化工原理课后考试考试解答天津大学化工学院柴诚敬

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，下同），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Yi、丫2。解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数yi和y2。yi 0.055/170.055/17 0.945/29=0.09030.002/170.00340.002/17 0.998/29进、出塔气体中氨的摩尔比丫1、丫2为0.0903Y. 0.09931-0.09030.0034丫21-0.0034=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)dwA=MAMBdxA2(xAMAxBMB)dwAdXAw「*wb)2

AMdXA解:(1)WAMaXAMa解:(1)WAMaXAMaXAXAMAXBMBXama(1-Xa)mbdwAdx

Ama(Xama-XbMb^XaMa(Ma川b)MAMB(xAXB)2(XamaxbMb)丄 2(XaMA■XbMB)由于X由于Xa XdwAMdwAMAMbdxA丄 2(XaMa.XrMB)MAWMAXA -wA+wBMAMBdXA丄严.腔)MdXA丄严.腔)MAmambwA 1—()mamamb(wA'wB)MMABdwdwAwA wB2(AB)MA MBWB)2mbPbmNapB2pB194.3—31.3WB)2mbPbmNapB2pB194.3—31.3InpB2pB1DabPRTzpbmpA1ln94.331.3—pA2kPa=57.12kPa0.31810*101.38.3143730.3557.1270.0-7.0kmolm2si=3.27310』kmolm2WAmamb(madWAdxA=WA Wb2MaMb( )MAMB在直径为0.012m、长度为0.35m的圆管中，CO气体通过N2进行稳态分子扩散。管内N2的温度为373K,总压为101.3kPa,管两端CO的分压分别为70.0kPa和7.0kPa,试计算CO的扩散通量。解：设A—CO;B—N2查附录一得 Dab=0.31810"m2spB1=P总一pAi=101.3—70kPa=31.3kPapB2=P总一PA2=101.3—7.0kPa=94.3kPa在总压为101.3kPa,温度为273K下，组分A自气相主体通过厚度为0.015m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22.5kPa,组分A在组分B中的扩散系数为1.85X0"5m2/s。试计算组分A和组分B的传质通量na和nb。解：由化学计量式A>3B可得Nb=£NaN二NaNb二艸代入式(7-25)，得Na=DABdCA-2『aNadzNa=dpA-2pANaRTdz p总分离变量，并积分得Dabp总,P总+2Pa1Na In RTAz p总

1・1・85105101・3in101*3222・58.3142730.015 101.3kmol/(m2s)=1.01210"kmol/(m2s)_5 2 _5 2Nb=_3Na=-31.01210kmol/(ms)=-3.03610kmol/(ms)在温度为278K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998.2kg/m3;在离界面5mm的水相中，氨的组成为0.085,该处溶液的密度为997.0kg/m3°278K时氨在水中的扩散系数为1.24X0占m2/s。试计算稳态扩散下氨的传质通量。解：设A—NH3；B—出0Xa1=0.085XA2=0.022x 1-x=1-0.085=0.915B1 A1x 1-x“=1-0.022=0.978B2 A2Xbm离界面5mm处为点1、两相界面处为点2XbmXb2-Xb1 0.978-0.915TOC\o"1-5"\h\z聖巴 0.946,Xb2 ,0.978ln一 lnXb1 0.915点1、点2处溶液的平均摩尔质量为皿勺=0.85170.91518kg.kmol=17.92kg.kmolM2二0.02217 0.97818kgkmol=17.98kgkmol溶液的平均总物质的量浓度为TOC\o"1-5"\h\z1 19 1 997.0丄998.2 3 3c总 -( F 2)=一( )kmol/m=55.58kmol/mM M 2 17.92 17.9812故氨的摩尔通量为D c占AB总NA (xA1-xA2)山XBM1.2410-955.577 2 口 2(0.085-0.022)kmol/(ms)=9.17910kmol/(ms)0.0050.946试用式（7-41）估算在105.5kPa288K条件下，氢气（A）在甲烷（B）中的扩散系数Dab。解：查表7-1,得iva=7.07cm/mol查表7-2,计算出— ■ 3 3ZvB=(16.51.984)cm/mol=24.42cm/mol由式7-411.01^<10-T175^^+^)1/2DAB=卩总[([Va)1/3仁VB)1/3]2总、1.01310^ 2881.75(1 1)1/2 216105.5(7.07 24.421)2m2s=6.2410_5m2s7.试采用式（7-43）估算在293时二氧化硫（A）在水（B）中的扩散系数d仁AB解：查得293K时水的黏度为%=1.00510Pas查表7-3,得①二2.6查表7-4,得VbA=44.8cm3/mol由式(7-43)D7.410」5(①Mb)1/2 T—AB 'bVA615 1/2=7.410 (2.618)293 9m2/s==1.50810 m2/s1.00510-344.80-68.有一厚度为8mm、长度为800mm的萘板。在萘板的上层表面上有大量的45C的常压空气沿水平方向吹过。在45C下，萘的饱和蒸汽压为73.9Pa固体萘的密度为1152kg/n?，由有关公式计算得空气与萘板间的对流传质系数为0.0165m/s试计算萘板厚度减薄5%所需要的时间。解：由式（7-45）计算萘的传质通量，即NA二k|_CAi-CAb式中LU为空气主体中萘的浓度，因空气流量很大,CAb=0；CAi为萘板表面处气相中萘的饱和浓度，可通过萘的饱和蒸气压计算,CAi=匸^“[^gkmol/m3=2.795汉10*kmol/m3RT8314318故可认为■5Na=&《心—CAb)=0.0165(2.79510—0)kmol/(m「s)=4.61210^kmol/(m2s)设萘板表面积为S,由于扩散所减薄的厚度为b,物料衡算可得Sb：；=NaMaS^biNaMa0.050.00811524.61210^128s=7.806103s=2.168h第八章气体吸收在温度为40C、压力为101.3kPa的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0kPa时，氨在水中的溶解度为76.6g(NHs)/1000g(H2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。解：水溶液中氨的摩尔分数为76.6x17 0.07576.6 100018亨利系数为150kPa=200.0kPa0.075相平衡常数为Em-Em-Pt200.0101.3=1.974由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。 40C时水的密度为亠992.2kg/m3溶解度系数为P992.2 3 3H kmol/(mkPa)=0.276kmol/(mkPa)EMs200.008在温度为25C及总压为101.3kPa的条件下，使含二氧化碳为3.0%(体积分数)的混合空气与含二氧化碳为350g/m3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数E=1.66105kPa,水溶液的密度为997.8kg/n?。

解：水溶液中CO2的浓度为二0.008kmol/m350/1000, “二0.008kmol/mc kmol/m44对于稀水溶液，总浓度为水溶液中CO2的摩尔分数为c0.008&一55.434=1.44310一p*=Ex=1.661051.44310‘kPa=23.954kPa气相中CO?的分压为P=Pty=101.30.03kPa=3.039kPa<p*故CO2必由液相传递到气相，进行解吸。以CO2的分压表示的总传质推动力为：p=p*—p=(23.954—3.039)kPa=20.915kPa在总压为110.5kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为y=0.032、c=1.06komi/m3。气膜吸收系数kG=5.2x10-6kmol/(m2•s-kPa),液膜吸收系数K=1.55X10-4m/s。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H=0.725kmol/(m3•kPa)。试计算以-p、厶c表示的总推动力和相应的总吸收系数;试分析该过程的控制因素。解：(1)以气相分压差表示的总推动力为1.060.725)kPa=2.074kPa1.060.725)kPa=2.074kPa=Pty(110.50.032-H其对应的总吸收系数为111112( 4 J(mskPa)/kmolKg HkLkG 0.7251.5510 5.210=(8.8991031.923105)(m2s卩a)/kmol=2.012105(m2sPa)/kmol2kg=4.9710“kmol/(m•s-kPa)以液相组成差表示的总推动力为

3 3=c=c*-c=pH-c=(110.50.0320.725-1.06)kmol/m=1.504kmol/m其对应的总吸收系数为KlkLKlkLkG11 0.7254 61.5510- 5.210-m/s二6.85510_m/s(2)吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为1/ko1/KgK1/ko1/KgKgkG4.9710"5.210卫100%=95.58%气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为105.0kPa,操作温度为25C。在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为 2.126kmol/(m3•kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为 7.5kPa,液相组成为2.85kmol/m3，液膜吸收系数kL=2.12x10-5m/s,气相总吸收系数Kg=1.206X10-5kmol/(m2•s-kPa)。求该截面处(1)膜吸收系数kG、kx及ky;(2)总吸收系数Kl、Kx及Ky;(3)吸收速率。解：(1)以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25C时水的密度为3?=997.0kg/m溶液的总浓度为997.0 3 3G二kmol/m3=55.39kmol/m18kx二G@55.392.1210k2mol/(ms)31.17410kmol/(ms)ks Kgks Kg152.1262.1210)(m2skPa)/kmol二6.073104(m2skPa)/kmol&=1.64710』kmol/(m2skPa)-5 2 —3 2ky=PtkG=105.01.64710kmol/(ms)=1.72910kmol/(ms)mHp总Ms997.00.2482.126105.0181 1 m——=—+■Ky ky( 3 0.2483)(m2s)/kmol=7.89610：mmHp总Ms997.00.2482.126105.0181 1 m——=—+■Ky ky( 3 0.2483)(m2s)/kmol=7.89610：m2s)/kmolkx 1.72910-1.17410-Ky-1.26610-kmoL'(m2s)Kx=mKy=0.2481.266lO^kmo/m2s)=3.14010，kmol/(m2s)因溶质组成很低，故有KXctKl=55.395.67310Jkmol/(m2s^3.14210~kmol/(m2s)Ky:PtKG=105.01.20610“mol/(m2s)=1.26610~kmol/(m2s)吸收速率为Na=Klc*-c=5.67310-2.1267.5-2.85kmol/(m2s)=1.31010"kmol/(m2s)在101.3kPa及25C的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出塔的组成分别为 ％=0.04、V2=0.002o假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为 4.13x103kPa,吸收剂用量为最小用量的1.45倍。试计算吸收液的组成；若操作压力提高到1013kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成。解:(1)Y1 y004 0.04171-y1 1-0.04Y10.0021-0.002:0.002Em-Pt4.13103101.3=40.77吸收剂为清水，所以X2=0= 丫1-丫2加Y/m—X20.0417-0.0020.0417/40.77-0=38.81所以操作时的液气比为qn,L=1.45'qn,L验min=1.4538.81=56.272.126(2)由KL=0J20610_m/s=5.67310』m/S2.126H吸收液的组成为X’=匹(丫一篦)+X2 疋(0.0417—0.002)+0=7.054汇10」TOC\o"1-5"\h\zqn,L 56.27(2)3(2)”E4.1300m 4.0778 1013qn,Lqn,Vmin0.0417-0.0023.8810.041704.077qn,Lqn,Vmin0.0417-0.0023.8810.041704.0771.45 3.881 5.627minY_丫2h/m-X2ZnJ=1.4(Y—旳+X^^-^^0.04170)弋山2 0汉7^.05510在一直径为0.8m的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为45kmol/h,二氧化硫的体积分数为0.032操作条件下气液平衡关系为Y=34.5X，气相总体积吸收系数为0.0562kmol/(m3•s)。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为98%。求水的用量(kg/h)及所需的填料层高度。解：Y=^^=O.032=0.03311—% 1-0.032Y2=Y(1—®a)=0.0331汇(1—0.98)=0.000662X10.0331X10.033134.54=9.59410"X1=0.76X「=0.769.59410^7.29110厘惰性气体的流量为qn,V=45^(1—0.032)kmol/h=43.56kmol/h水的用量为qnqn,Vqnqn,V(Y一丫2)X1-X243.560.0331-0.000662kmol/h.1.938103kmol/h7.29110-03 4qm,L=1.93810"8kg/h=3.48810kg/h求填料层高度

Hogqn,v 4356/36002Ky^ 0.05620.7850.82m=0.429m：Y1二Y-Y*=0.0331-34.57.29110^=0.00795Y=Y2-Y2*=0.000662-34.50=0.000662Hogqn,v 4356/36002Ky^ 0.05620.7850.82m=0.429m：Y1二Y-Y*=0.0331-34.57.29110^=0.00795Y=Y2-Y2*=0.000662-34.50=0.000662NogIn0.00795-0.000662, 0.00795In0.000662二0.00293=y0331 _°.000662 =11.07.-■：Ym 0.00293Z=NogHog=11.070.429m=4.749m7.某填料吸收塔内装有5m高，比表面积为221nf/m3的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为50kmol/h，溶质的含量为5%（体积分数％）;进塔清水流量为200kmol/h,其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为Y=2.75X；气相总吸收系数为310JkmoI/（m2s）；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90%。试计算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直径。解：（1）惰性气体的流量为qn,V=50x(1—0.05)kmol/h=47.5kmol/h对于纯溶剂吸收C=Y-丫2丿min Y1/m—X2依题意qn‘V min20047.51.6=2.632(qn,L/qn,V)min加571%⑵雷巾0526Y2=Y(1—®A)=0.0526江(1—0.9571)=0.00226

qnV 475Xi 一Y-丫2 X2 0.0526-0.002260=0.0120qn,L 200也丫=丫_丫*=0.0526—2.75疋0.0120=0.0196丫=X2—Y2*=0.00226-2.750=0.00226."■Ym 二丫1ln-丫."■Ym 二丫1ln-丫2:丫3YT0.0196—0.00226__, 0.0196In0.00226=0.00803Nog丫Nog丫-丫2厶YmO.。526」00226,.2690.00803HOGZNOG56.269m=0.798mHOGHOGZNOG56.269m=0.798mHOGqn,Vqn,VQKyaHog47.5/3600310° 2210.90.798=0.277m填料塔的直径为40.2773.14m=0.594m40.2773.14m=0.594m在101.3kPa及20C的条件下，用清水在填料塔内逆流吸收混于空气中的氨气。已知混合气的质量流速 G为600kg/（m2•h），气相进、出塔的摩尔分数分别为0.05、0.000526,水的质量流速W为800kg/（m2・h）,填料层高度为3m。已知操作条件下平衡关系为Y=0.9X,KGa正比于G0.8而于W无关。若（1）操作压力提高一倍；（2）气体流速增加一倍；（3）液体流速增加一倍，试分别计算填料层高度应如何变化，才能保持尾气组成不变。解：首先计算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数%1一也0.051-0.05=0.0526%1一也0.051-0.05=0.0526丫21"0.0005261-0.000526-0.000526操作条件下，混合气的平均摩尔质量为M八xiMi二0.0517亠［1-0.05 29kg/kmol=28.4kg/kmolqn,V600 x28.421-0.05kmol/(mh)=20.07kmol/(m2h)800qn,L18S=qn,V600 x28.421-0.05kmol/(mh)=20.07kmol/(m2h)800qn,L18S=(1一0)kmol/(m，h)=44.44kmol/(mh)mqn,Vqn,L0.920.0744.44=0.406Y*=mX=m-VY)Y0.40(60.05-260).00£5260.0211qn,L△¥=Y-Y*=0.0526-0.0211=0.0315汎HL二0.000526-0二0.000526NogLln1NogLln1-Sln竺空=6.890Y， 1-0.4060.000526Z3H°G=NT議m=0.435m(1)Pt=2p若气相出塔组成不变,则液相出塔组成也不变。所以若气相出塔组成不变,则液相出塔组成也不变。所以也—Y,=0.0526也—Y,=0.0526-1 0.0211=0.04212^Y；^Y2-Y2^Y；^Y2-Y2=0.000526-0=0.000526Nog丄ln^ —m^^5.4991-S Y2 1-0.2030.000526HOGqn,VKy^ aap总门Em二一Ptm=RmmPt2—mqn,vS0.406门“cS —0.203qn,L22

HogqHogqn,V HOGaap总门 2二0.43^=o.218m2z=HogNOG=0•218 5.499mmi.199Z二Z-Z=(1.199—3)m=—1.801m即所需填料层高度比原来减少1.801m。(2)qn,V-2qn,Vmq；vS也=2S=20.406=0.812L若保持气相出塔组成不变，则液相出塔组成要加倍，即X^2X1故MV=Y-Y=Y—mx=Y(-‘sY—Y=0.052-6 0.812 0.0526 0.000526 0.0103△$=%—Y*=0.000526-0=0.000526Nog1r^S亠-^lnY2 1-0.812Nog1r^S亠-^lnY2 1-0.8120.01030.000526-15.82qn,VKya1'.1HOG=Hog=2°20.435m=0.500mz=HogNog=0.50015.82m=7.910mZ=Z-Z=(7.910-3)m=4.910m即所需填料层高度要比原来增加 4.910m。(3) qn,L=2qn,LS二叫仝=漳72032qS二叫仝=漳72032qn,L2Nog1dn—S耳SY2In|(1_0.203)0.0526_0+0.203]=5.4971-0.203 _ 0.000526-0W对KGa无影响，即qn,L对KGa无影响，所以传质单元高度不变,

Hog二Hog=0.435mZJHogNog=0.4355.497m=2.391mZ二Z—Z=(2.391—3)m二—0.609m即所需填料层高度比原来减少 0.609m。某制药厂现有一直径为1.2m,填料层高度为3m的吸收塔，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。入塔混合气的流量为 40kmol/h，溶质的含量为0.06(摩尔分数)；要求溶质的回收率不低于95%;操作条件下气液平衡关系为Y二2.2X；溶剂用量为最小用量的1.5倍；气相总吸收系数为0.35kmol/(m2•h)。填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90%。试计算(1)出塔的液相组成；(2)所用填料的总比表面积和等板高度。解：(1)丫1 也0060.06381-Y1 1-0.06匕=Y(1—申a)=0.0638逬1—0.95)=0.00319惰性气体的流量为qn,v=40x(1—0.06)kmol/h=37.6kmol/h匹 =也=2.2X0.95=2.09■:qn,Vmin(qn,LLin=2.09=<37.6kmol/h=78.58kmol/hqn,L=1.5沃75.58kmol/h=117.9kmol/hX!=匹V¥-Y2 X2^^60.0638-0.00319=00.0193qn,l 117.9(2)Y=Y-Y*=0.0638-2.20.0193=0.0213Y2=匕-Y20.003192.2=00.00319■■-YmNog=0.009540.0213■■-YmNog=0.00954ln0.00319，.0638一0.00319=6.3530.00954Hog- 「m=0.472mNog6.353HHogqn,VKYa'1填料的有效比表面积为37.6qn,V 37.6 2/3cc/icl2/337.6a 2m/m201.35m/mHOgKy「」 0.4720.350.7851.2填料的总比表面积为atat鬻命八223.72"2/"3NoglnSNt飞-1S-m^/2 37.6=0.702qn,L117.9NtNt少353皆02—1)=5.351In0.702Z二HETPTN填料的等板高度为HETP—m=0.561m5.351用清水在塔中逆流吸收混于空气中的二氧化硫。已知混合气中二氧化硫的体积分数为0.085,操作条件下物系的相平衡常数为26.7,载气的流量为250kmol/h。若吸收剂用量为最小用量的1.55倍，要求yi二氧化硫的回收率为92%。试求水的用量（kg/h）yi解：Y=~=0.085=0.09291一％1-0.085Y2=Y{1—%严0.0926(1—0.92)=0.00743用清水吸收，X^0GJ.GJ. lqn，VJmin；=26.70.92=24.564操作液气比为虹=1.5524.564=38.074qn,V水的用量为3qn,L=38.074X250kmol/h=9.519<10kmol/hqm,L=9.519H0318kg/h=1.713汉105kg/hA亠A亠mqn,V边=1.42626.7用清水吸收，=0.92Nt二Nt二lnA-：1-InA-1—1=4.1981-0.92—1=4.198In1.426某制药厂现有一直径为0.6m,填料层高度为6m的吸收塔,用纯溶剂吸收某混合气体中的有害组分。现场测得的数据如下：V=500m3/h、£=0.02、%=0.004、人=0.004。已知操作条件下的气液平衡关系为Y二1.5X。现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于0.002（摩尔比）。该制药厂拟采用以下改造方案：维持液气比不变，在原塔的基础上将填料塔加高。试计算填料层增加的高度。解：改造前填料层高度为Z=Hognog改造后填料层高度为Z二HogNog故有Z_H°gN°gZHOGNOG由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故Hog=HOGS丄S对于纯溶剂吸收X2=0，丫2*=0NogIn[(1—S)YNogIn[(1—S)Y-丫2*Y2-Y2*S]故％二九啲-畤S]Nog=三1n[(1-S)”.S]1-S y2因此，有In[(1-S)In[(1-S)In[(1-S)丫S]丫2操作液气比为

qn,L¥-丫2qn,VXi-X°.02一叫qn,L¥-丫2qn,VXi-X°.02一叫40.004—0mqn,vqn,Lln[(1-0.375)0.020.0020.375]ln[(^0.375)-0^0.375]0.004-1.509Z'：=1.5096m=9.054m填料层增加的高度为12.Z二Z-Z=(9.054-6)m=3.054m12.若吸收过程为低组成气体吸收’试推导Hog七^Hl。解:H一解:H一qn,V^kya'J血=归kxa'T1_mqn,VS二A qn,LUJU_qn,V.mqn,Vqn,LHgHl= Aqn,V/1 m\qn,V1()=kya'T qn,Lkxa'T a1」kykx a1」Ky_qn,V-KYa111H°g二Hg-HlA.Hog13.在装填有25mm拉西环的填料塔中，用清水吸收空气中低含量的氨。操作条件为20C及101.3kPa,气相的质量速度为0.525kg/(m2•s),液相的质量速度为2.850kg/(m2•s)。已知20C及101.3kPa时氨在空气中的扩散系数为1.8910』m2/s,20C时氨在水中的扩散系数为1.7610~m2/s。试估算传质单元高度 Hg、Hl。解：查得20C下，空气的有关物性数据如下:3•G=1.811Pa・s =1.205kg/m由 Hg=°GW丫(Scg).5Sq丄'gDabSq丄'gDab51.81101.2051.8910』=0.795查表8-6, \=0.557，匕=0.32, --0.51Hg=0.557G0.32W卫51(So,05=0.5570.5250.322.850-51 0.795°.5m=0.237m查得20C下，水的有关物性数据如下:叽=100.510-Pa叽=100.510-Pa•s订=998.2kg/m3W7L0.5(S4)丄二10°5心严72.1；?LDAB 998.21.7610J查表8-7, =2.3610-，匕=0.22Hl=2.3610J.f.22W0.5(SCl0=2.3610" 2850卫「100.5x10互丿0.220.5572.1m=Hl=2.3610J.f.22W0.5(SCl0=2.3610" 2850卫「100.5x10互丿0.220.5572.1m=0.325m14.用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液，已知进、出解吸塔的液相组成分别为0.0085和0.0016（均为摩尔比）。解吸所用载气为含二氧化碳0.0005（摩尔分数）的空气，解吸的操作条件为35C、101.3kPa,此时平衡关系为Y=106.03X。操作气液比为最小气液比的1.45倍。若取H°l=0.82m,求所需填料层的高度。解：进塔载气中二氧化碳的摩尔比为Y俺％=0.0005最小气液比为1qn,V一qn,Lmin7 0.0085一0.0016 0.00766mX2-半106.030.0085-0.0005操作气液比为哑=1.450.00766=0.0111qn,L吸收因数为A如 0.850mqn,V液相总传质单元数为Nol—In1-Ai—aX^XT[ ”x1_xNol—In1-Ai—aX^XT[ ”x1_x1*11—0.850In0.0085(1—0.850) 0.00160.0005106.030.0005106.03+0.850=3.334填料层高度为Z=HolNol-0.823.334m=2.734m15.某操作中的填料塔，其直径为0.8m,液相负荷为8.2m3/h,操作液气比（质量比）为6.25。塔内装有DN50金属阶梯环填料，其比表面积为109m2/m3。操作条件下，液相的平均密度为 995.6kg/m3，气相的平均密度为1.562kg/m3。（1）计算该填料塔的操作空塔气速；（2）计算该填料塔的液体喷淋密度，并判断是否达到最小喷淋密度的要求。解：（1）填料塔的气相负荷为q=8.2*995.6m3/h=836.25m3/hV,V6.251.562填料塔的操作空塔气速为836.25/36002~836.25/36002~0.7850.82m/s=0.462m/s（2）填料塔的液体喷淋密度为U qV丄2 . 2m3/(m2h)=16.32m3/(m2h)n/4D2 0.7850.82最小喷淋密度为3 2 3 2Umin=(LW)minat=0.08109m/(mh^8.72m/(mh)UUmin，达到最小喷淋密度的要求。16.矿石焙烧炉送出的气体冷却后送入填料塔中，用清水洗涤以除去其中的二氧化硫。已知入塔的炉气流量为2400n?/h,其平均密度为1.315kg/m3;洗涤水的消耗量为50000kg/h吸收塔为常压操作，吸收温度为20C。填料采用DN50塑料阶梯环，泛点率取为60%。试计算该填料吸收塔的塔径。解：查得20C下，水的有关物性数据如下:

•I=ioo•5气FPa•s炉气的质量流量为：〔=998.2kg/m3采用埃克特通用关联图计算泛点气速,横坐标为qm,L/「V、0.5 50000/1.315、0.5() ( ) 0.575qm,VPL ：〔=998.2kg/m3采用埃克特通用关联图计算泛点气速,横坐标为qm,L/「V、0.5 50000/1.315、0.5() ( ) 0.575qm,VPL 3156998.2查图8-23，得纵坐标为

uSf屮叽02-一丄）叫=0.038g：\对于DN50塑料阶梯环，由表8-10和附录二分别查得:乍=i27l/m2f3at=114.2mmUF 1.005°.2=0.0389.81 998.2解出uF=1.492m/S操作空塔气速为u=0.60uF=0.601.492m/s=0.895m/s42400/3600"n0.895m=0.974m圆整塔径，取d=1.0m校核D二!000=208,故所选填料规格适宜d50取（LW）min=0.08m3/（m•h）最小喷淋密度为3 2 3 2Umin=(Lw)minat=0.08114.2m/(mh)=9.136m/(mh)操作喷淋密度为50000/998.23 2 3 2 .U m/(mh^63.81m/(mh)>Uminn1.024操作空塔气速为24003600口雋=24003600口雋=0.849口代n1.024泛点率为Ufu100%=0.849100%Uf1.492经校核，选用d=1.0m合理。第九章蒸馏在密闭容器中将A、B两组分的理想溶液升温至82C,在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为 pA=107.6kPa及pB=41.85kPa,取样测得液面上方气相中组分A的摩尔分数为0.95。试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。解：本题可用露点及泡点方程求解。yA=MxA=pAP总PBJ0"P总一41.85“.95p总 p总(pA—Pb)p总(107.6—41.85)解得 p总=99.76kPapa-ppa-pb99.76-41.85107.6—41.85=0.8808本题也可通过相对挥发度求解PaPbPaPb107.641.85=2.571由气液平衡方程得=0.8808y 0.95 =0.8808y:1-y~0.952.5711-0.95卩总=pAxApB1-xA1=107.60.880841.851-0.8808kPa=99.76kPa

试分别计算含苯0.4（摩尔分数）的苯一甲苯混合液在总压100kPa和10kPa的相对挥发度和平衡的气相组成。苯（A）和甲苯（B）的饱和蒸气压和温度的关系为lgp*A=6.032lgp*A=6.0321206.35t220.24lgpB=6.0781343.94t219.58式中p*的单位为kPa,t的单位为C。苯一甲苯混合液可视为理想溶液。（作为试差起点，100kPa和10kPa对应的泡点分别取94.6C和31.5C)解：本题需试差计算总压p总=100kPa初设泡点为946C,则lgPa=6.0321206.3594.6 220.24=2.191同理或则lgpB=6.0781343.9494.6219.58=1.80lgPa=6.0321206.3594.6 220.24=2.191同理或则lgpB=6.0781343.9494.6219.58=1.80得 pA=155.37kPapB=63.15kPa100-63.15155.37—63.15=0.3996：0.4卩总=0.4155.370.663.15kPa=100.04kPa**Pb155.3763.15=2.46ax1-(:-T)x2.460.41 1.460.4=0.6212总压为p总=10kPa通过试差，泡点为31.5C,pA=17.02kPa,pB=5.313kPa：4=3.2035.313=0.6813.203汉0.4=0.681y=1 2.2030.4随压力降低，a增大，气相组成提咼

在100kPa压力下将组成为0.55（易挥发组分的摩尔分数）的两组分理想溶液进行平衡蒸馏和简单蒸馏。原料液处理量为 100kmol，汽化率为0.44。操作范围内的平衡关系可表示为y=o.46x0.549试求两种情况下易挥发组分的回收率和残液的组成。解：（1）平衡蒸馏（闪蒸）依题给条件q=1—0.44=0.56则 y二qx-冷=0.56 0.55 =1.25-1.273xq-1q—1 0.56—1 0.56—1由平衡方程 y=0.460.54联立两方程，得y二0.735,x=0.4045%=0.44nf=0.44100kmol=44kmol-n-nDynFXF100%= 100%=58.8%(2)简单蒸馏r)D=44kmolnW(2)简单蒸馏r)D=44kmolnW=56kmol0.55dxln丄=ln型nW 56 xwy_x0.5798 —ln0.549-0.5仏解得X解得Xw=0.3785— n、W、 . 56-y=Xf Xf—Xw=0.55 0.55—0.37851=0.7683n° 44A二盍嚅310%56%简单蒸馏收率高（61.46%），釜残液组成低（0.3785）在一连续精馏塔中分离苯含量为0.5（苯的摩尔分数，下同）苯一甲苯混合液，其流量为100kmol/h。已知馏出液组成为0.95,釜液组成为0.05,试求（1）馏出液的流量和苯的收率；（2）保持馏出

液组成0.95不变，馏出液最大可能的流量解：（1）馏出液的流量和苯的收率qn,DXf—Xw=qn,F- —qn,DXf—Xw=qn,F- —Xd-—w=1000.5—0.05kmolh=50kmolhqn,DXDqn,FXF100%=500.951000.5100%=95%（2）馏出液的最大可能流量当n=100%时，获得最大可能流量，即qnDma— =100“°5kmol/h=52.63kmol/hXd 0.955.在连续精馏塔中分离A、B两组分溶液。原料液的处理量为100kmol/h,其组成为0.45（易挥发组分A的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为96%，釜液的组成为0.033。试求（1）馏出液的流量和组成；（2）若操作回流比为2.65,写出精馏段的操作线方程；（3）提馏段的液相负荷。解：（1）馏出液的流量和组成由全塔物料衡算，可得qn,DXD=0.96qn,FXF=0.961000.45kmol/h=43.2kmol/hqn,WxW=(1-0.96$100X0.45kmol/h=1.8kmol/hqnW=1.8kmol/h=54.55kmol/hMn,W0.033qn,D=qn,F—qn,W=(100—54.55)kmol/h=45.45kmol/h432xD 0.950545.45(2)精馏段操作线方程Xd2.65Xd2.65x3.65嚳讪26-0・2604（3）提馏段的液相负荷qn,L*=qn,L+qqn,F=Rqn,D+qn,F=(2.65X45.45十1°°kmol/h=220.4kmol/h在常压连续精馏塔中分离A、B两组分理想溶液。进料量为60kmol/h，其组成为0.46(易挥发组分的摩尔分数，下同)，原料液的泡点为92C。要求馏出液的组成为0.96，釜液组成为0.04,操作回流比为2.8。试求如下三种进料热状态的q值和提馏段的气相负荷。40C冷液进料；饱和液体进料；饱和蒸气进料。已知：原料液的汽化热为371kJ/kg，比热容为1.82kJ/(kg?C)。解：由题给数据，可得qnd=qnfXF一XW=60x0.46亠04kmol/h=27.39kmol/h,Xd-Xw 0.96-0.04qn,w=(6°-27.39kmol/h=32.61kmol/h40C冷液进料 q值可由定义式计算，即q八CL^k十1^_^0十55r 371vf=(R+1q)n,D—(1—qF=上2.8+1$27.39—(1—1.255$60kmol/h=119.4kmol/h饱和液体进料 此时 q二1v"=v=(R+1qn,D=3.8汇27.39kmol/h=104.1kmol/h饱和蒸气进料 q=0Vr=V-qn,F=(104.1-60kmol/h=44.1kmol/h三种进料热状态下，由于q的不同，提馏段的气相负荷(即再沸器的热负荷)有明显差异。饱和蒸气进料 V’最小。在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液流量为50kmol/h，要求馏出液中易挥发组分的收率为 94%。已知精馏段操

作线方程为y二0.75X+0.238;q线方程为y二2-3x。试求（1）操作回流比及馏出液组成；（2）进料热状况参数及原料的总组成；（3）两操作线交点的坐标值Xq及y；（4）提馏段操作线方程。解::（1）操作回流比及馏出液组成由题给条件，得R=0.75及Xd 0.238R1 R1解得R=3，xD=0.9522)进料热状况参数及原料液组成由于q—3及Xf .2q-1 1-q解得q=0.75（气液混合进料），Xf=0.5（3）两操作线交点的坐标值Xq及y 联立操作线及q线两方程，即卩y=0.75x0.238y=2—3x解得 Xq=0.4699及yq=0.5903（4）提馏段操作线方程 其一般表达式为”qn,L" ”qn,Wy=x-Xwqn,V” qn,V*式中有关参数计算如下:jAq^=0.94“095kmoi/h=24.68kmol/hXd 0.952qn,W=qn,F-qn,D=(50-24.68)kmol/h=25.32kmol/hXw1-AXw1-Aqn,FXFqn,W1-0.94 500.525.32=0.0592qn,L，=Rqn,D+qqn,F=(3汉24.68+0.75汉50)kmol/h=111.54kmol/hqn,V匸qn「-qn,w=(111.54-25.32)kmol/h=86.22kmol/h

贝y y,,J11.54x25320.0592=1.294x_0.0173986.2286.22&在连续精馏塔中分离苯一甲苯混合液， 其组成为0.48（苯的摩尔分数，下同），泡点进料。要求馏出液组成为 0.95，釜残液组成为0.05。操作回流比为2.5,平均相对挥发度为2.46，试用图解法确定所需理论板层数及适宜加料板位置。在x-y图上作出平衡线，如本题附图所示。由已知的Xd在x-y图上作出平衡线，如本题附图所示。由已知的Xd,Xf,Xw在附图上定出点a、e、c。精馏段操作线的截距为XdR10.952.510.271,在y轴上定出习题8附图习题8附表x0.00.20.30.40.50.60.70.80.91.0050.10.10.20.30.50.60.70.70.80.90.91.2.46xy—1 1.46x0151481132111875208570点b,连接点a及点b,即为精馏段操作线过点e作q线（垂直线）交精馏段操作线于点d。连接cd即得提馏段操作线

从点a开始，在平衡线与操作线之间绘阶梯，达到指定分离程度需11层理论板，第5层理论板进料。在板式精馏塔中分离相对挥发度为2的两组分溶液，泡点进料。馏出液组成为0.95（易挥发组分的摩尔分数，下同），釜残液组成为0.05,原料液组成为0.6。已测得从塔釜上升的蒸气量为 93kmol/h,从塔顶回流的液体量为58.5kmol/h，泡点回流。试求（1）原料液的处理量；（2）操作回流比为最小回流比的倍数。解：（1）原料液的处理量 由全塔的物料衡算求解。对于泡点进料，q二1qn,V=qn,V=R1qn,D=93kmol/hqn,D=qn,V-qn,l=(93—58.5)kmol/h=34.5kmol/hqn,W-qn,F-qn,D0.6qn,F=0.95汇34.5+(qn,F—34.5》0.05解得qn解得qn,尹56.4<mol/h(2)R为Rmin的倍数TOC\o"1-5"\h\z93=]R1 34.5R=1.70对于泡点进料，Rmin的计算式为-0.95.2(1-0.95).IL0-61-0.6=1.333R二1Xd：(1_Xd)min—-1|XF 1-XfTOC\o"1-5"\h\z于是—二丄7 1.275Rmin 1.333在常压连续精馏塔内分离苯一氯苯混合物。已知进料量为

85kmol/h,组成为0.45（易挥发组分的摩尔分数，下同），泡点进料。塔顶馏出液的组成为0.99，塔底釜残液组成为0.02。操作回流比为3.5。塔顶采用全凝器，泡点回流。苯、氯苯的汽化热分别为30.65kJ/mol和36.52kJ/mol。水的比热容为4.187kJ/（kg?C）。若冷却水通过全凝器温度升高15C，加热蒸汽绝对压力为500kPa（饱和温度为151.7C,汽化热为2113kJ/kg）。试求冷却水和加热蒸汽的流量。忽略组分汽化热随温度的变化。XfXf_Xwqn,D=qn,F Xd-Xw=85"45一0.02kmol/h=37.94kmol/h0.99—0.02对于泡点进料，精馏段和提馏段气相负荷相同，则qn,v=qn,v「=qn,D(R+1)=4.5：＜37.94kmol/h=170.7kmol/h（1）冷却水流量 由于塔顶苯的含量很高，可按纯苯计算，即q=qn,V£=170.7<30.65心03kJ/h=5.232kJ/hqm,cQcqm,cQccp,c(t2…t1)65.23210-4.187154kg/h=8.3310kg/h（2）加热蒸汽流量 釜液中氯苯的含量很高，可按纯氯苯计算，即卩Qb=qn,V魂=170.7X36.52X103kJ/h=6.234kJ/hQb6.234勺06,小cw小二2113kg/h=2.95kg/h在常压连续提馏塔中，分离两组分理想溶液，该物系平均相对挥发度为2.0。原料液流量为100kmol/h,进料热状态参数q=1,馏出液流量为60kmol/h，釜残液组成为0.01（易挥发组分的摩尔分数），试求（1）操作线方程；（2）由塔内最下一层理论板下降的液相组成

解：本题为提馏塔，即原料由塔顶加入，因此该塔仅有提馏段再沸器相当一层理论板。（1）操作线方程 此为提馏段操作线方程，即’qn,L" *qnWy x xwqn,V*qn,V*qn,L=qqn,F=100kmol/hqn,V"=qn,D=6okmol/hqn,w=qn,F—qn,D=(100—60)kmol/h=40kmol/h则 .100.40 .则u yx 0.01=1.667x"-0.00676060(2)最下层塔板下降的液相组成 由于再沸器相当于一层理论板，故FyW—，次FyW—，次W1( -1)Xw20.01_10.01=0.0198xm与yW符合操作关系，则yW 0.00670.01980.0067— — —0.01591.667 1.667提馏塔的塔顶一般没有液相回流。在常压连续精馏塔中，分离甲醇一水混合液。原料液流量为100kmol/h,其组成为0.3（甲醇的摩尔分数，下同），冷液进料（q=1.2）,馏出液组成为0.92，甲醇回收率为90%,回流比为最小回流比的3倍。试比较直接水蒸气加热和间接加热两种情况下的釜液组成和所需理论板层数。甲醇一水溶液的t-x-y数据见本题附表习题12附表温度t液相中甲气相中甲c醇的摩尔醇的摩尔分数分数1000.00.096.40.020.13493.50.040.23491.20.060.30489.30.080.36587.70.100.41884.40.150.51781.70.200.57978.00.300.665温度t液相中甲气相中甲c醇的摩尔醇的摩尔分数分数75.30.400.72973.10.500.77971.20.600.82569.30.700.87067.60.800.91566.00.900.95865.00.950.97964.51.01.0解：（1）釜液组成 由全塔物料衡算求解①间接加热0.9qn,FXFqn,D:Xd0.91000.30.92kmol/h=29.35kmol/hXW(1-0.9)1000.3-100—29.35=0.0425②直接水蒸气加热qn,W=qn,L：=Rqn,D qqn,F关键是计算R。由于q=1.2，则q线方程为q xFyx-6x-1.5q-1 q-1在本题附图上过点e作q线，由图读得：xq=0.37，y=0.71Rmin=Xd_yqyq"Xq0.71—0.37=0.6176R=3Rmin=30.6176=1.85于是 qn,w=Q.85x29.35+1.2><100$mol〉1i74k3nol/hXW(1-0.9)1000.3XW(1-0.9)1000.3_ 183.8=0.0172显然，在塔顶甲醇收率相同条件下，直接水蒸气加热时，由于冷凝水的稀释作用，xw明显降低。(2)所需理论板层数在x-y图上图解理论板层数附图1 附图2习题12附图间接加热 精馏段操作线的截距为玄=竺=0.323R1 2.85由Xd=0.92及截距0.323作出精馏段操作线ab,交q线与点d。由xw=0.0425定出点c,连接cd即为提馏段操作线。由点a开始在平衡线与操作线之间作阶梯，Nt=5(不含再沸器)，第4层理论板进料。直接蒸汽加热 图解理论板的方法步骤同上，但需注意Xw=0.0172是在x轴上而不是对角线上，如本题附图所示。此情况下

共需理论板7层，第4层理论板进料。计算结果表明，在保持馏出液中易挥发组分收率相同条件下，直接蒸汽加热所需理论板层数增加。且需注意，直接蒸汽加热时再沸器不能起一层理论板的作用。在具有侧线采出的连续精馏塔中分离两组分理想溶液， 如本\赂I习题13附图题附图所示。原料液流量为100kmol/h,组成为0.5（摩尔分数，下同），饱和液体进料。塔顶馏出液流量qn,D为20kmol/h，组成xdi为0.98,釜残液组成为0.05。从精馏段抽出组成XD2为0.9的饱和液体。物系的平均相对挥发度为2.5。塔顶为全凝器，泡点回流，回流比为3.0,试求（1）易挥发组分的总收率；（\赂I习题13附图解：（1）易挥发组分在两股馏出液中的总收率 由全塔的物料衡算,可得A=qn'DXD1 qn'D2XD2 100%qn,FXFqn,D2的计算如下qn,F二qn,D1*qn,D2 *qn,W及 qn,FXF=20X0.98+0.9qn,D2+0.05(100—20—qn,D2)整理上式，得到0.85qn,D2=26.4qn,D2=31.06kmol/h

于是5= ―3^^°61C°0^=95.1%100 0.5（2）中间段的操作线方程 由s板与塔顶之间列易挥发组分的物料衡算，得qn,Vsys1=qn,LsXs qn,DXD1+qn,D2XD2(1)式中 qn,Vs=(R+1)qn,D1=(4x20)kmol/h=80km©hlqm=Rqn,D1—qn,D2=(3汇20—31.06"mol/h=28.94kmol/h将有关数值代入式（1）并整理，得到ys1=0.362Xs0.5944在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。该物系的平均相对挥发度为2.5。原料液组成为0.35（易挥发组分的摩尔分数，下同），饱和蒸气加料。已知精馏段操作线方程为 y二0.75X+0.20,试求（1）操作回流比与最小回流比的比值；（2）若塔顶第一板下降的液相组成为0.7,该板的气相默弗里效率Emv1。解：（1）R与Rmin的比值 先由精馏段操作线方程求得R和Xd，再计算Rmin。由题给条件，可知=0.75xd=0.20(R1)=0.24=0.8对饱和蒸气进料，q二0,yq=0.35yqyq yqyq ：(1—yq)0.350.352.5(1-0.35)=0.1772Rminyq_Xq32.6040.8—0.350.35—0.1772=2.604式中RRRminyq_Xq32.6040.8—0.350.35—0.1772=2.604式中RRmin=1.152（2）气相默弗里效率气相默弗里效率的定义式为力一『2y；-『2(1)屮二Xd二0.8y=0.75X10.20=0.750.70.20=0.725y1=© =y11(.-—1)X1 11.50.7将有关数据代入式（1）,得080725 0.583=58.3%0.8537—0.725100在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，原料液流量为kmol/h，组成为0.5（易挥发组分的摩尔分数，下同），饱和蒸气进料。馏出液组成为0.95,釜残液组成为0.05。物系的平均相对挥发度为2.0。塔顶全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。塔釜的汽化量为最小汽化量的1.6倍，试求（1）塔釜汽化量；（2）从塔顶往下数第二层理论板下降的液相组成。100解：先求出最小回流比，再由最小回流比与最小汽化量的关系求得qn,Vmin。液相组成X?可用逐板计算得到。（1）塔釜汽化量 对于饱和蒸汽进料q二0,y=0.5，Rmin可用下式计算，即R^「丄汪一匕八丄』十2.7‘TlLyF 1-yF 2-1一0.5 1-0.5qn,Vmin ~(Rmin 1)qn,D

qnD=qnFXf—Xw=100汉0.5-0.05kmol/h=50kmol/h,Xd-Xwqn,Vmin=(2.7+1)x50kmol/h=185kmol/hqn,Vmin—qn,Vmin_(1_q)qn,F=(185_100)kmol/h=85kmol/hqn,Vf=1.6qn,Vmin=(1.6x85)kmol/h=136kmol/hqn,Vmin也可由提馏段操作线的最大斜率求得，即qn,Lmin yq_Xwqn,VminXq-XwXq 05 0.33330.520.5qn,Vmin■qn,W0.5—0.05qn,Vmin qn,Vmin将qn,w=50kmol/h代入上式，解得qn,Vmin=85kmol/h(2)第2层理论板下降液相组成X2逐板计算求X2需导出精馏段操作线方程。qn,v=(R1)qn,D-(1-q)qn,F=(R1)50T00=136解得R=3.72解得R=3.72yRx Xd 372x=0.788x0.2013R1R1 4.72 4.72塔顶全凝器=Xd=0.95Xiy塔顶全凝器=Xd=0.95Xiyi0.95%匕(1—%) 0.9520.05_0.9048y2=0y2=0.7880.90480.2013=0.9143X2二 °.9143 =0.84210.91432(1—0.9143)16.某制药厂拟设计一板式精馏塔回收丙酮含量为0.7516.某制药厂拟设计一板式精馏塔回收丙酮含量为0.75(摩尔分数，下同)水溶液中的丙酮。原料液的处理量为30kmol/h，馏出液的组成为0.96，丙酮回收率为98.5%。塔顶全凝器，泡点回流，塔釜进料热状况操作回流比kPa理论板层数81C板间距进料热状况操作回流比kPa理论板层数81C板间距饱和液体217.00.40mNpN

et17.00.61=27.88取28间接蒸汽加热。试根据如下条件计算塔的有效高度和塔径。总板效率 61%全塔平均压力110全塔平均温度空塔气速 0.82m/s解：由题给条件，可得0.985qn,FXF 0.985x30x0.75qn,D= = kmol/h=23.09kmol/hXd 0.96qn,V=qn,V・=(R+1)qn,D=3x：23.09kmol/h=69.3kmol/塔的有效高度E=(Np-1)Ht=(28-1)0.4m=10.8m塔径 精馏段和提馏段气相负荷相同，则式中于是4式中于是40.5151■. 0.82n加=22"69E(273+81W01.33m畑0&51m3/s3600Top 3600273110根据系列标准，选取塔径为900mm。17.在连续精馏中分离A、B、C、D、E(按挥发度降低顺序排列)五组分混合液。在所选择流程下，C为轻关键组分，在釜液中组

成为0.006（摩尔分数，下同）；D为重关键组分，在馏出液中的组成为0.005。原料液处理量为100kmol/h，其组成如本题附表1所示17题附表1组分aBCDEXf0.2130.2440.1830.1420.218试按清晰分割法估算馏出液、釜残液的流量和组成。解：由题意，A、B组分在釜残液中不出现，E组分在馏出液中不出现，且Xw,c=0.006,Xdq=0.005。作全塔物料衡算，得qn,F二qn,D'qn,Wqn,D二qn,F（Xf,A'XF,B'XF,C）~qn,WXw,C*qn,DXd,D将有关数据代入上式，解得qn,D=64.1kmol/h计算结果列于本题附表2。17题附表2组分aBCDEqn,Fi/21.324.418.314.221.8100（kmol/h）qn,Di/21.324.418.080.320064.1（kmol/h）qn,Wi/000.2213.8821.835.9（kmol/h）XDi0.33230.38070.28210.00501.0XWiXWi第十章液-液萃取和液-固浸取1.25C时醋酸（A）庚醇-3（B）-水（S）的平衡数据如本题附表所示。习题1附表1溶解度曲线数据（质量分数/%）“卜（C、“卜（C、醋酸庚醇-3水（S）醋酸（A）庚醇-3水（S）096.43.648.512.838.73.593.03.547.57.545.08.687.24.242.73.753.619.374.36.436.71.961.424.467.57.929.31.169.630.758.610.724.50.974.641.439.319.319.60.779.745.826.727.514.90.684.546.547.524.1―204―29.4―321―7.1——00―0.5 0^——92.499.6习题1附表2联结线数据（醋酸的质量分数%）水层庚醇-3层水层庚醇-3层

6.45.338.226.813.710.642.130.519.814.844.132.626.719.248.137.933.623.747.644.9试求：（1）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。（2）确定由200kg醋酸、200kg庚醇-3和400kg水组成的混合液的物系点位置。混合液经充分混合并静置分层后，确定两共轭相的组成和质量。（3）上述两液层的分配系数kA及选择性系数'O（4）从上述混合液中蒸出多少千克水才能成为均相溶液？解：（1）溶解度曲线如附图1中曲线SEPHRJ所示。辅助曲线如附图1曲线SNP所示。分配曲线如附图2所示。（2）和点醋酸的质量分率为Xa200Xa200200200400=0.25水的质量分率为400200200400400200200400=0.50由此可确定和点M的位置，如附图1所示。由辅助曲线通过试差作图可确定M点的差点R和E。由杠杆规则可得13 13RM 800kg=260kg40 40E=M-R=]800-260kg=540kg

习题1附图1习题1附图1习题1附图2由附图1可查得E相的组成为yA=0.28, ys=0.71, yB=0.01R相的组成为xA=0.20,xs=0.06,xB=0.74分配系数kA土0.280.20kA土0.280.20=1.4二yBXb0.01=0.01350.74选择性系数kA

kA

kB103.70.0135随水分的蒸发，和点M将沿直线SM移动，当M点到达H点时，物系分层消失，即变为均相物系。由杠杆规则可得H=34H=34M34800kg=494.5kg需蒸发的水分量为M—H=]800—494.5kg=305.5kg

在单级萃取装置中，以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为 30%的醋酸戻醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的处理量为 1000kg/h，要求萃余相中醋酸的质量分数不大于 10%。试（1）水的用量;（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作条件下的平衡数据见习题 1解：（1）物系的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示。由原料组成Xf=0.3可确定原料的相点F，由萃余相的组成Xa=0.1可确定萃余相的相点R。借助辅助曲线，由R可确定萃取相的相点E。联结RE、FS,则其交点M即为萃取操作的物系点。由杠杆规则可得F37=S26S^37F旦1000kg=1423kg2626习题2习题2附图（2）由杠杆规则可确定萃余相的量，16

RMR49=M16

RM=161000•1423kg=791kg49由附图可读得萃取相的组成为yA=0.14萃取率二0142423-791=76.2%1000x0.3在三级错流萃取装置中，以纯异丙醚为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸水溶液中提取醋酸。已知原料液的处理量为2000kg,每级的异丙醚用量为800kg,操作温度为20C,试求（1）各级排出的萃取