傳遞全部借助分子擴(kuò)散來進(jìn) 行，濃度梯度在兩個(gè)層中的分 布是線性的，而在有效膜以外 濃度梯度消失，即假設(shè)折線 pGpi和ciHc代表實(shí)際濃度變化 pBpi和ciEc。膜層厚度假設(shè)為 L1和L2。因?yàn)橐鸭僭O(shè)界面上氣、 液相存在著平衡，其關(guān)系為p* = f (c)。 所以pi、ci的相對位置由相與 相的平衡關(guān)系所決定。 圖3-I-

21、2 雙膜理論示意圖 29 根據(jù)近年的研究，在高流速下的兩相流體間的傳質(zhì)， 具有下述特點(diǎn)： （1）具有自由相界面的兩相流體系統(tǒng)，相界面不是 固定不變的。當(dāng)兩相流速增大，湍流迅速發(fā)展，在相界 面上將形成眾多的漩渦，相界面由于這些漩渦所沖刷和 貫穿而大大增加，從而嚴(yán)重地影響穩(wěn)定的滯流膜。甚至 有人認(rèn)為在這種情況下這個(gè)膜層已經(jīng)不復(fù)存在。 （2）在上述情況下，物質(zhì)傳遞主要靠漩渦來進(jìn)行， 即傳質(zhì)方式主要是對流擴(kuò)散，而分子擴(kuò)散很少。此時(shí)的 傳質(zhì)速率主要取決于流體力學(xué)條件，而與流體性質(zhì)的關(guān) 系極小。 30 繼雙膜理論之后又陸續(xù)提出了一些理論，如溶質(zhì)滲透 理論，表面更新理論，界面動(dòng)力狀態(tài)理論，無規(guī)漩渦模 型等。

22、這些理論在說明自由界面的非穩(wěn)態(tài)漩渦擴(kuò)散和流 體力學(xué)影響因素等方面又大大向前發(fā)展了。它們所提出 的傳質(zhì)機(jī)理和實(shí)際情況更為接近。但是由于這些理論所 依據(jù)的主要參數(shù)（如表面單元暴露時(shí)間，新表面的形成 速率等）還難于直接測出，因此直接根據(jù)它們進(jìn)行計(jì)算 來解決實(shí)際問題尚有困難，而只是在指導(dǎo)研究上有較大 作用。 31 32 已知亨利系數(shù)E = 2.41 108 Pa，平衡蒸氣壓為 48.5 103 Pa，當(dāng)水溶液實(shí)際濃度c實(shí) = 0.010 kmol/m3時(shí)， 試問氣、液相傳質(zhì)進(jìn)行的方向（水的密度 = 1000 kg/m3）。 ： 由亨利定律 得 所以此時(shí)氣相中吸收質(zhì)向液相擴(kuò)散，即為吸收過程。 /1031

23、. 2 108 . 11041. 2 101 34 28 3 0 0 Pammol EM H H c p * /2 .11105 .481031. 2 334* mmolHpc 0/2 . 1102 .11 3 mmolcc 實(shí) 33 某氣體混合物中氫氣的含量為0.263%(mol)，在 101.3 kPa、293 K條件下用水進(jìn)行吸收。已知?dú)錃馊芙庠?水中的亨利系數(shù)E = 6.44104 kPa，求所得溶液中氫氣的最 大質(zhì)量百分濃度。 解 將氣體混合物中含H2量折算為H2的分壓： p* = 101.3 0.263% = 0.266 kPa 與其對應(yīng)的平衡濃度為： 因?yàn)槿芤褐袣錃獾臐舛群苄?，?/p>

24、氫氣的最大質(zhì)量百分濃度為： （摩爾）%1013. 4 1044. 6 266. 0 4 4 E p x * （質(zhì)量）%1059. 4 18100 21013. 4 5 4 34 ：含有30（mol）CO2的某原料氣用水吸收，吸收溫 度為303 K ，總壓力為101.3 kPa、已知該條件下CO2的亨 利系數(shù)E = 0.188 106 kPa，求液相中CO2的最大濃度。 解 由本題操作條件，在水中難溶的CO2形成稀溶液，故達(dá)到 平衡時(shí)的溶液的最大濃度可按亨利定律計(jì)算。按題意，CO2 的平衡分壓為 p* = 101.3 30% = 30.4 kPa 故 x = p* /E = 30.4/0.188

25、 106 = 0.0001616 即液相中CO2的最大濃度為0.0001616 （摩爾分?jǐn)?shù)） 35 ：在101.3 kPa、283 K條件下用水吸收含有 0.8%(mol)環(huán)氧乙烷的氣體。已知該條件下環(huán)氧乙烷的亨利 系數(shù)E = 550 kPa，求溶解度系數(shù)H和用比摩爾分?jǐn)?shù)形式表 示的平衡關(guān)系式。 解 先假設(shè)吸收后的水溶液是稀溶液，則c總可用純?nèi)軇┑哪?爾濃度替代。取純水的密度0= 1000 kgm-3，摩爾質(zhì)量M 0= 18 kgmol-1，則有 則水中環(huán)氧乙烷的極限濃度為： 與總濃度比較，顯然符合稀溶液假設(shè)。 kPamkmol101. 0 18550 1000 EM H 13 0 0 mkm

26、ol0818. 08 . 03 .101101. 0 3 * Hpc 36 再求m，由 對于該稀溶液，可簡化為： 4.43X1 5.43X 1)X(m1 mX Y P E m * 43. 5 3 .101 550 總 5.43XmXY * 37 已知某低濃度氣體吸收過程服從亨利定律， 其氣膜吸收傳質(zhì)分系數(shù) kg = 0.27 kmol/m2hatm，液 膜吸收傳質(zhì)分系數(shù)kl = 0.42 m/h；其平衡方程式 y* = 102x。試求氣相吸收傳質(zhì)總系數(shù)KG。設(shè)吸收塔以水噴 淋，塔內(nèi)總壓強(qiáng)為104.5 kPa。 0 = 1000 kgm-3，M 0 = 18 kgmol-1，m = 102 kg

27、 = 0.27/101.3 = 0.0027 kmol/m2hkPa 38 由公式（3-II-13） kPahmkmol0012. 0 0.420.00521 1 0.0027 1 1 Hk 1 k 1 1 K kPamkmol00521. 0 185 .104102 1000 MmP EM H 2 lg G 13 0 0 0 0 故 總 lg G lgG Hk 1 k 1 1 K Hk 1 k 1 K 1 得 39 在吸收塔中用某溶劑吸收混合氣體中的A物質(zhì) ，在塔中的某一截面測得氣相中A的分壓為0.144 atm ，液相中A的濃度為 氣液之間的傳質(zhì) 通量 ，氣膜傳質(zhì)分系數(shù) 實(shí)驗(yàn)證實(shí)系統(tǒng)服從亨

28、利定律，當(dāng) 時(shí)，液相的平衡濃度為 。試求： （1）推動(dòng)力 （2）傳質(zhì)系數(shù) （3）氣膜阻力占總阻力的百分率為多少？ mh/kmol1020. 7N 22/ A /1000. 1 33 mkmol /44. 1 2 atmhmkmolkg 1000. 8 2* atmpA /1000. 1 33 mkmol ；，ccppccpp AAAAAiAiA * ；， LGl KKk 40 ： （1）求各推動(dòng)力 用分壓差表示的氣膜推動(dòng)力 由 得 用分壓差表示的氣相總推動(dòng)力 AiA pp )p(pkN AiAg / A Paatm atmmhkmol mhkmol k N pp g A AiA 32 121

29、212 1006. 51000. 5 44. 1 1020. 7 * AA pp Paatmatmatmpp AA 42* 1065. 0064. 01000. 8144. 0 41 用濃度差表示液膜推動(dòng)力 由雙膜理論知 ，其中 由 得 AAi cc AiAi Hpc /1023. 1/1025. 1 1000. 8 1000. 1 3432 2 3 * kPamkmolatmmkmol p c H A A 1006. 5 3 Papp AiA 1053. 91006. 5101325144. 01006. 5 333 Papp AAi /1017. 11053. 91023. 1 3334

30、mkmolHpc AiAi /1017. 01000. 11017. 1 3333 mkmolcc AAi 42 用濃度差表示液相總推動(dòng)力 因?yàn)?呈平衡的液相濃度 所以 AA cc * AA pc 是與 * /1079. 1325.101144. 01023. 1 334* mkmolHpc A A /79. 01000. 11079. 1 333* mkmolcc AA m/h423.53 100.17 107.20 cc N k 3 2 AAi / l A 43 （3）氣膜阻力占總阻力的百分率 kPamh/kmol1011. 1 5 . 6 1020. 7 22 2 * AA / G pp

31、 N K A h/m1011. 9 79. 0 1020. 7 2 2 cc N K * / L A A 0.78 kPamhkmol 101.325 1.44 kPamhkmol101.11 k K 1/K 1/k 總阻力 氣膜阻力 121 1212 g G G g 44 已知某氣體在填料塔中的吸收過程服從亨利定律， 其氣膜吸收傳質(zhì)分系數(shù) ，液膜吸收 傳質(zhì)分系數(shù) ，其平衡線方程式為 , 設(shè)吸收塔以水噴淋，塔內(nèi)總壓強(qiáng) ，試計(jì)算KG， KL，KY，KX。 ：（1）計(jì)算氣相吸收傳質(zhì)總系數(shù) 由 得： atmhmkmolkg 2 /30. 0 hmkl/42. 0 XY320 * kPap100 lg

32、G HkkK 111 lg G Hkk K 11 1 45 H值可由下式求出： 已知： 代入上式得： 所以 0 0 MmP H 總 /18)( 320 /1000)( 0 3 0 kmolkgM m mkg 吸收劑水的千摩爾質(zhì)量 吸收劑水的密度 /00174. 0 18100320 1000 3 0 0 kPamkmol MmP H 總 /0030. 0 3 .101 30. 0 2 KPahmkmolkg /1088. 5 42. 000174. 0 1 0030. 0 1 1 24 KPahmkmolKG 46 （2）計(jì)算液相傳質(zhì)總系數(shù) （3）計(jì)算以總體比摩爾分差表示的氣相傳質(zhì)總系數(shù) （4

33、）計(jì)算以總體比摩爾分差表示的液相傳質(zhì)總系數(shù) /3379. 0 00174. 0 1088. 5 4 hm H K K G L /1088. 51001088. 5 224 hmkmolPKK GY 總 /77.18 18 1000 3379. 0 2 0 0 hmkmol M KcKK LLX 總 47 確定氣、液相傳質(zhì)過程的方向；確定氣、液相傳質(zhì)過程的方向； 計(jì)算吸收推動(dòng)力、傳質(zhì)系數(shù)及判定吸收的控制步驟。計(jì)算吸收推動(dòng)力、傳質(zhì)系數(shù)及判定吸收的控制步驟。 由傳質(zhì)分系數(shù)計(jì)算各種傳質(zhì)總系數(shù)；由傳質(zhì)分系數(shù)計(jì)算各種傳質(zhì)總系數(shù)； 吸收劑用量的計(jì)算；吸收劑用量的計(jì)算； 填料塔填料高度的計(jì)算。填料塔填料高度的

34、計(jì)算。 48 用純水做吸收劑，在常壓、273 K下吸收混合 氣中的甲醇。處理混合氣量為3600 m3/h，其中甲醇每立 方米含25 g（其它均認(rèn)為是惰性組分），甲醇的吸收率要 求達(dá)到90，吸收劑用量為最小液氣比的130，并已知 在當(dāng)時(shí)條件下甲醇在水中的溶解度呈直線關(guān)系，其方程式 為： 吸收用水量為多少 噸/小時(shí)？吸收所需氣相傳質(zhì)單元數(shù)為 多少？ 水 甲醇 惰性氣體 甲醇 kmol kmol X kmol kmol Y15. 1 49 解解 1. 吸收用水量的計(jì)算吸收用水量的計(jì)算 （1）換算原料氣組分： 式中y1為吸收質(zhì)在原料氣中的摩爾分?jǐn)?shù)。 原料氣中的甲醇含量 = 25 g/m3，CH3OH的

35、摩爾 質(zhì)量 = 32 g/mol，所以 1 1 1 1y y Y 0175. 0 100032 4 .2225 1 y 惰性氣體甲醇 kmolkmolY/0178. 0 0175. 01 0175. 0 1 惰性氣體甲醇）（kmolkmolY/0018. 090. 010178. 0 2 50 （2）求溶液平衡濃度： （3）求吸收最小液氣比： 純水吸收，X2 = 0 （4）求實(shí)際液氣比： 水甲醇 kmolkmol m Y X/0155. 0 15. 1 0178. 0 1* 1 水甲醇 kmolkmol m Y X/0016. 0 15. 1 0018. 0 2* 2 03. 1 0155.

36、0 0018. 00178. 0 2 * 1 21min XX YY V L 34. 103. 130. 130. 1 min V L V L 51 （5）求出口溶液濃度： 因?yàn)閄2 = 0 故 （6）從所得溶液實(shí)際濃度計(jì)算吸收用水量 處理氣體量為3600 m3/h，其中甲醇含量為25 g/m3， 回收率為90，即 所以 21 21 XX YY V L /0119. 0 34. 1 0018. 00178. 0 21 1 水甲醇 kmolkmol V L YY X /53. 2 321000 90. 0253600 hkmol 甲醇量 kg/kmol18 OH 2 的摩爾質(zhì)量 /8 . 3/3

37、80018 0119. 0 53. 2 小時(shí)噸hkgL 52 2. 計(jì)算氣相傳質(zhì)單元數(shù) （1）采用對數(shù)平均濃度差法： 其中 故 * 22 * 11 * 22 * 11 2121 * ln )()( 1 2 YY YY YYYY YY Y YY YY dY N m Y Y OG 0 0 0137. 00119. 015. 115. 1 * 2 2 1 * 1 Y X XY 7 . 5 0018. 0 0137. 00178. 0 ln 0018. 0)0137. 00178. 0( 0018. 00178. 0 OG N 53 （2）采用吸收因數(shù)法： 從圖3-II-10中查出： （3）采用圖解積

38、分法：略（教材P135） 86. 0 34. 1 15. 11 L mV A 9 . 9 00018. 0 00178. 0 22 21 mXY mXY 6 OG N 例例3-III-2 對二甲苯和間二甲苯所組成的溶液，可以 認(rèn)為是理想溶液。已知對二甲苯的正常沸點(diǎn)是 138.35 ，間二甲苯的沸點(diǎn)是139.10 ，它們 的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系為： 對二甲苯（A） 間二甲苯（B） 式中： ， 飽和蒸氣壓 毫米汞柱； t 溫度 。 試計(jì)算該二組分溶液在常壓（外壓為一個(gè)大氣壓） 時(shí)的氣液相平衡數(shù)據(jù)。 4 .215 1454 991. 6lg t p o A 9 .214 1460 007. 7lg

39、 t p o B o A p o B p 54 解：解： 對二甲苯和間二甲苯沸 點(diǎn)的平均值為： 求出t = 138.73 時(shí)的 和 ： = 767.7 毫米汞柱 = 755.8 毫米汞柱 求出138.73 時(shí)組分 間的相對揮發(fā)度： 對二甲苯和間二甲苯的 氣液相平衡關(guān)系為： 由此可以看出， 。 73.138 2 10.13935.138 t o A p o B p 4 .21573.138 1454 991. 6lg o A p o A p 9 .21473.138 1460 007. 7lg o B p o B p 016. 1 8 .755 7 .767 o B o A AB p p a A

40、 A A x x y ) 1016. 1 (1 016. 1 55 1 對二甲苯和間二甲苯所組成的溶液，可以認(rèn)為是 理想溶液。已知對二甲苯（A）和間二甲苯（B）在 101.3 KPa下的沸點(diǎn)分別是138.35 、139.10 ， 其飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系為： 式中： ， 飽和蒸氣壓 KPa； t 溫度 。 試推算該二組分溶液在1.013105 Pa時(shí)的氣液相平 衡數(shù)據(jù)。 214.9t 1460 6.132lgp 215.4t 1454 6.116lgp * B * A * A p * B p 56 解解 對二甲苯和間二甲苯沸 點(diǎn)的平均值為： 求出t = 138.73 時(shí)的 和 ： = 1.02

41、4 105 Pa = 1.008 105 Pa 求出138.73 時(shí)組分 間的相對揮發(fā)度： 對二甲苯和間二甲苯的 氣液相平衡關(guān)系為： * A p * B p 73.138 2 10.13935.138 t 4 .21573.138 1454 116. 6 * A lgp 9 .21473.138 1460 132. 6 * B lgp 016. 1 8 .755 7 .767 * B * A AB p p a A A A x x y ) 1016. 1 (1 016. 1 * A p * B p 57 例例3-III-3 已知丙稀的正常沸點(diǎn)是-47.4 ，20 時(shí)丙稀的飽和蒸氣壓是多少？ 解解

42、 T1 = Tb = 273 - 47.4 = 225.6 K T2 = 273 + 20 = 293 K atm1 o 1 p 21 b o 2 o 1 T 1 T 1 2.303R 21T lgplgp 293 1 6 .225 1 987. 1303. 2 6 .22521 lglg 21 oo pp atm33.11 o 2 p 58 例例3-III-4 已知對二甲苯的正常沸點(diǎn)是138.35 ，間二 甲苯的正常沸點(diǎn)是139.10 ，求該二組分所組成的溶 液在常壓時(shí)的氣液相平衡數(shù)據(jù)。 解解 對二甲苯 = 273 + 138.35 = 411.35 K 間二甲苯 = 273 + 139.10 = 412.10 K 代入式（3-III-10）則得： aAB = 1.02 所以該二組分溶液的y-x關(guān)系為： Ab T )( Bb T )( 10.41235.411 10.41235.411 178. 9alg AB A A