課后答案(作業(yè))

1、-作者xxxx-日期xxxx課后答案(作業(yè))【精品文檔】第四章4.2 某平壁材料的導熱系數 W/(m·K)， T 的單位為。若已知通過平壁的熱通量為q W/m2，平壁內表面的溫度為。試求平壁內的溫度分布。解：由題意，根據傅立葉定律有q·dT/dy即q0（1T）dT/dy分離變量并積分整理得此即溫度分布方程4.3 某燃燒爐的爐壁由500mm厚的耐火磚、380mm厚的絕熱磚及250mm厚的普通磚砌成。其值依次為1.40 W/(m·K)，0.10 W/(m·K)及0.92 W/(m·K)。傳熱面積A為1m2。已知耐火磚內壁溫度為1000，普通磚外壁溫

2、度為50。（1）單位面積熱通量及層與層之間溫度；（2）若耐火磚與絕熱磚之間有一2cm的空氣層，其熱傳導系數為0.0459 W/(m·)。內外壁溫度仍不變，問此時單位面積熱損失為多少？解：設耐火磚、絕熱磚、普通磚的熱阻分別為r1、r2、r3。（1）由題易得r10.357 m2·K/Wr23.8 m2·K/Wr30.272·m2 K /W所以有q2由題T11000T2T1QR1 T3T1Q（R1R2） T450（2）由題，增加的熱阻為r0.436 m2·K/WqT/（r1r2r3r） 2某一60 mm×3mm的鋁復合管，其導熱系數為45

3、W/(m·K)，外包一層厚30mm的石棉后，又包一層厚為30mm的軟木。石棉和軟木的導熱系數分別為0.15W/(m·K)和0.04 W/(m·K)。試求（1）如已知管內壁溫度為-105，軟木外側溫度為5，則每米管長的冷損失量為多少？（2）若將兩層保溫材料互換，互換后假設石棉外側溫度仍為5，則此時每米管長的冷損失量為多少？解：設鋁復合管、石棉、軟木的對數平均半徑分別為rm1、rm2、rm3。由題有rm1mmrm2mmrm3mm（1）R/L3.73×104K·m/W0.735K·m/W1.613K·m/W2.348K·

4、m/WQ/L（2）R/L 3.73×104K·m /W2.758K·m /W0.430K·m /W 3.189K·m /WQ/L某加熱爐為一厚度為10mm的鋼制圓筒，內襯厚度為250mm的耐火磚，外包一層厚度為250mm的保溫材料，耐火磚、鋼板和保溫材料的導熱系數分別為0.38 W/（m·K）、45 W/（m·K）和0.10 W/（m·K）。鋼板的允許工作溫度為400。已知外界大氣溫度為35，大氣一側的對流傳熱系數為10 W/（m2·K）；爐內熱氣體溫度為600，內側對流傳熱系數為100 W/（m2

5、83;K）。試通過計算確定爐體設計是否合理；若不合理，提出改進措施并說明理由。（補充條件：有效管徑）解：設由耐火磚內側表面和保溫材料外測表面的面積分別為A1和A4，耐火磚、鋼筒和保溫材料的對數平均面積分別為Am1 、Am2 、Am3。鋼板內側溫度為T。穩(wěn)態(tài)條件下，由題意得：（因為鋼板內側溫度較高，所以應該以內側溫度不超過400為合理）有效管徑R= m帶入已知條件，解得T>400計算結果表明該設計不合理改進措施：1、提高鋼板的工作溫度，選用耐熱鋼板；2、增加耐火磚厚度，或改用導熱系數更小的耐火磚。在換熱器中用冷水冷卻煤油。水在直徑為19×2mm的鋼管內流動，水的對流傳熱系數為34

6、90 W/（m2·K），煤油的對流傳熱系數為458 W/（m2·K）。換熱器使用一段時間后，管壁兩側均產生污垢，煤油側和水側的污垢熱阻分別為0.000176 m2·K/W和2·K/W，管壁的導熱系數為45 W/（m·K）。試求（1）基于管外表面積的總傳熱系數；（2）產生污垢后熱阻增加的百分數。解：（1）將鋼管視為薄管壁則有K（m2·K）（2）產生污垢后增加的熱阻百分比為注：如不視為薄管壁，將有5左右的數值誤差。列管式換熱器由19根19×2mm、長為的鋼管組成，擬用冷水將質量流量為350kg/h的飽和水蒸氣冷凝為飽和液體，要求

7、冷水的進、出口溫度分別為15和35。已知基于管外表面的總傳熱系數為700 W/（m2·K），試計算該換熱器能否滿足要求。解：設換熱器恰好能滿足要求，則冷凝得到的液體溫度為100。飽和水蒸氣的潛熱LT285K，T165K由熱量守恒可得KATmqmL即列管式換熱器的換熱面積為A總19×19mm××22故不滿足要求。若將一外徑70mm、長3m、外表溫度為227的鋼管放置于：（1）很大的紅磚屋內，磚墻壁溫度為27；（2）截面為0.3×2的磚槽內，磚壁溫度為27。試求此管的輻射熱損失。（假設管子兩端的輻射損失可忽略不計）補充條件：鋼管和磚槽的黑度分別為和

8、解：（1）Q12C1212A（T14T24）/1004由題有121，C121C0，1Q121C0 A（T14T24）/1004（m2·K4）×3m×××（5004K43004K4）/10041.63×103W（2）Q12C1212A（T14T24）/1004由題有121C12C0/1/1A1/A2（1/21）Q12C0/1/1A1/A2（1/21） A（T14T24）/1004（m2·K4）（3×0.07×/0.3×0.3×3）（1）×3m×××

9、（5004K43004K4）/10041.42×103W一個水加熱器的表面溫度為80，表面積為2m2，房間內表面溫度為20。將其看成一個黑體，試求因輻射而引起的能量損失。解：由題，應滿足以下等式且有121；AA1；C12C0×1又有A12m2；11所以有第五章5.9 在穩(wěn)態(tài)下氣體A和B混合物進行穩(wěn)態(tài)擴散，總壓力為1.013×105Pa、溫度為278K。氣相主體與擴散界面S之間的垂直距離為，兩平面上的分壓分別為PA1=1.34×104Pa和PA2=0.67×104Pa?；旌衔锏臄U散系數為1.85×10-5m2/s，試計算以下條件下組分A

10、和B的傳質通量，并對所得的結果加以分析。（1）組分B不能穿過平面S；（2）組分A和B都能穿過平面S。解：（1）由題，當組分B不能穿過平面S時，可視為A的單向擴散。pB,1ppA,1pB,2ppA,2DAB1.85×10-5m2/s（2）由題，當組分A和B都能穿過平面S，可視為等分子反向擴散可見在相同條件下，單向擴散的通量要大于等分子反向擴散。5.5 一填料塔在大氣壓和295K下，用清水吸收氨空氣混合物中的氨。傳質阻力可以認為集中在1mm厚的靜止氣膜中。在塔內某一點上，氨的分壓為6.6×103N/m2。水面上氨的平衡分壓可以忽略不計。已知氨在空氣中的擴散系數為0.236

11、15;10-4m2/s。試求該點上氨的傳質速率。解：設pB,1,pB,2分別為氨在相界面和氣相主體的分壓，pB,m為相界面和氣相主體間的對數平均分壓由題意得：第六章6.2 密度為2650kg/m3的球形顆粒在20的空氣中自由沉降，計算符合斯托克斯公式的最大顆粒直徑和服從牛頓公式的最小顆粒直徑（已知空氣的密度為/m3，黏度為1.81×10-5Pa·s）。解：如果顆粒沉降位于斯托克斯區(qū)，則顆粒直徑最大時，所以，同時所以，代入數值，解得m同理，如果顆粒沉降位于牛頓區(qū)，則顆粒直徑最小時，所以，同時所以，代入數值，解得m6.7 降塵室是從氣體中除去固體顆粒的重力沉降設備，氣體通過降塵

12、室具有一定的停留時間，若在這個時間內顆粒沉到室底，就可以從氣體中去除，如下圖所示。現用降塵室分離氣體中的粉塵（密度為4500kg/m3），操作條件是：氣體體積流量為6m3/s，密度為/m3，黏度為3.0×10-5Pa·s，降塵室高2m，寬2m，長5m。求能被完全去除的最小塵粒的直徑。含塵氣體凈化氣體uiut降塵室圖6-1 習題圖示解：設降塵室長為l，寬為b，高為h，則顆粒的停留時間為，沉降時間為，當時，顆?？梢詮臍怏w中完全去除，對應的是能夠去除的最小顆粒，即因為，所以m/s假設沉降在層流區(qū)，應用斯托克斯公式，得mm檢驗雷諾數，在層流區(qū)。所以可以去除的最小顆粒直徑為6.8 采

13、用平流式沉砂池去除污水中粒徑較大的顆粒。如果顆粒的平均密度為2240kg/m3，沉淀池有效水深為，水力停留時間為1min，求能夠去除的顆粒最小粒徑（假設顆粒在水中自由沉降，污水的物性參數為密度1000kg/m3，黏度為1.2 ×10-3Pa·s）。解：能夠去除的顆粒的最小沉降速度為m/s假設沉降符合斯克托斯公式，則所以m檢驗，假設錯誤。假設沉降符合艾倫公式，則所以m檢驗，在艾倫區(qū)，假設正確。所以能夠去除的顆粒最小粒徑為2.12×10-4m。6.9 質量流量為/s、溫度為20的常壓含塵氣體，塵粒密度為1800kg/m3，需要除塵并預熱至400，現在用底面積為65m2

14、的降塵室除塵，試問（1）先除塵后預熱，可以除去的最小顆粒直徑為多少？（2）先預熱后除塵，可以除去的最小顆粒直徑是多少？如果達到與（1）相同的去除顆粒最小直徑，空氣的質量流量為多少？（3）欲取得更好的除塵效果，應如何對降塵室進行改造？（假設空氣壓力不變，20空氣的密度為/m3，黏度為1.81×10-5Pa·s，400黏度為3.31×10-5Pa·s。）解：（1）預熱前空氣體積流量為，降塵室的底面積為65m2所以，可以全部去除的最小顆粒的沉降速度為假設顆粒沉降屬于層流區(qū)，由斯托克斯公式，全部去除最小顆粒的直徑為檢驗雷諾數 假設正確（2）預熱后空氣的密度和流量

15、變化為，體積流量為可以全部去除的最小顆粒的沉降速度為同樣假設顆粒沉降屬于層流區(qū)，由斯托克斯公式，全部去除最小顆粒的直徑為檢驗雷諾數假設正確的顆粒在400空氣中的沉降速度為要將顆粒全部除去，氣體流量為質量流量為（3）參考答案：將降塵室分層，增加降塵室的底面積，可以取得更好的除塵效果。6.11 用與例題相同的標準型旋風分離器收集煙氣粉塵，已知含粉塵空氣的溫度為200，體積流量為3800 m3/h，粉塵密度為2290 kg/m3，求旋風分離器能分離粉塵的臨界直徑（旋風分離器的直徑為650mm，200空氣的密度為0.746 kg/m3，黏度為2.60×10-5 Pa·s）。解：標準

16、旋風分離器進口寬度m，進口高度m，進口氣速m/s所以分離粉塵的臨界直徑為體積流量為1m3/s的20常壓含塵空氣，固體顆粒的密度為1800 kg/m3（空氣的密度為/m3，黏度為1.81×10-5Pa·s）。則（1）用底面積為60m2的降塵室除塵，能夠完全去除的最小顆粒直徑是多少？（2）用直徑為600mm的標準旋風分離器除塵，離心分離因數、臨界直徑和分割直徑是多少？解：（1）能完全去除的顆粒沉降速度為m/s假設沉降符合斯托克斯公式，能夠完全去除的最小顆粒直徑為檢驗：，假設正確。（2）標準旋風分離器進口寬度m，進口高度m，進口氣速m/s分離因數臨界粒徑分割直徑6.13 原來用一

17、個旋風分離器分離氣體粉塵，現在改用三個相同的、并聯的小旋風分離器代替，分離器的形式和各部分的比例不變，并且氣體的進口速度也不變，求每個小旋風分離器的直徑是原來的幾倍，分離的臨界直徑是原來的幾倍。解：（1）設原來的入口體積流量為qV，現在每個旋風分離器的入口流量為qV/3，入口氣速不變，所以入口的面積為原來的1/3，又因為形式和尺寸比例不變，分離器入口面積與直徑的平方成比例，所以小旋風分離器直徑的平方為原來的1/3，則直徑為原來的所以小旋風分離器直徑為原來的倍。（2）由式（）由題意可知：、都保持不變，所以此時由前述可知，小旋風分離器入口面積為原來的1/3，則為原來的倍所以倍所以分離的臨界直徑為原

18、來的倍。第七章7.3 用過濾機處理某懸浮液，先等速過濾20min，得到濾液2m3，隨即保持當時的壓差等壓過濾40min，則共得到多少濾液（忽略介質阻力）？解：恒速過濾的方程式為式（7.）所以過濾常數為此過濾常數為恒速過濾結束時的過濾常數，也是恒壓過濾開始時的過濾常數，在恒壓過濾過程中保持不變，所以由恒壓過濾方程式（），所以所以總的濾液量為m37.5 用壓濾機過濾某種懸浮液，以壓差150kPa恒壓過濾之后得到濾液25 m3，忽略介質壓力，則：（1）如果過濾壓差提高一倍，濾餅壓縮系數為，則過濾后可以得到多少濾液；（2）如果將操作時間縮短一半，其他條件不變，可以得到多少濾液？解：（1）由恒壓過濾方程

19、當過濾壓差提高一倍時，過濾時間不變時所以m3（2）當其他條件不變時，過濾常數不變，所以由恒壓過濾方程，可以推得，所以所以m37.10 用板框過濾機恒壓過濾料液，過濾時間為1800s時，得到的總濾液量為8m3，當過濾時間為3600s時，過濾結束，得到的總濾液量為11m3，然后用3m3的清水進行洗滌，試計算洗滌時間（介質阻力忽略不計）。解：由（）得依題意，過濾結束時所以過濾結束時m3/s洗滌速度與過濾結束時過濾速度相同所以洗滌時間為s溫度為38的空氣流過直徑為的球形顆粒組成的固定床，已知床層的空隙率為，床層直徑，高，空氣進入床層時的絕對壓力為，質量流量為/s，求空氣通過床層的阻力。解：顆粒比表面積

20、查38下空氣密度為1.135 kg/m3，黏度為1.9×10-5Pa·s?？沾擦魉贋榭諝馔ㄟ^床層的阻力為7.15 某固定床反應器，內徑為3m，填料層高度為4m，填料為直徑5mm的球形顆粒，密度為2000kg/m3，反應器內填料的總質量為3.2×104kg。已知通過固定床的氣體流量為3/s，平均密度為38kg/m3，粘度為0.017×10-3 Pa·s，求氣體通過固定床的壓力降。解：顆粒床層的體積為填料的體積為所以床層的空隙率為顆粒的比表面積為氣體通過顆粒床層的流速為由公式（），得 所以氣體通過床層的壓力降為7.16. 一個濾池由直徑為4mm的砂

21、粒組成，砂礫球形度為，濾層高度為，空隙率為，每平方米濾池通過的水流量為12 m3/h，求水流通過濾池的壓力降（黏度為1×10-3 Pa·s）。解：顆粒的比表面積為空床流速所以水流通過濾池的壓力降為第八章吸收塔內某截面處氣相組成為，液相組成為，兩相的平衡關系為，如果兩相的傳質系數分別為kmol/(m2·s)，kmol/(m2·s)，試求該截面上傳質總推動力、總阻力、氣液兩相的阻力和傳質速率。解：與氣相組成平衡的液相摩爾分數為所以，以氣相摩爾分數差表示的總傳質推動力為同理，與液相組成平衡的氣相摩爾分數差為所以，以液相摩爾分數差表示的總傳質推動力為以液相摩爾分

22、數差為推動力的總傳質系數為 kmol/(m2·s)以氣相摩爾分數差為推動力的總傳質系數為 kmol/(m2·s)傳質速率 kmol/(m2·s)或者 kmol/(m2·s)以液相摩爾分數差為推動力的總傳質系數分析傳質阻力總傳質阻力 (m2·s)/kmol其中液相傳質阻力為(m2·s)/kmol占總阻力的66.7%氣膜傳質阻力為(m2·s)/kmol占總阻力的33.3%用吸收塔吸收廢氣中的SO2，條件為常壓，30，相平衡常數為，在塔內某一截面上，氣相中SO2分壓為，液相中SO2濃度為3，氣相傳質系數為kmol/(m2·

23、;h·kPa)，液相傳質系數為m/h，吸收液密度近似水的密度。試求：（1）截面上氣液相界面上的濃度和分壓；（2）總傳質系數、傳質推動力和傳質速率。解：（1）設氣液相界面上的壓力為，濃度為忽略SO2的溶解，吸收液的摩爾濃度為kmol/m3溶解度系數 kmol/(kPa·m3)在相界面上，氣液兩相平衡，所以又因為穩(wěn)態(tài)傳質過程，氣液兩相傳質速率相等，所以所以由以上兩個方程，可以求得kPa，kmol/m3（2）總氣相傳質系數 kmol/(m2·h·kPa)總液相傳質系數m/h與水溶液平衡的氣相平衡分壓為kPa所以用分壓差表示的總傳質推動力為kPa與氣相組成平衡的

24、溶液平衡濃度為kmol/m3用濃度差表示的總傳質推動力為kmol/m3傳質速率 kmol/(m2·h)或者kmol/(m2·h)8.5 利用吸收分離兩組分氣體混合物，操作總壓為310kPa，氣、液相分傳質系數分別為kmol/(m2·s)、kmol/(m2·s)，氣、液兩相平衡符合亨利定律，關系式為（p*的單位為kPa），計算：（1）總傳質系數；（2）傳質過程的阻力分析；（3）根據傳質阻力分析，判斷是否適合采取化學吸收，如果發(fā)生瞬時不可逆化學反應，傳質速率會提高多少倍？解：（1）相平衡系數所以，以液相摩爾分數差為推動力的總傳質系數為kmol/(m2

25、3;s)以氣相摩爾分數差為推動力的總傳質系數為kmol/(m2·s)（2）以液相摩爾分數差為推動力的總傳質阻力為其中液膜傳質阻力為，占總傳質阻力的99.7%氣膜傳質阻力為，占傳質阻力的0.3%所以整個傳質過程為液膜控制的傳質過程。（3）因為傳質過程為液膜控制，所以適合采用化學吸收。如題設條件，在化學吸收過程中，假如發(fā)生的是快速不可逆化學反應，并且假設擴散速率足夠快，在相界面上即可完全反應，在這種情況下，可等同于忽略液膜阻力的物理吸收過程，此時kmol/(m2·s)與原來相比增大了426倍8.9 在吸收塔中，用清水自上而下并流吸收混合廢氣中的氨氣。已知氣體流量為1000m3/

26、h（標準狀態(tài)），氨氣的摩爾分數為，塔內為常溫常壓，此條件下氨的相平衡關系為，求：（1）用5 m3/h的清水吸收，氨氣的最高吸收率；（2）用10 m3/h的清水吸收，氨氣的最高吸收率；（3）用5 m3/h的含氨0.5%（質量分數）的水吸收，氨氣的最高吸收率。解：（1）氣體的流量為mol/s液體的流量為mol/s假設吸收在塔底達到平衡則，所以所以最大吸收率為（2）氣體的流量為mol/s液體的流量為mol/s假設吸收在塔底達到平衡則，所以所以最大吸收率為（3）吸收劑中氨的摩爾分數為假設吸收在塔底達到平衡則，所以所以最大吸收率為8.10 用一個吸收塔吸收混合氣體中的氣態(tài)污染物A，已知A在氣液兩相中的平

27、衡關系為，氣體入口濃度為，液體入口濃度為，（1）如果要求吸收率達到80%，求最小氣液比；（2）溶質的最大吸收率可以達到多少，此時液體出口的最大濃度為多少？解：（1）氣相入口摩爾比，液相入口摩爾比吸收率，所以，所以，最小液氣比（2）假設吸收塔高度為無窮大，求A的最大吸收率當液氣比，操作線與平衡線重合，氣液兩相在塔頂和塔底都處于平衡狀態(tài)。吸收率此時液相出口濃度當液氣比，操作線與平衡線在塔頂點相交，即液相進口濃度與氣相出口濃度平衡。吸收率此時液相出口濃度與相比，吸收率達到同樣大小，但是液相出口濃度要低。當液氣比，操作線與平衡線在塔底點相交，即液相出口濃度與氣相進口濃度平衡。此時液相出口濃度吸收率與相

28、比，液相出口濃度達到同樣大小，但是吸收率要低。8.11 在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合廢氣中的組分A，入塔氣體溶質體積分數為，已知操作條件下的相平衡關系為，吸收劑用量為最小用量的倍，氣相總傳質單元高度為，要求吸收率為80%，求填料層的高度。解：已知傳質單元高度，求得傳質單元數，即可得到填料層高度。塔底：塔頂：，操作過程的液氣比為吸收因子所以，傳質單元數為 所以填料層高度為m第九章9.1 25，下，甲醛氣體被活性炭吸附的平衡數據如下：q/ g(氣體)g(活性炭)-10氣體的平衡分壓 /Pa02671600560012266試判斷吸附類型，并求吸附常數。如果25，下，在1L的容器中含有空氣和

29、甲醛的混合物，甲醛的分壓為12kPa，向容器中放入2g活性炭，密閉。忽略空氣的吸附，求達到吸附平衡時容器內的壓力。解：由數據可得吸附的平衡曲線如下圖9-1 習題圖中吸附平衡線由上述的平衡曲線，可以判斷吸附可能是Langmuir或Freundlich型。由，整理數據如下1/q1051/p作1/q和1/p的直線圖9-2 習題圖中1/q1/p的關系曲線由，整理數據如下：lnplnq作lnq和lnp的直線圖9-3 習題圖 lnq和lnp的關系曲線由以上計算可知，用Freundlich等溫方程擬合更好一些。同時計算參數如下：，n=3，所以等溫線方程為題設條件下，甲醛的物質的量為mol質量為g假設達到吸附

30、平衡時吸附量為q，則此時的壓力為將代入，可以求得Pa所以此時甲醛的平衡分壓已經很低，如果忽略的話，可以認為此時容器內的壓力為kPa9.2 現采用活性炭吸附對某有機廢水進行處理，對兩種活性炭的吸附試驗平衡數據如下：平衡濃度COD /(mgL-1)10050010001500200025003000A吸附量/ mgg(活性炭)-1B吸附量/mgg(活性炭)-1試判斷吸附類型，計算吸附常數，并比較兩種活性炭的優(yōu)劣。解：由數據可得吸附的平衡曲線如下：Langmuir吸附等溫線方程為，變形后可得，整理數據如下：r10050010001500200025003000r/q(A)r/q(B)作r/q和r的直

31、線圖9-4 習題圖吸附等溫線r/q r圖9-5 習題圖 r/q和r的關系曲線由直線可知，用Langmuir吸附等溫線方程可以很好地擬合吸附曲線。分別求得方程的常數為活性炭A： 1/qm，qm=526，1/k1qm，k1活性炭B： 1/qm，qm=667，1/k1qm，k1比較兩種活性炭的吸附平衡常數，可以看到B的飽和吸附量要大于A，比表面積較大，吸附容量比較大；而A的吸附系數比較大，吸附的性能較好。9.3 有一初始濃度（比質量分數）為Y0的流體，要求用吸附劑將其濃度降低到Y2（對應的固體相的吸附質比質量分數為X2）。試證明：兩級錯流吸附比單級吸附節(jié)約吸收劑。證明：對單級吸附，由物料衡算有所以吸

32、附劑的用量為對于二級錯流吸附，第一級吸附劑用量為，一級流出流體的濃度為，第一級吸附劑用量為，一級流出流體的濃度為假設兩級所用吸附劑總量為，兩級的物料衡算方程分別為兩式相加，并且設可得，因為所以即所以上式即為第十章10.1 用H型強酸性陽離子交換樹脂去除質量濃度為5%的KCl溶液，交換平衡時，從交換柱中交換出來的H離子的摩爾分數為，試計算K離子的去除率。已知，溶液密度為1025 kg/m3。解：溶液中K+的摩爾濃度為K+=mol/L所以K離子的去除率為用H型強酸性陽離子樹脂去除海水中的Na+、K+離子（假設海水中僅存在這兩種陽離子），已知樹脂中H+離子的濃度為，海水中Na+、K+離子的濃度分別為

33、和，求交換平衡時溶液中Na+、K+離子的濃度。已知，。解：，同時，聯立以上幾式，求得，所以平衡時溶液中的濃度Na+為0.0162 mol/L，K+為0.00046 mol/L10.3 某強堿性陰離子樹脂床，床層空隙率為，樹脂顆粒粒度為，孔隙率為，樹脂交換容量為3，水相原始濃度3，液相與樹脂相離子擴散系數分別為m2/h、 m2/h，溶液通過樹脂床的流速為4m/h。試判斷屬哪種擴散控制。解：彼克來準數Vermeulen準數所以屬于液膜擴散控制。第十一章根據間歇操作、半間歇操作及連續(xù)操作的特點，畫出在下列反應器中或反應器出口處反應物A的濃度隨時間（或位置）的變化曲線。圖11-1 習題圖示(a)間歇反

34、應器(t=0,cA=cA0)；(b)半間歇反應器(t=0,cA=cA0,cB=0)； (c)槽式連續(xù)反應器；(d)管式連續(xù)反應器（給出cA隨位置的變化）；(e)三級串聯槽式連續(xù)反應器（給出 cA1，cA2，cA3隨時間的變化）解： (a) (b) (c)(d) (e)圖11-2 習題圖中各類反應器中A的濃度隨時間的變化曲線11.2 對于按反應式(1)和(2)進行的平行串聯反應，設反應開始時系統中的總摩爾數為n0，A、B、Q、P的摩爾數分別為：nA0、nB0、nQ0、nP0，A和B的摩爾分數分別為zA0和zB0。試給出t時刻時A和B的摩爾分數zA和zB以及A在反應(1)和(2)的轉化率xA1和x

35、A2之間的關系。A+B=Q (1)A+2Q=P (2)解：對于反應式（1）（2）有其中： 所以，t時刻時A和B的摩爾分數為11.3 氣態(tài)NH3在常溫高壓條件下的催化分解反應2NH3=N2+3H2可用于處理含NH3廢氣。 現有一NH3和CH4含量分別為95 和5的氣體，通過NH3催化分解反應器后氣體中NH3的含量減少為3，試計算NH3的轉化率和反應器出口處N2、H2和CH4的摩爾分數。（CH4為惰性組分，不參與反應）解：在氣相反應中，NH3分解膨脹因子為將已知數據；代入式可得：根據題意：，由表可得：11.5 在連續(xù)反應器內進行的恒容平行反應(1)和(2)，當原料中（反應器進口）的A、B濃度均為3

36、000mol/m3時，出口反應液中的A、R的濃度分別為250mol/m3和2000mol/m3。試計算反應器出口處的A的轉化率以及B和S的濃度（原料中不含R和S）。A+B=R (1)2A=R+S (2)解：在反應式（1）和（2）中，設A的轉化率分別為xA1和xA2則有將題中數據cA03000 mol/m3；cA250 mol/m3；cR00 mol/m3；cR2000 mol/m3代入，求解方程可得xA1；xA2所以反應器出口處A的轉化率為xAxA1xA2B的濃度為 cBcB0cA0xA11749 mol/m3S的濃度為 cScS0+cS0xA2/2750 mol/m311.7 對于由反應(1

37、)和(2)構成的復雜反應，試給出反應組分A、B、Q、P的反應速率-rA、-rB、rQ、rP與反應(1)和(2)的反應速度r1和r2的關系。A+2B=Q (1)A+Q=P (2)解：根據反應式（1）和（2）的計量方城可得rA=r1+r2；rB=2r1；rQ=r1r2；rPr211.8 微生物反應一般在常溫附近進行時，其反應速率常數k與溫度的關系可以用下式表示：式中：k2020時的反應速率常數；溫度變化系數；t溫度，。試給出與Arrhenius公式中活化能Ea的關系式。解：由可得（將溫度變?yōu)榻^對溫度）根據式可知代入可得變形可得即第十二章在等溫恒容間歇式反應器中進行以下反應。反應開始時A和B的濃度均

38、為2kmol/m3，目標產物為P，試計算反應時間為3h時A的轉化率。, , 解：根據反應式有代入恒容恒溫條件下的間歇反應器的基本方程可得 積分得解得將已知數據代入上式，有所以A組分濃度A組分轉化率xA注：該題亦可以求P的收率，但是太麻煩。故未作為提問。具體解法如下：將除于則有所以解得所以P的收率為在CSTR反應器中，A被轉化成C，反應速率方程為-rA (mol×L-1×s-1cA (1)假定流量為100L/s，A的初始濃度cA0為，轉化率xA為90。試求所需反應器的體積。(2)設計完成時，工程師發(fā)現該反應級數應該是0級而不是1級。速率方程應該為：-rA= 0.15 mol/

39、(L×s)試問這對反應的設計有何影響？解：（1）對于一級反應，在CSTR反應器中有反應器體積（2）對于0級反應，在CSTR反應器中有所需反應器體積13.6 某反應器可將污染物A轉化成無害的物質C，該反應可視為一級反應，速率常數k為1.0 h-1，設計轉化率xA為99。由于該反應器相對較細長，設計人員假定其為平推流反應，來計算反應器參數。但是，反應器的攪拌裝置動力較強，實際的混和已滿足完全混和流反應器要求。已知物料流量為3/h，密度為/L；反應條件穩(wěn)定且所有的反應均發(fā)生在反應器中。(1)按照PFR來設計，反應器體積為多少，得到的實際轉化率為多少？(2)按照CSTR來設計，反應器體積又為

40、多少？解：（1）對于一級反應，在PFR反應器中有可得1·ln100，即4.6 h所以反應器體積為VqV1403m3該反應器實際為CSTR反應器，則有，計算可得cAA0所以實際轉化率xA（2）對于一級反應，在CSTR反應器中有1·1001計算可得99 h所以反應器體積VqV30175m3第十四章 某一級不可逆氣固相催化反應，當cA10-2mol/L，及400時，其反應速率為-rAkcA10-6mol/(s×cm3)，如果要求催化劑內擴散對總速率基本上不發(fā)生影響，問催化劑粒徑如何確定(已知De10-3cm2/s)。解：對于一級氣固相催化反應有rAkcA要求催化劑中內擴

41、散對總速率基本上不發(fā)生影響則有，取則有：所以，催化劑粒徑14.8 氨與H2SO4的反應為瞬時反應，若氨的分壓為，硫酸濃度為3，試計算氨的吸收速率。已知：kG3.5kmol/(m3×MPa)，kL/h，氨在硫酸溶液中的溶解度系數HA為750kmol/(m3×MPa)，假定硫酸和氨的液相擴散系數相等。氨與硫酸的反應為: 解：根據題中數據有，硫酸的臨界濃度而cBl3<。因此，計算氣液反應速率時，需同時考慮氣膜及液膜阻力。該反應為瞬間反應，所以氨的吸收速率與氨的擴散速率相同第十五章液相反應A B在一間歇反應器內進行，于不同時間測得反應器內A的濃度如下表所示，試求該反應的反應級

42、數和反應速率常數。t /min0204080120A/(mg·L-1)9072573632解：假設零級反應rA=k，即dA/dt=k，A=kt+A0。根據表中數據做At的曲線如下，發(fā)現沒有線性關系，假設錯誤！圖12-2 習題12.3中At的關系曲線假設一級反應rA=kA，即dA/dt=kA，lnA=kt+lnA0。根據表中數據做lnAt的曲線如下，發(fā)現有線性關系lnAt，。圖12-3 習題12.3中 lnAt的關系曲線假設二級反應rA=kA2，即dA/dt=kA2，1/A=kt+1/A0。根據表中數據做1/At的曲線如下，發(fā)現有線性關系1/At，R為。圖12-4 習題12.3中1/At的關系曲線經比較可得，該反應為二級反應。污染物A在一平推流反應器內發(fā)生液相分解反應，不同停留時間時反應器出口處A的濃度如下表所示，試分別采用積分法和微分法求該反應的反應級數和反應速率常數。/min05101520A /mg·L1125解：（1）積分法：假設該液相分解反應為一級反應rA=kA，則有klnA0-lnA。根