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1、习题解答食品1301班及食品质安1301、1302班食品工程原理作业（共 96题）3.在100kPa、298K的条件下氨与空气的混合气体装在一直径为5mm长度为0.1m的管子中,进行等摩尔反方向扩散，扩散系数Dnh同=6.87M10）m2/s。已知管子两端氨的分压分3 -air别为6 kPa和2 kPa,试计算：氨的扩散通量，空气的扩散通量，在管子的中点截面上氨和空气的分压。解：等分子反方向扩散，NA=-NBNaDABRT z(PA1- pA2)6.87 1038314 298 0.13(6 -2)10= 1.11 10_6kmol / (m2 s)=-N A =-1.11 父10kmol/
2、(m2 s)NaDAB (Pai - Pa) =11 1。”RT. z/211.11 10 RT ：z/2Pa = Pa1 DABc 1.11 10* 8.314 298 0.05=6 -5= 4kPa6.87 10pB -P - pA =100 -4 =96kPa4 .浅盘内盛有水深 8mm在101.3kPa、293K下向大气蒸发。假定传质阻力相当于5 mmB的静止气层，气层外的水蒸气分压可以忽略，扩散系数D =2.56M10m2/s,求水蒸发完所需的时间。解：已给出静止膜的厚度，可应用式（5-15a）一 D P .计算:NaRTZ PBm(Pa Pa2)式中，Pa1为293K下水的饱和蒸汽
3、压，可查的Pa1 =2.33kPa，又 Pa2 = 0pBm =(P-pA1 P-pA2)/2 =101.3 -2.33/2 =100.135kPa2.56 10 101.362 、NA =乂X2.33 =4.954m 10 kmol/ (m s)8.314 293 0.005 100.1352、GA =NA M18x3600 = 0.321kg/ (m ，h)厚8mm勺水层，每平方米的质量为8kg,故蒸发时间为：5 .实验测得在总压100kPa及温度293K下，100g水中含氨1g时，液面上方氨的平衡分压为 800Pa。求气液两相的组成皆以物质的量浓度表示时的相平衡关系。解：气相中氨的物质的
4、量浓度 cAG = 匹 =-800一 =3.28x10-4kmol/m 3RT 8314 293100g水中含氨1g,即100kg水中含氨1kg,共101 kg稀氨水。由于氨水很稀，可设其密度与水相同，即P = 1000kg/m3,其体积为101/1000 =0.101m3,而其中氨的量(kmol)为1/17 ,故而液相中氨的物质的量浓度CAL =1/170.1013=0.582kmol/m3结果表明，以上物系的相平衡关系中，液相中物质的量浓度要比气相大一千倍以上。6 .常压，10oC条件下，物质A在空气水系统的亨利系数 E = 121.6 kPa ,当A在空气中分压为8kPa ,在水中浓度为
5、2kmol /m3时，试以计算判定传质方向。水溶液的密度取31000 kg /m解： xA=cA=2 =0.036C 1000/18* _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _Pa =E xa =121.6 0.036 =4.38k PaPaPa* 二吸收7.在吸收塔某截面上气液两相的浓度分别为y =0.05, x = 0.01 (均为摩尔分数，下同)， 在一定温度下气放平衡关系y =2x ,已知气、液两侧的传质系数2 、ky =kx =0.026kmol/ (ms),试求：(1)该截面的两相传质总推动力、传质总阻力、传质速率及阻力在气液两侧的分配；(2)若降低操作温度后，相平衡关系变为
6、y =0.4x ,两相在此截面上的浓度及传质系数均不变，求传质总推动力、传质总阻力、传质速率及阻力在气液两侧的分配的变化。解：(1)气放平衡关系为 y =2x时总推动力以气相表示总推动力以液相表示传质总阻力以气相表示*y = y-y =y-mx = 0.05 2 0.01 = 0.03* y 0.05LX=X -x=x= -0.01 = 0.015m 211m 122 一 一=115.4( m s) /kmolKykykx0.0260.026传质总阻力以液相表示1KX1mkykx2 0.026 0.026=57.7( m2 s) /kmol(Ky =0.00867kmol/ (m2 s),2(
7、Kx =0.0173kmol/ (m s)传质速率NA = Ky(y-y ) =0.00867 0.03 = 2.6 10 kmol/ (m2 s)气相阻力为1/ky =1/ 0.026 ,液相阻力为m/kx =2/0.026 ,所以总阻力中气相阻力占1/3,液相阻力占2/3。 一 一 、一 、 一 *(2)平衡关系变为 y =0.4x时总推动力以气相表示总推动力以液相表示传质总阻力以气相表示.*一一 一 一 一一 一/y = y-y = y -mx = 0.05 -0.4 0.01 = 0.046* y 0.05.：x=x -x=2-x=-0.01=0.115m 0.4= =-10.4 =
8、53.8(m2 s) /kmolKy ky kx0.026 0.026(Ky =0.0186kmol/ (m2 s)阻 力 以 液 =1=1 -1-=134.6( m2s) /kmolKx mkvkx 0.40.0260.026xyx一一 一，2、(Kx =0.00743kmol/ (m s)42NA = Ky(y-y ) =0.0186M0.046 = 8.55父10 kmol/(m2 s)气相阻力为1/ky =1/ 0.026 ,液相阻力为 m/kx = 0.4/0.026 ,所以总阻力中气相阻力占71.5%,液相阻力占28.5%。显然，操作温度降低后，由于溶解度的上升，液相阻力大幅度减小
9、，气相阻力的绝对值虽未改变，但在总阻力中所占的比例相对增加而成为主要阻力。相应的，总推动力的大部分也用于气相传质。由此可以看出相平衡关系对传质总推动力、传质速率、传质总阻力及其分配有着重要影响。2.某气、液逆流的吸收塔，以清水吸收空气一A混合气中的A。总压为1大气压。已知塔底气相中含A 2.5% （摩尔分率），水中含 A的浓度为2X10-5 （摩尔分率）。试求塔底温 度 分别为5c及30c时的吸收过程推 动力。5c时 E=3.19X104kPa , 30c时E=6.17 xi04kPa。（Ay1=0.0187,Axi=610;Ay1=0.0128 ,ixi =2.1x10-）解：5 c 时：m
10、 二 E = 3192= 314.9P 101.3*5Ly1 = y1 - y1 = y1 - mx, = 0.025 - 314.9 2 10 一 = 0.0187*y10.025上工-x1 = x1 x1 = - - x1 = 2 10 =6 10m 314.9同理可求得：30c时=0.0128Ax1=2.1M10/3在总压为101.33kPa,温度为25c时，若100克水中含氨1克，则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987kPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求E、H、m的值（对稀水溶液密度为 1000kg/m3）。（ E =94.179kPa,H =0.590kmol/（m 31kPa）,m=0.929 ）的1/17解：x = = 0.010481/17 100/18p 0.987E =94.179kPax 0.01048：s1000EMs 94.179 18= 0.590kmol/( m3LkPa)E 94.179m = = =0.929P 101.33
