第五章 习题解答
1）1）总压100
，温度25℃的空气与水长时间接触，水中的
的浓度为多
少？分别用摩尔浓度和摩尔分率表示。空气中 解：将空气看作理想气体：y=0.79 p*=yp=79kPa
查表得 E=8.76×10kPa
x?p*/E?10?65的体积百分率为0.79。
5?6H=?/(EMS)?1000/(8.76?10?18)?6.342?10C=p*.H=79×6.342×10-5=5.01×10-4kmol/m3
kmoL/(kN.m)
2）2）已知常压、25℃下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利系数E为
大气压，溶质A的分压为0.54大气压的混合气体分别与三种溶液
接触：①溶质A浓度为 的水溶液；③溶质A浓度为 质A在二相间的转移方向。
的水溶液；②溶质A浓度为
的水溶液。试求上述三种情况下溶
解： E=0.15×104atm，p=0.054atm，P=1atm，y=p/P=0.054 ①
m?EP?0.15?104
?5x1?0.021?103?3.6?1018
**y?mx?0.054?y?y?y?0 ∴平衡 11 ∴1 ∴
x2?0.0011?103?1.8?10?5② 18
** ∴y2?mx2?0.027 ∴?y?y?y2?0 ∴气相转移至液相
x3?0.0031?103?5.4?10?5③
*18
* ∴y3?mx3?0.081 ∴?y?y?y3?0 ∴液相转移至气相 ④ P=3atm y=0.054 E=0.15×104atm ∴m=E/P=0.05×104 x4=x3=5.4×10-5
** ∴y4?mx4?0.027 ∴?y?y?y4?0 ∴气相转移至液相
3）3）某气、液逆流的吸收塔，以清水吸收空气～硫化氢混合气中的硫化氢。总压为1大气压。已知塔底气相中含
1.5%（摩尔分率），水中含
的
浓度为 （摩尔分率）。试求塔底温过程推动力。
5℃及30℃时的吸收
解：查表得（50C） E1=3.19×104kpa m1=E1/P=315
5?5p*1=Ex=0.319?10?1.8?10?0.5724KPa
y*1?p*1/P?0.5742/101.33?0.0057y.1?0.015气相推动力：液相推动力：0?y1?y1?y*1?0.0093?x1?x*1?x1?y1/m?x1?2.96?104?5查表得（30C）：E2?6.17?10KPa,m2?E2/p?609p*2?E2x?6.17?10?1.8?10气相推动力：液相推动力：4?5?1.1106kpay*2?p*2/P?1.1106/101.33?0.011?y2?y2?y*2?0.0040?x2?x*2?x2?y2/m2?x2?6.63?10?
4）4）总压为100
，温度为15℃时
的亨利系数E为
。试
计算：①H、m的值（对稀水溶液密度为 ）；②若空气中 的分压为50 ，试求与其相平衡的水溶液浓度，分别以摩尔分率和摩尔浓度表示。
解：1）H?EMs/?g?1.22?10?18/(10)?2196kN.m/KmoLm?E/P?1.22?10/100?12202)p?Ex50?1.22?10xx?4.10?10p?HC50?2196CC?0.023kmol/m3?45553
5）5）在总压为100
触后测得水中 似取为
、水温为30℃鼓泡吸收器中，通入纯 的平衡溶解度为 ，试求亨利系数。
，经充分接
溶液，溶液的密度可近
解： p*=100KPa
H?Cp*?2.857?10100??2?2.857?103?4?4 (mol/L)/kPa
10?18?1.945?105E??HMs2.857?10 kPa
，扩散两端组
为
6）6）组分A通过另一停滞组分B进行扩散，若总压为
分A的分压分别为23.2
和6.5
。实验测得的传质系数
。若在相同的操作条件和组分浓度下，组分A和B
进行等分子扩散，试分别求传质系数
和传质速率
。
解：pA1=23.2KPa pA2=6.5KPa pB1=P－pA1=78.1KPa pB2=94.8KPa
kG?P?DP?????RT??pBm?RT??pB1?pB2?DlnD?1.2?10?DRT??5?1.41?10pB2pB1?5mol/(m?s?Pa)2
∴RT?∴
kG?mol/(m?s?Pa)?522
?1.2?10mol/(m?s?Pa)???42??N?kp?p?2.0?10kmol/(m?s) GA1A2∴A7）7）已知：柏油路面积水 ，水温20℃，空气总压100 ，空气中水汽
分压1.5 ，设路面积水上方始终有 厚的静止空气层。问柏油路面积水吹干需多长时间？ 解：该过程可看作一组分通过另一停滞组分的扩散过程 查表得 200C时 水的饱和蒸汽压为P=1.5kPa 依题意 pA1=2.3346kPa pA2=1.5kPa
pB1?100?2.3346?97.6654kPapB2?100?1.5?98.5kPapBm?(pB1?pB2)/Ln(pB1/pB2)?98.08kPa由表得：0C水的扩散系数20C水的扩散系数00?42D?0.22?10m/s?4D?0.248?10PBmm/s2 NA?Dp(pA1?pA2)/(RTZ)
?0.248?10?4?100?(2.2346?1.5)/(8.314?293?0.25?102?3?98.08) ?3.46?10?5KmoL/(m?s)
以为扩散为稳定扩散，所以
NA??h/(MA?)????h/(MANA)??1000?3?10?3/(18?3.46?10?5)?4.808?10s
38）8）试分别计算0℃及101.3
验值进行比较分析。
下 、
在空气中的扩散系数，并与实
解：(1) A：CO2，B：空气，MA=44，MB=29
VB=29.9，VA=34.0，P=101.3KPa，t = 273.2K
14.36?10D??5T1.5?11????MB??MA?VB132PVA?13?2?1.155?10?5m2s(2)A：SO2，B：空气，MA=64，MB=29
VB=29.9，VA=44.8，P=101.3KPa，t = 273.2K
1
4.36?10D??5T1.5?11????MB??MA?VB132PVA?13?2?9.822?10?6m2s
9）9）试计算
在35℃水中的扩散系数，并与实验值进行比较分析。
解： A：HCl，B：H2O，MB=18，α=2.6
VA=3.7+21.6=25.3，T=308.2K，μ=0.7225cp
D?7.4?10?8??MB?0.60.5T?VA?3.11?10?5cm2s
，吸收过程传质系数分别为 ，气液相平衡关系符合亨利定
和
；
10） 10） 某传质过程的总压为300
、
律，亨利系数E为 ，试求：①吸收过程传质总系数 ②液相中的传质阻力为气相的多少倍。
m?EP?35.57解：10. (1)E = 10.67×103kPa，P = 300kPa，
1Ky?1ky?mkx?11.07?35.5722
∴Ky = 0.3919
1Kxm1?1mky1?1?1kx?135.57?1.07?122 ∴Kx = 13.94
kxkykx1.73(2)
mky
11）在填料塔内以水吸收空气～氨混合气中的氨。已知：总压P为1大气压，温度t为20℃，亨利系数E为
，气相体积传质分系数
为
，液相体积传质分系数 为 。气相
中含氨5.4%（体积），液相中含氨0.062（摩尔分率），液相可按稀溶液处理。试求气、液界面处平衡的浓度以及气相传质阻力占总阻力的分率。 解：m=E/P=76.6/101.33=0.756
∴ y=0.054 x=0.062 c=1000/18=55.56kmoL/m
kym?p?kam?101.33?4.25?10?43?0.0431kmoL/(m?s)33 kxm?C?kLm?5.82?10在界面处：y1?mx1?3?55.56?0.323kmoL/(m?s)
kym(y?y1)?kxm(x1?x2)y1?0.756x14.31?10?2(0.054?y1)?0.323(x1?0.062)
得： x1?0.0629 y1?0.0475
1/kym?1/kym?m/kxm?1/0.0431?0.756/0.323?25.54
0 气相阻力占总阻力分率为： ??1/(0.0431?25.54)?90.80
12)若某组分在气相中的摩尔分率保持不变，将其总压增大一倍，但其质量流速不变，试分析
和
的变化情况？
lnpB2kg?解：
D??P?pB1DP????RT??RT?pB2?pB1?pBm?D1P
∵P↑, DP不变，(pB2－pB1)’=2(pB2－pB1)
1?kg?kg2∴