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1、第七章传质与分离过程概论1.在吸取塔中用水吸取混于空气中的氨。已知入塔混合气中氨含量为5.5%(质量分数,下同),吸取后出塔气体中氨含量为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构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002 m、长度为035 m的圆管中，O气体通过进行稳态分子扩散。管内N2的温度为73 K,总压为10.3 ka,管两端CO的分压分别为70.0 ka
2、和7 kPa，试计算CO的扩散通量。解：设 A-; B-N2 查附录一得 4.在总压为101. kP，温度为273K下,组分自气相主体通过厚度为0.015 m的气膜扩散到催化剂表面，发生瞬态化学反映。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2.5 k,组分在组分中的扩散系数为1.-5 m2/s。试计算组分A和组分的传质通量和。 解：由化学计量式 可得代入式（-5）,得分离变量，并积分得 5. 在温度为78 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构成,其值为022（摩尔分数，下同
3、）,该处溶液的密度为998.2 kg/m3；在离界面 mm的水相中，氨的构成为0.05，该处溶液的密度为97.0 3。278 时氨在水中的扩散系数为1.2410 m2/s。试计算稳态扩散下氨的传质通量。 解:设 ANH；BH2离界面5m处为点1、两相界面处为点2,则氨的摩尔分数为,点1、点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(-41）估算在05.5ka、288 K条件下，氢气(A)在甲烷(B)中的扩散系数。解：查表-1,得 m3mol查表7-2,计算出由式7-41 试采用式(743)估算在93 时二氧化硫(A）在水（B)中的扩散系数。解：查得293 K
4、时水的黏度为查表7-，得 查表7-4,得 cm/mo 由式(7-43) 8. 有一厚度为8mm、长度为00 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 5 g/m3，由有关公式计算得空气与萘板间的对流传质系数为0.16 /s。 试计算萘板厚度减薄所需要的时间。解：由式（7-4）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,故可觉得；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 3 设萘板表面积为S,由于扩散所减薄的厚度为b，物料衡算可得第8章 2. 在温度为25 及总压
5、为10.3 ka的条件下，使含二氧化碳为3.%(体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m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达的总传质推动力。已知操作条件下,亨利系数k,水溶液的密度为97.8 kg3。解:水溶液中CO2的浓度为对于稀水溶液,总浓度为 olm3水溶液中CO2的摩尔分数为 由 k气相中CO2的分压为 kPa 故O2必由液相传递到气相,进行解吸。 以CO2的分压表达的总传质推动力为 Pa3. 在总压为15 ka的条件下，采用填料塔用清水逆流吸取混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相构成分别为、。气膜吸取系数kG=210- kml/（
6、m2skP)，液膜吸取系数kL=1.55104 ms。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律,溶解度系数H=0.72 mol/(m3kPa）。 (1）试计算以、表达的总推动力和相应的总吸取系数; (2)试分析该过程的控制因素。解:（) 以气相分压差表达的总推动力为 Pa 其相应的总吸取系数为 ml（mka） 以液相构成差表达的总推动力为 其相应的总吸取系数为 (2）吸取过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为气膜阻力占总阻力的绝大部分,故该吸取过程为气膜控制。. 在某填料塔中用清水逆流吸取混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为10.0kPa,操作温度为2。在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶
7、解度系数为2.12kmol(mkPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为.5 kPa,液相构成为285kml/m,液膜吸取系数k=21210- ms，气相总吸取系数KG.2060-5km/(m2skP)。求该截面处(1）膜吸取系数kG、x及ky；(2）总吸取系数L、KX及K；(3)吸取速率。解：(1） 以纯水的密度替代稀甲醇水溶液的密度,2 时水的密度为 kgm3溶液的总浓度为kol/3 （）由/ 因溶质构成很低,故有 (3）吸取速率为 5. 在1. ka及25 的条件下，用清水在填料塔中逆流吸取某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出塔的构成分别为=004、2=0.002。假设操作条件下平衡
8、关系服从亨利定律,亨利系数为413103 kPa,吸取剂用量为最小用量的145倍。(1） 试计算吸取液的构成； （） 若操作压力提高到1013 kPa而其她条件不变，再求吸取液的构成。 解：（) 吸取剂为清水,因此 因此操作时的液气比为 吸取液的构成为 (） 6在始终径为0.8 m的填料塔内，用清水吸取某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为45kol/h,二氧化硫的体积分数为0.032。操作条件下气液平衡关系为,气相总体积吸取系数为00562 kmol/(m3s)。若吸取液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76，规定回收率为8%。求水的用量(kgh)及所需的填料层高度。解： 惰性气体
9、的流量为水的用量为 求填料层高度 . 某填料吸取塔内装有5 m高,比表面积为1 2/m3的金属阶梯环填料，在该填料塔中,用清水逆流吸取某混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为0 kmo，溶质的含量为5（体积分数）;进塔清水流量为200 mlh,其用量为最小用量的1.6倍;操作条件下的气液平衡关系为;气相总吸取系数为;填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的9%。试计算(1)填料塔的吸取率；（2)填料塔的直径。解:（）惰性气体的流量为对于纯溶剂吸取 依题意(2) 由 填料塔的直径为8. 在1.3kPa及2 的条件下，用清水在填料塔内逆流吸取混于空气中的氨气。已知混合气的质量流速G为600k/(
10、m2h)，气相进、出塔的摩尔分数分别为0.05、.00526,水的质量流速为800 k/(m2h)，填料层高度为。已知操作条件下平衡关系为= 0.9 X,Ga正比于 0.8而于W无关。若（1）操作压力提高一倍；（2)气体流速增长一倍;(3) 液体流速增长一倍,试分别计算填料层高度应如何变化，才干保持尾气构成不变。解:一方面计算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数 操作条件下，混合气的平均摩尔质量为 （1) 若气相出塔构成不变,则液相出塔构成也不变。因此 m 即所需填料层高度比本来减少.8m。 （2) 若保持气相出塔构成不变，则液相出塔构成要加倍,即 故 m m 即所需填料层高度要比本来增长1 m。 （3) 对Ga无影响,即对Ka无影响,因此传质单元高度不变，即 即所需填料层高度比本来减少0.609 。9. 某制药厂既有始终径为12m,填料层高度为 m的吸取塔,用纯溶剂吸取某气体混合物中的溶质组分。入塔混合气的流量为4 kmo/h，溶质的含量为0.06（摩尔分数）;规定溶质的回收率不低于5%；操作条件下气液平衡关系为Y 2.2 ;溶剂用量为最小用量的1.倍;气相总吸取系数为.35 mol/ (mh)。填料的
