第10章分子传质.doc

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1、第十章1.在一根管子中存在有由CH4（组分A）和He（组分B）组成的气体混合物，压力为1.013×105Pa、温度为298K。已知管内的CH4通过停滞的He进行稳态一维扩散，在相距0.02m的两端，CH4的分压分别为Pa及Pa，管内的总压维持恒定。试求(1)CH4相对于摩尔平均速度的扩散通量；(2)CH4相对于静止坐标的通量。已知CH4～He系统在1.013×105Pa和298K时的扩散系数m2/s。解：(1)kmol/(m2·s)(2)Pakmol/(m2·s)2.将温度为298K、压力为1atm的He和N2的混合气体，装在一直径为5mm、长度为0.1m的管中进行等分子反方向扩散，已

2、知管子两端He的压力分别为0.06atm和0.02atm，在上述条件下扩散系数m2/s，试求(1)He的扩散通量；(2)N2的扩散通量；(3)在管的中点截面上的He和N2分压。解：设He为组分A，N2为组分B(1)等分子反向扩散，kmol/(m2·s)(2)kmol/(m2·s)(3)10atmatm3.在总压力为、温度为的条件下，直径为的萘球在空气中进行稳态分子扩散。设萘在空气中的扩散系数为，在温度下，萘球表面的饱和蒸汽压为，试推导萘球表面的扩散通量为解：该过程为拟稳态过程，且依题意，从而整理得当时，故4.一工业用氨气管路，压力需维持在101.3kPa左右。为防止超压，在管路上接一长

3、为20m、直径为3mm的小管，和大气相通，如本题附图所示。整个系统的温度为298K，氨在空气中的扩散系数为m2/s。试求(1)氨损失于周围空气中的质量流率；(2)混入氨气管路造成污染的空气的质量流率；(3)当氨气流量为5kg/h，混入氨气管路空气所占的质量分数。习题4附图解：(1)氨损失于周围空气中的质量流率由于NH3与空气进行等分子反方向扩散10kmol/(m2·s)kg/h(2)混入氨气管路造成污染的空气的质量流率kmol/(m2·s)kg/h(3)混入氨气管路空气所占的质量分数5.假定某一块地板上洒有一层厚度为1mm的水，水温为297K，欲将这层水在297K的静止空气中蒸干，试求

4、过程所需的时间。已知气相总压为1atm，空气湿含量为0.002kg/（kg干空气），297K时水的密度为997.2kg/m3,饱和蒸气压为mmHg，空气-水系统的m2/s。假设水的蒸发扩散距离为5mm。解：PaPaPaPaPakmol/(m2·s)sh6.在一直立玻璃管的底部装有温度为298K的水，水面与管顶之间的垂直距离为200mm，在管顶之上有298K、1atm的绝干空气缓慢吹过，试求水面下降5mm时所需的时间。298K、1atm下水-空气的扩散系数m2/s。解：依题意可知，本题为通过停滞组分的拟稳态扩散过程。设在时间间隔内，水面高度下降了，则而10故由物性表查得，298K时水的饱

5、和蒸气压为3168.4Pa则Pa，Pa，Pa因故Pah7.采用图10-3所示的装置测定293K时丙酮在空气中的扩散系数。已知经历5小时后，液面由距离顶部的1.10cm下降至2.05cm，总压为750mmHg。293K下丙酮的饱和蒸汽压为180mmHg，密度为0.79g/cm3。试求丙酮在空气中的扩散系数。解：由式（10-19），其中mmHgmmHgmmHgkPammHgkPammHgkPam2/s8.试分别用福勒等人和赫虚范特等人的公式（10-21及（10-22），计算乙醇（组分A）与甲烷（组分B）气体混合物在1atm和298K下的扩散系数。解：ÅK10查得由式(10-21)m2/s由

6、式(10-22)m2/s9.在温度为278K的条件下，令NH3（组分A）-水（组分B）溶液与一种与水不互溶的有机液体接触，两相均不流动。NH3自水相向有机相扩散，在两相界面处，水相中的NH3维持一平衡浓度，其值为2%（质量%，下同），该处溶液的密度g/cm3，在离界面4mm的水相中，NH3的浓度为10%，溶液密度g/cm3。278K时NH3在水中的扩散系数m2/s，设扩散为稳态扩散，试求(1)NH3的扩散通量；(2)水的扩散通量，并对求算结果作出说明。解：(1)kmol/m3kmol/(m2·s)(2)10因为水不溶于有机物，故其扩散通量为零，即水为停滞组分。10.利用威尔基-张和斯凯

7、贝尔公式，计算丙酮（组分A）在水（组分B）中的扩散系数。已知系统的温度为283K。解：(1)威尔基-张公式283K时水的动力粘度mPa·scm3/molm2/s(2)斯凯贝尔公式cm3/mol,cm3/molm2/s11.在外径为30mm、厚度为5mm、长度为5m的硫化氯丁橡胶管中，有压力为2atm、温度为290K的纯氢气流动，试求氢气通过橡胶管壁扩散而漏失的速率。已知在STP（273K和1atm）下氢在硫化氯丁橡胶管中的溶解度cm3/（cm3