化工原理下课后习题解答+天津大学化工学院+柴诚敬

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1、第七章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Y、Y。12解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数y1和y2。0.055/17y==0.090310.055/17+0.945/290.002/17y==0.003420.002/17+0.998/29进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2为0.0903Y==0.0993110.0903−0.0034Y==0.0034210.0034−由计算可知，当

2、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：MMdxABA（1）dwA=2(xM+xM)AABBdwA（2）dxA=wAwB2MM(+)ABMMABMxMxAAAA解：（1）w==AxM+xMxM+(1−x)MAABBAAABdwMA(xAM+xBMB)−xAM(M−MB)MM(x+x)AAAAABAB==dx22A(xAMA+xBMB)(xAMA+xBMB)由于x+x=1ABMMdxABA故dw=A2(xM+xM)AABBwAM（2）x=AAw

3、wAB+MMAB1wAwBwA111(+)−(−)(wA+wB)dxMMMMMMMMA=AABAAB=ABdwAwAwB2wAwB2(+)(+)MMMMABAB1=wAwB2MM(+)ABMMAB1dwA故dxA=wwAB2MM(+)ABMMAB3.在直径为0.012m、长度为0.35m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373K，总压为101.3kPa，管两端CO的分压分别为70.0kPa和7.0kPa，试计算CO的扩散通量。解：设A－CO；B－N2−42查附录一得D=0.318×10msAB

4、p=p−p=(101.3−70)kPa=31.3kPaB1总A1p=p−p=(101.3−7.0)kPa=94.3kPaB2总A2pB2−pB194.3−31.3p==kPa=57.12kPaBMp94.3B2lnlnp31.3B1DPAB()N=p−pAA1A2RTzpBM−40.318×10×101.3()(2)−6(2)=×70.0-7.0kmolm⋅s=3.273×10kmolm⋅s8.314×373×0.35×57.124.在总压为101.3kPa，温度为273K下，组分A自气相主体通过厚度为0.015m的气

5、膜扩散到催化剂表面，发生瞬态化学反应A→3B。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22.5kPa，组分A在组分B-52中的扩散系数为1.85×10m/s。试计算组分A和组分B的传质通量N和N。AB解：由化学计量式A→3B可得NN=−3BANNN=+=−2NABA代入式（7-25），得DdcABAN=−2yNAAAdzdppAAN=−2NAARTdzp总分离变量，并积分得1DABp总p总+2pA1N=lnA2RT∆zp总−511.8510××101.3101.3222.5

6、+×2−52=×lnkmol/(ms)1.01210kmol/(ms)⋅=×⋅28.3142730.015××101.3−−5252NNBA=−3=−31.01210××⋅kmol/(ms)3.03610=−×⋅kmol/(ms)5.在温度为278K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组成，其值为0.022（摩尔分数，下3同），该处溶液的密度为998.2kg/m；在离界面5mm的水相中，氨的组成为0.085，该处溶3–92液的密度为997.0kg

7、/m。278K时氨在水中的扩散系数为1.24×10m/s。试计算稳态扩散下氨的传质通量。解：设A－NH3；B－H2O2离界面5mm处为点1、两相界面处为点2，则氨的摩尔分数为xA1=0.085，xA2=0.022x=1−x=1−0.085=0.915B1A1x=1−x=1−0.022=0.978B2A2xB2−xB10.978−0.915x===0.946BMx0.978B2lnlnx0.915B1点1、点2处溶液的平均摩尔质量为M=(0.85×17+0.915×18)kgkmol=17.92kgkmol1M=(0.0

8、22×17+0.978×18)kgkmol=17.98kgkmol2溶液的平均总物质的量浓度为ρρ1121997.0998.233c=（＋）＝×（+）kmol/m=55.58kmol/m总2MM217.9217.9812故氨的摩尔通量为D′cAB总N=(x−x)AA1A2∆zxBM−91.2410××55.57722−7=×(0.