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。
解：HCl 在空气中的扩散系数G D 在表8-2中未列出，需从式8-21估算。现
atm P 1=，K
T 293=，5.36=A M ，29=B M ，∑1.20=B V ，∑5.215.1998.1=+=A V
故 ()
m D G 252
31
312
175
.17
1071.11.205.2112915.361293
10--?=???
? ??+?+?=
H C l 在水中的扩散系数L D 按式8-23估算。式中水的缔合参数6.2=α，分子量18=S M ，粘度（K 293）cP 005.1=μ，分子体积mol cm V A 33.286.247.3=+=
()s cm D L 256
.02
1
8
1099.13
.28005.1293
186.2104.7--?=??
???=或s m 291099.1-? 6 求例8-6在总压增倍后,A N ,G K ,Y K 的变化,并作简单说明。 解：从式8-19看：A N ：RTZ PD
N B =
㏑1
3B B P P D P ?
不随总压P 而变（参看式8-21：P D 1α），13B B P P 亦不随P 变化
（2B P ，1B P 随P 同样增减）。故P 对A N 的影响需看P 对Z 的影响。若气体的流速不变，雷诺数Re 将随P 增倍（μρlw =Re 中的ρ与P 成正比，余不变），使Z 近于减半，A N 也近于增倍；若气体的质量流速不变，Re 不变，A N 也将不变。
从式8-29看P 对G K 的影响：Bm
G G G P P
RT D K ?
=
σ式中Bm P P 不随P 变化，G D 与P 成反比，故P 对G K 的影响主要看P 对G σ的影响。如上述（这里G σ相当于
式8-19中的Z ）。
P 对Y K 的影响可从例8-6中P K K G Y =而得知：当气体流速不变，G K 近于不变，Y K 近于与P 同样增倍；当气体质量流速不变，Y K 不变。 7 一填料塔在常压和K 295下操作，用水泥洗去含氨气体中的氨。在塔内某处，
氨在气相中的浓度5=A y ﹪，液相的平衡分压Pa P A 660=*
，物质通量
s m k m o l N A ?=-2410，气相扩散系数cm D G 224.0=，试求气膜的当量厚度。
解：本题可先求出y K 及G K ，然后应用式8-29算G σ。
现 00651.010
3.101660
3
=?=
*y ()
()s m kmol y
y N K A y ?--*
?=-=-=2341030.200651.005.010 kPa s m kmol P
K K y
G ???=?=
=--253
1027.23
.1011030.2
()()[]kPa P Bm
5.982
106603.10105.013.1013
=-+-=
()
m P P RT K D Bm G G G 000443.0295
314.81027.26.983.1011024.05
4=?????=?=--σ或mm 443.0
传质过程
长沙学院教案（课时备课） 授课日期2007年10月10日第15次课 2 学时
第四章传质过程 §1传质分离过程概述 传质过程 在含有两个或两个以上组分的混合体系中，由于存在浓度差，某一或某些组分由高浓度区向低浓度区的传递过程，称为传质过程。 传质过程可以在一相中进行，也可以在两相间进行，两相间的传质是分离过程的基础。 1-1分离操作在化工生产中的作用 1．作用：分离设备费用和分离操作费用占总生产费的比例很大。 2．分类： ①机械分离：过滤、沉降 ②传质分离： 两相间：利用混合物中各组分在两相中的溶解度或挥发性等物理性质的差异，使某一或某些组分在相间转移（如吸收、精馏、萃取）。 一相中：热扩散、膜分离。 1-2化工生产中常见的传质操作 1．蒸馏：分离液体混合物，利用各组分挥发性的差异 2．吸收与解吸：分离气体混合物，利用气体溶解度的差异 3．液-液萃取：分离液体混合物，利用各组分溶解度的差异 4．吸附：分离气体或液体混合物，利用各组分在固体上吸附程度的差异5．干燥：固、气分离 6．膜分离：分离气体或液体混合物 7．热扩散：由于温度梯度而引起的物质扩散。
§2 传 质 过 程 机 理 传质过程： ①扩散物质从一相主体向界面传递 ②扩散物质在界面上从一相进入另一相 ③扩散物质从界面向另一相传递 2-1单相中的传质 一．分子扩散与菲克定律 1.分子扩散 在一相内有浓度差异存在时，由于分子的热运动，而造成的物质传递现象。 分子扩散速率（通量）A,0N ：单位时间内通过单位截面积而扩散的物质量。 2.费克（Fick ）定律（只适用于双组分混合物） =-A A,0AB dc N D dl （因A dc dl 为负值，加“-”使A,0N 为正） A,0N ——组分A 的分子扩散速率，)/(2s m kmol ?； A dc dl ——组分A 在扩散方向的浓度梯度，4/m kmol ； AB D ——组分A 在组分B 中的分子扩散系数，s m /2。 AB D 的值由试验测定，可通过手册查取，见教材P183表5-2，5-3。 对理想气体混合物，由于RT p c A A =，故有=-AB A A,0D dp N RT dl 。
传质过程
第八章 传质过程导论 1．含有4CCl 蒸汽的空气，由101.3kPa(绝)、293K 压缩到l013kPa(绝)后，进行冷却冷凝，测出313K 下开始有4CCl 冷凝，混合气出冷凝器时的温度为300K 求： (l)压缩前、压缩后开始冷凝前与出冷凝器时，4CCl 蒸汽的质量分率、质量比和摩尔浓度。 (2)出冷凝器时4CCl 蒸汽冷凝的百分率。 注：a 解：(1)l013kPa(绝)，313K 下开始有4CCl 冷凝，则 0276.01013 3 .101760210 =?=y 压缩前： 131.029)0276.01(1540276.0154 0276.0=?-+??= a 15.029)0276.01(1540276.0=?-?=a 33/1015.1293314.83.1010276.0m kmol RT yp C -?=??== 压缩后开始冷凝前 131.0=a 15.0=a 32/1007.1313 314.810130276.0m kmol RT yp C -?=??== 出冷凝器时 0162.01013 3 .101760123 '=?=y
080.029)0162.01(1540162.0154 0162.0'=?-+??= a 087.029)0162.01(1540162.0'=?-?=a 33/1058.6300314.810130162.0m kmol RT yp C -?=??== (2)%42%10015.0087.015.0%100'=?-=?-a a a 解：由公式 10064+=a a x 和总 p p y i =可算得x 、y 数据入下表所示： 3．试用Fuller 等人的方法分别估算20℃、101.3kPa 下氨和二氯化硫在空气中的扩散系数D ，并将结果和表8-2中能查到的数据进行核对。 解：∑∑++?= -2 3/13 /12 /175.17] )()[()11( 1000.13B A B A NH p M M T D υυ
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。
第八章 传质过程导论 第九章 气体吸收
第八章传质过程导论 第九章气体吸收 1-1 吸收过程概述与气液平衡关系 1-1 在25℃及总压为101.3kPa的条件下，氨水溶液的相平衡关系为p*=93.90x kPa。试求 (1) 100g水中溶解1g的氨时溶液上方氨气的平衡分压和溶解度系数H； (2) 相平衡常数m。 1-2 已知在20℃和101.3kPa下，测得氨在水中的溶解度数据为：溶液上方氨平衡分压为0.8kPa时，气体在液体中溶解度为1g (NH3)/1000g(H2O)。试求在此温度和压力下，亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。 1-3 在总压为101.3kPa，温度为30℃的条件下，含有15%（体积%）SO2的混合空气与含有0.2%（体积%）SO2的水溶液接触，试判断SO2的传递方向。已知操作条件下相平衡常数m=47.9。 1-2 传质机理 1-4 组分A通过厚度为的气膜扩散到催化剂表面时，立即发生化学反应：，生成的B离开催化剂表面向气相扩散。试推导稳态扩散条件下组分A、B的扩散通量及。 1-5 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，试求所需时间为若干。已知气相总压为101.3kPa，空气湿含量为0.002kg/（kg 干空气），297K时水的饱和蒸汽压为22.38 kPa。假设水的蒸发扩散距离为5mm。 1-3 吸收速率 1-6 采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的CO2。已知25℃时CO2在水中的亨利系数为1.66×105kPa，现空气中CO2的体积分率为0.06。操作条件为25℃、506.6kPa，吸收液中CO2的组成为。试求塔底处吸收总推动力?p、?c、? X和? Y。 1-7 在101.3kPa及20℃的条件下，在填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。若在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数H＝1.995kmol/(m3·kPa)。塔内某截面处甲醇的气相分压为6kPa，液相组成为2.5 kmol/m3，液膜吸收系数k L=2.08×10-5m/s，气相总吸收系数K G＝1.122×105 kmol/(m2·s·kPa)。求该截面处
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
第八章 传质过程导论
第八章传质过程导论 第一节概述 8-1 物质传递过程(传质过程) 传质过程 ? 相内传质过程 ? 相际传质过程 相内传质过程：物质在一个物相内部从浓度(化学位)高的地方向浓度(化学位)高的地方转移的过程。 实例：煤气、氨气在空气中的扩散，食盐在水中的溶解等等。 相际传质过程：物质由一个相向另一个相转移的过程。 相际传质过程是分离均相混合物必须经历的过程，其作为化工单元操作在工业生产中广泛应用，如蒸馏、吸收、萃取等等。 几种典型的相际传质过程 ●吸收：物质由气相向液相转移，如图8-1所示 A 图8-1 吸收传质过程 ●蒸馏：不同物质在汽液两相间的相互转移，如图8-2所示。 相界面 B 图8-2 蒸馏传质过程 ●萃取，包括液-液萃取和液-固萃取 液-液萃取：物质从一个相向另一个相转移。例如用四氯化碳从水溶液中萃取碘。 液-固萃取：物质从固相向液相转移。
●干燥：液体(通常为水)由固相向气相转移 其它相际传质过程：如结晶、吸附、气体的增湿、减湿等等。 传质过程与动量传递、热量传递过程比较有相似之处，但比后二者复杂。例如与传热过程比较，主要差别为： (1)平衡差别 传热过程的推动力为两物体(或流体)的温度差，平衡时两物体的温度相等；传质过程的推动力为两相的浓度差，平衡时两相的浓度不相等。 例如1atm,20oC 下用水吸收空气中的氨，平衡时液相的浓度为0.582 kmol/m3 ，气相的浓度为3.28×10 - 4 kmol/m3 ，两者相差5个数量级。 (2)推动力差别 传热推动力为温度差，单位为oC ，推动力的数值和单位单一；而传质过程推动力浓度有多种表示方法无(例如可用气相分压、摩尔浓度、摩尔分数等等表示)，不同的表示方法推动力的数值和单位均不相同。 8-2浓度及相组成的表示方法 1. 质量分数和摩尔分数 ● 质量分数：用w 表示。以A 、B 二组分混合物为例，有 w A = (8-1) ● 质量分数：用x 或y 表示。以A 、B 二组分混合物为例，有 x A = (8-2) 2. 质量比与摩尔比 ● 质量比：混合物中一个组分的质量对另一个组分的质量之比，用w 表示。以A 、B 二组分混合物为例，有 (8-3) ● 摩尔比：混合物中一个组分的摩尔数对另一个组分的摩尔数之比，用X 表示。以A 、B 二组分混合物为例，有 (8-4) 使用质量比或摩尔比在某些计算如吸收、干燥计算中较为方便。 3. 浓度 包括质量浓度和摩尔浓度，后者较常用。 第二节 扩散原理 8-3基本概念和费克定律 分子扩散：物质依靠分子运动从浓度高的地方转移到浓度低的地方，称为分子扩散。分子扩 B A A A m m m m m +=B A A A n n n n n +=B A AB m m w =B A AB n n X =
化工原理课后答案(中国石化出版社) 第8章 传质过程导论
化工原理课后答案(中国石化出版社) 第8章传质过程导论.txt心态决定状态，心胸决定格局，眼界决定境界。当你的眼泪忍不住要流出来的时候，睁大眼睛，千万别眨眼，你会看到世界由清晰到模糊的全过程。本文由tiger2100贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第八章 传质过程导论 第八章 传质过程导论 1．含有 CCl 4 蒸汽的空气，由 101.3kPa(绝)、293K 压缩到 l013kPa(绝)后，进行冷却冷凝，测出 313K 下开始有 CCl 4 冷凝，混合气出冷凝器时的温度为 300K 求： (l)压缩前、压缩后开始冷凝前与出冷凝器时，CCl 4 蒸汽的质量分率、质量比和摩尔浓度。 (2)出冷凝器时 CCl 4 蒸汽冷凝的百分率。四氯化碳的饱和蒸汽压数据如下： 273 283 288 T /K 293 89.8 300 123 313 210 p / mmHg 33.7 注：1mmHg = 133.3 p a 55.6 71.1 解：(1)l013kPa(绝)，313K 下开始有 CCl 4 冷凝，则 210 × 101.3 760 y= = 0.0276 1013 0.0276 × 154 压缩前： a = = 0.131 0.0276 ×154 + (1 0.0276) × 29 0.0276 × 154 a= = 0.15 (1 0.0276) × 29 yp 0.0276 × 101.3 C= = = 1.15 × 10 3 kmol / m 3 RT 8.314 × 293 压缩后开始冷凝前： a = 0.131 ， a = 0.15 yp 0.0276 × 1013 C= = = 1.07 × 10 2 kmol / m 3 RT 8.314 × 313 123 × 101.3 760 出冷凝器时： y ' = = 0.0162 1013 0.0162 × 154 a' = = 0.080 0.0162 × 154 + (1 0.0162) × 29 0.0162 × 154 a'= = 0.087 (1 0.0162) × 29 第 1 页 第八章 传质过程导论 yp 0.0162 × 1013 = = 6.58 × 10 3 kmol / m 3 RT 8.314 × 300 a a' 0.15 0.087 × 100% = 42% (2) × 100% = a 0.15 C= 2．二氧化硫与水在 30℃下的平衡关系为： a (kgSO2 / 100kgH 2 O) 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 52 1.0 79 1.5 125 4.7 11.8 19.5 36 试求总压为 101.3kPa(绝)下的 x y 关系，并作图。 p / mmHg a p 64 和 y = i 可算得 x 、 y 数据入下表所示：解：由公式 x = a 100 p总 + 64 18 y 0.006 0.0156 0.0257 0.0474 0.0684 0.104 0.164 0.00028 0.00056 0.00084 0.0014 0.00196 0.0028 0.0042 x 0.2 y 0.15 0.1 0.05 0 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 x 3．试用 Fuller 等人的方法分别估算 20℃、101.3kPa 下氨和二氯化硫在空气中的扩散系数 D，并将结果和表 8-2 中能查到的数据进行核对。 解： DNH 3 1 1 1/ 2 + ) MA MB = p[(∑υ A )1 / 3 + (∑υ B )1 / 3 ]2 1 1 1.00 × 10 7 ×293.151.75 ( + )1 / 2 17 29 = 1/ 3 1 × [14.9 + 20.11 / 3 ]2 1.00 × 10 7 T 1.75 ( = 2.36 × 10 5 (m 2 / s ) 第 2 页