化工原理1-7章习题答案(新课本)

x1?y11??1.2?10?4 m8300稀溶液： x?X?W/44

1000/18 W?2444x

W?2444?3.33?10?4?0.81kg

W1?2444?1.2?10?4?0.29kg

?W?0.81?0.29?0.52kg

5．用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨6％（体积），氨的吸收率为93.3％，溶液出口浓度为0.012（摩尔比），操作条件下相平衡关系为Y?2.52X。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。 解：

*Y1?y10.06??0.064 Y1*?2.52X1?2.52?0.012?0.03024 1?y11?0.06Y2?Y（－?）＝0.064(1-0.933)?0.00429 Y2*?2.52X2?2.52?0?0 11*塔顶： ?Y2?Y2?Y2?0.00429?0.00429

塔底： ?Y1?Y1?Y1?0.064?0.03024?0.034

*6．在总压101.3kPa，温度30℃的条件下, SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的

水溶液相接触，试问：

（1） 从液相分析SO2的传质方向；

（2） 从气相分析，其他条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向；

（3） 其他条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。

解：(1)查得在总压101.3kPa，温度30℃条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa 所以 m? 从液相分析

E4850?? 47.88 p101.3 73

x*?y0.3??0.00627< x=0.01 m47.88故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。

（2）查得在总压101.3kPa，温度0℃的条件下，SO2在水中的亨利系数E=1670kPa

m?从气相分析

E1670? =16.49 p101.3y*=mx=16.49×0.01=0.16

故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。

（3）在总压202.6kPa，温度30℃条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPa

m?从气相分析

E4850? =23.94 p202.6y*=mx=23.94×0.01=0.24

故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。

x*?y0.3??0.0125 m23.94以液相摩尔分数表示的吸收推动力为:

?x=x*－x=0.0125－0.01=0.0025

以气相摩尔分数表示的吸收推动力为:

?y= y － y*=0.3－0.24=0.06

扩散与单相传质

7．在温度为20℃、总压为101.3kPa的条件下，SO2与空气混合气缓慢地沿着某碱溶液的液面流过，空气不溶于该溶液。SO2透过1mm厚的静止空气层扩散到溶液中，混合气体中SO2的摩尔分率为0.2，SO2到达溶液液面上立即被吸收，故相界面上SO2的浓度可忽略不计。已知温度20℃时，SO2在空气中的扩散系数为0.18cm2/s。试求SO2的传质速率为多少？

解 : SO2通过静止空气层扩散到溶液液面属单向扩散，已知：SO2在空气中的扩散系数

D=0.18cm2/s=1.8×10-5m2/s

扩散距离z=1mm=0.001m，气相总压p=101.3kPa

气相主体中溶质SO2的分压pA1=p·yA1=101.3×0.2=20.26kPa 气液界面上SO2的分压pA2=0

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所以，气相主体中空气（惰性组分）的分压pB1=p－pA1=101.3－20.26=81.04kPa 气液界面上的空气（惰性组分）的分压pB2=p－pA2=101.3－0=101.3kPa 空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为：

pBm?pB2?pB1101.3?81.04?90.8kPa =

101.3pB2lnln81.04pB1Dp(pA1?pA2)

RTzpBmNA?1.8?10?5101.3=??(20.26?0) 8.314?293?0.00190.8=1.67×10-4kmol/(m2·s)

8．在总压为100kPa、温度为30℃时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数kG=3.84×10-6 kmol/（m2·s·kPa），液相传质系数kL=1.83×10-4 m/s，假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液相溶质摩尔分率为0.05，其气相平衡分压为6.7kPa。求当塔内某截面上气、液组成分别为y=0.05，x=0.01时

*（1） 以（pA?pA）、（cA?cA）表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数；

*（2） 分析该过程的控制因素。

p*6.7?134kPa 解：（1）根据亨利定律E?A?x0.05相平衡常数m?E134??1.34 p100溶解度常数H??sEMs?1000?0.4146

134?18*以气相分压差（pA?pA）表示总推动力时：

*pA?pA=100×0.05-134×0.01=3.66kPa

11111??=??13180?260417?273597 KGHkLkG0.4146?1.83?10?43.86?10?6KG?3.66?10?6 kmol/（m2·s·kPa）

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*NA?KG(pA?pA)=3.66×10-6×3.66=1.34×10-5 kmol/（m2·s）

以（cA?cA）表示的传质总推动力时：

*cA?0.01?0.56 kmol/m3

0.99?18/1000*cA?cA=0.4146×100×0.05－0.56=1.513 kmol/m3

KG3.66?10?6KL???8.8?10?6m/s

H0.4146*NA?KL(cA?cA)=8.8×10-6×1.513=1.3314×10-5 kmol/（m2·s）

*（2）与（pA?pA）表示的传质总推动力相应的传质阻力为273597（m2·s·kPa）/ kmol；

其中气相阻力为

1?13180m2·s·kPa/ kmol； kG液相阻力

12

?260417m·s·kPa/ kmol； HkL气相阻力占总阻力的百分数为

260417?100%?95.2%。

273597故该传质过程为气膜控制过程。

9．若吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线，界面上气液两相平衡，推导出KL与kL、kG的关系。

解：因吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线 c＊A?HpA 界面上气液两相平衡 cAi?HpAi的关系式 由 NA?KL(cA?cA)得

*1*NA?(cA?cA) （1）

KL由NA?kG(pA?pAi)得

NAcAic*A?kG(?)

HHHNA?(c*A?cAi) （2） kG 76