化工原理第二版下册答案(柴诚敬主编)
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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Y1、Y2。
解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数y1和y2。
y1?0.055/170.055/17?0.945/290.002/17?0.0903
y2?
?0.00340.002/17?0.998/29 进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2为
Y1? Y2?0.09031?0.09030.00341?0.0034?0.0993 ?0.0034
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组成的双组分混合物系统，下列关系式成立： （1） dwA?MAMBdxA(xAMA?xBMB)2
（2）dxA?MAMB(dwAwAMA?wBMB)2
解：（1）
wA?MAxAxAMA?xBMB?MAxAxAMA?(1?xA)MB
dwMA(xAMA?xBMB)?xAMA(MA?MB)MAMB(xA?xB)A??dx22(xAMA?xBMB)A(xAMA?xBMB)由于 xA?xB?1 故
dwA?MAMBdxA(xAMA?xBMB)wA2
（2）
xA?MAwAMA?wBMB
1
dxA?MAdwA(wAMA?wBMBMAMAwAwB2(?)MAMB)?wA(1?1MB)
1(wA?wB)MMAB?wAwB2(?)MAMB
?MAMB(1wAMA?wBMB)2
1
故 dxA?MAMB(dwAwAMA?wBMB)2
3. 在直径为0.012 m、长度为0.35 m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373 K，总压为101.3 kPa，管两端CO的分压分别为70.0 kPa和7.0 kPa，试计算CO的扩散通量。 解：设 A－CO； B－N2 查附录一得 DAB?0.318?10?4m2s
pB1?p总?pA1??101.3?70?kPa?31.3kPa
pB2?p总?pA2??101.3?7.0?kPa?94.3kPa
pBM ?pB2?pB194.3?31.3?kPa?57.12kPa pB294.3lnln31.3pB1DABP?pA1?pA2?NA?RTzpBM?40.318?10?101.3??70.0-7.0?kmol?m2?s??3.273?10?6kmol?m2?s?8.314?373?0.35?57.124. 在总压为101.3 kPa，温度为273 K下，组分A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22.5 kPa，组分A在组分B中的扩散系数为1.85×10-5 m2/s。试计算组分A和组分B的传质通量NA和NB。
解：由化学计量式 A?3B
?可得NB??3NA
N?NA
?NB??2NA
代入式（7-25），得 DABdcA?2yANAdz dpApANA??2NARTdzp总NA?
分离变量，并积分得 p总?2pA11DABp总NA?ln 2RT?zp总11.85?10?5?101.3101.3?2?22.5??ln kmol/(m2?s)?1.012?10?5 kmol/(m2?s) 28.314?273?0.015101.3NB??3NA??3?1.012?10kmol/(m?s) ??3.036?10kmol/(m?s)
5. 在温度为278 K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，下同），该处溶液的密度为998.2 kg/m3；在离界面5 mm的水相中，氨的组成为0.085，该处溶液的密度为997.0 kg/m3。278 K时氨在水中的扩散系数为1.24×10–9 m2/s。试计算稳态扩散下氨的传质通量。 解：设 A－NH3；B－H2O
离界面5 mm处为点1、两相界面处为点2，则氨的摩尔分数为
xA1?0.085xA2?0.022 ，
?52?52xx
B1?1?x?1?xA1?1?0.085?0.915
2
B2A2?1?0.022?0.978
xB2?xB10.978?0.915??0.946 xB20.978lnln0.915xB1点1、点2处溶液的平均摩尔质量为
M1??0.85?17?0.915?18?kgkmol?17.92kgkmol M2??0.022?17?0.978?18?kgkmol?17.98kgkmol
溶液的平均总物质的量浓度为
?1?11997.0998.2 c总?（＋2）＝?（?）kmol/m3?55.58kmol/m3
xBM ?2M1M2cx总217.9217.98故氨的摩尔通量为
D?NA?AB?z(xA1?xA2)
?9BM?1.24?10?55.5770.005?0.946?(0.085?0.022)kmol/(m?s)?9.179?10kmol/(m?s)
2?726. 试用式（7-41）估算在105.5 kPa、288 K条件下，氢气（A）在甲烷（B）中的扩散系数DAB。
解：查表7-1，得
?vA?7.07 cm3/mol
查表7-2，计算出
?vB?(16.5?1.98?4)cm/mol?24.42cm/mol
33由式7-41
1.013?10?5T1.75(1?1)1/2MAMBD?
p[(?vA)1/3?(?vB)1/3]2AB总1.013?10?5?2881.75(1 ?105.5?(7.071/316?24.42)2?1)1/21/32m2s?6.24?10?5m2s
7. 试采用式（7-43）估算在293 时二氧化硫（A）在水（B）中的扩散系数D?。
AB
解：查得293 K时水的黏度为
?B?1.005?10Pa?s
查表7-3，得
Φ?2.6
查表7-4，得
VbA?44.8cm3/mol 由式（7-43）
D?AB?7.4?10?15(ΦMB)1/2T 0.6?BVbA?151/2 ?7.4?10(2.6?18)293m2/s??1.508?10?9m2/s
1.005?10?3?44.80.6
8. 有一厚度为8 mm、长度为800 mm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1 152 kg/m3，由有关公式计算得空气与萘板间的对流传质系数为0.016 5 m/s。 试计算萘板厚度减薄5％所需要的时间。
解：由式（7-45）计算萘的传质通量，即
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化工原理第二版下册标准答案(柴诚敬主编)
