陈敏恒《化工原理》(第3版)课后习题(含考研真题)(热、质同时传递的过程 课后习题详解)

13.2 课后习题详解

（一）习题

过程的方向和极限

13-1 温度为30℃、水汽分压为2kPa的湿空气吹过如表13-1所示三种状态的水的表面时，试用箭头表示传热和传质的方向。

表13-1

解：已知：t＝30℃，P＝2kPa，与三种状态水接触。求：传热、传质方向（用箭头表示）

查水的饱和蒸汽压

以Δt为传热条件，为传质条件，得：

表13-2

13-2 在常压下一无限高的填料塔中，空气与水逆流接触。入塔空气的温度为25℃、湿球温度为20℃。水的入塔温度为40℃。试求：气、液相下列情况时被加工的极限。（1）大量空气，少量水在塔底被加工的极限温度；（2）大量水，少量空气在塔顶被加工的极限温度和湿度。

解：已知：P＝101.3kPa，，逆流接触。求：

（1）大量空气，少量水，（2）大量水，少量空气，

（1）大量空气处理少量水的极限温度为空气的湿球温度

（2）大量水处理少量空气的极限温度为水的温度

且湿度为

查40℃下，

过程的计算

13-3 总压力为320kPa的含水湿氢气干球温度t＝30℃，湿球温度为t w＝24℃。求湿氢气的湿度H（kg水/kg干氢气）。已知氢-水系统的α/k H≈17.4kJ/（kg·℃）。

解：已知：P＝320kPa，t＝30℃，氢水-水系统，

求：H（kg水/kg干氢气）

查得24℃下，

13-4 常压下气温30℃、湿球温度28℃的湿空气在淋水室中与大量冷水充分接触后，被冷却成10℃的饱和空气，试求：（1）每千克干气中的水分减少了多少？（2）若将离开

淋水室的气体再加热至30℃，此时空气的湿球温度是多少？

图13-1

解：已知：P＝101.3 kPa，求：（1）析出的水分W（kg水/kg干气）

（1）查水的饱和蒸汽压

（2）

设查得

与所设基本相符，

13-5 在t1＝60℃，H1＝0.02kg/kg的常压空气中喷水增湿，每千克的干空气的喷水量为0.006kg，这些水在气流中全部汽化。若不计喷入的水本身所具有的热焓，求增湿后的气体状态（温度t2和湿度H2）。

解：已知：常量，喷水量W＝0.006kg水/kg干气，等焓过程。求：

＝

即

13-6 今有CO2-水蒸气混合物2000kg/h，其中水蒸气质量分数为70％，在操作压强（表压）0.3MPa下将该混合物的温度下降至80℃，试问冷凝下的水量为多少kg/h？

解：已知：-水蒸气，V＝2000kg/h，水蒸气占70％（质），P＝0.3MPa（表），，求：W（冷凝下的温度）

查得80℃时，水的饱和蒸汽压，则

13-7 氮和苯蒸气的混合气体在297K时含苯蒸气分压为7.32kPa，总压为l02.4kPa。现采用加压冷却的方法以回收混合气中的苯，问须将混合气加压至多大的压强并冷却至283K，才能回收75％的苯。（已知283K时苯的饱和蒸气压为6.05kPa）。

解：已知：氮-苯混合气

求：

故

解得

13-8 拟在一填料式凉水塔中用空气将水从34℃冷却至20℃，两者作逆流接触。水的流率为2.71×10-2kg/（s·m2），空气的流率为4×10-2kg/（s·m2），空气入塔温度为20℃，湿度为0.004kg/kg，当地大气压为100kPa。已知设备的容积系数k H a＝1.6×10-3kg/（s·m3），并鉴于凉水塔内水温度变化范围不大，试以焓差为推动力法估算凉水塔的高度。

解：已知：填料式凉水塔，

求：塔高Z

查得

∵水温变化不大，可近似认为即为直线关系。

（二）思考题

13-1 热、质同时传递的过程可分为哪两类？

答：热、质同时传递的过程可分为：（1）以传热为目的，伴有传质的过程；（2）以传质为目的，伴有传热的过程。

13-2 传质方向或传热方向发生逆转的原因和条件是什么？

答：在热、质同时进行传递的过程中，造成传递方向逆转的根本原因在于：液体的平衡分压（即水的饱和蒸汽压p s）是由液温唯一决定的，而未饱和气体的温度t与水蒸气分压p

则是两个独立的变量。因此，当气体温度t等于液体温度θ而使传递过程达到瞬时平衡水汽

时，则未饱和气体中的水汽分压p水汽必低于同温度下水的饱和蒸汽压p s，此时必然发生传质，即水的汽化。同理，当气体中的水汽分压p水汽等于水温θ下的饱和蒸汽压p s时，传质