1、1第三章 传质分离过程3-2 正戊烷（T b = 36.1）和正己烷（T b = 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 0.231658.lg01tp正己烷 472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： Ctb.57.68131.3024.5680.23.lg01 tpmHg864.7.6417.6l02tp491.20821xy.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
2、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 7.21540.8lg1tp甲乙酮 692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 r74下： 81.27450.8721540.8lg tpmHgA64280.216749.6210974.6lg0 tpBmHg3 8.6415.0ApxPy总20.3.70B总（
3、2）求 Margules 公式的端值常数)(2lgAxBA)(5.0.184.l2B50gA解得：A = 0.2934 B = 0.3167（3）求 0BAp取组分平均沸点 Ctb7926.4788.21540.1504.8lgtAmHgp737.216974.6219.6l0 tB450.27830BAp（4）按公式（a）求任一 xA 时的 A、 B；并求 BAp0/再按公式 求出若干组 yA-xA，列表作图。AAy)1(/33-6 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
4、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： 346.0921.783.0fx 983.02.1789.0dx.wx 15.8792)346.01(78346.0fM,5.hkmolqFn100 = qn,D + qn,W100 0.3464 = 0.983qD + 0.0141qWqn,D = 34.3kmolh-1 qn,W = 65.7kmolh-1qn,L = Rqn,D = 2.5 34.3 =85.75kmolh-1qn,V = (R +1)qD = (2.5 +1) 34.3 = 120 kmolh-1
5、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： 27.16.3097)45(.16)( VFbpHtcqq 线方程为127.45.1xxyf67.43-9 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
6、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。4解：（1） 得 q 线与平衡线交点坐标： x = 0.3335.16xyy = 0.5275.23.059xyRdmR = 1.5Rm = 1.5 2.75 = 4.13精馏段操作线方程为13.49601.1 ndnn xRxy即 yn+1 = 0.805xn + 0.187（2）由 q 线方程知 = 6 = 1.5qq-1 xfq-1q = 1.2 xf = 0.3= = = 0.29qn.Dqn.F xf - xwxd -
7、xw 0.3 - 0.030.96 - 0.03= 1- =1-0.29 = 0.71qn.Wqn.F qn.Dqn.Fqn,F = = =141kmolh-1qn.W0.71 1000.71qn,D= qn,F - qn,W = 141 100 = 41kmolhl-1（3）q n,L = Rqn,D = 4.13 41 = 169.33kmolh-1qn,L/ = qn,L + qqn,F = 169.33 + 1.2 141 =338.53kmolh-1提馏段操作线方程为03.15.38105.38,/,/,1 mwWnLmWnLm xxqxyym+1 = 1.42xm 0.0126 3
8、-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 = 0.42xxy)150.()1(y = 0.522.4.f3.0529xyRdm53-12 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）
9、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 = 0.835854.03.)16.()1( fy9.85.04.9ffdmxR（2） 6.4716.lg/1lg)/(0 wBAdn3-13 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
10、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： 0.2.390, DnLqRy1 = xd = 0.9500.950 = y1 = = x11 + ( - 1)x1 2x11 + x1x1 = 0.905精馏段操作线方程yn+1 = xn + RR + 1 xdR + 1y2 = 0.905 + = 0.92023 0.95030.920 = y2 = 2x21 + x2x2 = 0.85263-15 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
11、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） lg = 9.187 Tb.B - Tb.ATb.A + Tb.B3107.8)2310.9()2735.18(58097. = 1.02（2） 1802.lg/lg)/(wBAdmxS（3） xf = 0.30 304.).(0)(1ff xy4930.9ffdmRR = 1.8Rm = 1.
12、8 149 = 268（4） = = 0.44R - RmR + 1 268 - 149268 + 1查图得 = 0.28 即 = 0.28S - SmS + 1 S - 181S + 1S = 252 NT = S - 1 =251N = = = 314NTE 2510.83-16 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.
13、2771RR + 1 xdR + 1 2.52.5 + 1 0.972.5 + 1y2 = 0.7143x1 + 0.2771 = 0.7143 0.50 + 0.2771 = 0.634y3 = 0.7143x2 + 0.2771 = 0.7143 0.40 + 0.2771 = 0.563y2* = = = 0.667x21 + ( - 1) x 2 3.0 0.401 + (3.0 - 1) 0.40EMG = = = 68.3%y2 - y3y2* - y3 0.634 - 0.5630.667 - 0.56373-20 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，
14、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）p Ap A,i、k L、c A,ic A、K G、p Ap A*、K L、c A*c A（2）气相阻力占总阻力的百分率为多少？解：（1）H = = 1.25 10-4kmolm-3kPa-11.00 10-38pA - pA,i = = = 10kPaNAkG 0.1
15、440.0144pA - pA,* = 21 - 8 = 13kPacA* - cA = pAH - cA = 21 1.25 10-4 - 1.0010-3 = 1.625 10-3 kmolm-3KG = = = 0.01108 kmolh-1m-2kPa-1NA(pA - pA*) 0.14413= + = + = 1KG 1kG 1HkL 10.0144 11.2510-4kL 10.01108kL = 384mh-1KL = = =88.6 mh-1KGH 0.011081.25 10-4cA,I - cA = = = 3.75 10-4kmolm-3NAkL 0.144384（2）
16、 = =77%0.011080.01443-21 已知在某填料塔中 kG 为 0.0030 kmolh-1m-2kPa-1，k L 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、K L、K Y、K X。解：H = = = = 1.63 10-3kmolm-3kPa-1c总E c总 总mP总 55.6320 106.4= + = + = 1696.71KG 1kG 1HkL 10.0030 11.63 10-3 0.45KG = 5.9 10-4 kmolh-1m2kPa-1KL = = = 0.36 mh-1KGH 5
17、.9 10-41.63 10-3KY = P 总 KG = 106.4 5.9 10-4 = 0.063 kmolh-1m-2Kx = c 总 KL = 55.6 0.36 = 20 kmolh-1m-23-22 在逆流操作的吸收塔中，于 101.3kPa、25下用清水吸收混合气体中的 H2S，将其体积分数由 2%降至 0.1%。该系统符合亨利定律，亨利系数 E = 5.52 104kPa。若取吸收剂用量为理论最小用量的 1.2 倍，试计算操作液气比 qn,c/qn,B 及出口液相组成 X1。若操作压强改为 1013kPa，而其他已知条件不变，再求 qn,c/qn,B 及 X1。解：m = =
18、 = 545EP总 5.52 104101.38Y1 = = 0.0204 Y2 = = 0.001 X2 = 00.021-0.02 0.0011-0.001溶液极限浓度 X1* = = = 3.74 10-5Y1m 0.0204545( )min = = = 519qn.cqn.B Y1 - Y2X1* - X2 0.0204 - 0.0013.74 10-5 -0= 1.2 ( )min = 1.2 519 = 623qn.cqn.B qn.cqn.BX1 = = = 3.11 10-50.0204 - 0.001623若操作压强改为 1013kPa，则m = 54.5 X1* = 3.
19、74 10-4 = 62.3 X1 = 3.11 10-4qn.cqn.B3-23 有一填料吸收塔，直径为 0.8m，填料层高 6m，所用填料为 50mm 的拉西环，每小时处理 2000m3 含丙酮 5( 体积)的空气，在 298K、101.3KPa 条件下，用水作为溶剂。塔顶的出口废气要求含丙酮 0.263%（体积） ，塔底流出的溶液的浓度 6.12%（质量） 。根据上述数据，计算气相体积总传质系数 KYa；操作条件下的平衡关系为 YA*=2.0X，每小时能回收丙酮多少千摩尔？解：Y 1 = = 0.0526 Y2 0.00263 Y2* = 00.051 - 0.05X1 = = 0.02
20、023 Y1* = 2.0X1 = 2.0 0.02023 = 0.040466.12/58(100-6.12)/183.603.4ln.mNOG = = = 8.0Y1 -Y2Ym 0.0526 - 0.002636.22 10-3HOG = = = 0.75mHNOG 68.0qn, = (1- 0.0526) = 77.7kmolh-1200027322.4298 HOG = qn.BKYaS K Ya = = = 206 kmolm-3h-1qn.BHOGS回收丙酮 = qB,n ( Y1 - Y2) = 77.7 (0.0526 - 0.00263)= 3.88 kmolh-13-2
21、4 混合气中含 10%CO2，其余为空气，于 303K 及 2 103kPa 下用纯水吸收，使CO2 的浓度降到 0.5%，溶液出口浓度 x1 = 0.06%（以上均为摩尔分数） ，混合气体处理量为2240m3h-1（标准状态的体积） ，亨利系数 E 为 2 105kPa，液相体积传质总系数 Kxa = 2780 kmolh-1m-3。问：（1）每小时用水为多少吨？9（2）填料层高度为多少米？（塔径定为 1.5m）解：（1）q n,B = (1 - 0.1) = 90komlh-1224022.4X2 = 0 X1 x1 = 0.0006 Y2 y2 = 0.005 Y1 = = 0.1110
22、.11 - 0.1 qn,c(X1 - X2) = qn,B(Y1 - Y2) q n,c = 90 = 1.59 104 komlh-10.111 - 0.0050.0006 - 0用水量 = = 286.2 th-11.59 104 181000（2） m = = = 100EP总 2 1052 103 x1* = = =0.001 X 1* x1* = 0.001y1m 0.1100同理：X 2* x2* = = = 5 10-5y2m 0.00510045068.4.lnNOL = = = 3.57X1 - X2Xm 0.0006 - 01.68 104S = 1.52 = 1.77m24HOL = = = 3.23 mqn.cKxaS 1.59 1042780 1.77H = 3.57 3.23 = 11.53m
