化工原理课后答案(中国石化出版社) 第8章 传质过程导论.doc

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 0 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( A )1 / 3 + ( 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 第八章 传质过程导论 查 P14 表 8-2，得： DNH = 1.98 10 m / s 5 2 3 1 1 1/ 2 + ) MA MB DSO = p( A )1 / 3 + ( B )1 / 3 2 1 1 1.00 10 7 293.151.75 ( + )1 / 2 64 29 = 1/ 3 1 41.1 + 20.11 / 3 2 1.00 10 7 T 1.75 ( 2 = 1.22 10 5 (m 2 / s ) 5 2 查 P14 表 8-2，得： DSO = 1.22 10 m / s 4 试 估 算 25 下 CCl 4 在 很 稀 的 苯 溶 液 中 的 扩 散 系 数 。 实 测 数 据 为 1.92 10 5 cm 2 / s 。 2 解：查上册附录中液体粘度共线图，得苯在 25下的粘度： = 0.62mpa s A = C + 4 Cl = 14.8 + 4 24.6 = 113.2(cm 3 / mol ) D AS = 7.4 10 8 (aM s ) 0.5 T 0 A.6 7.4 10 8 780.5 298.15 = 0.62 113.2 0.6 = 1.84 10 5 (cm 2 / S ) 5一浅盘中存有 2mm 的水层，在 101.3kPa 及 25的恒定温度下靠分子扩散 逐渐蒸发到大气中。 假定扩散始终是通过一层厚度为 3mm 的静止空气层， 该空 气层外的水蒸气分压可忽略，求盘中水蒸发完所需的时间。扩散系数可由表 8-2 查取。 解：该扩散过程为单向扩散： 查得 25水的平衡分压 p = 3170 pa ，扩散系数为： D = D0 ( T 1.75 298 1.75 ) = 0.22 ( ) = 0.256cm 2 / s T0 273 p B1 = p p A1 = 101300 3170 = 98130 p a p B 2 = p p A 2 = 101300 0 = 101300 pa 第 3 页 第八章 传质过程导论 p B 2 p B1 101300 98130 = = 99707 p a pB 2 101300 ln ln 98130 p B1 D p NA = ( )( p A1 p A 2 ) RT p Bm 0.256 10 4 101300 = ( )(3170 0) 8.314 298 0.003 99707 = 0.011(mol / m 2 s ) p Bm = 设圆盘的横截面积为 F,则 0.002 F 0.002 1000 10 3 M H 2O 18 t= = = 10101( s ) = 2.81h N AF 0.011 6 101.3kPa、 在 0下的 O2 与 CO 混合气中发生稳定扩散过程。 若相距 0.2cm 的两截面上， O2 的分压分别为 l00 mmHg 和 50 mmHg ，已知扩散系数为 2 0.18 cm / s 。试分别计算在下列两种情况下 O2 的传质速率。 (1) O2 与 CO 两种气体作等分子反向扩散 (2) CO 气体为停滞组分。 解：(1)等分子反向扩散： NA = D ( p A1 p A 2 ) RT 0.18 10 4 100 50 = ( 101325 101325) 8.314 273 0.2 10 2 760 760 = 0.0264mol /(m 2 s ) (2)单向扩散： p B1 = p p A1 = 101.3 100 101.3 = 87.97 kpa 760 50 p B 2 = p p A 2 = 101.3 101.3 = 94.64kpa 760 p PB1 94.64 87.97 p Bm = B 2 = = 91.26kpa pB 2 94.64 ln ln 87.97 p B1 第 4 页 第八章 传质过程导论 p 101.3 = = 1.11 p Bm 91.26 N A = 1.11 0.0264 = 0.0293mol /(m 2 s ) 7空气在 47及 101.3kPa 下，以 7m/s 的初速向下流过内径 40mm、高度为 1m 的圆管段，该管段内壁被一薄层水膜所润湿，水温保持在 27，空气出该 管段时的温度为 40。假定空气只向水膜传热且水膜厚度可忽略，试以柯尔 本类比求空气流过该管段的压降及水汽化的传质系数。已知管段内空气的 Pr 0.70、Sc0.6l。 解： t m = t1 + t 2 47 + 40 = = 43.5 2 2 PM 101.3 29 = = = 1.116kg / m 3 RT 8.314 (273.15 + 43.5) = 19.45 10 6 pa s ， = 0.0270W /(m K ) ， C p = 1.005kJ /(kg K ) Re = du = 0.023 Re 0.8 Pr 0.3 d = 0.023 = 0.04 7 1.116 = 16066 19.45 10 6 0.0270 160660.8 0.7 0.3 0.04 = 32.3W /(m 2 K ) d 32.3 0.04 Nu = = 64.6 = 0.027 Nu 64.6 由柯尔本类比： = = = 0.0045 8 Re Pr 1 / 3 16066 0.71 / 3 = 0.036 l u 2 1 1.116 7 2 p f = = 0.036 d 2 0.04 2 = 24.76 p a T 2