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1、1 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、。 1 Y 2 Y 解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数和。 1 y 2 y 1 2 0.055/17 0.0903 0.055/170.945/ 29 0.002/17 0.0034 0.002/170.998/ 29 y y 进、出塔气体中氨的摩尔比、为 1 Y 2 Y 1 0.0903 0.0993 10.0903 Y 2 0.0034 0.0034 10.0034 Y 由计
2、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 ) BA ABA BA A ( d d MxMx xMM w （2） 2 A )( d d B B A A BA A M w M w MM w x 解：（1） BBA A A A A MxMx xM w BAA A )1 ( A A MxMx xM 2 ) BBA ) BA ) BBA ( A A ( A ( AA A d A d MxMx MMMxMxMxM x w 2 ) BBA ) BA ( BA A (MxMx xxMM 由于 1 BA
3、 xx 故 2 ) BBA ABA A ( d A d MxMx xMM w （2） B B A A A A A M w M w M w x 2 )( )( A d A d B B A A BAA A B B A A A 11 )( 1 M w M w MMM w M w M w M w x 2 )( BA 1 ( B B A A )BA M w M w MM ww 2 )( B B A A BA 1 M w M w MM 2 故 2 )( d A d B B A A BA A M w M w MM w x 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
4、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 . 0 24 AB D 31.3kPakPa70 3 . 101 A1B1 ppp 原 .3kPa49kPa0 . 7 3 . 101 A2B2 ppp 原 kPa12.57kPa 3 . 31 3 . 94 ln 3 . 31 3 . 94 ln B1 B2 B1B2 BM p p pp p smkmol10273 . 3 smkmol7.0-70.0 12.5735 .
5、 0 3738.314 3 . 10110318 . 0 262 4 A2A1 BM AB A pp RTzp PD N 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B3A 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 的传质 通量和。 A N B N 解：由化学计量式 B3A 可得 BA 3NN ABA 2NNNN 代入式（7
6、-25），得 A AA A AA AAB A 2 d d 2 d d N p p zRT p N Ny z cD N 原 分离变量，并积分得 原 原原 p pp zRT pD N A1AB A 2 ln 2 1 5 252 11.85 10101.3101.32 22.5 ln kmol/(ms)1.012 10 kmol/(ms) 28.314 273 0.015101.3 5252 BA 331.01210kmol/(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。氨自水相向有机相扩散。 在两相界面处，水相
7、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. 0 A1 x022 . 0 A2 x 915 . 0 085 . 0 1 A1 1 B1 xx 978 . 0 022 . 0 1 A2 1 B2 xx 3 946 . 0 915 . 0 978 . 0
8、ln 915 . 0 978 . 0 ln B1 B2 B1B2 BM x x xx x 点 1、点2 处溶液的平均摩尔质量为 kmolkg92.17kmolkg18915 . 0 1785 . 0 1 M kmolkg98.17kmolkg18978 . 0 17022 . 0 2 M 溶液的平均总物质的量浓度为 33 kmol/m58.55kmol/m 98.17 2 . 998 92.17 0 .997 2 1 2 2 2 1 1 1 原原原原原原 原 MM c 故氨的摩尔通量为 )( A2A1 BM AB A xx c z D N x 原 22 9 7 1.24 1055.577 (0
9、.0850.022)kmol/(ms)9.179 10kmol/(ms) 0.0050.946 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。 AB D 解：查表7-1，得 cm3/mol07 . 7 A v 查表 7-2，计算出 33 B (16.51.984)cm /mol24.42cm /molv 由式 7-41 23/1 B 3/1 A 2/1 BA 75 . 1 5 )()( ) 11 (10013 . 1 ABvvp MM T D 原 s 2 m 5 1024 . 6 s 2 m )42.2407 . 7 ( 5 . 10
10、5 ) 16 11 (28810013 . 1 23/13/1 2/175 . 1 5 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。 AB D 解：查得293 K 时水的黏度为 sPa10005 . 1 B 查表 7-3，得 2.6 查表 7-4，得 cm3/mol bA 44.8V 由式（7-43） 0.6 bAB B 15 AB 2/1 )(104 . 7 V T MD /sm10508 . 1 /sm 8 .4410005 . 1 293 )186 . 2(104 . 7 229 6 . 03 2/115 8. 有一厚度为8 mm、长度为800
11、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 4 AbAiLA cckN 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 Ab c0 Ab c Ai c 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 Ai 5 Ai 73.9 kmol/m2.795 10 8314 318 p c RT 2
12、2 LAiAb 57 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 AAA SbN M S 2.168hs10806 . 7 s 12810612 . 4 1152008 . 0 05 . 0 3 7 AA A1 MN b 第第 8 8 章章 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
13、 作条件下，亨利系数kPa，水溶液的密度为997.8 kg/m3。 5 1066 . 1 E 解：水溶液中 CO2的浓度为 33 350/1000 kmol/m0.008kmol/m 44 c 对于稀水溶液，总浓度为 kmol/m3 3 t 997.8 kmol/m55.43 18 c 水溶液中 CO2的摩尔分数为 4 t 0.008 1.443 10 55.43 c x c 由 kPa 54 *1.66 101.443 10 kPa23.954pEx 气相中 CO2的分压为 kPa 3232 2 50000/998.2 m /(mh)63.81m /(mh) 1.0 4 U min U 操作
14、空塔气速为 sm849 . 0 sm 0 . 1 4 36002400 2 u 泛点率为 F 0.849 100%100%56.90% 1.492 u 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 kPa，取样测得液面上方气相中组分 A 的摩尔分数为 0.95。试求平衡的液相组成及 * A p * B p 容器中液面上方总压。 解：本题可用露点及泡点方程求解。 95 . 0 85.41 6 . 107 85.41 6 . 107 干 干 * B * A干 * B干 * A A 干 * A A p p ppp ppp x p p y 原 解得 kPa76.99原 原 p 8808 . 0 85.41 6 . 107 85.4176.99 * B * A * B pp pp x 原 本题也可通过相对挥发度求解 571. 2 85.41 6 . 107 * B * A p p 由气液平衡方程得 8808. 0 95 . 0 1571. 295 . 0 95 . 0 1 yy y x kPa76.99kPa8808 . 0 185.41
