1、 第一章 流体流动 1 某设备上真空表的读数为 13.3 103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7 103 Pa。 解：由 绝对压强 = 大气压强 真空度 得到： 设备内的绝对压强 P 绝 = 98.7 103 Pa -13.3 103 Pa=8.54 103 Pa 设备内的表压强 P 表 = -真空度 = - 13.3 103 Pa 3 某流化床反应器上装有两个 U 型管压差计，如本题附图所示。测得 R1 = 400 mm ， R2 = 50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的 U 型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度 R3 =
2、 50 mm。试求 A B 两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则，对于右边的管压差计， a a 为等压面，对于左边的压差计， b b 为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解：设空气的密度为 g，其他数据如图所示 a a 处 PA + ggh1 = 水 gR3 + 水银 R2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即 ： PA = 1.0 103 9.81 0.05 + 13.6 103 9.81 0.05= 7.16 103 Pa b-b 处 PB + ggh3 = PA + ggh2 + 水银 gR1 PB = 13.6 103 9.81 0.4 + 7
3、.16 103 =6.05 103Pa 5用本题附图中串联管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，管压差计的指示液为水银，两管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为： 1 2.3m， 2=1.2m, 3=2.5m, 4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离 5=3m。大气压强 a= 99.3 103 。 试求锅炉上方水蒸气的压强。 分析：首先选取合适的截面用以连接两个管，本题应选取如图所示的 1 1 截面，再选取等压面，最后根据静力学基本原理列出方程，求解 解：设 1 1 截面处的压强为 1 对左边的管取 -等压面， 由静力学基本方程 0 + 水 g(h5-h4) = 1 +
4、 水银 g(h3-h4) 代入数据 0 + 1.0 103 9.81 (3-1.4) = 1 + 13.6 103 9.81 (2.5-1.4) 对右边的管取 -等压面，由静力学基本方程 1 + 水 g(h3-h2) = 水银 g(h1-h2) + 代入数据 1 + 1.0 103 9.81 2.5-1.2 = 13.6 103 9.81 2.3-1.2 + 99.3 103 解着两个方程 得 0 = 3.64 105Pa 8 .高位槽内的水面高于地面 8m， 水从 108 4mm 的管道中流出 ， 管路出口高于地面 2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按 f = 6.5 u2 计算
5、，其中 u 为水在管道的流速。试计算： A A 截面处水的流速； 水的流量，以 m3/h 计。 分析：此题涉及的是流体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面是高位槽 1 1,和出管口 2 2,如图所示，选取地面为基准面。 解：设水在水管中的流速为 u ，在如图所示的 1 1, ， 2 2,处列柏努力方程 Z1 + 0 + 1/ = Z2 + 2 2 + 2/ + f （ Z1 - Z2） g = u2/2 + 6.5u2 代入数据 (8-2) 9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s 换算
6、成体积流量 VS = uA= 2.9 /4 0.12 3600 = 82 m3/h 10. 用离心泵把 20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 76 2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 24.66 10Pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按 f,1=2u， hf,2=10u2计算，由于管径不变，故式中 u 为吸入或排出管的流速 /s。排水管与喷头连接处的压强为 98.07 10Pa（表压）。试求泵的有效功率。 分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，从槽面到真
7、空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。 解：总能量损失 hf= hf+， 1 hf， 2 u1=u2=u=2u2+10u=12u 在截面与真空表处取截面作方程 ： z0g+u02/2+P0/ =z1g+u2/2+P1/ + hf， 1 （ P0-P1） / = z1g+u2/2 + hf， 1 u=2m/s ws=uA =7.9kg/s 在真空表与排水管 -喷头连接处取截面 z1g+u2/2+P1/ +We=z2g+u2/2+P2/ + hf， 2 We= z2g+u2/2+P2/ + hf， 2 （ z1g+u2/2+P1/ ） =12.5 9.81+（ 98.
8、07+24.66） /998.2 10+10 2 =285.97J/kg Ne= Wews=285.97 7.9=2.26kw 14. 在实验室中 ,用玻璃管输送 20的 70%醋酸 .管内径为 1.5cm,流量为 10kg/min,用 SI 和物理单位各算一次雷诺准数 ,并指出流型。 解：查 20， 70的醋酸的密度 = 1049Kg/m3,粘度 = 2.6mPa s 用 SI 单位计算： d=1.5 10-2m,u=WS/( A)=0.9m/s Re=du / =(1.5 10-2 0.9 1049)/(2.6 103) =5.45 103 用物理单位计算 ： =1.049g/cm, u=
9、WS/( A)=90cm/s,d=1.5cm =2.6 10-3PaS=2.6 10-3kg/(sm)=2.6 10-2g/scm-1 Re=du / =(1.5 90 1.049)/(2.6 10-2) =5.45 103 5.45 103 4000 此流体属于湍流型 15 .在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置 U 管压差计，以测量两截面的压强差。当水的流量为 10800kg/h 时， U 管压差计读数 R 为 100mm，粗细管的直径分别为 60 3.5mm 与 45 3.5mm。计算： （ 1） 1kg 水流经两截面间的能量损失。（ 2）与该能量损失相当的压强降为
10、若干 Pa？ 解：（ 1）先计算 A， B 两处的流速： uA=ws/ sA=295m/s， uB= ws/ sB 在 A， B 截面处作柏努力方程： zAg+uA2/2+PA/ =zBg+uB2/2+PB/ + hf 1kg 水流经 A， B 的能量损失： hf= （ uA2-uB2） /2+（ PA- PB） / =（ uA2-uB2） /2+ gR/ =4.41J/kg （ 2） .压强降与能量损失之间满足： hf= P/ P= hf=4.41 10 18. 一定量的液体在圆形直管内做滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的 1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？
11、解：管径减少后流量不变 u1A1=u2A2而 r1=r2 A1=4A2 u2=4u 由能量损失计算公式 f= （ /d）（ 1/2u2） 得 f， 1= （ /d）（ 1/2u12） f， 2= （ /d）（ 1/2u22） = （ /d） 8（ u1） 2=16 f， 1 hf2 = 16 hf 21. 从设备送出的废 气中有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些 物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为 3600m/h，其物理性质与 50的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的 U 管压差计，起读数为 30mm。输气管与放空管的内径均为
12、 250mm，管长与管件，阀门的当量长度之和为 50m，放空机与鼓风机进口的垂直距离为 20m，已估计气体通过塔内填料层的压强降为 1.96 10Pa。管壁的绝对粗糙度可取 0.15mm，大气压强为 101.33 10。求鼓风机的有效功率。 解 ： 查表 得该气体的有关物性常数 =1.093 , =1.96 10-5Pa s 气体流速 u = 3600/(3600 4/ 0.252) = 20.38 m/s 质量流量 s = uAs = 20.38 4/ 0.252 1.093 =1.093 Kg/s 流体流动的雷偌准数 Re = du / = 2.84 105 为湍流型 所有当量长度之和 总
13、 = + e=50m 取 0.15 时 /d = 0.15/250= 0.0006 查表得 =0.0189 所有能量损失包括出口 ,入口和管 道能量损失 即 : = 0.5 u2/2 + 1 u2/2 + (0.0189 50/0.25) u2/2 =1100.66 在 1-1 2-2 两截面处列伯努利方程 u2/2 + P1/ + We = Zg + u2/2 + P2/ + We = Zg + (P2- P1)/ + 而 1-1 2-2 两截面处的压强差 P2- P1 = P2- 水 gh = 1.96 103 -103 9.81 31 103=1665.7 We = 2820.83 W/
14、Kg 泵的有效功率 Ne = We s= 3083.2W = 3.08 KW 22. 如本题附图所示，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为 100mm 的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端 15m 处安有以水银为指示液的 U 管差压计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的长度为 20m。 （ 1） .当闸阀关闭时，测得 R=600mm， h=1500mm；当闸阀部分开启时，测的 R=400mm， h=1400mm。摩擦系数可取 0.025，管路入口处的局部阻力系数为 0.5。问每小时从管 中水流出若干立方米。（ 2） .当闸阀全开时， U
15、管压差计测压处的静压强为若干（ Pa，表压）。闸阀全开时 le/d 15，摩擦系数仍取 0.025。 解 : 根据流体静力学基本方程 , 设槽面到管道的高度为 x 水 g(h+x)= 水银 gR 103 (1.5+x) = 13.6 103 0.6 x = 6.6m 部分开启时截面处的压强 P1 = 水银 gR - 水 gh = 39.63 103Pa 在槽面处和 1-1 截面处列伯努利方程 Zg + 0 + 0 = 0 + u2/2 + P1/ + 而 = ( + e)/d + u2/2 = 2.125 u2 6.6 9.81 = u2/2 + 39.63 + 2.125 u2 u = 3.
16、09/s 体积流量 s= uA = 3.09 /4 (0.1)2 3600 = 87.41m3/h 闸阀全开时 取 2-2,3-3 截面列伯努利方程 Zg = u2/2 + 0.5u2/2 + 0.025 (15 + /d)u2/2 u = 3.47m/s 取 1-1 3-3截面列伯努利方程 P1/ = u2/2 + 0.025 (15+ /d)u2/2 P1 = 3.7 104Pa 第四章 传热 2 .燃烧炉的内层为 460mm厚的耐火砖，外层为 230mm后的绝缘砖。若炉的内表面温度 t1为 1400，外 表温度 t3为 100，试求导热的热通量几两砖间界面温度。设炉内唤接触良好，已知耐火
17、砖的导热系数为 1=0.9+0.0007t，绝缘砖的导热系数为 2=0.3+0.0003t。两式中 t 分别取为各层材料的平均温度，单位为， 单位为 W/（ m）。 解： 令两砖之间的界面温度为 t2 ， t1 = 1400 ， t3 = 100 耐火砖的导热系数 1= 0.9 + 0.0007（ t1 + t2） /2 = 0.9 + 0.0007（ 1400 + t2） /2 = 1.39 + 0.00035 t2 绝热转的导热系数 2= 0.3 + 0.0003(t3 + t2)/2) = 0.315 + 0.00015 t2 （ t1 -t2） /(b1/ 1) = （ t2 -t3）
18、 /(b2/ 2) 0.00065t22 + 1.5t2- 2009 = 0 解得界面温度 t2 = 949 各层的导热系数 1= 1.722 w/（ m） 2= 0.457 w/（ m） 根据多层平壁热传导速率公式 Q = (t1-tn)/ (bi/S i) 和 q = Q/S 得导热的热通量 q = 1689 W/m2 6. 在并流换热器中，用水冷却油。水的进出口温度分别为 15， 40，油的进出口温度分别为 150和 100。现生产任务要求油的出口温度降至 80，假设油和水的流量，进出口温度及物性不变，若换热器的管长为 1m，试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽
19、略。 解： 根据题意列出关系式： 热流体（油）： T1=150 T2=100 冷流体（水）： t1=15 t2=40 现在要 求：热流体（油）： T1=150 T2=80冷流体（水）： t1=15 t2=？ 开始： Q= WhCph（ T1 - T2 ） =50 WhCph =WcCpc（ t2-t1） =25WcCpc =K0S0 tm tm =（ t1- t2） /ln（ t1/ t2） =（ 135-60） /ln（ 135/60） =92.49 改变后： Q， =WhCph（ T1 - T2 ） =700 WhCph =WcCpc（ t2， -t1） =（ t2， -15） WcCpc
20、 =K0S0， tm， 25/（ t2， -15） =50/70 t2， =50 tm， =（ t1- t2， ） /ln（ t1/ t2， ） =69.81 Q/Q*= K0S tm / K0S， tm， = L tm / L， tm， =50/70 L， =1.85L=1.85m 9. 在逆流换热器中，用初温为 20的水将 1.25kg/s 的液体（比热容为 1.9kJ/kg，密度为 850kg/m），由 80冷却到 30。换热器的列管直径为 252.5mm，水走管方。水侧和液体侧 的对流传热系数分别为 0.85 W/（ m2）和 1.70 W/（ m2）。污垢热阻忽略。若水的出口温度不能
21、高于 50，试求换热器的传热面积。 解：热流体： T1=80 T2=30 冷流体： t2=50 t1=20 t1=30 t2=10 tm =（ t1- t2） /ln（ t1/ t2） =18.205 Q =WhCph（ T1 - T2 ） =1.9 10 1.25 50=118.75W 又 Q= K0S0 tm，其中 1/ K0 = d0/ idi+1/ 0 解得 K0=0.486 10m2 /W 0.486 10 18.205 S0=118.75 10 S0=13.4m 10.在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为 192mm 的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为 3490 W/（
22、m2），管外油侧对流传热系数为 258 W/（ m2）。换热器用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m2 /W，油侧污垢热阻 0.000176m2 /W。管壁导热系数 为 45 W/（ m），试求：（ 1）基于管 外表面的总传热系数；（ 2）产生污垢后热阻增加的百分比。 解：（ 1） 1/K0 =d0/ idi+1/ 0+Rsid0/di+Rs0+bd0/ dm =19/（ 3490 15） +0.00026 19/15+0.000176+（ 0.002 19） /（ 45 16.9） +1/258 K0 =208 m2 /W （ 2）产生污垢后增加的总热阻： d0/
23、 idi + Rs0=19/（ 3490 15） +0.000176=0.00050533 产生污垢前的总热阻： d0/ idi+1/ 0+ bd0/ dm=19/（ 3490 15） +（ 0.002 19） /（ 45 16.9） +1/258 =0.0043 增加的百分比为： 0.00050533/0.00429=11.8% 11.在一传热面积为 50m2的单程列管式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为 33000kg/h，温度由 20升至 38。溶液的温度由 110降至 60。若换热器清洗后，在两流体的流量和进出口温度不变的情况下，冷水出口温度增至 45。试估算换
24、热器清洗前后传热面两侧的总污垢热 阻。假设（ 1）两种情况下，流体物性可视为不变，水的比热容可取 4.187kJ/（ kg）；（ 2）可按平壁处理，两种工况下 i和 0分别相同；（ 3）忽略管壁热阻和热损失。 解： 换洗前：热流体： T1=110 T2=60 冷流体： t2=38 t1=20 t1=72 t2=40 tm =（ t1- t2） /ln（ t1/ t2） =54.4 Q= WhCph（ T1 - T2 ） =50WhCph =WcCpc（ t2-t1） =18WcCpc =K0S0 tm =54.4K0S0 代入数据计算得 K0=254 W/（ m2） 换洗后：热流体： T1=1
25、10 T2=60 冷流体： t2=38 t1=20 t1=72 t2=40 tm =（ t1- t2） /ln（ t1/ t2） =54.4 Q= WhCph（ T1 - T2 ） =（ 100-T2） WhCph =WcCpc（ t2-t1） =25WcCpc =K0， S0 tm， 50/（ 100-T2） =18/25 T2=40.56 tm， =（ t1， - t2， ） /ln（ t1， / t2， ） =35 Q= =WcCpc（ t2-t1） = K0， S0 tm， 代入数据计算得 K0， =548.3 W/（ m2） 总污垢热阻为： 1/ K0-1/ K0， =1/245-1
26、/548. =2.1 10-3 m2 /W 14.在逆流换热器中，用冷油冷却热油。油的比热容均为 1.68kJ/（ kg），热油的流量为 3000kg/h，从 100冷却到25。冷油从 20加热到 40。已知总传热系数 K0。随热油温度 T 变化如下： 热油温度 T， 100 80 60 40 30 25 总传热系数 K0 ， W/（ m2） 355 350 340 310 230 160 试求换热器的传热面积。 解： 热油： 100 25 冷油： 40 20 分批计算：热流体从 100 80。 80 60， 60 40， 40 30， 30 25时的传热量 Q1， Q2， Q3， Q4， Q
27、5及传热面积 S1 S2 S3 S4 S5 总传热面积 S= S1 +S2 +S3 + S4+ S5 冷流体的流量：由 WhCph T=WcCpc t得 Wc=11250kg/h 从 100 80的传热面积 3000 1.68 20=11250 1.68（ 40-t1） t1=34.6 t1/ t2=60/45.3 2 tm1=( t1+ t2)=52.6 Q1=3000/3600 1.68 10 20=28 10 取 K01=（ 355+350） =352.5 W/（ m2） S1 = Q1/ K01 tm1=28 10/（ 352.5 52.6） =1.508 同理得 S2=2.1358
28、S3=3.8216 S4=4.3351 S5=5.279 S=17m2 15.在一逆流套管中，冷，热流体进行热交换。两流体的进出口温度分别为 t1=20， t2=85， T1=100， T2=70。当冷流体的流量增加一倍时，试求两流体的出口温度和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数可视为相同，换热器热损失可忽略。 解：热： T1=100 T2=70 冷： t2=85 t1=20 热流体放热 Q 放 =WhCph（ T1 - T2 ） 冷流体吸热 Q 吸 =WcCpc（ t1-t2） 由传热 Q=K0S tm ， tm=（ T2- t1 ） -（ T1 -t2） /ln（ T2- t1 ）
29、 /（ T1 -t2） =29.07 Q=29.07K0S 冷流体流量增加一倍后 ： 热 ： T1=100 T2， 冷 ： t2， t1=20 而 K0， S 不变 ， Q=Q* tm */ tm Q*=Q（ t2， + T2， -120） /29.07ln（ T2， -20） /（ 100- t2， ） Q 放 ,=(100- T2， )/30 Q 放 Q 吸 , =2(t2， -20)/65 Q 吸 Q*=Q（ t2， + T2， -120） /29.07ln（ T2， -20） /（ 100- t2， ） =Q 放 ,=(100- T2， )/30 Q 放 =Q 吸 , =2(t2， -
30、20)/65 Q 吸 用试差法得 T2， =59.8 t2， =63.5 Q/Q*=30/（ 100- T2， ） =1.34 第六章 吸收 1. 从手册中查得 101.33kPa,25时 ,若 100g 水中含氨 1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为 0.987kPa。已知在此浓度范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数 H kmol/(m3 kPa)及相平衡常数 m 解：液相摩尔分数 x = （ 1/17） /（ 1/17） +（ 100/18） = 0.0105 气相摩尔分数 y = 0.987/101.33 = 0.00974 由亨利定律 y = mx 得 m = y/x = 0.0097
31、4/0.0105 =0.928 液相体积摩尔分数 C = （ 1/17） /（ 101 10-3/103） = 0.5824 103 mol/m3 由亨利定律 P = C/H 得 H = C/P =0.5824/0.987 = 0.590 kmol/(m3 kPa) 3某混合气体中含有 2（体积） CO2，其余为空气。混合气体的温度为 30，总压强为 506.6kPa。从手册中查得 30时 CO2在水中的亨利系数 E = 1.88 105 kPa，试求溶解度系数 H kmol/(m3 kPa) 及相平衡常数 m，并计算每 100g 与该气体相平衡的水中溶有多少 gCO2 。 解： 由题意 y
32、= 0.02， m = E/P 总 = 1.88 105/506.6 = 0.37 103 根据亨利定律 y = mx 得 x = y/m = 0.02/0.37 103 = 0.000054 即 每 100g 与该气体相平衡的水中溶有 CO2 0.000054 44 100/18 = 0.0132 g H = /18E = 103/（ 10 1.88 105） = 2.955 10-4kmol/(m3 kPa) 7.在 101.33kPa， 27下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气，液两相中的浓度都很低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数 H = 1.995kmol/(m3 kPa)，
33、气膜吸收系数 kG = 1.55 10-5 kmol/(m2 s kPa)，液膜吸收系数 kL = 2.08 10-5 kmol/(m2 s kmol/m3)。试求总吸收系数 KG，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。 解 ： 由 1/KG = 1/kG + 1/HkL 可得总吸收系数 1/KG = 1/1.55 10-5 + 1/（ 1.995 2.08 10-5） KG = 1.128 10-5 kmol/(m2 s kPa) 气膜阻力所占百分数为 ：（ 1/ kG） /（ 1/kG + 1/HkL） = HkL/（ HkL+ kG） = （ 1.995 2.08） /（ 1.995 2
34、.08 + 1.55） = 0.928 = 92.8 8.在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇，操作温度为 27，压强 101.33kPa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为 5kPa，液相中甲醇浓度位 2.11kmol/m3。试根据上题有关的数据算出该截面上的吸 收速率。 解：由已知可得 kG = 1.128 10-5kmol/(m2 s kPa) 根据亨利定律 P = C/H 得液相平衡分压 P* = C/H = 2.11/1.995 = 1.058kPa NA = KG(P-P*)= 1.128 10-5（ 5-1.058） = 4.447 10-5kmol/(m2 s) = 0.
35、16 kmol/(m2 h) 9.在逆流操作的吸收塔中，于 101.33kPa， 25下用清水吸收 混合气中的 CO2，将其浓度从 2降至 0.1（体积）。该系统符合亨利定律。 亨利系数 =5.52 104kPa。若吸收剂为最小理论用量的 1.2 倍，试计算操作液气比 L/V 及出口组成 X。 解： Y1 = 2/98 =0.0204， Y2 = 0.1/99.9 = 0.001 m = E/P 总 = 5.52 104/101.33 = 0.0545 104 由 （ L/V） min= （ Y1-Y2 ） /X1* = （ Y1-Y2 ） /（ Y1/m） = （ 0.0204-0.001）
36、 /（ 0.0204/545） = 518.28 L/V = 1.2（ L/V） min = 622 由操作线方程 Y = （ L/V） X + Y2-（ L/V） X2 得 出口液相组成 X1 = （ Y1-Y2 ） /（ L/V） = （ 0.0204-0.001） /622 = 3.12 10-5 改变压强后，亨利系数发生变化，及组分平衡发生变化，导致出口液相组成变化 m = E/P 总 = 5.52 104/10133 = 0.0545 10-5 （ L/V） = 1.2（ L/V） min = 62.2 X1 = （ Y1-Y2 ） /（ L/V） = （ 0.0204-0.001）
37、 /62.2 = 3.12 10-4 11.在 101.33kPa 下用水吸收混于空气中的中的氨。已知氨的摩尔分率为 0.1，混合气体于 40下进入塔底，体积流量为 0.556m3/s，空塔气速为 1.2m/s。吸收剂用量为最小用量的 1.1 倍，氨的吸收率为 95，且已估算出塔内气相体积吸收总系数 KYa 的平均值为 0.0556kmol/( m3 s). 水在 20 温度下送入塔顶，由于吸收氨时有溶解热放出，故使氨水温度越近塔底越高。已根据热效应计算出塔内氨水浓度与起慰问度及在该温度下的平衡气相浓度之间的对应数据，列 入本题附表中试求塔径及填料塔高度。 氨溶液温度 t/ 氨溶液浓度 气相氨
38、平衡浓度 Xkmol(氨 )/kmol(水 ) Y*kmol()/kmol() 20 0 0 23.5 0.005 0.0056 26 0.01 0.010 29 0.015 0.018 31.5 0.02 0.027 34 0.025 0.04 36.5 0.03 0.054 39.5 0.035 0.074 42 0.04 0.097 44.5 0.045 0.125 47 0.05 0.156 解 ： 混合气流量 G = D2u/4 D = (4G/ u)1/2=(4 0.556)/(3.14 1.2)1/2= 0.77 m Y1 = 0.1/0.9 = 0.111 y2 = y1（ 1
39、- ） = 0.05 0.1 = 0.005 Y2 = 0.005/0.995 = 0.005 根据附表中的数据绘成不同温度下的 X-Y*曲线查得与 Y1= 0.111 相平衡的液相组成 X1*= 0.0425 （ L/V） min= （ Y1- Y1） / X1* = （ 0.111-0.005） /0.0425 = 2.497 （ L/V） = 1.1(L/V)min= 2.75 由操作线方程 Y = (L/V)X + Y2 可得 X1 = (V/L)(Y1-Y2) = (0.111-0.005)/2.75 = 0.0386 由曲线可查得与 X1相平衡的气相组成 Y1* = 0.092 Y
40、m=（ Y1- Y2） /ln( Y1- Y2) = （ 0.111- 0.092） -0.005/ln（ 0.111-0.092） /0.005= 0.0105 OG =（ Y1-Y2） / Ym = （ 0.111-0.005） /0.0105 = 10.105 惰性气体流量 G = 0.556 (1-0.1) = 0.556 0.9 = 0.5004m3/s = （ 0.5004 101.33 103） /（ 8.314 313） = 19.49 mol/s HOG = V/(KYa ) = (19.49 10-3)/(0.0556 0.772/4 = 765.56 10-3 m 填料层
41、高度 H = OG HOG = 10.105 765.56 10-3 = 7.654m 12.在吸收塔中用请水吸收混合气体中的 SO2，气体流量为 5000m3（标准） /h，其中 SO2占 10，要求 SO2的回收率为95。气 ，液逆流接触，在塔的操作条件下， SO2在两相间的平衡关系近似为 Y* = 26.7X，试求： （ 1） 若取用水量为最小用量的 1.5 倍，用水量应为多少？ （ 2） 在上述条件下，用图解法求所需理论塔板数； （ 3） 如仍用（ 2）中求出的理论板数，而要求回收率从 95提高到98，用水量应增加到多少？ 解： （ 1） y2 = y1（ 1-） = 0.1（ 1-0
42、.95） = 0.005 Y1 = 0.1/0.9 = 0.111 Y2 = 0.005/（ 1-0.005） = 0.005 （ L/V） min=（ Y1-Y2） /X1* = （ Y1-Y2） /（ Y1/26.7） = （ 0.111-0.005） 26.7/0.111 = 25.50 L/V） =1.5（ L/V） min= 38.25 惰性气体流量 ： V = 5000 0.9/22.4 = 200.89 用水量 L = 38.25 200.89 = 7684kmol/h （ 2）吸收操作线方程 Y = （ L/V） X + Y2 代入已知数据 Y = 38.25X + 0.005
43、 在坐标纸中画出操作线和平横线，得到理论板数 NT = 5.5 块 14 在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混 于气态烃中的 H2S，进塔气相中含 H2S（体积） 2.91要求吸收率不低于 99，操作温度 300，压强 101.33kPa，平衡关系为 Y* = 2X，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中 H2S 浓度为0.013kmol(H2S)/kmol(溶剂 ) 已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为 0.015kmol/(m2 s)，气相体积吸收总系数为 0.000395 kmol/(m3 s kPa)。求所需填料蹭高度。 解 ： y2 = y1（ 1- ） =0.0291 0.01 = 0.000291 Y2 = y2 = 0.000291 Y1 =
