课后答案作业.docx

1、课后答案作业第四章4、2 某平壁材料得导热系数 W/(mK), T 得单位为、若已知通过平壁得热通量为q W/2,平壁内表面得温度为。试求平壁内得温度分布、解:由题意,根据傅立叶定律有q=dT/dy即q=0(1+T)dTd分离变量并积分整理得此即温度分布方程4、3 某燃烧炉得炉壁由00m厚得耐火砖、30m厚得绝热砖及250mm厚得普通砖砌成、其值依次为1。4 W/(m),0、10 W(mK)及0。92 W/(mK)。传热面积A为m2。已知耐火砖内壁温度为1000,普通砖外壁温度为0。(1)单位面积热通量及层与层之间温度;()若耐火砖与绝热砖之间有一2cm得空气层,其热传导系数为0。0459 W

2、/(m)。内外壁温度仍不变,问此时单位面积热损失为多少？解:设耐火砖、绝热砖、普通砖得热阻分别为r1、r2、r3。(1)由题易得r1=057 m2KWr2=3.8 m2K/W30。72 W所以有214、5m由题T1000T=T1QR =934=TQ(2) =18.T40(2)由题,增加得热阻为r=.4362KW=(r1+2+rr)195、3m4.某一60 mmmm得铝复合管,其导热系数为45W(mK),外包一层厚30mm得石棉后,又包一层厚为mm得软木。石棉与软木得导热系数分别为.1W/(mK)与0.04/(mK)、试求(1)如已知管内壁温度为-105,软木外侧温度为5,则每米管长得冷损失量为

3、多少？(2)若将两层保温材料互换,互换后假设石棉外侧温度仍为,则此时每米管长得冷损失量为多少?解:设铝复合管、石棉、软木得对数平均半径分别为rm1、r2、rm3、由题有rm1=mm284mmrm2=m=43.28mrm=73.99mm()RL=3。304m/W+0、75Km/W1。3/=2.348K/Q/L=4、84Wm(2)/L =3.73104Km /、58Km/+0。43Km / =3、189K /WQ=4。5W/.5某加热炉为一厚度为10mm得钢制圆筒,内衬厚度为50m得耐火砖,外包一层厚度为250m得保温材料,耐火砖、钢板与保温材料得导热系数分别为0。8W/()、5 W/(mK)与0

4、、0 W/(m)。钢板得允许工作温度为400、已知外界大气温度为5,大气一侧得对流传热系数为10 (m2K);炉内热气体温度为600,内侧对流传热系数为0 W/(mK)。试通过计算确定炉体设计就是否合理;若不合理,提出改进措施并说明理由。(补充条件:有效管径0m)解:设由耐火砖内侧表面与保温材料外测表面得面积分别为A与,耐火砖、钢筒与保温材料得对数平均面积分别为Am1、Am、A3、钢板内侧温度为。稳态条件下,由题意得:(因为钢板内侧温度较高,所以应该以内侧温度不超过40为合理)有效管径R=2.0 m带入已知条件,解得T=463。540计算结果表明该设计不合理改进措施:1、提高钢板得工作温度,选

5、用耐热钢板;、增加耐火砖厚度,或改用导热系数更小得耐火砖。4、在换热器中用冷水冷却煤油。水在直径为192mm得钢管内流动,水得对流传热系数为390(m2K),煤油得对流传热系数为4 W(m2K)、换热器使用一段时间后,管壁两侧均产生污垢,煤油侧与水侧得污垢热阻分别为。000176 mK/W与0.00022K/W,管壁得导热系数为5 W()。试求()基于管外表面积得总传热系数;()产生污垢后热阻增加得百分数。解:()将钢管视为薄管壁则有K33、/(m2)(2)产生污垢后增加得热阻百分比为注:如不视为薄管壁,将有左右得数值误差。4、11列管式换热器由9根12m、长为1。2m得钢管组成,拟用冷水将质

6、量流量为30kg/h得饱与水蒸气冷凝为饱与液体,要求冷水得进、出口温度分别为15与5。已知基于管外表面得总传热系数为700 W/(m2K),试计算该换热器能否满足要求、解:设换热器恰好能满足要求,则冷凝得到得液体温度为100。饱与水蒸气得潜热L=2、4k/gT285K,1=65K由热量守恒可得KAT=q即列管式换热器得换热面积为A总199m12m=1。36m24.21m2故不满足要求。4、13若将一外径70m、长3m、外表温度为227得钢管放置于:(1)很大得红砖屋内,砖墙壁温度为;(2)截面为0。0。3m得砖槽内,砖壁温度为27、试求此管得辐射热损失。(假设管子两端得辐射损失可忽略不计)补充

7、条件:钢管与砖槽得黑度分别为0。8与0。93解:(1)Q2=C122(4T)/100由题有2=1,12=0,10、Q12=1C0 A(T4T24)04=、85。67(2K4)3m0.07m(004K304K4)/1004=1、313W(2)Q1-2=C1-21-(4T2)104由题有1C12=C0/1+1A2(1/21)2C0/1/11/A2(121)(T14T24)/104=5、7/(mK4)/0。(30.7/.30。33)(1/0、931)30。0m(5004K4044)1041。42103W4、14一个水加热器得表面温度为80,表面积为2,房间内表面温度为0、将其瞧成一个黑体,试求因辐射

8、而引起得能量损失。解:由题,应满足以下等式且有1-2=1;=A1;12=C01又有A12m;1=所以有第五章5.9 在稳态下气体与B混合物进行稳态扩散,总压力为1、0305Pa、温度为28K。气相主体与扩散界面之间得垂直距离为0.m,两平面上得分压分别为PA11。34104Pa与PA2=0、614Pa、混合物得扩散系数为1.85105m2/s,试计算以下条件下组分A与B得传质通量,并对所得得结果加以分析。(1)组分B不能穿过平面S;(2)组分与B都能穿过平面S。解:(1)由题,当组分B不能穿过平面S时,可视为A得单向扩散、pB,1=pA,1=87.9kPpB,2pp,94、6PaAB=1。10

9、-m2/(2)由题,当组分A与B都能穿过平面S,可视为等分子反向扩散可见在相同条件下,单向扩散得通量要大于等分子反向扩散。5。 一填料塔在大气压与95K下,用清水吸收氨空气混合物中得氨。传质阻力可以认为集中在1mm厚得静止气膜中。在塔内某一点上,氨得分压为6、103N/2。水面上氨得平衡分压可以忽略不计。已知氨在空气中得扩散系数为0、236104ms、试求该点上氨得传质速率。解:设p,1,pB,分别为氨在相界面与气相主体得分压,pB,为相界面与气相主体间得对数平均分压由题意得:第六章6、2 密度为650g3得球形颗粒在20得空气中自由沉降,计算符合斯托克斯公式得最大颗粒直径与服从牛顿公式得最小

10、颗粒直径(已知空气得密度为1。205k/m3,黏度为1、10-5Pas)、解:如果颗粒沉降位于斯托克斯区,则颗粒直径最大时,所以,同时所以,代入数值,解得同理,如果颗粒沉降位于牛顿区,则颗粒直径最小时,所以,同时所以,代入数值,解得m6。7 降尘室就是从气体中除去固体颗粒得重力沉降设备,气体通过降尘室具有一定得停留时间,若在这个时间内颗粒沉到室底,就可以从气体中去除,如下图所示。现用降尘室分离气体中得粉尘(密度为4500km),操作条件就是:气体体积流量为6m3/,密度为0。6g/m3,黏度为3。0105Pa,降尘室高m,宽2m,长m。求能被完全去除得最小尘粒得直径、图6 习题6、7图示解:设

11、降尘室长为l,宽为b,高为h,则颗粒得停留时间为,沉降时间为,当时,颗粒可以从气体中完全去除,对应得就是能够去除得最小颗粒,即因为,所以m/s假设沉降在层流区,应用斯托克斯公式,得mm检验雷诺数,在层流区。所以可以去除得最小颗粒直径为85.m6。8 采用平流式沉砂池去除污水中粒径较大得颗粒。如果颗粒得平均密度为2kg/3,沉淀池有效水深为.2,水力停留时间为1min,求能够去除得颗粒最小粒径(假设颗粒在水中自由沉降,污水得物性参数为密度1000kg3,黏度为1。2 103)、解:能够去除得颗粒得最小沉降速度为假设沉降符合斯克托斯公式,则所以m检验,假设错误。假设沉降符合艾伦公式,则所以检验,在

12、艾伦区,假设正确、所以能够去除得颗粒最小粒径为2。1104m。6。9 质量流量为./s、温度为20得常压含尘气体,尘粒密度为100kg/m,需要除尘并预热至40,现在用底面积为652得降尘室除尘,试问(1)先除尘后预热,可以除去得最小颗粒直径为多少？()先预热后除尘,可以除去得最小颗粒直径就是多少？如果达到与()相同得去除颗粒最小直径,空气得质量流量为多少?(3)欲取得更好得除尘效果,应如何对降尘室进行改造？(假设空气压力不变,0空气得密度为.2g/m3,黏度为1、1105Pas,40黏度为3。105Pas。)解:()预热前空气体积流量为,降尘室得底面积为652所以,可以全部去除得最小颗粒得沉

13、降速度为假设颗粒沉降属于层流区,由斯托克斯公式,全部去除最小颗粒得直径为检验雷诺数 假设正确()预热后空气得密度与流量变化为,体积流量为可以全部去除得最小颗粒得沉降速度为同样假设颗粒沉降属于层流区,由斯托克斯公式,全部去除最小颗粒得直径为检验雷诺数假设正确得颗粒在40空气中得沉降速度为要将颗粒全部除去,气体流量为质量流量为(3)参考答案:将降尘室分层,增加降尘室得底面积,可以取得更好得除尘效果。6、11用与例题相同得标准型旋风分离器收集烟气粉尘,已知含粉尘空气得温度为200,体积流量为3800 3/h,粉尘密度为290 /3,求旋风分离器能分离粉尘得临界直径(旋风分离器得直径为60mm,空气得

14、密度为0.74 k/m3,黏度为2。600-5 a)、解:标准旋风分离器进口宽度,进口高度m,进口气速m/s所以分离粉尘得临界直径为6.12体积流量为1m3/得20常压含尘空气,固体颗粒得密度为100 kg/m3(空气得密度为1.205g/m3,黏度为1、810-5Pas)。则(1)用底面积为60m2得降尘室除尘,能够完全去除得最小颗粒直径就是多少？(2)用直径为600mm得标准旋风分离器除尘,离心分离因数、临界直径与分割直径就是多少？解:(1)能完全去除得颗粒沉降速度为m/s假设沉降符合斯托克斯公式,能够完全去除得最小颗粒直径为检验:,假设正确。(2)标准旋风分离器进口宽度m,进口高度m,进

15、口气速m/s分离因数临界粒径分割直径6。13 原来用一个旋风分离器分离气体粉尘,现在改用三个相同得、并联得小旋风分离器代替,分离器得形式与各部分得比例不变,并且气体得进口速度也不变,求每个小旋风分离器得直径就是原来得几倍,分离得临界直径就是原来得几倍、解:()设原来得入口体积流量为q,现在每个旋风分离器得入口流量为qV,入口气速不变,所以入口得面积为原来得1,又因为形式与尺寸比例不变,分离器入口面积与直径得平方成比例,所以小旋风分离器直径得平方为原来得1/3,则直径为原来得所以小旋风分离器直径为原来得0、5倍。(2)由式(6.3。9)由题意可知:、都保持不变,所以此时由前述可知,小旋风分离器入

16、口面积为原来得1,则为原来得倍所以倍所以分离得临界直径为原来得0。76倍。第七章7、3 用过滤机处理某悬浮液,先等速过滤20,得到滤液3,随即保持当时得压差等压过滤0min,则共得到多少滤液(忽略介质阻力)？解:恒速过滤得方程式为式(7.218a)所以过滤常数为此过滤常数为恒速过滤结束时得过滤常数,也就是恒压过滤开始时得过滤常数,在恒压过滤过程中保持不变,所以由恒压过滤方程式(72.15),所以所以总得滤液量为m37.5 用压滤机过滤某种悬浮液,以压差150kPa恒压过滤。6h之后得到滤液25 ,忽略介质压力,则:(1)如果过滤压差提高一倍,滤饼压缩系数为0、3,则过滤1。h后可以得到多少滤液

17、;(2)如果将操作时间缩短一半,其她条件不变,可以得到多少滤液？解:(1)由恒压过滤方程当过滤压差提高一倍时,过滤时间不变时所以m3(2)当其她条件不变时,过滤常数不变,所以由恒压过滤方程,可以推得,所以所以m7、10用板框过滤机恒压过滤料液,过滤时间为1800s时,得到得总滤液量为3,当过滤时间为360s时,过滤结束,得到得总滤液量为11m,然后用33得清水进行洗涤,试计算洗涤时间(介质阻力忽略不计)。解:由(.2.1)得依题意,过滤结束时所以过滤结束时ms洗涤速度与过滤结束时过滤速度相同所以洗涤时间为s7、13、温度为38得空气流过直径为12.7mm得球形颗粒组成得固定床,已知床层得空隙率

18、为0。38,床层直径0.6m,高2。m,空气进入床层时得绝对压力为111。4kPa,质量流量为058kg/s,求空气通过床层得阻力。解:颗粒比表面积查38下空气密度为。135 kgm3,黏度为1。105Ps。空床流速为空气通过床层得阻力为7.15 某固定床反应器,内径为3m,填料层高度为4m,填料为直径mm得球形颗粒,密度为00kg/3,反应器内填料得总质量为3、2g、已知通过固定床得气体流量为0。03m3/,平均密度为38kgm,粘度为0、0171-3 as,求气体通过固定床得压力降、解:颗粒床层得体积为填料得体积为所以床层得空隙率为颗粒得比表面积为气体通过颗粒床层得流速为由公式(7.11)

19、,得 所以气体通过床层得压力降为8。4Pa7。16。 一个滤池由直径为4得砂粒组成,砂砾球形度为。8,滤层高度为.8m,空隙率为0、,每平方米滤池通过得水流量为12 m3/h,求水流通过滤池得压力降(黏度为1103 Pas)、解:颗粒得比表面积为空床流速所以水流通过滤池得压力降为第八章8。2吸收塔内某截面处气相组成为,液相组成为,两相得平衡关系为,如果两相得传质系数分别为kmol(m2s),kmol/(ms),试求该截面上传质总推动力、总阻力、气液两相得阻力与传质速率。解:与气相组成平衡得液相摩尔分数为所以,以气相摩尔分数差表示得总传质推动力为同理,与液相组成平衡得气相摩尔分数差为所以,以液相

20、摩尔分数差表示得总传质推动力为以液相摩尔分数差为推动力得总传质系数为 kmo(m2s)以气相摩尔分数差为推动力得总传质系数为 kml/(m2s)传质速率 kmol/(m2s)或者 kml/(m2s)以液相摩尔分数差为推动力得总传质系数分析传质阻力总传质阻力 (m2s)/km其中液相传质阻力为(m2s)/ol占总阻力得6。7%气膜传质阻力为(2s)kml占总阻力得3、%8.3用吸收塔吸收废气中得O2,条件为常压,30,相平衡常数为,在塔内某一截面上,气相中SO2分压为。1Pa,液相中S2浓度为0.05molm3,气相传质系数为kmo/(m2hka),液相传质系数为mh,吸收液密度近似水得密度。试

21、求:(1)截面上气液相界面上得浓度与分压;(2)总传质系数、传质推动力与传质速率。解:(1)设气液相界面上得压力为,浓度为忽略O2得溶解,吸收液得摩尔浓度为kmol/3溶解度系数 kmol(Pm)在相界面上,气液两相平衡,所以又因为稳态传质过程,气液两相传质速率相等,所以所以由以上两个方程,可以求得ka,kmo/m()总气相传质系数 kml/(mk)总液相传质系数m/h与水溶液平衡得气相平衡分压为k所以用分压差表示得总传质推动力为ka与气相组成平衡得溶液平衡浓度为kmol/m3用浓度差表示得总传质推动力为kmo/m传质速率kmol/(m2)或者km/(m2)。5 利用吸收分离两组分气体混合物,

22、操作总压为310,气、液相分传质系数分别为kmol/(m2s)、l/(m2s),气、液两相平衡符合亨利定律,关系式为(p*得单位为kPa),计算:()总传质系数;(2)传质过程得阻力分析;(3)根据传质阻力分析,判断就是否适合采取化学吸收,如果发生瞬时不可逆化学反应,传质速率会提高多少倍？解:(1)相平衡系数所以,以液相摩尔分数差为推动力得总传质系数为kl/(2s)以气相摩尔分数差为推动力得总传质系数为kmol(m2)(2)以液相摩尔分数差为推动力得总传质阻力为其中液膜传质阻力为,占总传质阻力得9、气膜传质阻力为,占传质阻力得0.3所以整个传质过程为液膜控制得传质过程。(3)因为传质过程为液膜

23、控制,所以适合采用化学吸收、如题设条件,在化学吸收过程中,假如发生得就是快速不可逆化学反应,并且假设扩散速率足够快,在相界面上即可完全反应,在这种情况下,可等同于忽略液膜阻力得物理吸收过程,此时ml/(m2s)与原来相比增大了26倍、9 在吸收塔中,用清水自上而下并流吸收混合废气中得氨气。已知气体流量为100m/h(标准状态),氨气得摩尔分数为0。01,塔内为常温常压,此条件下氨得相平衡关系为,求:()用5 m3h得清水吸收,氨气得最高吸收率;(2)用0 m3/h得清水吸收,氨气得最高吸收率;(3)用5m3/h得含氨.5(质量分数)得水吸收,氨气得最高吸收率。解:()气体得流量为mo/s液体得

24、流量为mol假设吸收在塔底达到平衡则,所以所以最大吸收率为(2)气体得流量为ol/s液体得流量为mol/s假设吸收在塔底达到平衡则,所以所以最大吸收率为(3)吸收剂中氨得摩尔分数为假设吸收在塔底达到平衡则,所以所以最大吸收率为、10 用一个吸收塔吸收混合气体中得气态污染物A,已知A在气液两相中得平衡关系为,气体入口浓度为,液体入口浓度为,(1)如果要求吸收率达到80,求最小气液比;(2)溶质得最大吸收率可以达到多少,此时液体出口得最大浓度为多少?解:(1)气相入口摩尔比,液相入口摩尔比吸收率,所以,所以,最小液气比()假设吸收塔高度为无穷大,求得最大吸收率当液气比,操作线与平衡线重合,气液两相

25、在塔顶与塔底都处于平衡状态。吸收率此时液相出口浓度当液气比,操作线与平衡线在塔顶点相交,即液相进口浓度与气相出口浓度平衡、吸收率此时液相出口浓度与相比,吸收率达到同样大小,但就是液相出口浓度要低、当液气比,操作线与平衡线在塔底点相交,即液相出口浓度与气相进口浓度平衡。此时液相出口浓度吸收率与相比,液相出口浓度达到同样大小,但就是吸收率要低。、11 在逆流操作得吸收塔中,用清水吸收混合废气中得组分A,入塔气体溶质体积分数为0、01,已知操作条件下得相平衡关系为,吸收剂用量为最小用量得1。5倍,气相总传质单元高度为1.2m,要求吸收率为8,求填料层得高度、解:已知传质单元高度,求得传质单元数,即可

26、得到填料层高度。塔底:塔顶:,操作过程得液气比为吸收因子所以,传质单元数为 所以填料层高度为第九章9。 2,101.ka下,甲醛气体被活性炭吸附得平衡数据如下:q/ g(气体)(活性炭)100。10、0.3。3气体得平衡分压 /P01266试判断吸附类型,并求吸附常数。如果5,101、kPa下,在L得容器中含有空气与甲醛得混合物,甲醛得分压为1kP,向容器中放入2g活性炭,密闭、忽略空气得吸附,求达到吸附平衡时容器内得压力。解:由数据可得吸附得平衡曲线如下图 习题9。1图中吸附平衡线由上述得平衡曲线,可以判断吸附可能就是Lanmui或rnlich型。由,整理数据如下1/q1053、32。610

27、。370、0020。000180。0000作1/q与p得直线图9-2 习题。1图中/q1/p得关系曲线由,整理数据如下:lnp5、59、388.639。4lnq-2。3-.61-1、2-1。05作lnq与lnp得直线图9-3 习题9。1图 lnq与lp得关系曲线由以上计算可知,用Feunich等温方程拟合更好一些。同时计算参数如下:/n=、3336,n=,lnk=-4、266,k=、01,所以等温线方程为题设条件下,甲醛得物质得量为ol质量为g假设达到吸附平衡时吸附量为q,则此时得压力为将代入,可以求得P所以此时甲醛得平衡分压已经很低,如果忽略得话,可以认为此时容器内得压力为kPa、 现采用活性炭吸附对某有机废水进行处理,对两种活性炭得吸附试验平衡数据如下:平衡浓度D /(mgL-1)100A吸附量/ gg(活性炭)55。69。327、826、1357。1378。83、7吸附量/mg(活性炭)-147.6181.82、37、8.4434。876、2试判断