化工原理下册课后题答案
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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, F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y i和y。
y i
0.055 /17
0.0903 0.055 /17 0.945 /29
y2
0.002 /17
0.002 /17 0.998 / 29
0.0034
进、出塔气体中氨的摩尔比丫1、丫2
为
0.0903
丫 1 0.0993
1 0.0903
0.0034
丫 2
1 0.0034
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)dw A
M A M B dX A
2 (X A M A X B M B)
由于(2)dX A
解：
（1）
dw
A
dX A
dw A
W A W B 2
M A M B()
M A M B
W A
M A X A M A
X A M A X B M B
M A (X A M A
X A X B 1
dw A
X A M A(1 X A)M B
X B M B)X A M A (M A M B)M A M B(X A X B)
2
(X A M A X B M B)
2
(X A M A X B M B)
M A M B dX A
2
(X A M A X B M B)
W A
M A
(2) X A
w A w B
M A M B
2
dx A 1 (W A M A M
A
W B
)
M B
W A
(
1
M A M A
1
)
M B
(W
A
W
B)
1
M M
A B
dw A
(W A
W B
)2
（除
W B
)2
M
A
M B
M
A
M
B
1
W A
M A M B ( A
M A
W B )2
M B
dw A
dx
A ---------------------------------------
W
A
W B 2
M A M B (
)
M
A M
B
3.在直径为0.012 m 、长度为0.35 m 的圆管中，CO 气体通过N 2进行稳态分子扩散。
管内 2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 ——N 2 查附录一得 D AB 0.318 10 4 m 2 s P B 1 p 总 P A1 101.3 70 kPa 31.3kPa P
B2 p 总 p A2 101.3 7.0 kPa 94.3kPa
p B2 p B1
94.3 31.3 57.12kPa P BM
kPa In P B2
94.3
ln — P B1 31.3
N A D AB P p p
P A1 P A2 RT Z P BM
0.318 10 4 101.3 8.314 373 0.35 57.12
70.0-7.0 kmol m 2
s 3.273 10 6 kmol m 2 s 4.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 m 2/s 。试计算组分 A 和组分B 的传质通量 N A 和N B 。 解：由化学计量式 A 3B 可得N B 3N A
N N A
N B
2N A
代入式（7-25），得
BM
M 2
0.022 17 0.978 18 kg kmol 17.98kg kmol
溶液的平均总物质的量浓度为
(殴 摯)kmol/m 3
55.58kmol/m 3
17.92
17.98
故氨的摩尔通量为
N A N A
dz dp A p A
"A 2 H
A N A RTdz p
总
分离变量，并积分得
“
1 D AB p 总’ p 总 2p A 1
N A ----------------- ln --------------
2 RT z p 总
1.85 10
101.3
ln 1013 2 22.5 kmol/(m 2
s) 1.012 10 5
kmol/(m 2
s)
8.314 273 0.015 101.3
N
B
5 2 5 2
3N A 3 1.012 10 kmol/(m s) 3.036 10 kmol/(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/m 3
;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/m 3。278 K 时氨在水中的扩散系数为 1.24 XI0勺m 2/s 。试计算稳态扩散 下氨的传质通量。 解：设 A ——NH 3； B ——H 2O 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 x A1 0.085 x A 2 0.022
x 一
1 x 1 0.085
0.91
B1
A1
x
1 x 1 0.022
0.978
B2
A2
X BM
X
B2
X
B1
0.978 0.915 0.946
x B2
In 』
X
B1
In 0.915
点1、点2处溶液的平均摩尔质量为
M ! 0.085 17 0.915 18 kg. kmol 17.92kg kmol N D
AB c
总
N
A
(x A1
z x
X A2
)
2
M
2