传质导论部分题解

传质导论部分题解

第八章 传质过程导论

1. 求例8-1中以摩尔比和质量浓度表示时的平衡关系。

解:例8-1表示出的平衡关系为:气相氨分压mmHg p 6=,液相氨的质量比1a =1g 氨/100g 水 (1)以摩尔比表示:

气相 ()00796.07546==-=p P p Y 液相 ()()01059.01810017

1===

W

AL

n n X

(2)以质量浓度表示:

气相300558.0000328.017m Kg C M C AG A AG =⨯== 液相390.9582.017m Kg C M C AL A AL =⨯== 式中AG C ,AL C 之值取自例8-1。

2.空气中含有4ccl 蒸气,由atm 1,K 293压缩到atm 10后通入一冷凝器,测得K 313下开始有4ccl 冷凝,混合气出冷凝器时的温度为K 300,求,

(1)压缩前及冷凝前、后4ccl 蒸气的质量分率、质量比和摩尔浓度。 (2)4ccl 蒸气冷凝的百分率。

4ccl 的饱和蒸气压数据0p 如下：

温度，K 273

283 288 293 300 313 0p ,mmHg 33.7

55.6

71.1

89.8

123

210

提示：在过程中那一参数保持不变？应当用什么组成进行计算？

解：（1）冷凝后4ccl 在空气中的分压3p 等于K 300下的蒸气压：mmHg p 1233=；冷凝前的分压2p 等于K 313下的蒸气压mmHg

p 2102=；压缩前的分压1p 为2p 的

101，即mmHg 21。4ccl 的分子量154=M 。由于混合气体的分子量尚未求得，

故以先计算质量比为便。

压缩前 质量比1a =

()空气M M

p p ⨯

-11760 =29

15473921⨯=1509.0 质量分率1a =1

11a a +=

1509

.11509

.0=1311.0 摩尔浓度1c =

11RT p =293

36.6221⨯=300115.0m Kmol 冷凝前质量比和质量分率在压缩过程中保持不变,故

1509

012.a a ==，1311.012==a a

而摩尔浓度取为K 313下的：

2c =

22RT p =313

36.62210⨯=301076.0m Kmol 冷凝后 3a =

29154760033⨯-p p =29

154

7477123⨯

=0874.0 3a =0803.00874.10874.0=

=3c 300657.030036.62123m Kmol =⨯

(2)在冷凝过程中气相中的空气量不变，故应当用空气为物料衡算的基准，即用比质量分率作计算： 冷凝分率

2

3

2a a a -=-

11509

.00874

.0=421.0 即1.42﹪ 3.一园筒形容器高m 2.1，直径m 1，内盛4ccl 液体至2，器顶有一与外界平衡压力的小孔。由于昼夜温度的差异，器内的空气将因空气的膨胀、收缩而通过小孔发生“呼吸”现象（取大气压为atm 1，忽略其变化所引起的呼吸）。若某天的最高、最低温度分别为20℃及10℃，试求因呼吸而损失的4ccl 量（可作适当的简化近似，如蒸气压可取平均温度下的，作为常数）。 解：呼出的气体重：△n =

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛-=-212111T T R pV RT pV RT pV 式中 =p atm 1, V =()()314.012.143212=⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝

⎛-π3

m

K T 2831=，K T 2932=， ∴ △n =

Kmol 4

1061.42931283108206.0314.01-⨯=⎪⎭

⎫ ⎝⎛-⨯，

其中4ccl 蒸气所占的分率等于分压分率。

现取4ccl 的分压A p 为平均温度K 288下的蒸气压，由上题数据， 知 mmHg p A 1.71=。故呼出的4ccl 为： Kmol P

p n n A

A 541032.47601.711062.4--⨯=⨯⨯=⋅

∆= 或 Kg M n G A A 551065.61541032.4--⨯=⨯⨯=⋅=

4.浅盘内盛有深mm 6的水，在atm 1及K 298下向大气蒸发。假定传质阻力相当于

mm 3厚的静止气层，气层外的水蒸气分压可以忽略，求水蒸发完所需的时间。

扩散系数由表8-2查取。

解：由表8-2查得atm 1及K 298下水蒸气在空气中的扩散系数为：

s cm D 2256.0=，即s m 251056.2-⨯。水蒸气通过静止气层的扩散速率按式8-20： ()21A A BM

A P P P P

RTZ D N -⋅

=

式中1A P 为K 298 下的饱和水蒸气压，查得为KPa 168.3， 题中给出02=A P ，KPa P 3.101=，m Z 003.0=，而

()()

KPa P P P P P A A Bm 8.992

163.33.1012

21=-=-+-=

故 ()s m Kmol N A ⋅

--⨯=⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=25510108.1168.38.993.101003.0298314.81025.2

化成 h m Kg N G A A ⋅=⨯⨯=2718.0360018

厚mm 5的水层，每2m 的质量为Kg 5，故蒸发完所需的时间θ为： h 97.6718

.05

==

θ 5.估计atm 1及K 293下HCl 在空气中及水（极稀盐酸）中扩散系数。