环境工程原理第二版 第一篇 习题解答 下载本文

质阻力可以认为集中在1mm厚的静止气膜中。在塔内某一点上,氨的分压为6.6×103N/m2。水面上氨的平衡分压可以忽略不计。已知氨在空气中的扩散系数为0.236×10-4m2/s。试求该点上氨的传质速率。

解:设pB,1,pB,2分别为氨在相界面和气相主体的分压,pB,m为相界面和气相主体间的对数平均分压 由题意得:

pB,m?ln?pB,2pB,1?pB,2?pB,1?0.97963?105Pa

NA?DABp?pA,1?pA,2?RTpB,mL??6.57?10?2mol?m2?s?

5.6 一直径为2m的贮槽中装有质量分数为0.1的氨水,因疏忽没有加盖,则氨以分子扩散形式挥发。假定扩散通过一层厚度为5mm的静止空气层。在1.01×105Pa、293K下,氨的分子扩散系数为1.8×10-5m2/s,计算12h中氨的挥发损失量。计算中不考虑氨水浓度的变化,氨在20℃时的相平衡关系为P=2.69×105x(Pa),x为摩尔分数。

解:由题,设溶液质量为a g 氨的物质的量为0.1a/17mol 总物质的量为(0.9a/18+0.1a/17)mol 所以有氨的摩尔分数为x?0.1a17?0.1053

0.9a18?0.1a17故有氨的平衡分压为p=0.1053×2.69×105Pa=0.2832×105Pa 即有

pA,i=0.2832×105Pa,PA0=0

pB,m?所以

NA?ln?pB,0pB,i?pB,0?pB,i?0.8608?105Pa

DABp?pA,i?pA,0?RTpB,mL?4.91?10?2mol?m2?s?

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n=NA??d24?t?6.66?103mol

5.7在温度为25℃、压力为1.013×105Pa下,一个原始直径为0.1cm的氧气泡浸没于搅动着的纯水中,7min后,气泡直径减小为0.054cm,试求系统的传质系数。水中氧气的饱和浓度为1.5×10-3mol/L。

解:对氧气进行质量衡算,有

-cA,GdV/dt=k(cA,s-cA)A

dr/dt=-k(cA,s-cA)/cA,G

由题有

cA,s=1.5×10-3mol/L

cA=0

cA,G=p/RT=1.013×105/(8.314×298)mol/m3=40.89mol/m3

所以有

dr=-0.03668k×dt

根据边界条件 t1=0,r1=5×10-4m t2=420s,r2=2.7×10-4m 积分,解得

k=1.49×10-5m/s

5.8 溴粒在搅拌下迅速溶解于水,3min后,测得溶液浓度为50%饱和度,试求系统的传质系数。假设液相主体浓度均匀,单位溶液体积的溴粒表面积为a,初始水中溴含量为0,溴粒表面处饱和浓度为cA,S。

解:设溴粒的表面积为A,溶液体积为V,对溴进行质量衡算,有

d(VcA)/dt=k(cA,S-cA)A

因为a=A/V,则有

dcA/dt=ka(cA,S-cA)

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对上式进行积分,由初始条件,t=0时,cA=0,得

cA/cAS=1-e-kat

所以有

?cA??1?0.5??3?1ka=?tln?1???180sln1??3.85?10s ??????c?1??A,S???1

5.9 在稳态下气体A和B混合物进行稳态扩散,总压力为1.013×105Pa、温度为278K。气相主体与扩散界面S之间的垂直距离为0.1m,两平面上的分压分别为PA1=1.34×104Pa和PA2=0.67×104Pa。混合物的扩散系数为1.85×10-5m2/s,试计算以下条件下组分A和B的传质通量,并对所得的结果加以分析。

(1)组分B不能穿过平面S; (2)组分A和B都能穿过平面S。

解:(1)由题,当组分B不能穿过平面S时,可视为A的单向扩散。

pB,1=p-pA,1=87.9kPa pB,2=p-pA,2=94.6kPa

pB,m?ln?pB2pB,1?pB,2?pB,1?0.9121?105Pa

DAB=1.85×10-5m2/s

NA?DABp?pA,1?pA,2?RTpB,mL?5.96?10?4mol?m2?s?

(2)由题,当组分A和B都能穿过平面S,可视为等分子反向扩散

NA?DAB?pA,1?pA,2?RTL?5.36?10?4mol?m2?s?

可见在相同条件下,单向扩散的通量要大于等分子反向扩散。

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