1、第四章4.2 某平壁材料的导热系数 W/(mK)， T 的单位为。若已)1(0aT知通过平壁的热通量为 q W/m2，平壁内表面的温度为 。试求平壁内的温度分1布。解：由题意，根据傅立叶定律有q dT/dy即q 0（ 1 T） dT/dy分离变量并积分 100()dTyaq201()T整理得 22001()0aTqy此即温度分布方程4.3 某燃烧炉的炉壁由 500mm 厚的耐火砖、380mm 厚的绝热砖及 250mm厚的普通砖砌成。其 值依次为 1.40 W/(mK)，0.10 W/(mK)及 0.92 W/(mK)。传热面积 A 为 1m2。已知耐火砖内壁温度为 1000，普通砖外壁温度为
2、50。（1）单位面积热通量及层与层之间温度；（2）若耐火砖与绝热砖之间有一 2cm 的空气层，其热传导系数为 0.0459 W/(m)。内外壁温度仍不变，问此时单位面积热损失为多少？解：设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为 r1、r 2、r 3。（1）由题易得r1 0.357 m 2K/Wb10.54WKr23.8 m 2K/Wr30.272m 2 K /W所以有q 214.5W/m2123Tr由题T11000T2 T1 QR1923.4T3 T1 Q（ R1 R2）108.3T4 50（2）由题，增加的热阻为r 0.436 m2K/Wq T/（ r1 r2 r3 r）195.3W/m 24.
3、4 某一 60 mm3mm 的铝复合管，其导热系数为 45 W/(mK)，外包一层厚 30mm 的石棉后，又包一层厚为 30mm 的软木。石棉和软木的导热系数分别为 0.15W/(mK)和 0.04 W/(mK)。试求（1）如已知管内壁温度为-105，软木外侧温度为 5，则每米管长的冷损失量为多少？（2）若将两层保温材料互换，互换后假设石棉外侧温度仍为 5，则此时每米管长的冷损失量为多少？解：设铝复合管、石棉、软木的对数平均半径分别为 rm1、 rm2、 rm3。由题有rm1 mm28.47mm30ln27rm2 mm43.28mm6l3rm3 mm73.99mm09ln（1）R/L 1232
4、mmbbrr 3030K/WK/WKm/W458.7.154.28.47.9 3.7310 4 Km/W0.735Km/W1.613Km/W2.348Km/WQ/L 46.84W/m/TRL（2）R/L 123mmbbrr 3030W/KW/KWm/K458.7.4.28.157.9 3.7310 4 Km /W2.758Km /W0.430Km /W3.189Km /WQ/L 34.50W/m/TRL4.5 某加热炉为一厚度为 10mm 的钢制圆筒，内衬厚度为 250mm 的耐火砖，外包一层厚度为 250mm 的保温材料，耐火砖、钢板和保温材料的导热系数分别为 0.38 W/（ mK） 、4
5、5 W/（mK ）和 0.10 W/（mK） 。钢板的允许工作温度为400。已知外界大气温度为 35，大气一侧的对流传热系数为 10 W/（m 2K） ；炉内热气体温度为 600，内侧对流传热系数为 100 W/（m 2K） 。试通过计算确定炉体设计是否合理；若不合理，提出改进措施并说明理由。 （补充条件：有效管径 2.0m）解：设由耐火砖内侧表面和保温材料外测表面的面积分别为 A1 和 A4，耐火砖、钢筒和保温材料的对数平均面积分别为 Am1 、A m2 、A m3。钢板内侧温度为 T。稳态条件下，由题意得： 123 11mm241m60560bbba aTA（因为钢板内侧温度较高，所以应该
6、以内侧温度不超过 400为合理）有效管径 R=2.0 m带入已知条件，解得 T 463.5400计算结果表明该设计不合理改进措施：1、提高钢板的工作温度，选用耐热钢板；2、增加耐火砖厚度，或改用导热系数更小的耐火砖。4.9 在换热器中用冷水冷却煤油。水在直径为 192mm 的钢管内流动，水的对流传热系数为 3490 W/（m 2K） ，煤油的对流传热系数为 458 W/（m 2K） 。换热器使用一段时间后，管壁两侧均产生污垢，煤油侧和水侧的污垢热阻分别为 0.000176 m2K/W 和 0.00026m2K/W，管壁的导热系数为 45 W/（mK） 。试求（1）基于管外表面积的总传热系数；（
7、2）产生污垢后热阻增加的百分数。解：（1）将钢管视为薄管壁则有 1212 222320.1mK/W/mK/W0.6K/0.176mK/W49045458.5sbrK338.9W/（m 2K）（2）产生污垢后增加的热阻百分比为 120%.76.17.3495ssr注：如不视为薄管壁，将有 5左右的数值误差。4.11 列管式换热器由 19 根 192mm、长为 1.2m 的钢管组成，拟用冷水将质量流量为 350kg/h 的饱和水蒸气冷凝为饱和液体，要求冷水的进、出口温度分别为 15和 35。已知基于管外表面的总传热系数为 700 W/（m 2K） ，试计算该换热器能否满足要求。解：设换热器恰好能满
8、足要求，则冷凝得到的液体温度为 100。饱和水蒸气的潜热 L2258.4kJ/kgT285K ， T165K1285674.5lnlnmTK由热量守恒可得KATm qmL即 22350/8.4/.17()75mqLkghkJgAKTWK列管式换热器的换热面积为 A 总 1919mm1.2m1.36m 24.21m 2故不满足要求。4.13 若将一外径 70mm、长 3m、外表温度为 227的钢管放置于：（1）很大的红砖屋内，砖墙壁温度为 27；（2）截面为 0.30.3m2 的砖槽内，砖壁温度为 27。试求此管的辐射热损失。 （假设管子两端的辐射损失可忽略不计）补充条件：钢管和砖槽的黑度分别为
9、 0.8 和 0.93解：（1）Q 1 2 C1 21 2A（ T14 T24） /1004由题有 1 2 1， C1 2 1C0， 1 0.8Q1 2 1C0 A（ T14 T24） /10040.85.67W/（m 2K4）3m0.07m （500 4K4300 4K4）/100 41.6310 3W（2）Q 1 2 C1 21 2A（ T14 T24） /1004由题有 12 1C1 2 C0/1/1 A1/A2（ 1/2 1） Q1 2 C0/1/1 A1/A2（ 1/2 1） A（ T14 T24） /10045.67W/（m 2K4）1/0.8（30.07/0.30.33 ） （1
10、/0.93 1）3m0.07m（500 4K4300 4K4）/100 41.4210 3W4.14 一个水加热器的表面温度为 80，表面积为 2m2，房间内表面温度为20。将其看成一个黑体，试求因辐射而引起的能量损失。解：由题，应满足以下等式 41212()0CATQ且有 1 2 1； A A1； C1 2 C01又有 A1 2m2； 1 1所以有 4 401212()5.67(329)5.0410TQW 第五章5.9 在稳态下气体 A 和 B 混合物进行稳态扩散，总压力为 1.013105Pa、温度为 278K。气相主体与扩散界面 S 之间的垂直距离为 0.1m，两平面上的分压分别为 PA
11、1=1.34104Pa 和 PA2=0.67104Pa。混合物的扩散系数为 1.8510-5m2/s，试计算以下条件下组分 A 和 B 的传质通量，并对所得的结果加以分析。（1）组分 B 不能穿过平面 S；（2）组分 A 和 B 都能穿过平面 S。解：（1）由题，当组分 B 不能穿过平面 S 时，可视为 A 的单向扩散。pB,1 p pA,187.9kPapB,2 p pA,294.6kPaB,2,15,m0.92PalnDAB1.8510 -5m2/s AB,1A,242,mpN5.9610olsRTL（2）由题，当组分 A 和 B 都能穿过平面 S，可视为等分子反向扩散,1A,242DpN
12、5.3610molsRTL可见在相同条件下，单向扩散的通量要大于等分子反向扩散。5.5 一填料塔在大气压和 295K 下，用清水吸收氨空气混合物中的氨。传质阻力可以认为集中在 1mm 厚的静止气膜中。在塔内某一点上，氨的分压为6.6103N/m2。水面上氨的平衡分压可以忽略不计。已知氨在空气中的扩散系数为 0.23610-4m2/s。试求该点上氨的传质速率。解：设 pB,1,pB,2 分别为氨在相界面和气相主体的分压，p B,m 为相界面和气相主体间的对数平均分压由题意得： B,2,15,mp0.97631PalnA,1A,222BDN.molsRTpL第六章6.2 密度为 2650kg/m3
13、 的球形颗粒在 20的空气中自由沉降，计算符合斯托克斯公式的最大颗粒直径和服从牛顿公式的最小颗粒直径（已知空气的密度为 1.205kg/m3，黏度为 1.8110-5Pas） 。解：如果颗粒沉降位于斯托克斯区，则颗粒直径最大时， 2PteduR所以 ，同时2tPud218Ptgdu所以 ，代入数值，解得 m2318ppg 57.10p同理，如果颗粒沉降位于牛顿区，则颗粒直径最小时， 10PteduR所以 ，同时10tPud1.74ppt gdu所以 ，代入数值，解得 m23.pp31.50p6.7 降尘室是从气体中除去固体颗粒的重力沉降设备，气体通过降尘室具有一定的停留时间，若在这个时间内颗粒
14、沉到室底，就可以从气体中去除，如下图所示。现用降尘室分离气体中的粉尘（密度为 4500kg/m3） ，操作条件是：气体体积流量为 6m3/s，密度为 0.6kg/m3，黏度为 3.010-5Pas，降尘室高 2m，宽 2m，长 5m。求能被完全去除的最小尘粒的直径。图 6-1 习题 6.7 图示解：设降尘室长为 l，宽为 b，高为 h，则颗粒的停留时间为 ，沉/itlu停降时间为 ，当 时，颗粒可以从气体中完全去除， 对应的/tthu沉 t沉停 沉停是能够去除的最小颗粒，即 /itlu因为 ，所以 m/sViqhb60.52iVthqlbl假设沉降在层流区，应用斯托克斯公式，得m m55min
15、18183.8.719.406tppudg 8.7检验雷诺数，在层流区。58.71.Re 1.3230ptu所以可以去除的最小颗粒直径为 85.7m含尘气体 净化气体uiut降尘室6.8 采用平流式沉砂池去除污水中粒径较大的颗粒。如果颗粒的平均密度为 2240kg/m3，沉淀池有效水深为 1.2m，水力停留时间为 1min，求能够去除的颗粒最小粒径（假设颗粒在水中自由沉降，污水的物性参数为密度1000kg/m3，黏度为 1.2 10-3Pas） 。解：能够去除的颗粒的最小沉降速度为 m/s/1.2/60.tuh沉假设沉降符合斯克托斯公式，则 8Ptgd所以 m34181.20.1.049tPu
16、dg检验 ，假设错误。3Re .2120pt假设沉降符合艾伦公式，则 0.6Re.7Ppt gdu所以m0.61.4 0.431.406. 41.6.6 2201217987tppudg 检验 ，在艾伦区，假设正确。430Re .51tpd所以能够去除的颗粒最小粒径为 2.1210-4m。6.9 质量流量为 1.1kg/s、温度为 20的常压含尘气体，尘粒密度为1800kg/m3，需要除尘并预热至 400，现在用底面积为 65m2 的降尘室除尘，试问（1）先除尘后预热，可以除去的最小颗粒直径为多少？（2）先预热后除尘，可以除去的最小颗粒直径是多少？如果达到与（1）相同的去除颗粒最小直径，空气的
17、质量流量为多少？（3）欲取得更好的除尘效果，应如何对降尘室进行改造？（假设空气压力不变，20空气的密度为 1.2kg/m3，黏度为 1.8110-5Pas，400黏度为 3.3110-5Pas。 ）解：（1）预热前空气体积流量为 ，降尘室的底面积为31.097m/s2Vq65m2所以，可以全部去除的最小颗粒的沉降速度为 .10.4m/s65VtquA假设颗粒沉降属于层流区，由斯托克斯公式，全部去除最小颗粒的直径为 1.1.8.921804.18 55min, gudptp检验雷诺数假设正确51.26.4Re 0.152.8ptdu（2）预热后空气的密度和流量变化为，体积流量为3kg/m52.0
18、4739.1 31m/s052Vq可以全部去除的最小颗粒的沉降速度为 6tuA同样假设颗粒沉降属于层流区，由斯托克斯公式，全部去除最小颗粒的直径为 1.301.38.952.018318 5min, gudptp检验雷诺数假设正确50.523Re 0.17210ptdu的颗粒在 400空气中的沉降速度为m1.6pdm/s0768.103.86.952.85252 pptgdu要将颗粒全部除去，气体流量为 3/VtqAu质量流量为 kg/s261.05.0（3）参考答案：将降尘室分层，增加降尘室的底面积，可以取得更好的除尘效果。6.11 用与例题相同的标准型旋风分离器收集烟气粉尘，已知含粉尘空气
19、的温度为 200，体积流量为 3800 m3/h，粉尘密度为 2290 kg/m3，求旋风分离器能分离粉尘的临界直径（旋风分离器的直径为 650mm，200空气的密度为0.746 kg/m3，黏度为 2.6010-5 Pas） 。解：标准旋风分离器进口宽度 m，/40.65/.12BD进口高度 m，/20.65/.32ihD进口气速 m/s8/.1.39.iViuq所以分离粉尘的临界直径为 5692.60.627.10m=7.23149cipBduN6.12 体积流量为 1m3/s 的 20常压含尘空气，固体颗粒的密度为 1800 kg/m3（空气的密度为 1.205kg/m3，黏度为 1.8
20、110-5Pas） 。则（1）用底面积为 60m2 的降尘室除尘，能够完全去除的最小颗粒直径是多少？（2）用直径为 600mm 的标准旋风分离器除尘，离心分离因数、临界直径和分割直径是多少？解：（1）能完全去除的颗粒沉降速度为m/s10.67VtquA假设沉降符合斯托克斯公式，能够完全去除的最小颗粒直径为 55,min18.8.1.0m17.610298tppdg检验： ，假设正确。576.67Re .42tpdu（2）标准旋风分离器进口宽度 m，进口高度 m，进/40.6/.15BD/0.6/.3ihD口气速 m/s132iViuqh分离因数222.498106375iicuKDBgr临界粒
21、径569.210m=.24342cipduN分割直径 5650 1.80.6.270.74104.52piDdu6.13 原来用一个旋风分离器分离气体粉尘，现在改用三个相同的、并联的小旋风分离器代替，分离器的形式和各部分的比例不变，并且气体的进口速度也不变，求每个小旋风分离器的直径是原来的几倍，分离的临界直径是原来的几倍。解：（1）设原来的入口体积流量为 qV，现在每个旋风分离器的入口流量为 qV/3，入口气速不变，所以入口的面积为原来的 1/3，又因为形式和尺寸比例不变，分离器入口面积与直径的平方成比例，所以小旋风分离器直径的平方为原来的 1/3，则直径为原来的 1/30.58所以小旋风分离
22、器直径为原来的 0.58 倍。（2）由式（6.3.9） 9cipBduN由题意可知： 、 、 、 都保持不变，所以此时iupcdB由前述可知，小旋风分离器入口面积为原来的 1/3，则 为原来的倍1/30.58所以 倍.0.76cd原所以分离的临界直径为原来的 0.76 倍。第七章7.3 用过滤机处理某悬浮液，先等速过滤 20min，得到滤液 2m3，随即保持当时的压差等压过滤 40min，则共得到多少滤液（忽略介质阻力）？解：恒速过滤的方程式为式（7.2.18a）211KAtV所以过滤常数为21VKAt此过滤常数为恒速过滤结束时的过滤常数，也是恒压过滤开始时的过滤常数，在恒压过滤过程中保持不变
23、，所以由恒压过滤方程式（7.2.15） ，2222 2111 VVVKAtAtt所以222140t所以总的滤液量为 m3.7V7.5 用压滤机过滤某种悬浮液，以压差 150kPa 恒压过滤 1.6h 之后得到滤液25 m3，忽略介质压力，则：（1）如果过滤压差提高一倍，滤饼压缩系数为 0.3，则过滤 1.6h 后可以得到多少滤液；（2）如果将操作时间缩短一半，其他条件不变，可以得到多少滤液？解：（1）由恒压过滤方程1220spAtVKtrc当过滤压差提高一倍时，过滤时间不变时1212sVp所以 110.32225.spVm32.8（2）当其他条件不变时，过滤常数不变，所以由恒压过滤方程，可以推
24、得，所以12Vt221531.tV所以 m3217.V7.10 用板框过滤机恒压过滤料液，过滤时间为 1800s 时，得到的总滤液量为 8m3，当过滤时间为 3600s 时，过滤结束，得到的总滤液量为 11m3，然后用3m3 的清水进行洗涤，试计算洗涤时间（介质阻力忽略不计） 。解：由（7.2.11）得2dVKAt依题意，过滤结束时21360所以过滤结束时 m3/s2/1.50dVKAt 洗涤速度与过滤结束时过滤速度相同所以洗涤时间为s31960.5t7.13温度为 38的空气流过直径为 12.7mm 的球形颗粒组成的固定床，已知床层的空隙率为 0.38，床层直径 0.61m，高 2.44m，
25、空气进入床层时的绝对压力为 111.4kPa，质量流量为 0.358kg/s，求空气通过床层的阻力。解：颗粒比表面积 23364.710m/12.a查 38下空气密度为 1.135 kg/m3，黏度为 1.910-5Pas。空床流速为 20.58/108/s346u空气通过床层的阻力为 222 53 3510.8.7101 .89102.4390.71PalKapuL 7.15 某固定床反应器，内径为 3m，填料层高度为 4m，填料为直径 5mm的球形颗粒，密度为 2000kg/m3，反应器内填料的总质量为 3.2104kg。已知通过固定床的气体流量为 0.03m3/s，平均密度为 38kg/
26、m3，粘度为 0.01710-3 Pas，求气体通过固定床的压力降。解：颗粒床层的体积为 326m.841.床V填料的体积为 340/2.3填 料所以床层的空隙率为 .6.8颗粒的比表面积为 323/m105a气体通过颗粒床层的流速为 /s04.5.4.2u由公式（7.3.11） ，得 Pa4.8107.042.43.01151 323232 LuaKpl 所以气体通过床层的压力降为 8.4Pa7.16. 一个滤池由直径为 4mm 的砂粒组成，砂砾球形度为 0.8，滤层高度为0.8m，空隙率为 0.4，每平方米滤池通过的水流量为 12 m3/h，求水流通过滤池的压力降（黏度为 110-3 Pa
27、s） 。解：颗粒的比表面积为 32361.8750m/0.84a空床流速 2./s16u所以水流通过滤池的压力降为 222 333 3510.4.87510.1.0.8261PalKapuL 第八章8.2 吸收塔内某截面处气相组成为 ，液相组成为 ，两相的平衡0.5y0.1x关系为 ，如果两相的传质系数分别为 kmol/(m2s)，2yx 512kkmol/(m2s)，试求该截面上传质总推动力、总阻力、气液两相的阻51.0xk力和传质速率。解：与气相组成平衡的液相摩尔分数为 20.12yx所以，以气相摩尔分数差表示的总传质推动力为 *0.52.03y同理，与液相组成平衡的气相摩尔分数差为 *0
28、.5/2.x所以，以液相摩尔分数差表示的总传质推动力为 *0.25.105x以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为kmol/(m2s)55510.8311/1/.20/2.xxyKkm以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为kmol/(m2s)55/0.83/.41yx传质速率kmol/(m2s)57.1.0.2AxNK或者 kmol/(m2s)423160y以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数分析传质阻力总传质阻力 (m2s)/kmol551/0.8.xK其中液相传质阻力为 (m2s)/kmol51/20.81xk占总阻力的 66.7%气膜传质阻力为 (m2s)/kmol55/4ym占总阻力的
29、 33.3%8.3 用吸收塔吸收废气中的 SO2，条件为常压，30，相平衡常数为 ，26.7m在塔内某一截面上，气相中 SO2 分压为 4.1kPa，液相中 SO2 浓度为0.05kmol/m3，气相传质系数为 kmol/(m2hkPa)，液相传质系数为2105.Gkm/h，吸收液密度近似水的密度。试求：0.9Lk（1）截面上气液相界面上的浓度和分压；（2）总传质系数、传质推动力和传质速率。解：（1）设气液相界面上的压力为 ，浓度为ipic忽略 SO2 的溶解，吸收液的摩尔浓度为 kmol/m301/85.6溶解度系数 kmol/(kPam3)26.35.17.260mpcH在相界面上，气液两
30、相平衡，所以 iipc0.又因为稳态传质过程，气液两相传质速率相等，所以 GiLikpkc所以 5.39.01.405.12 iicp由以上两个方程，可以求得 kPa， kmol/m32i 0724.i（2）总气相传质系数kmol/(m2hkPa)53.9.026./105./1LGHkK总液相传质系数 m/h24.3KG与水溶液平衡的气相平衡分压为 kPa3.6/5/*Hcp所以用分压差表示的总传质推动力为 kPa71.*p与气相组成平衡的溶液平衡浓度为 kmol/m3084.02*c用浓度差表示的总传质推动力为 kmol/m3.5.84.传质速率 kmol/(m2h)7.6.10523.p
31、KNGA或者 4cLkmol/(m2h)8.5 利用吸收分离两组分气体混合物，操作总压为 310kPa，气、液相分传质系数分别为 kmol/(m2s)、 kmol/(m2s)，气、液两相平3.710yk43.061xk衡符合亨利定律，关系式为 （p*的单位为 kPa） ，计算：4.7p（1）总传质系数；（2）传质过程的阻力分析；（3）根据传质阻力分析，判断是否适合采取化学吸收，如果发生瞬时不可逆化学反应，传质速率会提高多少倍？解：（1）相平衡系数 4.31067.pEm所以，以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为kmol/(434 105.107.3/106.3/1/1 yxxkKm2s)以气
32、相摩尔分数差为推动力的总传质系数为kmol/(m2s)541089.3/105./ Kxy（2）以液相摩尔分数差为推动力的总传质阻力为 342.105.31yxmk其中液膜传质阻力为 ，占总传质阻力的341027.106./x99.7%气膜传质阻力为 ，占传质阻力的 0.3%3/13yk所以整个传质过程为液膜控制的传质过程。（3）因为传质过程为液膜控制，所以适合采用化学吸收。如题设条件，在化学吸收过程中，假如发生的是快速不可逆化学反应，并且假设扩散速率足够快，在相界面上即可完全反应，在这种情况下，可等同于忽略液膜阻力的物理吸收过程，此时kmol/(m2s)13.07.34yxmkK与原来相比增
33、大了 426 倍8.9 在吸收塔中，用清水自上而下并流吸收混合废气中的氨气。已知气体流量为 1000m3/h（标准状态） ，氨气的摩尔分数为 0.01，塔内为常温常压，此条件下氨的相平衡关系为 ，求：*0.93YX（1）用 5 m3/h 的清水吸收，氨气的最高吸收率；（2）用 10 m3/h 的清水吸收，氨气的最高吸收率；（3）用 5 m3/h 的含氨 0.5%（质量分数）的水吸收，氨气的最高吸收率。解：（1）气体的流量为 mol/s310/2.41.6液体的流量为 mol/s35/87.0假设吸收在塔底达到平衡则 ，所以* *7.2/.9312.4-YY*0.13所以最大吸收率为 0.13.
34、87（2）气体的流量为 mol/s/2.46液体的流量为 mol/s310/185.假设吸收在塔底达到平衡则 ，所以* *154./0.9312.40-YY*0.7所以最大吸收率为 .7.93（3）吸收剂中氨的摩尔分数为3510.5/170.8假设吸收在塔底达到平衡则 ，所以* *7.2/0.93512.4-YY*0.56所以最大吸收率为 .06.8.10 用一个吸收塔吸收混合气体中的气态污染物 A，已知 A 在气液两相中的平衡关系为 ，气体入口浓度为 ，液体入口浓度为 ，*yx10.y20.1x（1）如果要求吸收率达到 80%，求最小气液比；（2）溶质的最大吸收率可以达到多少，此时液体出口的
35、最大浓度为多少？解：（1）气相入口摩尔比 ，10.19yY液相入口摩尔比 2xX吸收率 ，所以，12208YY20.Y所以，最小液气比 12min87/1.LGqX（2）假设吸收塔高度为无穷大，求 A 的最大吸收率当液气比 ，操作线与平衡线重合，气液两相在塔顶和塔底(/)nLGq都处于平衡状态。吸收率*12max0.1.0.9Y此时液相出口浓度 1X当液气比 ，操作线与平衡线在塔顶点相交，即液相进口浓(/)nLGq度与气相出口浓度平衡。吸收率*12max0.1.0.9Y此时液相出口浓度 1112.nGLqYXYmX与相比，吸收率达到同样大小，但是液相出口浓度要低。当液气比 ，操作线与平衡线在塔
36、底点相交，即液相出口浓(/)nLGq度与气相进口浓度平衡。此时液相出口浓度 101YXm吸收率*1212max 0.9.与相比，液相出口浓度达到同样大小，但是吸收率要低。8.11 在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合废气中的组分 A，入塔气体溶质体积分数为 0.01，已知操作条件下的相平衡关系为 ，吸收剂用量为最*yx小用量的 1.5 倍，气相总传质单元高度为 1.2m，要求吸收率为 80%，求填料层的高度。解：已知传质单元高度，求得传质单元数，即可得到填料层高度。塔底： 01.y塔顶： ，02.82x操作过程的液气比为 12min 0.12/1.5/.55./nLGnLGyqqx吸收因子 .
37、2nGS所以，传质单元数为 05.38.02.183.1ln.0/1/1ln/12 SmxySNOG所以填料层高度为 m653.OGNHh第九章9.1 25，101.3kPa 下，甲醛气体被活性炭吸附的平衡数据如下：q/ g(气体 )g(活性炭) -1 0 0.1 0.2 0.3 0.35气体的平衡分压 /Pa 0 267 1600 5600 12266试判断吸附类型，并求吸附常数。如果 25，101.3kPa 下，在 1L 的容器中含有空气和甲醛的混合物，甲醛的分压为 12kPa，向容器中放入 2g 活性炭，密闭。忽略空气的吸附，求达到吸附平衡时容器内的压力。解：由数据可得吸附的平衡曲线如下
38、0 5000 10000 1500000.050.10.150.20.250.30.350.4吸附平衡曲线 p/Paq/g(气体)g(活性炭)-1图 9-1 习题 9.1 图中吸附平衡线由上述的平衡曲线，可以判断吸附可能是 Langmuir 或 Freundlich 型。由 ，整理数据如下1mqkpq1/q 10 5 3.3 2.861/p 0.00374 0.00062 0.00018 0.00008作 1/q 和 1/p 的直线0 0.001 0.002 0.003 0.0040246810121/p1/q图 9-2 习题 9.1 图中 1/q1/p 的关系曲线由 ，整理数据如下：ln1/
39、lnqpklnp 5.59 7.38 8.63 9.41lnq -2.30 -1.61 -1.20 -1.05作 lnq 和 lnp 的直线2 3 4 5 6 7 8 9 10-2.5-2-1.5-1-0.50lnplnq图 9-3 习题 9.1 图 lnq 和 lnp 的关系曲线由以上计算可知，用 Freundlich 等温方程拟合更好一些。同时计算参数如下：1/n=0.3336， n=3，lnk=-4.1266，k=0.016 ，所以等温线方程为 1/30.6qp题设条件下，甲醛的物质的量为 mol120488.349pVnRT质量为 g0.4830.14m假设达到吸附平衡时吸附量为 q，
40、则此时的压力为.12.9/01qp将 代入，可以求得 Pa/3.6p89p所以此时甲醛的平衡分压已经很低，如果忽略的话，可以认为此时容器内的压力为 kPa10.289.9.2 现采用活性炭吸附对某有机废水进行处理，对两种活性炭的吸附试验平衡数据如下：平衡浓度 COD /(mgL-1)100 500 1000 15002000 2500 3000A 吸附量/ mgg(活性炭) -155.6 192.3 227.8 326.1357.1 378.8394.7B 吸附量 /mgg(活性炭)-147.6 181.8 294.1 357.3398.4 434.8476.2试判断吸附类型，计算吸附常数，并
41、比较两种活性炭的优劣。解：由数据可得吸附的平衡曲线如下：Langmuir 吸附等温线方程为 ，变形后可得 ，11/mqk1mqk整理数据如下： 100 500 1000 1500 2000 2500 3000/q(A) 1.80 2.60 4.39 4.60 5.60 6.60 7.60/q(B) 2.10 2.75 3.40 4.20 5.02 5.75 6.30作 /q 和 的直线0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500050100150200250300350400450500AB平衡浓度 COD/mgL-1吸附量/mgg(活性炭)-1图 9-4 习题 9.
42、2 图吸附等温线0 1000 2000 3000 4000012345678AB图 9-5 习题 9.2 图 /q 和 的关系曲线/q由直线可知，用 Langmuir 吸附等温线方程可以很好地拟合吸附曲线。分别求得方程的常数为活性炭 A： 1/qm=0.0019，q m=526，1/k 1qm=1.8046，k 1=0.00105活性炭 B： 1/qm=0.0015，q m=667，1/k 1qm=1.9829，k 1=0.00076比较两种活性炭的吸附平衡常数，可以看到 B 的饱和吸附量要大于 A，比表面积较大，吸附容量比较大；而 A 的吸附系数比较大，吸附的性能较好。9.3 有一初始浓度（
43、比质量分数）为 Y0 的流体，要求用吸附剂将其浓度降低到 Y2（对应的固体相的吸附质比质量分数为 X2） 。试证明：两级错流吸附比单级吸附节约吸收剂。证明：对单级吸附，由物料衡算有 0220GYL所以吸附剂的用量为 02/LX对于二级错流吸附，第一级吸附剂用量为 ，一级流出流体的浓度为 ，1 1Y第一级吸附剂用量为 ，一级流出流体的浓度为2 2Y假设两级所用吸附剂总量为 ， ，两级的物料衡算方程分别为TL1L010GYX221两式相加，并且设 21Lm可得 ，0210TYXX因为 1020所以 20201mXXmX即 102020所以 020210GYGYmXX上式即为 TL第十章10.1 用
44、 H 型强酸性阳离子交换树脂去除质量浓度为 5%的 KCl 溶液，交换平衡时，从交换柱中交换出来的 H 离子的摩尔分数为 0.2，试计算 K 离子的去除率。已知 =2.5，溶液密度为 1025 kg/m3。K解：溶液中 K+的摩尔浓度为K+= mol/L501/0.6874.2.2.5.1KKHyxx所以 0.9KK 离子的去除率为 10.9.Kx10.2 用 H 型强酸性阳离子树脂去除海水中的 Na+、 K+离子（假设海水中仅存在这两种阳离子） ，已知树脂中 H+离子的浓度为 0.3mol/L，海水中 Na+、K +离子的浓度分别为 0.1mol/L 和 0.02mol/L，求交换平衡时溶液
45、中 Na+、K +离子的浓度。已知 ， 。3.0KH2.Na解： ，13.0Kyx12.0NaaHyx同时 ，0.3.NaNa2KK联立以上几式，求得，.2Kx 0.162Nax所以平衡时溶液中的浓度 Na+为 0.0162 mol/L，K +为 0.00046 mol/L10.3 某强碱性阴离子树脂床，床层空隙率为 0.45，树脂颗粒粒度为0.25mm，孔隙率为 0.3，树脂交换容量为 2.5mol/m3，水相原始浓度1.2mol/m3，液相与树脂相离子扩散系数分别为 m2/h、 1.40D3.10rDm2/h，溶液通过树脂床的流速为 4m/h。试判断属哪种扩散控制。解：彼克来准数 30 2140.510.8933.burPeDVermeulen 准数 1/2011321/224.85.40.3089.53.rPbqVeec所以属于液膜扩散控制。第十一章11.1 根据间歇操作、半间歇操作及连续操作的特点，画出在下列反应器中或反应器出口处反应物 A 的浓度随时间（或位置）的变化曲线。AB (CB0)A CACA0CACA0CA0 CA1 CA2 CAa. 间 歇 反 应 器（ t=0,CA=CA0）b. 半
