1•含量为0.02 （摩尔分数）的稀氨水在20°C时氨平衡的分压为1.66kPa，氨水上方的总压强为常压，在此含量下相平衡关系服从亨利定律，氨水的密度可近似取1000kg/m3，试求 算亨利系数E、H和m的数值各是多少?解：⑴由 p * = Ex可得AAp * 1 .666E =犷= =83 .3k P ax 0 .02A(2)取lkmol氨水为基准,其中含0.98kmol水与0.02kmol氨,总摩尔体积为0.98 M + 0.02 MV = h2o nhv m3 / k m o lP氨水的总摩尔浓度为1 P 1000c = — = = = 55 .6kmol / m3V 0.98M + 0.02M 0.98 x 18 + 0.02 x 17H2O NH 3氨的摩尔浓度 c = cxAA由 p *Ac=—A，可得AHccxc 55 .6H=A 二- A= = =0.667 kmol /(kN .m)p*p*E 83 .3AAE83 .3(3)由m==0.822 =P101 .32・101.33kPa、20C时，氧气在水中的溶解度可用P 2=4.06x106x,表示，式中PO2为氧在气o2 O2相中的分压， kPa， x 为氧在液相中的摩尔分数。
试求在此温度及压强下与空气充分接触后 的水中，每立方米溶有多少克氧解：氧在空气中的摩尔分率为 0.21,故p = Py =101.3x0.21 = 21 .27 kPap 21 .27x = = = 5.24 x 10 -64.06 x10 6 4.06 x10 6在本题浓度范围内亨利定律适用由EM= HpEM查附录表1可知20°C时氧在水中的亨利系数E=4.06xl0*Pa,因x值甚小，所以溶液密 度可按纯水计算，即取p=1000kg/m3,所以单位体积溶液中的溶质的摩尔浓度为p 1000c* = p = x 21 .27 = 2.91 x 10 -4 kmol / m p 1.3 x 10 -2 e = =0 RT 8.314 x 293EM 4.06 x 10 6 x 18s则每立方米溶解氧气质量为c* • 32 = 9.31 gO /m323.一直径为 25mm 的萘球悬挂于静止空气中，进行分子扩散系统温度为 20 c ，已知该温度下萘的蒸气压为1.3x10 -2 kp，萘在空气中的扩散系数D = 6.1 x 10 -6 m 1；： s，距萘球足够 a远处萘的浓度为零求萘球单位表面、单位时间的挥发量。
解:萘球的挥发属单向扩散，但因萘球的蒸气压很小，气相浓度较低，故漂流因子可取为 1设萘的半径为R,距球心r处萘浓度为c（ kmol ：m 3 ）则萘球表面单位时间的挥发量单位时间通过半径为 r 球面的扩散量可根据费克定律计算,dc4 兀 r 2 J = - 4 兀 r 2 D -dr因萘球挥发速度很慢,可作为拟定态处理,故dcN - 4 兀 R 2 = - 4 兀 r2 D -A dr积分上式 N R 2= - d J0 deAc0= 5.34 x10 -6kmol / m6.1 x10 -6 x 5.34 x10 -60.025=1.30 x 10 -9 kmol / (m2 .s)式中C —萘球表面空气中的萘的浓度，kmol m 304.氨气通过静止的空气薄层进行定态单向扩散，系统总压 101.33kP , 静止气层两边的氨 a气分压各为20kPa及13.33kPa,实验测得的传质系数为k = 4.98 x 10 -6 kmol /(m 2 • s - kP )Ga如果在相同的操作条件和组分浓度下，氨和空气进行等分子反向扩散，试求： (1)此时的传质系数 k ' [kmol /(m 2 • s • kPGaf)]; (2)此时的传质速率 N [kmol /( m 2 • s)] 。
A分析：单向扩散速率 N =~D———(p - p ) = k (p - p )A RTZ p A 1 A 2 G A 1 A 2Bm等分子反向扩散速率 N ' = (p - p ) = k' (p - p )A R T Z A1 A 2 G A1 A 2可知在同样操作条件和组分浓度下，单向扩散速率 N 和传质系数 k 较之等分子反 AG向扩散的N'和k'分别大p / p 倍A G Bm解：(1) p = 101 .33kPap = 20 kPA 1 ap = 13 .33 kPA 2 ap = 101 .33 - 20 = 81 .33 kPB 1 ap = 101 .33 - 13 .33 = 88 kPB 2 a88 - 81 .33p = = 84.61 kPBm 88 aln 81 .33kG = k'GppBmp 84 .61k = .K = x 4.98 x 10 -4 = 4.16 x 10 -4 kmol /(m 2 • s • kP )G P G 101 .33 aBm(2) N ' = k G (p - p ) = 4.16 x 10 -4 x (20 - 13.33) = 2.77 x 10 - kmol /(m 2 • s) A A1 A 25•某低浓度气体在被吸收时，平衡关系符合亨利定律，溶解率系数H=1.3kmol/(m3.kPa),若已知气相传质膜系数kG=2.50x10-7kmol/(m2.s.kPa)，液相传质膜系数kL =6.85x10-5m/s,试求 GL气相总传质系数kg,并分析该吸收过程的控制因素及气体溶解的难易程度。
G解: 因系统符合亨利定律,所以1 1 1 1 1= + = + = 4.01 x 105 (m2 .s.kPa ) / kmolK Hk k 1.3x 6.85 x10 -5 2.5x10 -7G L G1K = = 2.49 x 10 -6 kmol /(m 2 .s.kPa )G 4.01 x10 5 由于 1K = 1 k + /Hk - 1；，该吸收为气膜控制，为易溶气体.G G L G6.在101.33kPa、0°C下的,O2与H2S混合气体发生稳定的分子扩散过程已知相距0.2cm 的两截面上的O2的分压分别为13.43kPa和6.70kPa，又知扩散系数为0.180cm2/s,试计算下列两种情况下O2的传递速率，(1) 02与H2S两种气体作等分子反向扩散；(2) H2S气体 为停滞组分解：(1)等分子反向扩散时02的传递速率依式(7-17) N =— (p - p )A RTz A1 A 2已知 D=0.180cm2/s=1.80X 10-5 (m2/s)T=273K, P=101.3kPa, z=0.2cm=2 X 10-smp =13.43kPa, p =6.70kPa,A1 A2代入上式得1.80 x 10 -5N = (13 .43 - 6.70) = 2.67 x 10 -5 kmol /(m 2 .s)A 8.314 x 273 x 2 x 10 -3(2) O2 通过停滞 H2S 的扩散速率 依式(7-22)DPDPpN =(p p )—In B2-A RTz p A1 A 2RTzpBmB11.80x 10 -5 x 101 .3101.3 — 6.70—-In8.314x 273 x 2 x 10 -2101.3 — 13 .43= 2 .89 x10 -5 kmol /( m 2-s)1 1 m 17.对低含量气体吸收或解吸，由——=一 + 一出发，试证明N = — NK k k OL A OGy y x证明已知丄=丄+ —K k ky y x1m+k a k ayx同理可得111= + —K a k a mk ax x y即 K a = mK axy得HOGGKaym1— HL / GA OLLG=HK a / m L OLZ = H ・ N = H ・ NOG OG OL OL所以 N =丄NOL A OG&在直径为lm的填料吸收塔内，用清水作溶剂，入塔混合气流量为100kmol/h，其中溶质含量为 6%（体积），要求溶质回收率为95%，取实际液气比为最小液气比的1.4 倍，已知在操作条件下的平衡关系为y = 2.0x，总体积传质系数k a = 200 kmol /（m3 - h），试求： y（1）出塔液体组成；（2）所需填料层高； （3）若其他条件不变，将填料层在原有基础上，加高2m，吸收率可增加到多少？解：（1）利用液气比与组成的关系可求出塔液体组成》1 一 y 2 — 1 —壬0.06y1y = 0.06 (1 一申)2=0.06(1 — 0.95) = 0.003y1— y 1*— mx =0.06 — 2 x 0.021 = 0.01812 — y2y — my = y = 0.0 032 2 2AymA y0.018ln 「lnAy0.0032(y 一 y )100LAym0-018 — 0-003 = 0.00838x 业二皿=4.33mya200 x 0.785 x 120.00838y—y—y — yx*y0.062-—1.4 1 2-x — —— 1—- -0.02 1x—xx * —x1 1.41.4m1.4x21212（2 ）填料层高可由传质单元数法计算（3）其他条件不变仅增加填料层高度实际就是不改变传质单元高度而增加传质单元数。
故可通过传质单元数与组成的关系计算出塔高增加后的出塔气相组成，进而求出吸收率N'OG H OG2 + 4.33—9.410.637mVs — L0.018( x — x )m y — y *N' — ln[(1 — s) 1 2 + s ]OG 1 — s y '一 y *22 2 — 2 x — 0.63(y — y ) (0.06 — 0.003 )129.41 =1 - 0.63ln[(l - 0.63) 〒+ 0.63]y2y1=0.0 1 2y'申'=1 - J = 98.8% Ay19.在填料塔内用清水吸收空气中的丙酮蒸气，丙酮初始含量为3 % (体积)，若在该塔中将其吸收掉98%，混合气入塔流率G = 72 kmol /(m 2 - h)，操作压力p = 101 .33 kPa，温度T = 2 9 K ,此时平衡关系可用y = 1.75 x表示，体积总传质。