化工原理课后习题答案

第七章 吸收
1,解：（1）008.0=*
y 1047.018
100017101710=+=x （2）KPa P 9.301= H,E 不变，则2563.010
9.3011074.73
4
⨯⨯==P E m (3)0195.010
9.301109.53
3=⨯⨯=*
y 01047.0=x 2，解：09.0=y 05.0=x x y 97.0=* 同理也可用液相浓度进行判断
3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。

现atm P 1=，,293k T =
故()(
)
s
m
D G 2
52
17571071.11
.205.2112915.361293102
1212
1
--⨯=+⨯+⨯=
HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M
粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积cm V A 33.286.247.3=+= 4，解:吸收速率方程()()()12A A BM A P P P P RTx D N --= 1和2表示气膜的水侧和气侧，A 和B 表示氨和空气
()24.986.1002.962
1
m kN P BM =+=代入式
x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm.
5，解：查s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数
下C 80，s cm s cm T T D D 2
5275
.175
.112121044.3344.029*******.0-⨯==⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛= C 80水的蒸汽压为kPa P 38.471=，02=P
时间s NA M t 21693
.041025.718224=⨯⨯⨯==-π 6,解：画图
7,解：塔低：6110315-⨯=y s m kg G 234.0=' 塔顶：621031-⨯=y 02=x
2.5N 的NaOH 液含3100405.2m kgNaOH g =⨯ 2.5N 的NaOH 液的比重＝1.1液体的平均分子量：
通过塔的物料衡算，得到()()ZA L y y P K A y y G m G m -=-21
如果NaOH 溶液相当浓，可设溶液面上2CO 蒸汽压可以忽略，即气相阻力控制传递过
程。

∴在塔顶的推动力6210310-⨯=-=y 在塔底的推动力61103150-⨯=-=y
对数平均推动力()()66
105.12231
3151031315--⨯=⨯-=
-In L y y m
由上式得：()2351093.8m kN s m kmol a K G -⨯=
8，解：()0002.0112=-=ηy y
9，解：塔顶的推动力()0003.022=-= Y Y
塔底的推动力()()004.0026.003.011=-=-= Y Y
对数平均推动力00143.00003
.0004.00003
.0004.0=-=
In 根据()()AZ L Y Y aP K A Y Y G m G m -=-21
即()()Z L Y Y a K Y Y G m G
m -''=-21 传质单元高度()m a K G H G
m OG 375.004.015.0==''= 传质单元数 ()218.20375.08.7≈==OG N
10,解：35.12.103.08.0003.003.0=⨯-=G L 89.035
.12
.1==S
m N H h OG
OG 0.61.847.8958.0>=⨯='='不够用 11，解：（1）02.01=Y ,02=X ,04.02=Y ,008.01=X
012.0008.05.15.11*1=⨯==X Y , 0*2=Y
由OG OG N H Z = m N Z H OG OG 61.377
.210
===
∴ 由于20
008.0004
.002.02121=--=
--=X X Y Y G L 而5.1=m 故133.15
.12
≠===mG L A
(2)02.01='Y , 002.02='Y , 02
='X , ?1='X m Z Z Z 71017=-=-=∆,即填料层应增加7m
(3)因G L 不变，故OG OG
H H ='不变 又004.01='Y , 02='X 75.02
5
.1===L mG S
解得：5.321='
'
Y Y
即：排放浓度是合格的
12，解：OG OG N H h = OG OG
N H h ''=' .5562.095.011438.0562.011=⎥⎦⎤
⎢⎣⎡+--=
In N OG B
()⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡'+'-'-=S S In S 02.011111.5 A
试差 设53.0='S 代入式A 得 76.6='OG
N 设48.0='S 30.6='OG N 设42.0='S 8.5='OG
N 设32.0='S 2.5='OG
N 设31.0='S 14.5='OG
N 左边等于右边
13,解：（1）07.04
.221321010031=⨯=-y 0753.007.0107
.01=-=
∴Y （2）⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--⎪⎭⎫ ⎝⎛--=
L mV mX Y mX Y L mV In L
mV N OG 2221111
（3）m N H Z OG OG 1.689.8686.0=⨯=⋅=
14，解：因氨得平衡分压为零，故0*=y ，而有a a y y =∆，b b y y =∆，
()()a b b a
y y In y y y -=∆，于是a
b m a b OG y y In y y y N =∆-= 又吸收率b a y y -=1ϕ，故ϕ-=11
a b y y ，而有ϕ
-=11In N OG
现操作条件基本相同，故三种情况下的a OG Ky G H =，可认为相等。

于是所需填料塔高度之比为：
第八章 干燥
6-1 1.0133×105Pa （1个大气压）、温度为50℃的空气，如果湿球温度为30℃，计算：（1）湿度；（2）焓；（3）露点；（4）湿比容
解：
1、H=0.021, I=116kJ/kg, t d =25?C
6-2 已知一个干燥系统的操作示意图如下：
在I －H 图中画出过程示意图 求循环空气量q
解：
6-3水?kg -1（q mG 1=1000kg/h, w 1=40℃, w 2=5% H 1=0.009, H 2=0.039
q mGC =q mG1(1-w 1)=1000(1-0.4)=600kg/h x 1=0.4/0.6=0.67, x 2=5/95=0.053
①q mw =q mGC (x 1-x 2)=600(0.67-0.053)=368.6kg/h ②q mL (H 2-H 1)=q mw
q mL’=q mL (1+H 1)=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/h ③q mGC =q mG2(1-w 2) ∴h /6kg .63105
.01600
w 1q q 2mGC mG2=-=-=
6-4某厂利用气流干燥器将含水20%的物料干燥到5%（均为湿基），已知每小时处理的原料量为1000kg ，于40℃进入干燥器，假设物料在干燥器中的温度变化不大，空气的干球温度为20℃，湿球温度为16.5℃，空气经预热器预热后进入干燥器，出干燥器的空气干球温度为60℃，湿球温度为40℃，干燥器的热损失很小可略去不计，试求：
（1） 需要的空气量为多少m 3?h -1？（以进预热器的状态计） （2） 空气进干燥器的温度？
0℃时水的汽化热2491.27kJ ?kg -1，空气与水汽比热分别为1.01与1.88kJ ?kg -1?K -1
解：
w 1=0.2, w 2=0.05, q mG 1=1000kg/h, θ1=40℃, t 0=20℃, t w 0=16.5℃, t 2=60℃, t w 2=40℃
Q =1.01q mL (t 2-t 0)+q mw (2490+1.88t 2)+q mGC (θ2-θ1)+Q c I 1=I 2
查图得：H 0=0.01, H 2=0.045
I 1=(1.01+1.88H 0)t 1+2490H 0=(1.01+1.88H 2)t 2+2490H 2 =(1.01+1.88×0.045)×60+2490×0.045＝177.7 (1.01+1.88×0.01)t 1+2490×0.01=1.03t 1+24.9=177.7
4.14803
.19
.247.1771=-=
t ℃
q mGC =q mG 1(1-w 1)=1000(1-0.2)=800 x 1=0.2/0.8=0.25, x 2=5/95=0.053
q mw =q mGC (x 2-x 1)=800(0.25-0.053)=157.6 q mL ’=q mL (1+H 0)=4502.9(1+0.01)=4547.9
6-5湿物料含水量为42%，经干燥后为4%（均为湿基），产品产量为0.126kg/s ，空气的干球温度为21℃，相对湿度40%，经预热器加热至93℃后再送入干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为60%，若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求：
（1） 在I —图H 上画出空气状态变化过程的示意图；
（2） 设已查得H 0=0.008kg 水?kg -1绝干气，H 2=0.03 kg 水?kg -1绝干气)，求绝
干空气消耗量q m,L （kg 绝干气?s -1）。

预热器供应之热量p Q （kw ）。

解：
w 1=0.42,w 2=0.04, q mG 2=0.126kg/s
t 0=21, φ0=0.4, t 1=93, φ2=0.6, I 1=I 2 H 0=0.008, H 2=0.03 q mG 2(1-w 2)=q mG 1(1-w 1) 111
22
1--=w w q q mG mG ∴
∴q mw=q mG1- q mG2=0.209-0.126=0.0826
Q p=q m L(I1-I0)=q mL(1.01+1.88H1)(t1-t0)=3.752(1.01+1.88×0.008)(93-21)=301.
2kg/s
6-6有一连续干燥器在常压下操作，生产能力为1000kg ?h-1（以干燥产品计）物料水分由12%降为3%（均为湿基）物料温度则由15℃至28℃，绝干物料的比热为
1.3KJ ?kg-1绝干料，℃，空气的初温为25℃，湿度为0.01kg ?kg-1绝干空气，经预热器后升温至70℃，干燥器出口废气为45℃，设空气在干燥器进出口处焓值相等，干燥系统热损失可忽略不计，试求：
①在H—I图上（或t—H图上）示意画出湿空气在整个过程中所经历的状态点；
②空气用量（m3?h-1）（初始状态下）；
为保持干燥器进出口空气的焓值不变，是否需要另外向干燥器补充或移走热量？其值为多少？
解：
q mG2=1000, w1=12%, w2=3%, θ1=15, θ2=28, C s=1.3, t0=25℃, H0=0.01, t1=70℃, t2=45℃, I1=I2
①q mGc=1000(1-0.12)=880, x1=12/88=0.136, x2=3/97=0.0309
q mw=880(0.136-0.0309)=92.5
I1=(1.01+1.88H0)t1+2490H0=(1.01+1.88×0.01)×70+2490×0.01＝96.9
I2=(1.01+1.88H2)×45+2490H2=45.5+2574.6H2=96.9
∴H2=(96.9-45.5)/2574.6=0.02
q mL’=9250(1+0.01)=9343
②q mL I1+Q D+q mGc I1’=q mL I2+q mGc I2’
q mL(I1-I2)+Q D=q mGc(I?2-I?1)=q mGc(C s+C w x1)(θ2-θ1)
=880(1.3+4.18×0.136)(28-15)=21375kg/h
若要I1=I2, 需Q D=21375kg/h
6-7用热空气干燥某湿物料。

空气初始温度t0=20℃，初始湿度H0=0.006Kg水?kg-1干气。

为保证干燥产品质量，空气进干燥器的温度不得高于90℃；为此在干燥器中间设置加热器。

空气经预热器升温至90℃通入干燥器，当热空气温度降至60℃时，再用中间加热器将空气加热至90℃，废气离开干燥器时的温度变为60℃。

假设两段干燥过程均视为等焓过程。

1、在湿空气的H—I（或t—H）图上定性表示出空气通过整个干燥器的过程；
2、汽化每千克水所需的绝干空气量和所需供热量。

解：
t0=20℃, H0=0.006, t1=90℃, t?2=t2=60℃
I1=(1.01+1.88H0)t1+2490H0=(1.01+1.88×0.006)×90+2490×0.006＝106.9
I2’=(1.01+1.88H2’)×60+2490H2’=1.01×60+（1.88×60+2490）H2’
=60.6+2602.8H2’=106.9
∴H2’=(106.9-60.6)/2602.8=0.0178
I?1=(1.01+1.88H2’)×90+2490H2’=(1.01+1.88×0.0178)×90+2490×0.0178＝138.2
I?2=I?1’=60.6+2602.8H2=138.2
∴H?2=(138.2-60.6)/2602.8=0.03
q mL=q mw/(H?2-H1) ∴q mL/q mw=1/(H?2-H1)=1/(0.03-0.006)=41.7
Q=Q1+Q2=q mL(1.01+1.88H0)(t1-t0)+q mL(1.01+1.88H2’)(t2-t0)
=q mL(t1-t0)(1.01+1.88H0+1.01+1.88H2’)
=41.7(90-60)(2.02+1.88×0.006+1.88×0.03)＝2611.69
6-8在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下：空气进入预热器的温度为15℃湿含量为0.0073kg水?kg-1绝干气，焓为35kJ?kg-1绝干空气；空气进干燥器温度为90℃，焓为109 kJ?kg-1绝干空气；空气出干燥器温度为50℃；湿含量为0.023 kg 水?kg-1绝干气；进干燥器物料含水量为0.15kg水?kg-1绝干料；出干燥器物料含水量为0.01kg水?kg-1绝干料；干燥器生产能力为237kg?h-1（按干燥产品计）。

试求：
1．绝干空气的消耗量（kg绝干气?h-1）；
2．进预热器前风机的流量（3
m?s-1）；
3．预热器加入热量（KW）（预热器热损失可忽略）。

附湿空气比容计算公式：V= ( 0.772 + 1.244H ( t + 273 ) / 273 ×( 1.0133 ×5
10) / P 。

解：
t0=15℃, H0=0.0073, I0=35, t1=90℃, I1=109, t2=50℃, H2=0.023, x1=0.15,
x2=0.01, q mG2=237kg/h
x2=w2/(1-w2), w2=x2/(1+x2)=0.01/1.01=0.01
q mGc=q mG2(1-w2)=237(1-0.01)=234.6
q mw=q mGc(x1-x2)=234.6(0.15-0.01)=32.8
①q mL=q mw/(H2-H1)=32.8/(0.023-0.0073)=2089.2
②q v=q mL?v H
q v=2089.2×0.824＝1721.5m3/h
③Q p=q mL(1.01+1.88H0)(t1-t0)=2089.2(1.01+1.88×0.0273)（90-15）＝160407
6-9采用常压操作的干燥装置干燥某种湿物料，已知操作条件如下： 空气的状况：进预热器前O t =20℃，O H =0.01kg 水?kg -1绝干气 进干燥器前1t =120℃；
出干燥器时2t =70℃，2H =0.05 kg 水?kg -1绝干气 物料的状况：进干燥器前1θ=30℃，1w =20%（湿基）。

出干燥器时2θ=50℃，2w =5%（湿基）。

绝干物料比热S c =1.5kJ ?kg -1·℃-1
干燥器的生产能力为53.5kg/h （按干燥产品计）。

试求： （1） 绝干空气流量q m,L （kg 绝干空气?h -1）； （2） 预热器的传热量P Q (kJ ?h -1)；
（3） 干燥器中补充的热量D Q (kJ ?h -1)。

假设干燥装置热损失可以忽略不计。

解：
t 0=20℃, H 0=0.01, t 1=120℃, t 2=70℃, H 2=0.05, θ1=30℃, w 1=0.2, θ2=50℃, w 2=5%, C s =1.5, q mG2=53.5 x 1=0.2/0.8=0.25, x 2=5/95=0.053 q mGc =q mG2(1-w 2)=53.5(1-0.05)=50.8 q mw =q mGc (x 1-x 2)=50.8(0.25-0.053)=10 ①q mL =q mw /(H 2-H 0)=10/(0.05-0.01)=250
②Q p =q mL (1.01+1.88H 0)(t 1-t 0)=250(1.01+1.88×0.01)(120-20)=25720 ③Q D +q mL I 1+q mGc I 1’=q mL I 2+q mGc I 2’ Q D =q mL (I 2-I 1)+q mGc (I 2’-I 1’)
I 1=(1.01+1.88H 0)t 1+2490H 0=(1.01+1.88×0.01)×120+2490×0.01＝148.4
I 2=(1.01+1.88H 2)t 2+2490H 2=(1.01+1.88×0.05)×70+2490×0.05＝201.8 I 1’=(C s +C w x 1)θ1=(1.5+4.18×0.25)×30＝76.4 I 2’=(C s +C w x 2) θ2=(1.5+4.18×0.05)×50＝86.1 Q D =q mL (I 2-I 1)+q mGc (I 2’-I 1’)=13843
6-10在常压绝热干燥器内干燥某湿物料，湿物料的流量为600kg?h -1，从含水量20％干燥至2％（均为湿基含水量）。

温度为20℃，湿度为0.013kg 水?kg -1绝干气的新鲜空气经预热器升温至100℃后进入干燥器，空气出干燥器的温度为60℃。

（1） 完成上述任务需要多少kg 绝干空气?h -1？ （2） 空气经预热器获得了多少热量？
（3） 在恒定干燥条件下对该物料测得干燥速率曲线如图所示，已知恒速干燥段时间
为1小时，求降速阶段所用的时间。

解： 、（1）
q m,Gc =600(1-ω1)=480kg/h
q m,W = q m,Gc (X 1-X 2)=480(0.25=0.0204)=110.2kg/h I 1=(1.01+1.88H 1)t 1+2490H 1=135.8 因为等焓干燥
I 2=(1.01+1.88H 2)t 2+2490H 2=I 1 H 2＝0.02889
q m,L = q m,W /(H 2-H 1)=6935kg 干气/h （2）
Q p = q m,L (I 1-I 0)= q m,L (1.01+1.88H 0)(t 1-t 0)=573907kJ/h (3) 恒速段 降速段
25
.01111＝－＝w w
X 0.01 0.10 0.25
X, kg 水/kg 绝干物料。