化学工程基础第三章作业答案.doc

第三章 传质分离过程 3-2 正戊烷（Tb = 36.1）和正己烷（Tb = 68.7）的溶液可以认为是理想溶液，已知两个纯组分的饱和蒸汽压（汞压差计示数，mm）和温度（）的关系如下： 正戊烷 正己烷 试计算该二组分溶液的气-液平衡关系（用y-x函数关系表示）。 解： 3-3 已知正戊烷和正己烷的正常沸点，若不用相对挥发度的概念，该二组分溶液在p = 101.3kPa时y-x关系如何计算，请写出计算过程。 提示：以泡点方程和露点方程表示。 3-4 乙醇和甲乙酮是非理想溶液。已知乙醇的正常沸点是78.3，甲乙酮的正常沸点是79.6，在常压时该二组分溶液有一个最低沸点74，共沸组分是乙醇和甲乙酮各占50%（摩尔百分数）。已知乙醇和甲乙酮的饱和蒸气压（汞压差计示数，mm）和温度（）的关系如下： 乙醇 甲乙酮 试作出该非理想二组分溶液的气液平衡相图。 解：设乙醇为A，甲乙酮为B （1）求恒沸点的r 74下： （2）求Margules公式的端值常数 解得：A = 0.2934 B = 0.3167 （3）求 取组分平均沸点 （4）按公式（a）求任一xA时的gA、gB；并求 再按公式 求出若干组yA-xA，列表作图。 3-6 用一连续精馏装置，在常压下分离含苯0.31（质量分数，下同）的苯-甲苯溶液，要求塔顶产品中含苯不低于0.98，塔底产品中含甲苯不低于0.988，每小时处理量为8716kg，操作回流比为2.5。试计算： （1）塔顶及塔底产品的摩尔流量； （2）精馏段上升的蒸气量及回流液量。 解： 100 = qn,D + qn,W 100 0.3464 = 0.983qD + 0.0141qW qn,D = 34.3kmolh-1 qn,W = 65.7kmolh-1 qn,L = Rqn,D = 2.5 34.3 =85.75kmolh-1 qn,V = (R +1)qD = (2.5 +1) 34.3 = 120 kmolh-1 3-7 含苯0.45（摩尔分数）的苯甲苯混合溶液，在101.3kPa下的泡点温度为94，求该混合液在45时的q及q线方程。此混合液的平均千摩尔热容为167.5kJkmol-1-1，平均千摩尔气化焓变为30397.6kJkmol-1。 解： q线方程为 3-9 在一连续常压精馏塔中精馏某一混合液，塔顶产品中易挥发组分的含量为0.96（摩尔分数，下同），塔底产品中易挥发组分的含量为0.03，已知此塔的q线方程为y = 6x -1.5，采用回流比为最小回流比的1.5倍，此混合液体系在本题条件下的相对挥发度为2。试求： （1）精馏段的操作线方程； （2）若每小时得到塔底产品量100kmol，求进料量和塔顶产品量； （3）提馏段的操作线方程。 解：（1） 得q线与平衡线交点坐标： x = 0.333 y = 0.5 R = 1.5Rm = 1.5 2.75 = 4.13 精馏段操作线方程为 即 yn+1 = 0.805xn + 0.187 （2）由q线方程知 = 6 = 1.5 q = 1.2 xf = 0.3 = = = 0.29 = 1- =1-0.29 = 0.71 qn,F = = =141kmolh-1 qn,D= qn,F - qn,W = 141 100 = 41kmolhl-1 （3）qn,L = Rqn,D = 4.13 41 = 169.33kmolh-1 qn,L/ = qn,L + qqn,F = 169.33 + 1.2 141 =338.53kmolh-1 提馏段操作线方程为 ym+1 = 1.42xm 0.0126 3-11 有一个轻组分含量为0.40（摩尔分数，下同）、平均相对挥发度为1.5的理想二组分溶液，精馏后要求塔顶组成为0.95。若是冷液进料，q = 1.20，试求该精馏过程的最小回流比。 解：求q线与平衡线交点坐标 得： x = 0.42 y = 0.52 3-12 某厂精馏塔的原料为丙烯丙烷混合物，其中含丙烯0.835（摩尔分数，下同），塔的操作压强为2MPa（表压），泡点进料。要使塔顶产品中含0.986的丙烯，塔釜产品中含0.951的丙烷，丙烯丙烷的平均相对挥发度可取1.16，混合液可视为理想溶液。试求： （1）最小回流比； （2）最少理论塔板数。 解：（1）泡点进料，q线与平衡线的交点坐标：x = x f = 0.835 （2） 3-13 在某一连续精馏塔中，已知进料中轻组分含量为0.5（摩尔分数，下同），塔顶产品轻组分的含量为0.90，塔釜产品轻组分的含量不大于0.10。试分别绘出R = 3.0，q = 0.8、1.0、1.2时全塔的操作线。 解：略。 3-14 有一相对挥发度为2.00的理想二组分溶液在连续精馏塔中进行精馏，已知塔内上升蒸气量为90.0kmolh-1，塔顶采出量为30.0kmolh-1，塔顶采出液中轻组分含量为0.950（摩尔分数）。若塔顶使用全凝冷凝器，则从塔顶数起第二块理论板上回流液相的组成是多少？ 解： y1 = xd = 0.950 0.950 = y1 = = x1 = 0.905 精馏段操作线方程 yn+1 = xn + y2 = 0.905 + = 0.920 0.920 = y2 = x2 = 0.852 3-15 用连续精馏法分离对二甲苯和间二甲苯二组分溶液，加料液中对二甲苯的含量为0.30（摩尔分数，下同）。要求塔顶馏分中对二甲苯含量大于0.90，塔釜中对二甲苯含量小于0.20，使用的回流比为最小回流比的1.8倍，沸点液相进料，此精馏塔的理论塔板数是多少？若全塔板效率为80%，该塔的实际塔板数又是多少？已知对二甲苯和间二甲苯的正常沸点分别为138.35、139.10。 解：（1） lga = 9.187 a = 1.02 （2） （3） xf = 0.30 R = 1.8Rm = 1.8 149 = 268 （4） = = 0.44 查图得 = 0.28 即 = 0.28 S = 252 NT = S - 1 =251 N = = = 3143-19 在连续精馏塔中处理平均相对挥发度为3.0的二元理想混合物，取回流比为2.5，塔顶产物组成为0.97（摩尔分数，下同）。由塔顶起精馏段第一、第二块板回流的液相组成分别为0.50、0.40，试求第二块塔板的气相板效率。 解：精馏段操作线方程 yn+1 = xn + = xn + = 0.7143xn + 0.2771 y2 = 0.7143x1 + 0.2771 = 0.7143 0.50 + 0.2771 = 0.634 y3 = 0.7143x2 + 0.2771 = 0.7143 0.40 + 0.2771 = 0.563 y2* = = = 0.667 EMG = = = 68.3%3-23 某吸收塔用溶剂B吸收混合气体中的A化合物。在塔的某一点，气相中A的分压为21kPa，液相中A的浓度为1.0010-3kmolm-3，气液间的传质通量为0.144kmolm-2h-1，气膜传质系数kG为0.0144kmolh-1m-2kPa-1。实验证实系统服从亨利定律，当PA= 8kPa时，液相的平衡浓度为1.0010-3 kmolm-3，求下列各项：（1）pApA,i、kL、cA,icA、KG、pApA*、KL、cA*cA（2）气相阻力占总阻力的百分率为多少？ 解：（1）H = = 1.25 10-4kmolm-3kPa-1 pA - pA,i = = = 10kPa pA - pA,* = 21 - 8 = 13kPa cA* - cA = pAH - cA = 21 1.25 10-4 - 1.0010-3 = 1.625 10-3 kmolm-3 KG = = = 0.01108 kmolh-1m-2kPa-1 = + = + = kL = 384mh-1 KL = = =88.6 mh-1 cA,I - cA = = = 3.75 10-4kmolm-3 （2）= =77% 3-24 已知在某填料塔中kG为0.0030 kmolh-1m-2kPa-1，kL为0.45 mh-1，平衡关系Y = 320X，吸收剂为纯水，总压为106.4kPa，温度为293K。试计算KG、KL、KY、KX。 解：