化工原理1-7章习题答案(新课本)

t1?T'?Δ'?Δ''?Δ'''?100?15?2.7?1?118.7℃ 则传热的有效温度差?t为：

0.4MkPa（表压）饱和蒸汽的饱和蒸汽温度 T=133.4℃

?t?T?t1?133.4?118.7?14.7℃

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 W?F(1?x00.1)?5000(1?)?3889kg/h xn0.45（2）设各效蒸发量的初值，当两效并流操作时 W1:W2?1:1.1

又 W?W1?W2 W1?3889 ?185k2g/h21kg/h W21?2037

再由式（4-25）求得 x1?Fx05000?0.1??0.159

(F?W1)1852 x2?0.45

（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： ?p?500?51.3?224.4kPa 2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

69

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 D1?W1?1852kg/h

D2?W2?2037kg/h

?T1?t1 T2?t2 T1?T1' A1?Q1D1r11852?2724.22

???117.3 mK1?t1K1(T?t1)2000?(151.7?130.2)W2r2Q22037?2645.32

? m ??92.8K2?t2K2(T1'?t2)1200?(130.2?81.8)A2?(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：

?t1?'Q1 K1AQ2 K2A?t2?'将上式与式（4—34）比较可得

?t1?'A1?t1A?t' ?t2?22=69.5 AA且 ?t1'??t2'??t1??t2 经处理可得：

A?A1?t1?A2?t2?t1??t2'' ?117.3?21.5?92.8?48.42

?100.3 m

21.5?48.4则 ?t1'?25.1℃，?t2'?44.8℃ 2）重新调整压降

'?151.7?25.1?126.6℃ ?t1'?T?t1'，则 t1其对应的饱和压力p1'=244.3kPa时,其r1?2718kJ/kg

' 70

第五章 气体吸收

气液平衡

1．在常压、室温条件下，含溶质的混合气的中，溶质的体积分率为10％，求混合气体中溶质的摩尔分率和摩尔比各为多少？ 解：

当压力不太高，温度不太低时，体积分率等于分摩尔分率，即 y=0.10

0.1 y ?0.11 根据 Y＝，所以Y＝1-0.11-y2．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2.875×10kmol/m，鼓泡器内总压为101.3kPa，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m。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ps?4.2kPa p稀溶液：c?*A－2

3

3

?p?ps?101.3?4.2?97.1kPa

?MS?1000?55.56kmol/m3 18cA2.875?10?2??5.17?10?4 x?c55.56p*97.15 E?A??1.876?10kPa ?4x5.17?10 H?cAp*A2.875?10?2??2.96?10?4kmol/(kPa?m3)

97.1E1.876?105?1854 m??p101.33．在压力为101.3kPa，温度30℃下，含CO2 20％（体积分率）空气－CO2混合气与水充分接触，试求液相中CO2的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比。 解：

查得30℃下CO2在水中的亨利系数E为1.88×10kPa CO2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液

5

71

H??SEMS?1000?2.96?10?4kmol/(m3?kPa) 51.88?10?18 pA?yp?0.20?101.33?20.3kPa

?4 c*?20.3?6.01?10?3kmol/m3 A?HpA?2.96?10*E1.88?105??1852 m?p101.3 x?y0.20??1.08?10-4 m1852x 1.08?10-4??1.08?10-4 X＝-41-x1－1.08?104．在压力为505kPa，温度25℃下，含CO220％（体积分率）空气－CO2混合气，通入盛有1m水的2 m密闭贮槽，当混合气通入量为1 m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，设CO2 大部分放出，求能最多获得CO2多少kg？。 解：

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1.66×10kPa。 解：

*pA?Ex （1）

5

3

3

3

*pA?1.66?105x

气相失去的CO2摩尔数＝液相获得的CO2摩尔数

*(pA?pA)VG?cVLx

RT*(0.2?505?pA)?11000??1?x

8.314?29818*0.0408?4.04?10?4pA?55.56x （2）

（1）与（2）解得：x?3.33?10?4

E1.66?105??8300 减压后： m?p20 72