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：

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mmH g 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

1509012.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32，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 a t m 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。