《化工原理学习指导》问题详解丁忠伟主编吸收蒸馏干燥计算题

word《化工原理学习指导》丁忠伟主编吸收-蒸馏-枯燥答案气体吸收5-26.在25℃下，用CO的CO水溶液分别与CO分压为3350.65kPa的混合气接触，222操作条件下相平衡关系为p*×105x(kPa),试说明上述两种情况下的传质方向，并用气A相分压差和液相摩尔浓度差分别表示两种情况下的传质推动力。M解：xcS0.0118/10001.8104ASp*×105××10-4(kPa)Ap=50.65kPa>p所以传质方向为溶质由气相到液相〔吸收过程〕*AAppp*50.6529.920.8kPa差表示的传质推动力为A以气相分压AA与CO2SMEpc*A181.6610100050.650.017kmol/m3A5S以液相摩尔浓度差表示的传质推动力为cc*c0.0170.010.007kmol/m3AAAMS'xc'0.0518/10009.0104ASP×105××10-4(kPa)’*Ap=50.65kPa<p所以传质方向为溶质由液相到气相〔解吸过程〕*AApp*p149.450.6598.8kPa差表示的传质推动力为A以气相分压AA以液相摩尔浓度差表示的传质推动力为ccc*0.050.0170.033kmol/m3AAA5-27.在一填料塔内用清水逆流吸收0.03〔摩尔比，下同〕，出塔液体浓度为0.0003，温度降为20℃时，塔底推动力〔Y-Y*〕变为原来的多少倍？〔2〕温度不变，压力达到202kPa，塔底推动力〔Y-Y*〕变为原来的多少倍？：总压为101kPa，温度为40℃时，物系气液相平衡关系为Y*=50X。总压为101kPa，温某二元混合气体中的溶质A。进塔气体中溶质的浓度为总压为101kPa，40℃，问:温度为〔1〕压力不变，度为20℃时，物系气液相平衡关系为Y*=20X。1/50word解：总压为101kPa，温度为40℃时YmX5031040.015YY0.030.0150.015所以1〔1〕压力不变，温度降为20C时m'X2031040.006YYY0.030.0060.024所以2YY0.0241.6倍0.0152YY1(2)压力达到202kPa，温度为40Cm''1m15025PP22m''X2531040.0075YYY0.030.00750.0225所以2YY0.02251.5倍0.0152YY15-28.在一填料塔中进展吸收操作，原操作条件下，ka=k3.s，液相体积传质系数XYkaL。试分别对m=0.1与m=5.0两种情况，计算当液体流量增加一倍时，总传质X阻力减少的百分数。解：(1)m01.时11111Kakamka0.0260.10.026423.08(m3s)/kmolXXYL2L时L0.66kaka20.660.0260.0411kmol/(m3s)LXX1Kaka1111mka0.04110.10.026408.95(m3s)/kmolYXX所以，阻力减少：2/50word11XKa423.08408.953.34%KaX1423.08KaX(2)m5时11111Kakamka0.02650.02646.15(m3s)/kmolXXYL2L时L0.66ka20.660.0260.0411kmol/(m3s)kaXLX11111mka0.041150.02632.02(m3s)/kmolK'ak'aY所以，阻力减少：XX11XKa46.1532.0230.6%KaX146.15KaX5-29.用清水在填料吸收塔中逆流吸收含有溶质A的气体混合物。进塔气体浓度为0.05〔摩尔分率〕，在操作条件下相平衡关系为Y*=5X，试分别计算液气比为6、5和4时，出塔气体的极限浓度和液体出口浓度。解(1)L6m，当填料层高度为无穷时，操作线ab与平衡线交于塔顶。VYmX0Y*=5X2,min2Ybb'由物料衡算：VY1XXYY1212,minLa'a0.05y1Y1y10.050.0526其中11X0.0526X10.0088习题5-29附图6L5m，操作线ab与平衡线重叠V(2)YmX0，2,min20.05260.01055XY1m1,max3/50wordL4m，操作线a’b’与平衡线交于塔底。V(3)0.05265XY1m0.01051,max由物料衡算：LYYXX0.052640.01050.01062,min1V1,max25-30.在填料塔中用清水吸收混合气体中的溶质，混合气中溶质的初始组成为0.05〔摩尔分率〕，操作液气比为3，在操作条件下，相平衡关系为Y*=5X，通过计算比拟逆流和并流吸收操作时溶质的最大吸收率。解：(1)逆流时0.05y1Y11y10.050.05261在塔底达平衡0.0526XY10.01051m5LYYXX0.052630.01050.021121V121Y210.021160%Y0.0526max1(2)并流时Y5X在塔底达平衡，11LXXVYY1122LY1VYY521YY50.05260.0329588120.0329Y11137.5%Y20.0526max逆流时溶质吸收率高5-31.在101.3kPa、35℃104kPa。假如操作时吸收剂用量为最小用量的1.2倍，〔1〕试计算操作液气比L/V与出塔液相组成X。1温度降为15℃104kPa，〔2〕其它条件不变，操作定量计算L/V与X如何变化。1解：4/50word(1)101.3kPa、35℃下mE5.52104545P1013.0.020.001y1y2Y11y10.020.0204，Y1y10.0010.001212YY0.02040.001518L12Y0.0204V1Xmin545m2L1.21.2518622LVVminXXVYY0.02040.0013.1210562212L12(2)温度降为15C时E1.210m4118.5101.3PYY0.02040.001112.7L12Y0.0204V1Xmin118.5m2L1.21.2112.7135.2LVVminXXVYY0.02040.0011.4104135.212L125-32.如下图为低浓度气体吸收的几种流程，气液平衡关系服从亨利定律，试在Y-X图上定性地画出与各个流程相对应的平衡线和操作线的位置，并用图中表示浓度的符号标明各操作线端点的坐标。X2X2X3Y3Y2Y2Y31212Y1Y1X1X11X12〔2〕X2X1〔1〕Y22Y21Y1Y212上下5/50X2Y1word〔习题5-32附图〕YY1(1)EY3Y2(2)XX2X3X1〔1〕YY1(1)(2)EY3Y2XX2X12X11〔2〕6/50wordYY1(2)(1)Y21EY22XX2XX1〔3〕3YY1下上EY2XX1X2X3〔4〕5-33.用纯溶剂逆流吸收低浓度气体中的溶质，溶质的回收率用表示，操作液气比为、两个参数表达传质单元数N。OG最小液气比的倍。相平衡关系为Y=mX，试以*解：YYYYL2m121VY1mXXmin12LLmVVminmVS1/LYmXY111122YmXY227/50wordYmXYmX2S1N1Sln1S1OG121211ln1111111ln11115-34.在逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收某低浓度气体混合物中的可溶组分。操作条件下，该系统的平衡线与操作线为平行的两条直线。气体混合物中惰性组分的摩尔流率为90kmol/m.h，要求回收率达到90%，气相总体积传质系数K.s，求23Y填料层高度。解：1YY12LmV推动力处处相等。YmY2Y2mXY1Y221Y1Y2Y11Y10.9910.9NOGYm1Y1190V36001.25mHOGKaY0.02ZNH91.2511.25mOGOG5-35.直径为800mm的填料吸收塔内装6m高的填料，每小时处理2000m3〔25℃，101.3kPa〕的混合气，混合气中含丙酮5%，塔顶出口气体中含丙酮0.263%〔均为摩尔分率〕。以清水为吸收底出口溶液中含丙酮61.2g。在操作条件下关系为Y*=2.0X，据计算气相总体积传质系数Ka。剂，每千克塔的平衡试根据以上测得的数Y解：0.05y1y5%，Y1y10.050.05261110.263102yyy0.263%，Y2.6410310.2631022122261.2100061.20.020258X0，X21188/50wordYYmXY2.641032222YYmX0.052620.02020.0122111YY0.01222.64103Ym6.2510312Y1Y0.0122ln2.64103ln2NYY20.05262.641037.991Y6.2510OG3mHz60.751mOGN7.99OG2000101.310.058.3142980.7850.82V而154.74kmol/(m2h)VHOGKaYV154.74206.05kmol/(m3h)0.751KaYHOG5-3/h〔18℃、101.3kPa〕的空气-氨混合物，用清水逆流吸收其中的氨，欲使氨含量由5%下降到0.04%〔均为体积百分数〕。出塔氨水组成为其最大组成的80%。今有一填料塔，塔径为0.3m，填料层高5m，操作条件下的相平衡关系为Y*X，问该塔是否合用？Ka可用下式计算：GKWkmol/〔m3.h.kPa〕Gm---气体质量流速，kg/〔m2.h〕；W---液体质量流速，kg/〔m.h〕。2解：0.05y1y5%，Y1y10.050.0526111y0.04%，Y0.04%4104220.05260.02921.44X0，X0.8X0.8Y10.8211mYYmXY41042222YYmX0.05261.440.02920.01061119/50wordYY0.01064104Ym3.1110312Y1Y0.0106ln4104ln2NYY20.0526410416.781Y3.1110OG3m混合气体摩尔流率：200101.3G118.62kmol/(m2h)8.314273180.7850.32混合气体平均分子量：M0.05170.952928.4kg/kmol混合气体质量流速：m118.6228.43368.8kg/(m2h)惰性组分摩尔流率：VG1y118.6210.05112.69kmol/(m2h)1LXVYY12又X21YYXX1112.690.05264104LV201.45kmol/(m2h)120.02922液体质量流速：w201.45183626.1kg/(m2h)KGa0.0027m0.35w0.360.00273368.80.353626.10.360.886kmol/(m3hkPa)KaKGaP89.75kmol/(m3h)YV112.691.26m89.75HOGKaYzHOGNOG1.2616.7821.14mzz5m需实所以，该塔不适宜。5-37.混合气中含0.1〔摩尔分率，下同〕CO，其余为空气，于20℃与2026kPa下在2填料塔中用清水逆流吸收，使CO的浓度降到0.5%。混合气2的处理量为2240m3/h〔标准状态下〕，溶液出口浓度为0.0006，亨利系数E为200MPa，液相总体积传质系数Ka为50m3/h，塔径为1.5m。试求每小时的用水量(kg/h)与所需填料层的高度。L解：10/50word0.1y1y10.10.00060.000610.0006Y10.111，x1x11X1110.5%10.5%y0.5%，Y0.503%5.0310322YY0.1115.0310L3176.612VXX0.000612224010.10.7851.5222.4V而50.96kmol/(m2h)L176.650.968999.54kmol/(m2h)液体流量L8999.540.7851.5215895.4kmol/h=15895.418=286117.2kg/h=286.117t/hE200103相平衡常数m98.7p20260.1110.00065.24710XXXY1X498.7111m1XXXY2X5.031035.097105m98.72222X1X25.2471045.097105Xm2.032104X1X5.247104lnln5.0971052X1XXm0.000602.95NOL22.032104又KaCKaXKa1000502778kmol/(m3h)S18LMLS8999.543.24m2778LHOLKaXzHOLNOL3.242.959.56m5-38.2,填料层高为3m，用清水逆流吸收混合气中的丙酮〔丙酮的分子量为58kg/kmol〕。丙酮含量为0.05〔摩尔比，下同〕，混合气中惰性气体的流量为1120m3/h(标准状态)。在液气比为3的条件下，出塔气体中丙酮含量为0.005，操作条件下的平衡关系为Y=2X。试求：*（1）出塔液中丙酮的质量分率；（2）气相总体积传质系数Ka(kmol/m3·s)Y（3）假如填料塔填料层增高3m,其它操作条件不变，问此吸收塔的吸收率为多大？11/50word解：YYY1Y2〔1〕L12VX1X2X10.050.0050.015XY1Y2LV1/30.01558xM1wxM(1x)M580.0150.985180.046811112〔2〕V1120/(22.436000.5)0.0278kmol/m2s(Y1-mX2)/(Y2-mX2)=Y1/Y2YmX2S]111Sln[(1S)1Y2mX20.333ln[0.333100.667]4.16NHOGz/N3/4.160.721mOGOGKaV/HOG0.0278/0.720.0386kmol/(m3·s)Y〔3〕z=3+3=6m’z'60.7218.32S、HOG不变,NO'GHOG1S)Y1NO'G1Sln[(1S]'Y2解得：'Y2YY'0.050.001090.9780.05'12Y1'5-39．在逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收含氨0.05〔摩尔比〕的氨。混合气中空气的流量为2000m3/h〔标准状态〕，气体空塔气速为1m/s〔标准状态〕，/，采用吸收剂的空气—氨混合气中操作条件下，平衡关系为Y*1.2X，气相总体积传质系数用量为最小用量的倍，要求吸收率为98%。试求：Ka180kmolm3hY〔1〕溶液出口浓度x；1〔2〕气相总传质单元高度H和气相总传质单元数N；OGOG〔3〕假如吸收剂改为含氨〔摩尔比〕的水溶液，问能否达到吸收率98%的要求，为什么？解：〔1〕0.05Y20.05(10.98)0.001Y112/50wordYYYYX021.51122XY1m1Y1m0.027810.02780.05/1.20.0278Xx，0.0270X11X111.51.51〔2〕0.051.20.02780.0166YYmX111Y0.0012Y0.01660.0010.00560.0166mln0.001N0.050.0018.75OG0.00562000/22.4HOG0.89m200018036001L0.050.0011.76m〔3〕V0.0278YY0.051.20.001596.4%0.0521maxY1不可能达到98%5-40.在一充有25mm阶梯环的填料塔中，用清水吸收混合气体中的NH3。吸收塔在20℃与〔绝压〕的条件下逆流操作，气液相平衡关系为0.752X。混合气流率为2·s,NH3Y入塔浓度为0.05〔摩尔分率〕，吸收率为99%，操作液气比为最小液气比的倍，填料层高度为，试求：〔1〕气相总体积传质系数；KaY〔2〕塔底截面处NH3吸收的体积传质速率Na。A解：YY〔1〕(L)V12minXX21YY1Y/m21m0.7520.990.744L×6V0.7520.674L/V1.116mS13/50wordln[(10.674)Y1mX2S]YmX110.674N由OG221Y因为X=0且12Y1211ln[(1S)1S]N1SOG1110.674ln[(10.674)10.990.674]10.75V又因ZHNOGOGNKaYOGKaVNOGY得Z0.04510.750.0553kmol/ms38.752）NAa(全塔衡算，总传质速率方程)YY由L12VXX12YYY210.050.991.1161XXX111得X14，NaKa(YY)AY113×4)=9.19×10-4kmol/m3·s5-41.在常压逆流连续操作的吸收塔中用清水吸收混合气中的A组分。混合气中惰性时A组分的浓度为0.08〔摩尔比〕，要求吸收率为Y=2X，设计液气比为最小液气比的1.43倍，气相总KaV，取塔径为1m，试计算：气体的流率为30kmol/h，入塔87.5%，相平衡关系为体积传*质系数K3·s，且YY〔1〕所需填料层高度为多少？〔2〕设计成的吸收塔用于实际操作时，采用10%吸收液再循环流程,即L=0.1L，R新鲜吸收剂用量与其它入塔条件不变，问吸收率为多少？解：30(1)V0.0106kmol/(m2s)36000.78512V0.01060.57m0.0186HOGKaY14/50wordYYYYL2m20.8751.75121YVXX1m21.431.752.50min1LL1.43VVminSmVL20.82.5YmX2S11Sln1S1NYmXOG22ln10.810.8750.81110.84.38zHN0.574.382.50mOGOG(2)吸收液再循环此时吸收剂入口浓度：LX'X'2LX2R10.1X1'1X'1LL1.111RV因为0.8，V不变，所以不变，即HOG不变KaVKaYYKaYzH不变NOGOG0.80.727此时SmVmVL1.1L1.1YmX'1ln1S2S1N1SOG'mX'2Y22X'110.0810.72714.3810.727ln10.7272Y'X'21110.082X'1119.437Y'2X'21119.437Y'1.534X'0.08(1)21由物料衡算：XVYY1'1'2LX21X'X1VLYY0.08Y''2122.52'0.0320.4Y'(2)2X115/50将式(2)代入式(1)，解之：0.0269，'0.0128X'Y21YY'0.012884%0.0812100%1Y15-42.含苯1.96%〔体积〕的煤气用平均摩尔质量为260kg/kmol的洗油在一填料塔中逆流吸收，以回收其中95%的苯，煤气流率为1200kmol/h，塔顶进入的洗油中含苯0.5%〔摩尔分率〕，洗油用量为最小用量的1.3倍，吸收塔在101.3kPa、27C下操作，此时平衡关系为Y*=0.125X。从吸收塔塔底引出的富油经加热后送入解吸塔顶，塔底通入水蒸汽，使苯从洗油中解吸出来，脱苯后的洗油冷却后送回吸收塔塔顶。水蒸气用量为最小用量的1.2倍，解吸塔在101.3kPa、系为Y*=3.16X。和水蒸汽用量〔kg/h〕。L,X1120℃下操作，气液平衡关求洗油的循环用量L,X2V’,Y’1V,Y2V’,Y’2L,X2V,Y1L,X1(1)吸收塔0.019610.01960.005yx2Y110.02,X21x210.0050.0051y1Y21Y10.950.020.0011Y1Y21X2m0.020.020.0010.1230.1250.005LminVYLL1.31.30.1230.159VVmin洗油用量：L0.159V0.1591200191.28kmol/h191.2826049732.8kg/h吸收剂〔洗油〕出塔浓度1VX1X2YY0.0050.020.0010.124120.159L(2)解吸塔16/50wordX1X2X1X20.1240.0053.160.1240V'0.304mX1Y2'minL'Y1Y2V'V'1.21.20.3040.364LLmin水蒸汽用量：V'0.364L0.364191.2869.70kmol/h69.70181254.6kg/h5-43.用一填料层高度为3m的吸收塔，从含氨6%〔体积分率〕的空气中回收99%的氨。混合气体的质量流率为620kg/m2·h，吸收在操作压力101.3kPa、温度20C下，相质量流率的0.7次方成正比。吸收剂为清水，其质量流率为900kg/m2·h。相平衡关系为YX。体积传质系数ka与气*G过程为气膜控制，气液逆流流动。试计算当操作条件分别做如下改变时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率：〔1〕操作压力增大一倍；〔2〕液体流率增大一倍；〔3〕气体流率增大一倍。解：原工况：0.061y10.06y1Y10.06381Y1Y0.010.06386.3810421水的摩尔流率：900L50kmol/(m2h)18混合气体平均分子量：M0.06170.942928.28kg/kmol620V10.0620.61kmol/(m2h)28.28SmV0.920.610.371L50YmX1YmX2SN1Sln1S1OG22110.371ln10.3711000.3716.59417/50wordz3HOG0.455m6.594NOG(1)压力增大一倍kaDpKakakap因为1，而GYyG所以压力增大一倍，YKa不变，不变HOGm10.90.45p而m2p'SmV12S0.186L2S1YmXN1Sln1S1Y2mX2OG110.186ln10.1861000.1865.405zHN0.4555.4052.46m'OGOG(2)液体流率增大一倍mV1S2S0.186，N5405.LOG气膜控制，Ka不变，不变HOGYz'HOGNOG0.4555.4052.46m(3)气体流率增大一倍SmVL'2S0.7421N10.742ln10.7421000.74212.708OGKakaV0.7GGKaPKaV0.7YGVHOGV0.3KaY0.3V'HH0.45520.30.56mVOGOGZ'HOGNOG0.5612.7087.12m5-44.在填料层高度为4m的常压填料塔中，用清水吸收混合气中的可溶组分。已测18/50word得如下数据：混合气可溶组分入塔组成为0.02，排出吸收液的浓度为0.008〔以上均为摩尔比〕，吸收率为0.8，并此吸收过程为气膜控制，气液平衡关系为Y*=1.5X。〔1〕计算该塔的H和N；OGOG〔2〕操作液气比为〔3〕假如法定的气体排放浓度必须0.002，可中之一进展计算，求出需改变参数的具体数值；〔4〕定性画出最小液气比的倍数；采取哪些可行的措施？并任选其改动前后的平衡线和操作线。解：(1)Y1Y10.80.020.00421YY0.020.0042LV12XX0.00812SmV12.50.75L1YmX1Sln1S12SNYmXOG22ln10.750.020.75110.750.0042.773z4H1.442mYY*=XOG2.773Nbb'OGY1(2)YYYY/LY2aY'2a'1.50.81.21212YmXVX*Xmin1212L/V21.667L/V1.2X’1Xmin(3)可采取的措施：原操作线ab新操作线a'b'a.增加填料层高度V不变〔V不变，气膜控制不变〕KaYHOGKaYmVLS0.75不变YmXSY'2mX21ln12S1NOG1S1ln10.750.020.75YY*=X10.754.7150.002b'bY119/50Y2aY'2a'X'z'HN1.4424.7156.80mOGOGz'2.870%4zb.增大用水量因为V不变，气膜控制，所以Ka不变，不变HYOG又不变，所以也不变zNOGSYmX1即N1Sln112SOG'mXY2210.02S2.7731Sln1S0.0020.27试差SYmXS0.27图，查得或由~S~122NmXOGY2LS0.752.78LS0.275-45.空气和CCl混合气中含0.05〔摩尔比，下同〕的CCl，用煤油吸收其中90%44的CCl。混合气流率为150kmol惰气/〔m2.h〕，吸收剂分两股入塔，由塔顶参加的4一股CCl组成为0.004，4另一股在塔中一最优位置〔溶剂组成与塔内此截面上液相组成相等〕参加，其组成为0.014，两股吸收剂摩尔流率比为1：1。在第二股相总传质单元高度为1m，在操作条件下过程可视为气膜控制。试求：吸收剂入口以上塔内的液气比为0.5，气相平衡关系为Y*=0.5X，吸收〔1〕第二股煤油的最优入塔位置与填料层总高度；〔2〕假如将两股煤油混合后从塔顶参加，为保持回收率不变，所需填料层高度为多少？〔3〕示意绘出上述两种情况下的操作线，并说明由此可得出什么结论？解：(1)Y0.0511Y1Y0.050.10.0052在上半段进展物料衡算：VYYLXX21i21i因为最优位置进入，所以X0.014V，Y，LXXi22212121YYLXX0.0050.50.0140.0040.01YYmX0.0050.50.0040.0031Vi2i2221L2，X22V，Y1L，X1LVYY0.003m2YYN20.01－0.0051.667iY0.003OG上m上H＝1mOG上zHN1.667m上OG上OG上在下半段进展物料衡算：VYYLXX1i122VL10.52XYYX0.050.010.0140.05411i22YYmX0.050.50.0540.023111Y0.003iY0.0230.003Y1*=mXY0.009820.023m下ln0.003YiYYi0.050.014.073N1YOG下0.00982Y2m下∵气膜控制，V不变，Ka不变，所以H不变OGYz14.0734.073m下X21X’2X22X1zzz1.6674.0735.74m上下(2)当两股吸收剂混合进料时0.0140.0040.009X22YYX12120.5出口：VX0.050.0050.0090.05412LYYmX0.0050.50.0090.0005222YYmX'10.02311Y0.0230.00050.005880.023mln0.0005YY20.050.0057.6530.005881NYOGmzHN7.653mOGOG〔3〕见图。由此可见，吸收剂混合后进塔，操作线靠近平衡线，传质推动力下降，故所需填料层高度较高。不同浓度的两股吸收剂之间混合与别离的目的是背道而驰的，混合过程降低了吸收过程的推动力，对吸收别离是不利的，增加吸收塔高。5-46.逆流吸收-解吸系统，两塔的填料层高度一样。吸收塔入塔的气体组成为21/50word0.0196，要求回收率为95%，入塔液体组成为收系统的气液Y=0.125X，液最小液气比的1.4倍，元高度为0.5m；解吸系统用过热蒸汽吹脱吸收液中的溶质，其气液平衡关系为Y*=2.5X，0.4，试求：出塔液体组成；0.006〔均为摩尔分率〕。操作条件下吸平衡关系为*气比为气相总传质单汽液比为（1）吸收塔（2）吸收塔的填料层高度；（3）解吸塔的气相总传质单元高度；（4）欲将吸收塔的回收率提高到96%，应采取哪些措施？〔定性分析〕解：(1)0.019610.01960.006yx2Y110.02,X21x210.0060.0061y1Y21Y10.950.020.0011Y1Y20.020.0010.12340.02X1X2LVmin0.0060.125LL1.41.40.12340.1728VVmin由全塔物料衡算：LX1XVYY212VL1X1X2YY0.0060.020.0010.116120.1728(2)计算zY2Y2mX20.0010.1250.0060.0003YYmX0.020.1250.1160.00551110.0055lnYY20.00550.0003Ym1.7881031lnY10.0003Y2NYY20.020.00110.631Y1.78810OG3m填料层高度：zHOGNOG0.510.635.31m(3)解吸塔物料衡算：LX1XV'YY''212Y1'Y2'VL'X1X210.1160.0060.2750.4Y2'mX2Y2'2.50.0060.01522/50wordY1'mX1Y'2.50.1160.2750.0151Y'0.015mY1'Y'20.27518.330.015NOG'Ym∵吸收塔与解吸塔填料层高度一样。5.310.29mz∴HOGNOG18.33〔4〕1〕增大吸收塔内的液气比,2〕降低吸收剂浓度。蒸馏6-31某二元混合物蒸汽，其中轻、重组分的摩尔分数分别为0.75和0.25，在总压为300kPa条件下被冷凝至40℃，所得的汽、液两相达到平衡。求其汽相摩尔数和液相摩尔数之比。轻、重组分在40℃时的蒸汽压分别为370kPa和120kPa。pp3370001201200.720Ax3700.7200.888ypAp00Bx0解：两相中，pp3000AppB23/50word设汽相摩尔量为V，液相摩尔量为L，总量为F，如此FVLFxVyLxFxx00..8785800.72.750.217V由以上两式可得：FLyxF事实上，汽液平衡体系中，两相的摩尔量比值服从杆杠定律。6-32苯和甲苯组成的理想溶液送入精馏塔中进展别离，进料状态为汽液共存，其两相组成分别如下：0.5077，0.7201。用于计算苯和甲苯的蒸汽压方程如下：xyFF12111345t219.5lgpA06.031t220.8lgpB06.080其中压强的单位为Pa，温度的单位为℃。试求：〔1〕该进料中两组份的相对挥发度为多少？〔2〕进料的压强和温度解：〔1〕混合物中两组分的相〔2〕设进料温度为92℃，如此各是多少？〔提示：设进料温度为92℃〕0.72010.5077yxF1yF1xF10.720110.50772.49对挥发度：F121192220.8lgpA06.031lgpB06.0802.16pA0144.38kPa134592219.51.762pB057.83kPa0144.382.49657.83pp由此求得体系的相对挥发度为：'A0B其值与〔1〕中所求相对挥发度足够接近，故可认为进料温度为92℃。144.380.507757.8310.5077101.77kPa体系总压为：p100BppxxAFF6-33一连续精馏塔别离二元理想混合溶液，某层塔板上的气、液相组成分别为，与之相邻的上层塔板的液相组成为0.77，而与之相同〕。塔顶为泡点回流。进料为试求：〔1〕精馏段操作线方程；〔2〕提馏段操作线方程。邻的下层塔板的气相组成〔以上均为轻组分A的摩尔分数，下饱和液体，其组成为，塔顶与塔底产量之比为2/3。RxD1yx解：〔1〕精馏段操作线方程：n1R1nR将该板和上层板的汽液相组成代入有：0.83RR10.77xD(a)R1代入有：0.78RR10.70x(b)再将该板和下层板的汽液相组成DR124/50word联解〔a〕、〔b〕两式可得：R2.5，x0.98Dy0.714x0.28如此精馏段的操作线方程为：L'Wx〔2〕提馏段操作线方程：ym1WxL'WmL'WL'LqF，FDW，q1〔泡点进料〕，代入上式可得：ym1LDWxWxWLDLDmyR1W/DxW/Dm1R1m1xW(c)RDxxxW20.4630.980.46FWWxxDF可得x0.113。Wy1.429x0.048将有关数据代入式(c)可得提馏段操作线方程为：6-34，回流比为2.0。要求塔顶产品浓度为0.95，塔底产品浓度为0.06，求〔2〕再沸器的热负荷是多少？〔3〕理论上再沸器的最低热负荷是多少？塔顶蒸汽冷凝相变焓为22100kJ/kmol，塔底液体汽化相变焓为24200kJ/kmol1〕分凝器和全凝器的热负荷分别是多少？〔yy01习题6-34附图解：求冷凝器和再沸器的热负荷，首先求出两者中的冷凝量和汽化量。xxD0〔1〕全凝器冷凝量DFxx0.480.0684.94kmol/h0.950.06180FWxxDW全凝器热负荷：QDr84.94221001.88106kJ/hD分凝器冷凝量：LRD2.084.94169.9kmol/h分凝器热负荷：QLr169.9221003.75106kJ/kmolL〔认为分凝器中的蒸汽和全凝器中的蒸汽冷凝潜热近似相等〕〔2〕再沸器蒸发量：V'V1qFV13.084.94254.82kmol/hRD再沸器热负荷：QV'r'254.82242006.17106kJ/hB〔3〕在产品产量和纯度要求一定的情况下，再沸器的热负荷取决于回流比R。R越小如此热负荷越小。所以，再沸器的最小热负荷与最小回流比对应。饱和液体进料，最小回流比可25/50word计算如下：10.952.510.951.1610.4811xxDDRmin1x1x2.510.48FFV'minRmin1D2.1684.94183.47kmol/hQB,minV'minr'183.47242004.44106kJ/h6-35某二元连续精馏塔，操作回流比为2.8，操作条件下体系平均相对挥发度为。原料液泡、塔顶馏出液、塔釜组分的摩尔分数〕试求：〔1〕精馏段操作线方程；〔2〕板和第三板之间的汽、液相组成；〔3〕提馏段操作方程；〔4〕由塔底向上和第三块板之间的汽、液相点进料，塔顶采用全凝器，泡点回流，塔釜采用间接蒸汽加热。原料液采出液浓度分别为0.5、、〔均为易挥发由塔顶向下数第二数第二组成。2.8x0.95线方程：yRR1xxD解：〔1〕精馏段操作y0.737x0.252.81R12.8111xxy1y〔2〕由相平衡方程y可得：xyyx0.95x0.886y112.452.4511D1yy0.737x0.250.903x0.792y0.737x0.250.8343222.452.451y2122RD〔3〕提馏段操作L'LqFLFRDFVV线方程推导：'11qFVxR1D/F1D/FxWxWFDxWRD/F1R1D/FyL'xxRDFR1DV'V'R1DWxx0.50.05DF0.950.050.5FWxxDW2.80.512.810.510.5所以yx0.051.263x0.01322.810.5y0.0132y1.263x0.0132〔4〕由提馏段操作线方程可得：x1.2632.45x112.4511x1x0.05Wy10.114xx2y10.01320.216x3y20.01320.1812.45x212.451x20.101y21.2631.2636-36用常压连续操作的精馏塔别离苯和甲苯混合液，进料含苯〔摩尔分数〕，进料状态是汽液各占一半〔摩尔数〕，试求：〔1〕进料从塔顶全凝器中送出的馏出液组成为含苯〔摩尔分数〕，苯-甲苯系统在常压下的相对挥发度为。的气、液相组成；〔2〕最小回流比。26/50word解：〔1〕0.6，进料状态为汽液各占一半〔摩尔数〕xFFF2y作易挥发组分的质量衡算：0.6xF2又有相平衡方程：y12.15.x5x联立求解，得x0.49，。所以，进料的液相组成为，汽相组成为。y0.711qq1〔2〕，线方程为：x，xq1Fyx1.2q0.5qy联立求解y12.15.x5x和y，可得交点坐标为0.49，0.71x1.2xyqqxyq0.980.711.227所以：DRyx0.710.49minqq6-37在常压连续精馏塔中别离二元理想混合物。塔顶蒸汽通过分凝器后，3/5的蒸汽冷凝成液体作为回流液，其浓度为。其余未凝的蒸汽经全凝器后全部冷凝，并作为塔顶产品送出，其浓度为〔以上均为轻组分的摩尔分数〕。假如操作回流比为最小回流比的倍，泡点进料，试求：〔1〕第一块板下降的液体组成；〔2〕原料液的组成。3V解〔1〕回流比：RL521.5DV5x10.860.86x由相平衡关系0.91.4650y11010RR110R1D1.511.50.90.8761.51由精馏段操作线方程得：x0.86yx1x由相平衡方程可求得0.8281yx1111x1(2)原料液的组成因为R1.2R，所以1.25Rminmin当采用泡点进料时，q1，即xxqFxyxq(b)q1.25(a)yDyxRmin1xq1qqq联立求解(a)、(b)式，可得0.758y0.821xqqD所以x0.758xFq27/50WFword6-38某二元混合物含易挥发组分为0.15〔摩尔分数，下同〕，以饱合蒸汽状态状态参加精馏塔的底部〔如附图所示〕，加料量为100kmol/h，塔顶产品组成为0.95，塔底产品组成为0.05。操作条件下体系平均相对发度为2.5。试求：〔1〕该塔的操作回流比；〔2〕由塔顶向下数第二层理论板上的液相浓度习题6-38附图xx00..195500..05050.111D0.111F11.1kmol/hWxx根据恒摩尔流假定，塔内上升蒸汽量应等于进料量，即V=F=100kmol/h。由V1D可R解：〔1〕全塔质量衡算：DFFDW得：RV110018.011.1D80.950.8890.106x〔2〕操作线方程为：yRxxDR1R181810.95y111yx0.95x0.8842.51.50.95y1D10.8920.7682.51.50.892y212y0.889x0.1060.892xy2126-391kmol/s的饱和蒸汽态的氨-水混合物进入一个精馏段和y1提馏段各有1块理论塔板〔不包括塔釜〕的精馏塔，进料中氨yx21的组成为〔摩尔分数〕。塔顶回流为饱和液体，回流量为yxw21.3kmol/s。塔底再沸器产生的汽相量为。假如操作X围内氨-xW水溶液的汽液平衡关系可表示为，求塔顶、塔底的产品组成。习题6-39附图解：参见此题附图，该塔共有包括塔釜内在的三块理论板。F1kmol/sV'0.6kmol/s饱和蒸汽进料，如此'1.6kmol/sVVFLL'1.3kmol/sDVL0.3kmol/sWFD0.7kmol/syxDyx由相平衡方程：1x11.261.2613x1D1333x0.8323x16116D161.2616D由精馏段操作线方程：yDxx2Dy由相平衡方程：0.661xD2x21.2613由提馏段操作线方程：y7137xxx0.661xW626W6D6W28/50word由相平衡方程：1.26所以2.427x1.4322xWDyxWW0.0010.3x0.7xW0.3x0.712.4322.427xD全塔物料衡算：DD解得：1.402103，8.276104xxWD6-40常压下在一连续操作的精馏塔中别离苯和甲苯混合物。原料液中含苯0.45〔摩尔分数，各占一半。要求塔下同〕，汽液混合物进料，汽、液相顶产品含苯不低于，塔釜残液中含苯不高于。操作条件下平均相对挥发度可取为。操作回流比min。塔顶蒸汽进入分凝器后，冷凝的液体作为回流流入塔内，未冷凝的蒸汽进入全凝器冷凝后作为塔顶产品，如下列图。试求：(1)q线方程式；(2)精馏段操作线方程式。(3)回流液组成和第一块塔板的上升蒸汽组成y'Dy1xx'DD习题6-40附图(1)xD0.92,xF0.45,xw0.03,q0.50.50.45xq0.9x10.51q0.51q线方程:yqqqxqxF1q〔2〕求q线与精馏段操作线交点坐标x0.9yqq0.343xq解出yq0.5572.4xqy11.4xqqRx'Dyq0.920.5571.696yqxq0.5570.343minR1.41.6962.372.37n12.371n2.3710.920.703xn0.273yx〔3〕x0.92yDD29/50wordxx2.4x12.41x0.92yDDD11DDx0.827Dxx'RR1D2.3712.3710.920.8270.855yDR2.37116-41某二元理想溶液，其组成为xF〔易挥发组分摩尔分数，下同〕，流量为F=100kmol/h，以泡点状态进入连续精馏塔，回流比为。要求塔顶产品纯度x、塔釜产品浓度为x。操作DW条件下体系的平均相对挥发度为，塔顶全凝器，泡点回流。用逐板计算法确定完成别离任务所需的理论板数。2.47x11.47x解：相平衡方程①yRR1x2.70.90.73x0.243②精馏段操作线方程：yxDR112.712.7xx00..9300..110.25D全塔质量衡算：FWFxxDWRD/F1xR1D/FR1D/F1D/FxRDFR1DFDxWx提馏段操作线方程：yL'WWV'xxV'R1DWy1.81x0.0811③逐板计算中间结果如下：y(1)x0.785x(2)y0.816y(1)x0.642x(2)y0.71211122223y(1)x0.500x(2)y0.608y(1)x0.386x(2)y0.52533344445y(1)x0.309x(2)y0.469y(1)x0.263xx0.3555666dFx(3)y0.395y(1)x0.210x(3)y0.299y(1)x0(3)y0.185y(1)x0.084x0.18999W从计算结果来看，达到别离要求需要9块理论板〔包括塔釜一块〕，其中精馏段5块，第6块板进料。6-42设计一别离苯-甲苯溶液的连续精馏塔，料液含苯，要求馏出液中含苯,釜残液中含苯低于〔均为摩尔分数〕，泡点加料，回流比取最小回流比的倍，苯与甲苯的相对挥发度平均值取为，试用逐板计算法求所需理论板数和加料位置。解：求回流比30/50word10.972.510.971.192.510.510.5111xx泡点加料RDD1xminxFF所以R1.5R1.51.191.785min精馏段操作线方程：yRR1x11.7851x1.78510.97y0.64x0.348R1xD1.7851上式与q线方程0.5联立求解，可得0.5,y0.668qxxxFq由点0.5,0.668与点0.04,0.04可得提馏段操作线方程：y0.6680.6680.04y1.365x0.0150.50.04x0.5汽液平衡方程为y12.15.x5xxy2.51.5y0.97y从塔顶开始计算：0.97xyx0.92812.51.5y2.51.50.971D11代入精馏段操作线方程可得：0.64x0.3480.640.9280.3480.942y21精馏段逐板计算结果如下塔板序号液相组成y气相组成x01020304050607其中0.465x0.5，所以精馏段需要6块理论板，加料板为第7板块理论板。x7F提馏段逐板计算结果如下：塔板序号液相组成气相组成07080910111213x0.0363x0.04，提馏段需要7块理论板。13W全塔共需13块理论板，第7块为加料板。31/50word6-43用图解法求解第6-42题6-44苯和甲苯的混合物组成为50%，送入精馏塔内别离，要求塔顶苯的含量不低于96%，塔底甲苯含量不低于98%〔以上均为质量百分数〕。苯相对挥发度可取为2.5，操最小回流比的1.5倍。〔1〕假如处理20kmol/h的原料，求塔顶馏采出液各为多少kg/h；〔2〕分别求3〕求和蒸汽进料时进料板上样〕；〔4〕假如泡点进料，假定料液加到塔板上后，液体完全混合，组成为50%〔质量分数〕，对甲苯的作回流比取为出液和塔底泡点进料和饱和蒸汽进料情况下的最小回流比；〔饱一层塔板上升蒸汽的组成〔假定进料组成与进料板上升的蒸汽组成一求上升到加料板的蒸汽组成。解：〔1〕将的质量分数都转化为摩尔分数：0.541，0.966，0.0235xxxFDW据此可求塔顶馏出液的平均分子量：78.5kg/kmol；塔釜采出y液的平均分子量：91.7kg/kmol。F-1F-1FxF-1y由全塔质量衡算可求塔顶馏出液量：FDFxx200.5410.023510.98kmol/h862kg/h0.9660.0235yxFF-1FWF+1x