《化工原理》(第三版)复习思考题及解答 下载本文

所以Wc?Cp,clnT?t1?KiAi T?t2原来:Wc?Cp,cln后来:Wc?Cp,cln100?15?KiAi Wc,Cp,c,Ki,Ai均前后不变

100?43100?20?KiAi '100?t2100?15100?20'?,所以t2?46.4℃ '100?43100?t2前后情况对比,得

43) 列管换热器有三种类型,即:_____式,_____式及____式。(答:固定管板,U形管,浮头)

44) 列管换热器内设置折流板的目的是___________。(答:增大壳程流体流速,使尽量多的壳程流体可垂直流过管束,使其给热系数增大) 45) 折流板有两种形式,即_____式和_____式。(答:圆缺形,盘环形)

46) 某单管程,单壳程列管换热器,壳程为水蒸汽冷凝,蒸汽温度为T=140℃,管程走空气,由t1=20℃升至t2=90℃。若将此换热器改为双管程,空气流量不变,设空气物性不变,空气原来在管内湍流,管壁及污垢热阻均可略去,改为双管程后换热管数不变,则改为双管程后空气出口温度t2'=______℃。(答:113.9℃) [分析]原来:Wc?Cp,clnT?t1?KiAi T?t2T?t1?Ki'A

T?t2' 后来:Wc?Cp,clnT?t1T?t2'Ki'?两式相除,得,由于水蒸气冷凝?h》空气?c,且管壁及污垢热阻不计,故

T?t1KilnT?t2lnKi'?c',又由于空气在管内均为湍流,且改成双管程后,空气在管内的流速为单管程的?Ki?c?c'2倍,故?20.8

?c140?20140?t2''?20.8,∴t2因此,=113.9℃

140?20ln140?90ln47) 螺旋板换热管的特点是_______。(答:因时弯曲通道,比起直通道,在其他条件相近时,传热系数较大,热冷流体逆流换热,平均温差大,紧凑,不易堵塞,但坏了不能修)

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48) 如下图,当Wc下降,其他不变,则______(答:A) t2

Wh,T1 Wc,t1 A)Q ,t2 ,T2 B)Q不变,t2 ,T2 均不变 C) Q ,t2 ,T2 D)Q ,t2 ,T2 直接间接[分析] Wc??????0?????Ki????T2????Q?

T2

(幅度大) (幅度大) (幅度小) (幅度小) (幅度小) 又Q=Wc?Cp,c(t2?t1),可判断,t2必然上升 ? ? ?

(幅度小) (幅度大)

49)有一加热釜,内有Wkg比热为Cp的液体。用蛇管加热器加热液体,蛇管内通温度为T 的饱和蒸汽,凝液为饱和水。釜内有搅拌器,故液体温度均匀。蒸汽与釜液之间传热系数为K1,蛇管换热器面积为A1。外界空气温度为t0,釜液与外界空气的传热系数为K2,釜液温度升至tmax时,便维持恒温。写出釜液升温阶段有t1升至t2所需时间的计算式及计算tmax的计算式。(答:①在釜液升温的非定态过程,在dt时间内) dQi?dQ0?dQa

即 K1A1(T?t)d??K2A2(t?t0)d??W?Cp?dt 或 [K1A1(T?t)?K2A2(t?t0)]d??W?Cp?dt

?t2所以 ??d??W?Cp0?dt ?(K1AT1?K2A2t0)?(K1A1?K2A2)tt1②釜液温度为tmax时,过程定态,Qi?Q0 则 K1A1(T?tmax)?K2A2(tmax?t0)

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第六章 气体吸收

以下讨论只限于单组分吸收或解吸,即气相中只含有溶质气体A及惰性气体B。气相中A的摩尔分数以y表示,液相中A的摩尔分数以x表示。设惰气完全不溶于液相,吸收剂完全不挥发。

1)吸收是_____________的过程。(答:气体溶解于液体)

2)吸收最广泛的用途是通过适当的吸收剂以_________________。(答:分离气体混合物的组分)

3)对吸收剂的要求主要是________________。(答:对欲吸收的溶质气体溶解度大,选择性好,溶解度对温度改变的变化大,挥发度小,无毒,价廉,易得)

4)二元气相物系,分子扩散系数DAB与DBA的关系是:DAB_____________DBA。(答:=) 5)气相分子扩散系数DAB值正比于绝对温度T的_______次方,反比于绝对压强P的______次方。(答:1.5,1)

6)液相分子扩散系数DAB值正比于绝对温度T的_______次方,反比于液相粘度μ的______次方。(答:1,1)

7)以JA,JB表示组分A,B的分子扩散通量,以NA,NB表示A,B的传质通量。在精馏操作中,|JA|______|JB|,NA________JA。(答:=,=)

8)在吸收过程,存在着_____流动,NA________JA,|JA|______|JB|。(答:主体,>,=)

[分析]理想气体恒温恒压意味着单位体积气体的摩尔数恒定。当二元气体物系在恒温恒压下A、B分子相向扩散,必然是彼此填补对方移动腾出的空间。这好比一个公共汽车内车尾的乘客在下一站就要下车前,在向中门移动过程中同不下车的乘客“调一调”位置,彼此相向移动,但摩尔密度不变。这就是|JA|=|JB|。无论是吸收或精馏,只要是二元物系满足上述条件,|JA|=|JB|的结论都成立。如果公共汽车正面对红灯停车,则|JA|= NA,如精馏过程;如果公共汽车正在缓缓向前行驶靠站,使站台上等车的乘客认为B并无位移,这就如吸收过程。显然,站台上的人看到A的位移通量比A相对于公共汽车的位移通量大,即NA>JA,以上仅是个比喻,很粗略,仅适合二元物系

9)在气相中进行着组分A由1截面至2截面的分子扩散,组分A在1,2截面的摩尔分数分别是y1与y2.则“漂流因子”之值=________。(答:1/(1?y)1,m,1/(1?y)1,m是(1-y1)与(1-y2)的对数平均值) 10)对一定气液体系,温度升高,溶质气体的溶解度________,相平衡常数m=______。(答:下降,增大)

11)已知亨利系数E,总压P, 两者单位相同,则相平衡常数m=_______。(答:E/p) 12)以水吸收空气,SO2混合物中的SO2,已知m=20.17,y=0.030,x=4.13×10-4,当以△y为推动力,则y-y*=______,当以△x为推动力,则x*-x=_______。(答:2.17×10-2,1.07×10-3) 13)在对流扩散的吸收过程,在气相侧,A的扩散通量NA=k(,在液相侧,NA=k(。yy-yi)xxi-x)式中下标i表示气液界面。已知相平衡常数为m,则以△y为推动力的相际总传热系数Ky的计算式为:1/Ky=_______,以△x为推动力的相际总传热系数Kx的计算式为1/Kx=_______。(答:1/ky+m/kx,1/kx+1/(mky))

14)在吸收过程中,当气相阻力>液相阻力,(气相阻力/总阻力)可用_____或_____表示。当液相阻力>气相阻力,(液相阻力/总阻力)可用_____或_____表示。(答:Ky/ky,(y-yi)/(y-y*),Kx/kx,(xi-x)/(x*-x))

15)双膜理论的要点是:?临近界面的气液流动必为层流;?可把层流适当延伸,使之包含了湍流及过度流的传质阻力。这种延伸的层流层称为“虚拟层流膜”。可认为界面上气液处于

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平衡态。于是,吸收阻力全在于气液两层“虚拟层流膜”上。?__________。(答:若操作条件固定,则设备内进行着定态传质)

16)某逆流填料吸收塔,塔截面积为0.8m2,在常压,27℃下处理混合气流量为1200m2/h,则气体的摩尔通量G=______kmol/(h·m2)。(答:60.91)

[分析]根据pv=nRT公式,把v的单位看成m3/h,n的单位看成kmol/h 17)低浓度气体吸收的特点是:______。(答①全塔气液摩尔通量G、L均为常量;②全塔等温吸收;③ky,kx在全塔均为常量)

18)在填料吸收塔或解吸塔中,操作线表示________。(答:同一塔的横截面上气相浓度y与液相浓度x之间的数量关系)

19)某吸收操作情况如附图所示。已知y*=1.5x,则(L/G)与(L/G)min的比值β=_____。(答:1.278)

x (L/G)min y?1.5

y2=0.0040 x2=0 y1 y 4m y2 y1=0.020 x1=0.0090 [分析]当y1,y2,x2,m以及G已定的条件下,液体喷淋通量L愈小,则x1愈大。L为最小极限值Lmin时,x1增大到愈y1在塔底平衡的x1*,此题,

*(L/G)min?(y1?y2)/(y1/m)?(0.020?0.0040)/(0.020/1.5)?1.20,

L/G?(0.02?0.004)/0.0090?1.78,∴??1.48

20) 在常压逆流填料吸收塔中,以清水吸收空气与某可溶组分A的混合气中的A,y1=0.03,吸收率η=0.95,已知解吸因数为0.80,物系服从亨利定律,与入塔气体成平衡的液相浓度为0.030,则x1=_____。(答:0.0228)

[分析]一般相平衡常数m值是可查的,是已知值,但此题却以“与入塔气体成平衡的液相浓度为0.030”间接给出了m,一般(mG/L)值是m与L/G均已知后算得得,但此题却把(mG/L)作为已知值给出。像这样的考察基本概念及解题技巧的题并不多见。∵m=y1/x1*=0.030/0.030=1.0,mG/L=0.80,∴L/G=1.25,又,y2=y1(1-?)=0.030×(1-0.95)=1.5×10-3,由L/G=(0.030-0.0015)/x1=1.25,∴x1=0.0228

21) 在逆流填料吸收塔中,以纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质气体,已知气相摩尔通量G=60.91kmol/(h·m2),气相体积总传质系数Kya=100kmol/(h·m3),填料层高4.0m,体系符合亨利定律且吸收因数为1.20,则吸收率η=______。(答:0.9226)

[分析]此题H=4.0m,HOG=G/Kya=60.91/100=0.6091m,所以NOG=4.0/0.6091=6.567,接下去就是以NOG求?。计算NOG的吸收因数法比对数平均浓度差法用得更多。下列公式应熟记:

NOG?y?mx2mG1ln[(1?mG)1?] (x2≠0)

LLmGy2?mx21?L24