传质分离过程习题答案

1、第二章习题1.计算在和下苯（1）-甲苯（2）-对二甲苯（3）三元系，当xi =、X2 =、X3 =时的K值。汽相为理想气 体，液相为非理想溶液。并与完全理想系的 K值比较。已知三个二元系的 wilson方程参数（单位：J/mol ）：入 12入 11 = ； 入 12入 22=入 23 入 22=； 入 23一 入 33=一入 13 一 入 11= * 入 13一 入 33=一在T = K时液相摩尔体积(m/kmol )为：v1m=x 10 -3 ；叱胆=x10 -3 ;=x 10 -3安托尼公式为(pS lnP2 = B =： Pa ; T： K )：苯：1n 诉=();甲苯：1n 的 =(

2、);对-二甲苯：1n用=();解：由Wilson方程得：A12=V1 exp-(入 12-入 11)/RT3177.55 103=100.91 10 xexp-/x=A 21=A 13=A 31 =A 23=A 32=ln y 1=1-ln ( A 12X2+A 13X3)-X1X112 X 213X321 X 2X121 X2 X323X 331X131 X 232一X3丫 1 =同理，丫 2=；丫 3=SSlnP 1 = P1 = TOC o 1-5 h z SSlnP3 = P3 =作为理想气体实际溶液，1PlsKi = P =, K2=,K3=若完全为理想系，K = P = K2=K3

3、=,与其平衡的液相含甲烷 %用2.在361K和下，甲烷和正丁烷二元系呈汽液平衡，汽相含甲烷( mol )R K方程计算机可，和Ki值。_2_ 250.42748R2 Tc25解：aii=pc1= ? dm6 ? ? mol_2_ 25 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 0.42748RT&c2a22=pc2= MP? dm6? ? moi-2_2-0.08664 R2 Tcbi=pc1= dnimol_10.42748R2 Tc2.5 c2b2=pc2= dnimol其中 Tc1 = ,Pc1 =Tc2 = ,Pc2=均为查表所得。ai2=v4i

4、i? a22=? dn6? ? mol-2液相:a= aiixi2+2ai2XiX2+a22X22=X+2X X X +xb=bixi+b2X2=x + x =由 R K 方程：P=RT/(V-b)-a/(V+b)0.0083145 36124.1711=Vm 0.0740_ 3610.5Vm(Vm 0.0740)解得Vn! =7ln 1 =lnV/(V-b)+b i/(V-b)-22 y a/*ln(V+b)/V+ab i/ ln(V+b)/V-b/(V+b) -ln(PV/RT),0.1349、0.0298?()ln ?=ln 0.1349 0.0740 +0.1349 0.0740 2

5、(0.1304 3.222 0.8696 9.6651)0.1349 0.074015一 一一0.0740 0.0083145 361 . x ln( 0.1340)+24.1711 0.029820.07400.00831450.07400.1347 0.0740 -ln0.1347 0.0740-15 361 . xln(0.1349)4.1368 0.13490.0083145 361?1 =?同理 ln ，2 = ,2 =汽相：a = x+2x x x +x =b=x +x =0.0083145 36110.3484由二V； 0.0499 36105Vr；(VnV 0.0499) v得

6、Vm =0.58610.0298vln 1 =ln( 0.5861 0.0499 )+ 0.5861 0.0499 一2 (0.60387 3.222 0.39613 9.6651 , 0.5861 0.0499、 ln()0.04990.0083145 361 .0.586110.3484 0.0298_2 _150.04990.0083145 361 .(0.5861 0.0499) xln (0.58610.04994.1368 0.58610.5861 0.0499ln(0.0083145 361)v故1 =?同理，ln 2=,2 =一？ v故 K1=y1/x 1=( K1= 1 /

7、1 )1 0.60387K2 = y2/x 2= 1 0.1304 =3.乙酸甲酯（1）-丙酮（2）-甲醇（3）三组分蒸汽混合物的组成为yi=, V2=, y3=（摩尔分率）。汽相假解：由有关文献查得和回归的所需数据为:【P24 例 2-5 , 2-6 P3S=V：=Wilson 常数：A 31 =定为理想气体，液相活度系数用Wilson方程表示，试求50c时该蒸汽混合物之露点压力。50 C时各纯组分的饱和蒸气压，kPa TOC o 1-5 h z RS=P2S=50 c时各组分的气体摩尔体积，cm3/molV =V2 =由50c时各组分溶液的无限稀释活度系数回归得到的A 11 =A 21 =

8、A12=A 22=A32 =A 13=A 23=A 33 =假定x值， 取X1=, X2=, X3=。按理想溶液确定初值p= X +x +x =由x和A ij求丫 ixk kj从多组分Wilson方程ij)Xj kjc(xjln y i=1- ln E j 1Xi 21 x2得 ln 丫 1=1-ln(x i+Ai2X2+Ai3X3)-x112x213x3 +21x2 x223x3 +31X3 X132X2 X3=故丫 1 =同理，丫 2=丫 3=sLs i PiVi (P Pi )exp K= PRT一_一 一_一 一一一 一_一 一 31.2013 78.04983.77(71.96 78

9、.049) 10 371.916 eXp8.314 323.16同理K2=K3=(4)0.330.340.33二 xi = 1.3035 + 1.1713 + 1.0963 =整理得 X1 =X2=X3=在P=内层经7次迭代彳#到：X1 =,X2=,X3=调整PLssVi (P Pi )i Pi Xi exp RT=PXi=x+x+x在新的p下重复上述计算，迭代至P达到所需精度。最终结果：露点压力 平衡液相组成:X1=X2=X3 =一液体混合物的组分为：苯；甲苯；对-二甲苯（摩尔分数）。分别用平衡常数法和相对挥发度法计算该物系在100kPa时的平衡温度和汽相组成。假设为完全理想物系。解：（1）

10、 平衡常数法因为汽相、液相均为完全理想物系，故符合乌拉尔定律pyi=pisxis yi Pi而 K = Xi = p设T为80c时，由安托尼公式（见习题 1）求出格组分的饱和蒸汽压。 sssP1 = ,P2 =,p3 =故 y1 y2 y3=K1X1+Kx2+Kx3故所设温度偏低，重设sPisP2 =y1 y2y3=1故所设温度偏高，重设sPisP2 =y1 y2sxx1p101.29100=1s三Xx2P0.5T为95c时sP3T 为 91.19 C,sP3 =s巴Xx3P38.820.2510015.630.25100故用平衡常数法计算该物系在100kPa时的平衡温度为91.19 C汽相组

11、成：y1= K1x1sPi一X1160.02八0.5100y2 =K 2X2s三XX2P56.341000.25sP3y3= K3X3= PX323.6251000.25(2)相对挥发度法1i由于是理想混合物，所以yiyi得y11i (X1 / Xi )对于理想混合物,PiS=P2s设T为80c时,sPiSP2 =sP3,故12 =13 =, y2 = y1/,y3=y1/因为y1y2丫3=1,故 ys又因为 py1=100 x=,而 pixi=x= py1故所设温度偏低； TOC o 1-5 h z sSS重设 T=92C时 Pi = ,p2 =,p3 =得故 12 = ,13 = ,y2=

12、 y1/,y3 = yi/因为 y1 y2 y3=1,故 y1=, y2=,y3 =s且pyi = 1QQX =,而p1 x1 = X =,基本相等因此，由相对挥发度计算该物系平衡温度为92 C,此时 y = , y2 = ,y3 =一煌类混合物含有甲烷 5%乙烷1Q %、丙烷3Q %及异丁烷55 % (mol)，试求混合物在 25c时的泡 点压力和露点压力。解：设甲烷为1组分，乙烷为2组分，丙烷为3组分 TOC o 1-5 h z 因为各组分都是烷烧，汽液相均可视为理想溶液，故符合乌拉尔定律。 SS_s25 c 时，p1 =,p2=,p3 =sPpyiPi xi(1)泡点压力i= X5%+X

13、 1Q% + X 3Q%+X 55%=x上Vsxis y i(2)露点压力时由乌拉尔定律得pyiPixi,Pi1p X 0 丛至s s ss代入 x1x2x3x4= 1,并化简得 p1p2p3p4=故露点压力为。6.含有8Q% (mol)醋酸乙酯(A和2Q%(mol)乙醇(E)的二元物系。液相活度系数用Van Laar方程计算，Ae=, Aea=o试计算在压力下的泡点温度和露点温度。解：由Vanlaar方程得:Ina(1AaexAE AAE)2 xEA AEA(10.1440.144 0.80.17 0.2)2,得A =ln rE(1AEAxEA AEA)2 xAE AAE(10.1700.1

14、70 0.20.144 0.8)2因为低压气体可视为理想气体，故syipyiri Pi xi 得sri Pi xiP(1)泡点温度时，设T=,由安托尼方程得SPa =sPe = TOC o 1-5 h z ssaPaXa ePeXe 1.0075 94.377 0.8 1.1067 88.651 0.2yiyA yE HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 故P + P =101.3101.3=1,故所设温度偏低重设 丁=时 xixAXb=1故露点温度为8.组成为60 %苯,25 %甲苯和15 %又-二甲苯(均为mol百分数)的液体混合物100kmo

15、l ,在和100c下闪蒸。试计算液体和气体产物的数量和组成。假设该物系为理想溶液。用安托尼方程计算蒸汽压。解：设苯为组分1,甲苯为组分2,对二甲苯为组分 3。 100c时， 【P33例2-71ssP1 =,P2 =sP3_对于低压气体，气相可视为理想气体，液相可视为理想溶液,sPisP1sP2故 Ki= P ,得 Ki= PK2= PpsK3= P =核实闪蒸温度假设100c为进料的泡点温度，则(KiZi) =X+X+X= 1假设100c为进料的露点温度，则(4/Ki)=1说明实际的进料泡点温度和露点温度分别低于和高于规定的闪蒸温度，闪蒸问题成立。求小，令少=(0.964 1) 0.6(0.7

16、32 1) 0.25(0.316 1) 0.15f( ) = 1(1.964 1) + 1(0.732 1) 1(0.316 1)(0.964 1) 0.6 f (0.1) = 1 0.1 (1.964 1)(0.732 1) 0.251 0.1 (0.7321)(0.316 1) 0.151 0.1 (0.316 1)f (0.1) 0,应增大0值。计算R-K方程导数公式为:2(K1 1) Z1f( ) =-1 (Ki 1)22(K2 1) Z2+ 1 (K2 1)22(K3 1) Z3+ 1 (K3 1)20.5580.0180.072_22=_(1 0.964 ) +(1 0.2684

17、) + (1 0.6844 ) i f( i) 而 i 1= df( i)d以 =为初值进行迭代，得下表迭代次数f( )df( )/d13可知f ( 3)数值已达到P TK图的精确度计算Xi, yiZi0.6xi：二1 (Ki 1) = 1 0.84 (0.964 1)=K1Z11.964 0.6y1：7731 (K1 1) = 1 0.84 (0.964 1)=同理，X2 = , y2 = TOC o 1-5 h z X3 =y3 =(4)计算V , LV = F=x 100= 84kmolL = F V = 100-84 =16kmol(5)核实 yi ,Xi33Xiyii1=, i1=,

18、结果以满意9.在kPa下，对组成为45 % (摩尔百分数，下同)正已烷，25 %正庚烷及30 %正辛烷的混合物计算。(1)泡点和露点温度(2)将此混合物在下进行闪蒸，使进料的50 %汽化。求闪蒸温度，两相的组成。解：因为各组分都是烷烧，所得的汽、液相均可看成理想溶液，Ki只取决于温度和压力，若计算精度不要求非常高可使用煌类的P T- K图，见图2-1假设T=82C,由之得下表：组分XiKiyiKiXi25%正己烷45%正庚烷正辛烷30%Ki Xi=1,所设温度偏低，重设T= 102.4 C,得组分ViKix = yi/ k正己烷45 %正庚烷25 %正辛烷30 %Vl Ki=i,满足精度要求，

19、故露点温度为102.4 CoT Tb(1)进料50%气化，则由公式TD Tb得T=94.1 C为闪蒸温度，查表 2-1得:组分XiYi正己烷%正庚烷%正辛烷% 结果（1）泡点：，露点：；（2）闪蒸温度；气相组成：正已烷一，正庚烷一，正辛烷一；液相组成：正已烷一，正庚烷一，正辛烷一。（均为摩尔分数）10.以甲基异丁基酮为溶剂（C）,从含醋酸（B） 8% （质量）的水（A）溶液中萃取醋酸。 萃取温度25C,进料量13500kg/h。若萃余液仅含1% （质量）的醋酸，假设水和溶剂是不 互溶的，KD =（质量分数之比）。计算单级操作时溶剂的需要量解：假设水和溶剂是互不相容得，从 Perry手册中查得K

20、d =（质量分数）。由于此体系中醋酸得含量相当低，可认为 kd = kdFA =x 13500= 12420kg/h（f）-XB = （） /12420 =因萃余液含1%的B,故（R）XB =从式（2106）解EBXBF）二 （R）EB = XB 1=（） 1 =EbFa 从式（2105） S= Kd =x （ 12420/） =163000kg /h11.萃取原料为乙二醇水溶液，其中乙二醇质量含量为 45%用相同质量的糠醛作为溶剂。操 作条件：25C、101kPa。在该条件下乙二醇（B）-糠醛（C）-水（A）的三元相图如附图所 示，图中组成为质量百分数。计算萃取相和萃余相的平衡组成。解：计算

21、基准：进料100g质量分数为45%的乙二醇水溶液，从图 2-13可知，进料（F）含A55g、B45s溶剂（S） 是纯C100g。令LI =E （萃取?） , L =R （萃余液）。计算步骤如下：在相图上标注进料组成点F和溶剂点S。确定混合点 M 使 M= F+S= E+R。(M )在相图上应用杠杆规则。设 wi为组分i在萃余液中的质量分数，wi 为组分i在进料和溶剂混合相中总的质量分数。对溶剂C作物料衡算：(F S)wCM) FwCF) SwCS)彳曰FwCS) wCM)SwCM) wCF)S、M和F三点应在一条直线上， 由杠杆规则F / S SM / MF 1确定了 M点的位置，相应组成A:

22、 %、B: %、C: 50%。由于M点处于两相区，该混合物必然沿结线分为互成平衡的两液相。E点为萃取相，其组成为 B: %、A: %、C: %; R为萃余相，其组成为 B: 8%、A: 84%、C: 8%。(5)对E、M和R三点应用杠杆规则，E M (RM / ER) o因 M= 100+100= 200g,通过测量线段长度得到 E= 200X ( 49/67 ) = 146g,于是 R= M E= 54g。(6) 脱溶剂萃取相组成由延长过 S点和E点的直线交AB边与H点，其组成为B: 83%、A: 17%。12.计算正庚烷(1)-苯(2)-二甲基亚碉(3)的液液平衡组成。已知总组成(摩尔分数

23、)z1 = , z2= z3 =;系统温度0C,活度系数方程可选择 NRTL真型。a12= a13= , a23=NRTL#数，J/molIJAIJAJI1231323解:使用附录中LLEC程序计算N个组分(NK10)的部分互溶物系的液液平衡组成。 计算方法为New-Raphson法。调用LILIK 子程序计算分配系数，活度系数方程可选择NRTLe UNIQUAC1型。计算结果：平衡温度 0 , E/R=组分进料摩尔分数R相摩尔分数E相摩尔分数KD.含甲苯30%乙苯40%水30% (均为摩尔%的液体在总压为下进行连续闪蒸。假设甲 苯和乙苯的混合物服从拉乌尔定律，烂与水完全不互溶。计算泡点温度和

24、相应的汽相组成。解：设甲苯为1组分，乙苯为2组分。因为烧相符合乌拉尔定律，故有： ssp PH2OPi XiC H设泡点温度为70 C,由安托尼方程得 ssP1 =, P2 = s 查表得PH2O =止匕时 p = +x (3/7)+ x(4/7)= P2= 故 丫1 = % 丫2= %T Tb进料50%气化，则由公式TD 78得丁=为闪蒸温度,使用三相等温闪蒸程序进行进算，其组分的液相活度系数用UNIQUA昉法计算，其中A2 = , Ai = ,计算结果约为:原料汽相液相1液相2总量，mol10050水，mol%70正丁醇，mol%30采用NRTL模型方程，计算结果如下：(1)露点温度：C;

25、液相组成：只有一液相，摩尔组成为：W:; B:(2)泡点温度：C;汽相摩尔组成：W:; B:(3)汽化50 %时三相的相对量及组成.某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为Ln 丫1 = A XL ； Ln 丫 2 = A婷端值常数与温度的关系 A =-iw XT ( T的单位为K)蒸汽压方程Ln状=-4050/T Ln 定=-4050/T(蒸汽压方程中符号单位pS:kPa;T:K )A=sp1 =;(12Xi)得至|J：ln r1ln r2假设气相是理想气体，系统压力为，已知该系统形成共沸物，问共沸温度是多少度解：设 T=(即 71 )sP2 =ln(p； pS) ln(98.45 75.1

26、6)A0.325x1=;x2=0.325(0.9145)2r1 1.313,0.325(0.0846)2r2 1.002,+ = p规定设T= (即C )p 99.75kPa与给定总压基本相等，故共沸温度是C,共沸组成xi=摩尔分数第三章习题.题解: 无解；有唯一解；多解如果有,.设计满足下列要求的再沸气提塔（见附图），求：设计变量数是多少请指出哪些附加变量需要规定进料，277K,2(K8k?a塔比产料习题2附图L 时缸41.H56L33.审NJclcyG acfiq解： c=6进料变量数17压力等级数合计审级单元数 传热单元数合计规定:再沸器及各级的操作压力3）塔金液流率3.利用如附图所示的

27、系统将某混合物分离成三个产品。试确定： 固定设计变量数和可调设计变量数；指定一组合理的设计变量习题3附图习题4附图进料变量数压力等级数C+2N+M+4N+M+C+6审级单元数侧线采出数分配器数传热单元数411410每级压力（含再沸器）全凝器压力冷却器压力对设计变量的规定1211进料变量数C+2N+M总理论级数1进料位置1侧线采出口位置kmol/h ：2SL 5轲，62Wt g 瓶kPa巴99,腾*阿的孽可滞圈桂却阻 严思3回流为泡点温度产品1B7. akinol/h1氮 G 含逮料中攀的1%2陋 kPa回流分配器侧线采出率侧线压力1回流比储出液流率精帽塔釜液流率再沸提储塔釜液流率合计N+M+C

28、+6合计1111105.苯(B)- 甲苯(T)-二甲苯（X）-异丙苯（C ）混合物送入精储塔分离，进料组成为：Zb= , Zt = , Zx = , Zc =（摩尔分数）。相对挥发度数据:ac =。分离要求：储出液中异丙苯不大于 % ；釜液中甲苯不大于 % （摩尔）。计算最少理论板数和全回流下的物料分配。【P73例3-31解：以100摩尔进料为计算基准。根据题意定甲苯为轻关键组分，异丙苯为重关键组分。从 相对挥发度的大小可以看出，二甲苯为中间组分。在作物料衡算时，要根据它的相对挥发度 与轻、重关键组分相对挥发度的比例，初定在储出液和釜液中的分配比，并通过计算再行修 正。物料衡算表如下：组分进料

29、，3储出液，di釜液，wB2020一T3030X101*9*C400.001540 0.0015100DW*为二甲苯的初定值。解得D=, W=dT=, WT=dc=, wc=代入芬斯克方程Nmig29.8530.147ig1.00.210.076439.9247.42由冲值求出中间组分的储出量和釜液量:7.420.33dx0.0764J 0.519 0.33 .39.9240.21w=由于与初定值偏差较大，故直接迭代重做物料衡算:组分进料，f1储出液，di釜液，wB2020一T3030X10C401000.0015D D40 0.0015D W二次解得D= W=再求Nn：ig29.8520.0

30、7570.14839.924Nmig1.07.42校核dx：100.0757dx39.9240.217.420.33,0.0757 0.33139.924 0.21丝-0.515再迭代一次，得最终物料衡算表:组分进料，f1储出液，d釜液，w苯2020一甲苯30二甲苯10异丙苯406.附图为脱丁烷塔的物料平衡图。全塔平均操作压力为522kPa。求最小理论塔板数;估计非分配组分的分配。【P75例3-41kini* 你去i3 6UDfl-jj习题6附图解：（1）根据题意可列表如下：编号组分X,FX,fFXi,DX,d DXbX,bB1Q1212002iC444844263nG3613234iC515

31、*10-31145G2300236G007Q008 G00312F=468(2)塔顶温度和塔釜温度的计算：塔顶温度的计算：第一次试差：假设 TD=37.5C，查 Ki(37.5 C ,522kPa)K1=, K2=, K3=, K4=,A1=, a2=, a3=1.0 a4=,再由 yi,D =Xi,D a c=1 a i y + i/a i k 2 y i /a i * Kc=2 y i /a i = A查得Kc值相应于37.5 C。故假设正确，露点温度 Td=37.5 C塔釜温度的计算：第一次试差温度：假设TB=155C编号组分X,dDX,BKiaiaixi1C312002iC44423n

32、G134iC515C606C707C808C0*10-3所以：Kc=;再有P-T-K图查塔釜温度为TB=155C，因与假设值符合，结束试差(3)最小理论塔板数和组分分配：首先计算a值，a lh,d=, alh,b=a LH,w=( a LH,D a LH,B) = ;lg代入芬斯克方程NmXiD ,L / XiB,L一XiD ,H / xiB,H1g LH ,avNm=lg*/其他组分的分配：ai3,w =*=Xi,dD/ Xi,bB=( a i3,w)叫 X 3,dD/ X3,bB= Nm*(13/23)=*10又 X i,fF=12=Xi,dD/+Xi,bB由以上两式得： d i=12同理

33、可得：d 2=447, d 3=13, d 4=*10-7d5=d6=d7=d8= 07.估计习题6脱丁烷塔的最小回流比。已知进料的液相分率q =。P77例3-51解：由恩特伍德公式计算最小回流比ixi,F1 q从 i2.4216 12876.2 (2.4216)1.2395 448876.2 (1.2395)1 360.6965 15876.2 (1) 876.2 (1)0.1779 23876.2 (0.1779)39.1 0.0804876.2 (0.0804)272.1 0.0418876.2 (0.0418)31 0.0226876.2 (0.0226)0.8666解得 1.013将

34、9代入式i (xi,D )m12Rm 1X1 0.0257i,其中 12 442 13 0.0023X244212 442 13 0.00230.9465 x31312 442 13 0.00230.02782.4216 0.02572.4216 1.0131.2395 0.94651.2395 1.0131 0.02781 1.013Rm1Rm 2.08548.已知习题5的脱丁烷塔操作回流比 R = R m 。求理论板数；进料位置。R=x =R RmR 12.6067 2.0854 八 广0.14452.6067 1N Nmm 0.48查吉利兰图，得 N 1N= 芬斯克公式求出精储段的最少理

35、论板数(NR)m442 361g448 13lg1.23954.68129.题解:*查苯、甲苯、log( P / KPa) A联苯的 Antone方程参数得ABC苯甲苯联苯*估算塔顶温度c,则苯、甲苯的饱和蒸汽压分别为、，根据求得两者的分配系数分别为、。为、YiKi2570.11.0059 (257 0.1)0.3972 (257 0.1)0.9947估算侧线采出的温度为 137C,则苯、甲苯、联苯的饱和蒸汽压分别为、，根据*Pp求得三者的分配系数分别79.40.2Ki 2.4764 (3 79.4 0.2)1.127 (3 79.4 0.2)0.017 (3 79.4 0.2)1.01*PP

36、求得三者的分配系数分别为、。K估算塔金温度240C,则甲苯、联苯的饱和蒸汽压分别为1424、，根据KiXi7.12 0.5 0,3586 4.80.99650.5 4.80.5 4.82.359苯对甲苯的相对挥发度1.0059 2.4764,0.39721.127甲苯对联苯的相对挥发度1.1277.122 0,017 0.3586由芬斯克公式logNmd d/ w A WblOg AB可得log257 80(NR)m(D 储出液至进料的级数260 0.1log 2.359N(2) 进料至侧线采出的级数,257 79.4log 30.1log 2.3597.779.4 4.8log 一N 0.5

37、 0.2(3)侧线采出至塔金级数log36.2810.题解:设萃取精储塔有足够的溶剂回收段，储出液中苯酚含量0,脱溶剂的物料衡算：D x1,dW x1,wFz1d W F代人已知条件0.992 D 0.01W200. D W 400解彳t D199.5927 W 200.4073计算平均相对挥发度（a i2）S：由文献中查得本物系有关二元Wilson方程参数（J/mol ）1211 269.87361222 784.29441s 11 1528.81341s ss 8783.88342s 22137.80682s ss 3285.6918各组分的安托尼方程常数:, slog pACkPa组分A

38、BC正庚烷甲苯苯酚各组分的摩尔体积（cm3 / mol）:Vi 147.47V2106.85Vs83.14用简化法计算萃取精储是假定各塔板溶剂的浓度不变。Xi=, X2=, Xs=o经泡点温度的试差得:先假设塔板上溶剂浓度（摩尔分数），然后用用溶剂量验证假设是否正确。假设在溶剂进料板上正庚烷和甲苯的液相相对含量等于储出液含量，则(12) S =sri Pi2.1183 167.325s= 1.3067 119.452 =泡点温度为 c同理，假设塔金上一板液相中正庚烷和甲苯的液相相对含量为金液脱溶剂含量，且溶剂含量不变，则X1=, X2=, xs=经泡点温度的试差得：3.1538 286.32（

39、12）s = 1.4137 209.52 =泡点温度为 c。粗略按溶剂进料板估计溶剂对非溶剂的相对挥发度：sr1p12.1183 137.325s1S= rsPs= 1.3015 11.114 =s2 P2s2S= rsPs =0.3869 0.0031B= 0.3869 24.5 0.0031 10.76 =若按塔金上一板估计 0,则由a佑=和”25=得0 = 0. 1。从式（3-27）可以看出，用较小的 0值计算溶剂进料量较为稳妥。L = S+RD = S +由式（3-27）经试差可以解得 S:0.61(1 0.041)(S 997.9636) (0.041 199.5927)1 0.61

40、1470 kmol/h1200kmol/h故假设的浓度偏高，重新给定塔板溶剂浓度，反复计算。最后得各塔板溶剂浓度进料板处：(12)S =s1P1sr2 P21.998 167.325s= 1.273 119.452 =2.997 286.32塔金：(12)s = 1.3726 209.52 =(12 )平均=2.19 2.98 =2.58512X1y1根据该数据，按 1(112 )x 1公式作y x图X最后得出需塔板数13块11.题:设萃取精储塔有足够的溶剂回收段，储出液中溶剂含量0,脱溶剂的物料衡算:D XdD W F Fx把数值代入求得 D 31.263mol/s； W 8.737mol/

41、s计算平均相对挥发度（a i2）s：1211 188.3383is11462.41532s 22243.9483121s2s22ssss386.68201464.1566435.1416由文献中查得本物系有关二元Wilson方程参数（J/mol ）各组分的安托尼方程常数:组分ABC丙酮甲醇水, sps : kPalog p各组分的摩尔体积（cm3 / mol）v1216v2 118Vs56.8先假设塔板上溶剂浓度（摩尔分数），然后用用溶剂量验证假设是否正确。X1 = , X2=, Xs=o经泡点温度的试差得：泡点温假设在溶剂进料板上正庚烷和甲苯的液相相对含量等于储出液含量，则 度为 c粗略按溶

42、剂进料板估计溶剂对非溶剂的相对挥发度:sr1P10.9879 105.6rspS = 1.023 17.324 =sr2 P21.0236 75.875s 4.38232S=rsps = 1.023 17.3240.5605 0.0295 0.172 0.5605 5.883 0.0295 4.3823塔金估算的值肯定大于进料板处的估算值，因而计算时取0.172较为稳妥L=S + RD = S +由式（3-27）经试差可以解得 S:0.41S(1 0.172)(S 125.052) (0.172 31.236)1 0.41Xs=解彳导S 60 mol/s,故假设得溶剂浓度合理。分别计算在溶剂存

43、在下丙酮对甲醇的相对挥发度 s口10.9879 105.6s 进料板处：（12）S =r2p2 s= 1.0236 75.875 =同理，假设塔金上一板液相中正庚烷和甲苯的液相相对含量为金液脱溶剂含量，且溶剂含量不变，则 经泡点温度的试差得：X1=0203, X2 =泡点温度为C1.059 158.964(12)S = 0.984 124.564 =计算平均挥发度Y1根据该数据，按1.343 1.373(12)平均=1.358212X11(112 )x 1公式作y x图最后得出需塔板数32块。13题解:（1）以100公斤分子进料为基准。做全塔物料衡算50= +F=100=D+W解得，D=W=(

44、2)求最小回流比i若恒浓区在进料将x=, y=代入操作线方程，V最少=ii若恒浓区在塔顶将x=, y=代入操作线方程，V最少=故在塔进料处Rmin =R= Rin =故板数为6块(包括塔釜)14.题解：首先对双塔进行物料衡算F D2DiBiD1D2B2塔 1： FZFD2XD2D1XD1B1XB1塔 2： DiXdiD2XD2B2XB2FB1 B2整个系统：FxFB1XB1 B2XB24其中 F 1000mol/h ; xF 0.06 ； Xbi10 . Xdi 0.819. Xd2 0.674. Xb20.999解彳D D=h; Bi=h; D= h; B2=h用图解法确定理论板数及进料位置

45、：y塔i： 精微段操作线：82.5 x82.5 13413482.5 1340.8190.3811x 0.507提微段操作线:y 82.582.5 1074x1074 94094082.5 1074 940一 4_ _105.3418x4.341810 4y提储段操作线：33.6 134 x33.6 134 60 x33.674y x 0.674 0.3123X 0.4635塔2：精微段操作线：33.6 7474 33.660 0.999 1.5576x 0.5571 33.6 134 601.000.950.900.850.800.75 -0.70 一0.65 -0.60 .0.600.65

46、0.700.750.800.850.900.951.002的理论板在平衡相图上做阶梯图，得到塔 1的理论板数为11,进料位置在第3块板（由下往上数），数为15,进料位置在第8块板。15题解:(1)由汽液平衡曲线,得到yF 0.669 ,假设最初储出液浓度XD1 0.93此时,XD yFyF XFy操作线方程0.93 0.6690.6690.5Xd1.5444 .R0.6985X1.5Rmin2.31660.2804,图解法求出N 11在金液组成Xw从XF到Xw,e的范围内取若干个Xw,i ,根据已经确定的理论板数，求出对应的xD,iln根据所得的Xw,i、XD,i对式 BXFdXwB%-0.4

47、87，e Xd Xw进行数值积分，求出 FXdB0 XFBxW,e0.5BO 0.1 0.487 B0B0BB0 0.487B00.8797 0.9,因此需重新假设初值，反复计算得N 12（2） R与Xw的关系可用以下方法求得：从Xf到XW,e取若干个Xw值，对于每一个Xw值，过（XD，Xd）作一假设 的操作线，从（XD , XD ）点开始在操作线与平衡级间作阶梯，到（Xw ,而）点为止。若求理论板数与给定值相等，则操作线为所求操作线，根据操作线斜率求出R。釜液量由物料衡算关系求得。0.9 0.669Rminc ccc1.37 -, 一0.669 0.5,所选回流比应大于Rmin o R与Xw

48、、B关系见下图。0.15 _16.题解:己烷（A）对庚烷（B）的平均相对挥发度1.2121.420.4838 0.5812.4745起始阶段：设B为参考组分，由式（3-61）得:0XDB0 5 22 0.14040.5 2.47450.5 100.14042xDa0.5 （一 ） 2.474520.8596由式（3-59）得0.5设时间增量 t 0.05h , t 0.05h时外循环计算得:由（3-56）和(3-57 )式得B(1)10010 0.05 99.5kmol(1)Xba0.5(0.85960.5)99.5 1001000.4982(1)Xbb0.5(0.14040.5)99.5 1

49、001000.5018t 0.05h时内循环计算由式（3-62 ）得解得1 Rmin20.5668Rmin24二 N min90.5668对方程（3-64）可得:一 一 一N 一 一 一2.4745 min2.4745(2.4745 1) 0.4982 2.4745Nmin 0.5018 1Nmin采用图解法或牛顿迭代法联立求解以上两式即得:Rin= ；N =1设N= N = ,代入式（3-61）中得到Xdb ，再由（3-59）式得出:10.261511537xDa0.4982 ( -) 2.47450.73840.5018Xda100 0.5 99.5 0.49820.50.8582Xdb1

50、 0.8582 0.141818.在24块板的塔中用油吸收炼厂气（）组成见表，采用的油气比为1,操作压力为（绝压），若全塔效率以25%+，问平均操作温度为多少才能回收 96%勺丁烷并计算出塔尾气的组成.组分CH4C2H6C3H8n-C4H10n-C5H12! n-C6H14摩尔百分率8085421解：（1）根据已知条件按正丁烷的回收要求确定它的平均操作温度.【P133例3-16,3-17】 TOC o 1-5 h z 由 N 24 0.25 6 ；0.96。An 1 A N 1.按平均吸收因子法：A 1算出a=（也可由吸收因子图查得）m L-0.704故 AV 1.42查姓类P- T K列线图

51、P3fi压，mW, t=15 C,即塔的平均温度应在15C0（2）计算离塔气的组成Q-N-1N 10 ,假定0 01y11（1） N 1i列表计算如下:组分CH4C2H6C3H8n-C4H10n-C5H12n-C6H14EN P=（绝压）t=1551a mV5a7 a a7 1111(1) N 100y1 （摩尔分率）0019.具有三块理论板的吸收塔，用来处理下列组成的气体（VN+1）,贫油和气体入口温度按塔的平均温度定为32C,塔在下操作，富气流率为100 kmol/hr ,贫气流率为100 kmol/hr ,试分别用简捷法确定净化后气体 V1中各组分的流率Va95

52、kmol / hr(一)a-0 0.263157V 95组分VN+1,il 0im(32 CCH4700C2H6150C3H8100n-C4H1040n-C5H1210n-C6H14020E10020解： （1）用简捷法计算V av=（V1+VN+1）/2；平均液体流率：Lav=L+（VN+1-V1）/2列表计算如下:组分A mVAN1An 1 Ai A 1第一次试算结果，CHX10-7GHX10-4(l i) N 1,inCH。组分A mVAN1An 1 A1 A 1第二次试算结果，CHX10-7GHX10-4CH(1 i) N 1,in-C4H0n-C5H2n-C6H41.1I0 =Ai

53、88.169由第二次试算结果得:Va100 88.474 94.237 95另设Va94.237 ,作第二次试算25.763 a 0.27338594.237100 88.169 94.085与所设值基本符合(2)用有效因子法计算根据本体给定条件，不考虑塔顶、塔底温度的差别，只考虑液气比的变化以确定有效因子Ae第一次试算，取i 88.1682088.169= 0.22683720+11.8310.318310100组分A顶A底AeATAN1AeAN1 1iCH4X10-7C2H6X10-4C3H8n-C4H10n-C5H12n-C6H14X1091i 87.438组分A顶A底AeaT-1 aA

54、N1 1iCH4C2H6C3H8n-C4H100. 4664n-C5H12n-C6H141i 87.2436按Ae= . A底（A顶+1） +0.25 -0.5列表计算如下:L20+12.562(V)底=0.32562第二次试算结果取i 87.2436与所设值基本符合20.题根据已知条件确定02H2蒸出度，设x为蒸出量(x) + x =x= Kmol/hrlN 1l10In 1I07.0174 (111.5 6.884) 0.00137.01740.000418.37111.50.9810La111.5 (111.5 6.884)2108Va40 884 40) 43.52：)a43.5108

55、0.4028(V)S=m L18.37 0.40287.40,S CologK1 C0in= log slog7.40 0.98101 0.98101log 7.401.91若增加吹出气量，将使解吸因子S加大，所需理论板数减少。但在本题条件下所需的理论板数本来就很少，从这一点讲是没有必要增加吹出气量的。还应考虑到，吹出气量增加，将影响塔的热量平衡，从而改变塔的操作温度，改变蒸出度。第四章习题1.题解:假设萃取液流率V1= kmol/hV2Vi由式1/NVn iV1LiLoV2V1VnVn可计算得到:1/NViiV N 1V21113.110001/51113.11089.5kmol/hLi40

56、01089.51113.1 376.4kmol/h1/5see 1113.1100010001021.6kmol/h由UiUeUn(Ui1)_ _1/ 2 一0.250.5e 1( N 1)0.251/20.5计算出所需数据组分15UiU5eUeHBDMFWX10-4X10-41456X10-4El0l NN 1 eeVn 1ViN 1UeUe由l 0N 1 e1UVn1N 1,Ue1ViVni(1U )l 0 El Nl 0 Vn 1Vi得到以下数据。计算值 V1和假设值较接近，不需再迭组分EU萃余液，l10萃取液，v1H1BDMF1W16X 10-42.题解：E=x =x 10 -6 km

57、ol/s设萃取塔中传质速率为No则 N = E (y 0-yi)= X10-6=x 10-6 kmol/s塔顶和塔底的萃取相平衡浓度为:y0*=x=m3yi*=x= kmol/m3塔顶、塔底的传质推动力为:yo*-y 0 =-= kmol/m3yi*-y i =0= kmol/m3对数平均浓度差为:*(y y)in*(y。y。)(vyi)*in到ViVi0.2624 0.4428, 0.2624in0.44280.3448kmol/m因此得:(NTU)0v。 yi*、(y y) m0.38 00.3448i.i02(HTU )0H(NTU )0i.09i.i020.989i(m)KaE(HTU

58、 )0A0.00i40.989i0.00i4i/s3.题解：对于活塞流,塔高H活塞流=(HTU ox (NTUox,将已知数据代入式H活塞流H(HTU )ox(NTU )ox/i Pex(HTU L/H E i/( NTU )oxPey( HTU )oX /H 1 E 1/(NTU)”0.51 19(0.9/ H )0.5 (1/5) 50(0.9/H) 1 0.5 (1/5)该方程为非线形方程，用迭代方法求解4.题解:先假定=1,则:(HTU)ox,app (HTU)ox,truVxEy2.198mHo (HTU)ox,app(NTU)ox,app2.198 6.80 14.95m作为H的初值，继续计算。(NTU)ox ,truHo(HTU)ox ,tru14.951.113.59为了计算（NTU）ox,tru ,先计算有关的中间变量:mVyVx0.158 6.2 1.4382.5PexVx