《化工原理(下)课后习题解答 天津大学化工学院 柴诚敬》.doc

第七章 传质与分离过程概论 1.在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。已知入塔混合气中氨含量为5.5%质量分数，下同，吸收后出塔气体中氨含量为0.2%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比、。 解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数和。  进、出塔气体中氨的摩尔比、为   由计算可知，当混合物中某组分的摩尔分数很小时，摩尔比近似等于摩尔分数。 2. 试证明由组分A和B组成的双组分混合物系统，下列关系式成立： 1） （2） 解：1） 由于 故 2） 故 3. 在直径为0.012 m、长度为0.35 m的圆管中，CO气体通过N2进行稳态分子扩散。管内N2的温度为373 K，总压为101.3 kPa，管两端CO的分压分别为70.0 kPa和7.0 kPa，试计算CO的扩散通量。 解：设 A－CO； B－N2 查附录一得 4. 在总压为101.3 kPa，温度为273 K下，组分A自气相主体通过厚度为0.015 m的气膜扩散到催化剂表面，发生瞬态化学反应。生成的气体B离开催化剂表面通过气膜向气相主体扩散。已知气膜的气相主体一侧组分A的分压为22.5 kPa，组分A在组分B中的扩散系数为1.85×10-5 m2/s。试计算组分A组分B的传质通量和。 解：由化学计量式 可得 代入式（7-25），得 分离变量，并积分得 5. 在温度为278 K的条件下，令某有机溶剂与氨水接触，该有机溶剂与水不互溶。氨自水相向有机相扩散。在两相界面处，水相中的氨维持平衡组成，其值为0.022（摩尔分数，下同），该处溶液的密度为998.2 kg/m3；在离界面5 mm的水相中，氨的组成为0.085，该处溶液的密度为997.0 kg/m3。278 K时氨在水中的扩散系数为1.24×10–9 m2/s。试计算稳态扩散下氨的传质通量。 解：设 A－NH3；B－H2O 离界面5 mm处为点1、两相界面处为点2，则氨的摩尔分数为 点1、点2处溶液的平均摩尔质量为 溶液的平均总物质的量浓度为 故氨的摩尔通量为 6. 试用式（7-41）估算在105.5 kPa、288 K条件下，氢气（A）在甲烷（B）中的扩散系数。 解：查表7-1，得 cm3/mol 查表7-2，计算出 由式7-41  7. 试采用式（7-43）估算在293 时二氧化硫（A）在水（B）中的扩散系数。 解：查得293 K时水的黏度为 查表7-3，得 查表7-4，得 cm3/mol 由式（7-43） 8. 有一厚度为8 mm、长度为800 mm的萘板。在萘板的上层表面上有大量的45 ℃的常压空气沿水平方向吹过。在45 ℃下，萘的饱和蒸汽压为73.9 Pa，固体萘的密度为1 152 kg/m3，由有关公式计算得空气与萘板间的对流传质系数为0.016 5 m/s。 试计算萘板厚度减薄5％所需要的时间。 解：由式（7-45）计算萘的传质通量，即 式中为空气主体中萘的浓度，因空气流量很大，故可认为；为萘板表面 处气相中萘的饱和浓度，可通过萘的饱和蒸气压计算，即 kmol / m3 设萘板表面积为S，由于扩散所减薄的厚度为b，物料衡算可得 0 ℃、压力为101.3 kPa的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0 kPa时，氨在水中的溶解度为76.6 g (NH3)/1 000 g(H2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。 解：水溶液中氨的摩尔分数为 由 亨利系数为 kPa 相平衡常数为 由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40 ℃时水的密度为 kg/m3 溶解度系数为 2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数kPa，水溶液的密度为997.8 kg/m3。 解：水溶液中CO2的浓度为 对于稀水溶液，总浓度为 kmol/m3 水溶液中CO2的摩尔分数为 由 kPa 气相中CO2的分压为