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1、0第七章第七章 传质与分离过程概论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 、。1Y2Y 解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数和。1y2y120.055/170.09030.055/170.945/ 29 0.002/170.00340.002/170.998/ 29yy进、出塔气体中氨的摩尔比 、为1Y2Y10.09030.0993 10.0903Y 20.00340.0034 10.0034Y 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
2、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)BAABABAA (d dMxMxxMM w（2） 2A )(d dBBAA BAAMwMw MMw x解：（1） BBAAAAAMxMxxM w BAAA)1 (AAMxMxxM2)BBA)BA)BBA(AA(A(AAAdAdMxMxMMMxMxMxMxw 2)BBA)BA(BAA(MxMxxxMM由于 1BA xx故 2)BBAABAA(d AdMxMxxMM w（2） BBAAAAAMwMwMwx2)()(AdAdBBAABAAABBAAA11)(1MwMwMMMwMwMwMwx2)(BA1
3、(BBAA)BAMwMwMMww12)(BBAA BA1MwMwMM故 2)(d AdBBAA BAAMwMw MMw x3. 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 ACO； BN2查附录一得 sm10318. 024 ABD31.3kPakPa703 .101A1B1ppp原 .3kPa49kPa0 . 73 .101A2B2ppp原kPa12.57kPa3 .313 .9
4、4ln3 .313 .94lnB1B2B1B2BMpppppsmkmol10273. 3smkmol7.0-70.012.5735. 03738.3143 .10110318. 02624A2A1 BMAB AppRTzpPDN4. 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。B3A 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 1.8510-5 m2/s。试计算组分 A 和组分 B 的
5、传质通 量和。 ANBN 解：由化学计量式 B3A 可得BA3NN ABA2NNNN 代入式（7-25），得AAA AAAAAB A2dd2ddNpp zRTpNNyzcDN原分离变量，并积分得原原原 pppzRTpDNA1AB A2ln2125 25211.85 10101.3101.32 22.5ln kmol/(ms)1.012 10 kmol/(ms)28.314 273 0.015101.3 5252 BA331.01210kmol/(ms) 3.03610kmol/(ms) NN 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
6、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 1.24109 m2/s。试计算稳态扩散下氨的传质通量。解：设 ANH3；BH2O 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 ，085. 0A1x022. 0A2x915. 0085. 01A11B1xx978. 0022. 01A21B2xx946. 0915. 0978. 0ln915. 0978. 0lnB
7、1B2B1B2BMxxxxx点 1、点2 处溶液的平均摩尔质量为 kmolkg92.17kmolkg18915. 01785. 01M kmolkg98.17kmolkg18978. 017022. 02M 溶液的平均总物质的量浓度为33kmol/m58.55kmol/m98.172 .998 92.170 .997 2122 2111原原原原原原原MMc故氨的摩尔通量为)(A2A1BMAB AxxczD N x 原229 71.24 1055.577(0.0850.022)kmol/(ms)9.179 10kmol/(ms) 0.0050.946 6. 试用式（7-41）估算在105.5 k
8、Pa、288 K 条件下，氢气（A）在 甲烷（B）中的扩散系数。ABD解：查表 7-1，得cm3/mol07. 7Av查表 7-2，计算出333 B(16.51.984)cm /mol24.42cm /molv由式 7-4123/1B3/1A2/1BA75. 15)()()11(10013. 1ABvvpMMT D 原s2m51024. 6s2m)42.2407. 7(5 .105)1611(28810013. 123/13/12/175. 15 2 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。 ABD解：查得 293 K 时水的黏度为 sPa10005
9、. 1B 查表 7-3，得 2.6 查表 7-4，得 cm3/mol bA44.8V由式（7-43）0.6bABB15AB2/1)(104 . 7 VTMD /sm10508. 1/sm8 .4410005. 1293)186 . 2(104 . 72296 . 032/115 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（
10、7-45）计算萘的传质通量，即AbAiLAcckN 式中为空气主体中萘的浓度，因空气流量很大，故可认为Abc ；为萘板表面0AbcAic 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 3 Ai5Ai73.9kmol/m2.795 108314 318pcRT22 LAiAb57 A()0.0165(2.795 100)kmol/(ms)4.612 10kmol/(ms)Nkcc 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AAASbN M S42.168hs10806. 7s12810612. 41152008. 005. 03 7 AAA1MNb第八
11、章第八章 气体吸收气体吸收1. 在温度为40 、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76.6 170.07576.61000 1718x 由 *pEx亨利系数为 kPa*15.0kPa200.00.075pEx相平衡常数为t200.01.974101.3Emp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/m3992.2溶解度系数为kPa)kmol/(m2
12、76. 0kPa)kmol/(m180 .2002 .99233SEMH2. 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5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51066. 1E密度为997.8 kg/m3。解：水溶液中 CO2的浓度为33350/1000kmol/m0.008kmol/m44c 对于稀水溶液，总浓度为kmol/m33 t997.8kmol/m55.4318c 水溶液中 CO2的摩尔分数为4t0.0081
13、.443 1055.43cxc由 kPa54*1.66 101.443 10 kPa23.954pEx气相中 CO2的分压为kPa 3232250000/998.2m /(mh)63.81m /(mh)1.04U minU操作空塔气速为sm849. 0sm 0 . 14360024002 u泛点率为F0.849100%100%56.90%1.492u u经校核，选用=1.0 m 合理。D第九章第九章 蒸馏蒸馏1在密闭容器中将 A、B 两组分的理想溶液升温至 82 ，在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为=107.6 kPa 及41.85 * Ap* BpkPa，取样测得液面上方气相中组分 A 的
14、摩尔分数为 0.95。试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。解：本题可用露点及泡点方程求解。 95. 085.416 .10785.416 .107干干 * B* A干* B干* A A 干* A Appppppppxppy原解得 kPa76.99原原p218808. 085.416 .10785.4176.99* B* A* Bppppx原本题也可通过相对挥发度求解571. 285.416 .107* B* App由气液平衡方程得8808. 095. 01571. 295. 095. 01yyyxkPa76.99kPa8808. 0185.418808. 06 .1071A* BA* Ax
15、pxpp 原原2试分别计算含苯 0.4（摩尔分数）的苯甲苯混合液在总压100 kPa 和 10 kPa 的相对挥发度和平衡的气相组成。苯（A）和甲苯（B）的饱和蒸气压和温度的关系为24.22035.1206032. 6lg* Atp58.21994.1343078. 6lg* Btp式中 p的单位为 kPa，t 的单位为。苯甲苯混合液可视为理想溶液。（作为试差起点，100 kPa 和 10 kPa 对应的泡点分别取94.6 和 31.5 ）解：本题需试差计算（1）总压 p总100 kPa初设泡点为 94.6，则得 kPa191. 224.2206 .9435.1206032. 6lg* Ap37.
