榜首章 蒸馏的习题回答 1．.已知含苯0.5(摩尔分数)的苯—甲苯混合液,若外压为99KPa,试求该搭液的泡点温度。苯和甲苯的饱满蒸气压数据见例14附表。 解：本题需用试差法确认溶液的饱满温度。 先假定一温度，查苯和甲苯的饱满蒸汽压 和 则，若所求的x与题给的x值持平, 则证明假定正确。 设假定温度恰为泡点温度, 否则需批改。 本题外压为，据常压下苯~甲苯混合液的t-x-y图 设该溶液的泡点温度，则查教材附录可知 故溶液的泡点温度为92 2. .正戊烷 (C5H12)和正己烷（C6H14）的饱满蒸气压数据列于本题附表,试求p=13.3KPa下该溶液的平衡数据。假定该溶液为抱负溶液。 习题2附表 温度/K C5H12 223.l 233.0 244.0 251.0 260.1 275.1 291.7 309.3 C6H14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱满蒸气压 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：由以下二式求的数据。记 求解本题时应确认温度规模以查取和. 由本题附表可知平衡温度在260.6 K和289 K之间，选取以上两温度间的若干温度，求。 核算进程从略，成果如下表所示： t/K 260.6 265 270 275 280 285 289 / 13.3 17.3 21.9 26.5 34.5 42.5 48.9 / 2.83 3.5 4.26 5.0 8.53 11.2 13.3 x 1 0.925 0.845 0.769 0.477 0.214 0 y 1 0.71 0.513 0.386 0.184 0.667 0 3.使用习题2的数据,核算:(1)均匀相对蒸腾度；(2)在均匀相对蒸腾度下的x-y数据,并与习题2的成果相比较。 解： 的核算成果处于本题附表的第二列 平衡方程为 温度/K 习题2的成果 用核算的成果 260.6 4.7 1.0 1.0 1.0 265 4.95 0.71 0.918 0.918 270 5.4 0.513 0.845 0.828 275 5.30 0.386 0.709 0.739 280 4.04 0.184 0.477 0.504 285 3.79 0.067 0.214 0.245 289 3.68 0 0 0 核算成果表明：因为随略有改动，故用均匀相对蒸腾度求得的与习题2 的成果稍有差异。 4．在常压下将某质料液组成为0.6(易蒸腾组分的摩尔分数)的两组分洛液别离进行简略蒸馏和平衡蒸馏,若汽化率为1/3,试求两种情况下的釜液和馏出液组成。假定在操作规模内气液平衡联系可表明为 y=0.46x+0.549 解：（1）简略蒸馏 釜液由下式求得，即 ln 解得 （即汽化液为1/3时的釜液组成） 馏出液的均匀组成由一批操作的物料衡算求得 （2）平衡蒸馏 由题意知，q=2/3 (1) 而 （2） 联立（1），（2）解得 阐明：相同汽化率下，简略蒸馏得到的高与平衡蒸馏的。 这是因为平衡蒸馏完结了蒸馏进程的接连化形成了物料混合，然后影响了分 离作用。 5．.在接连精馏塔中别离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。已知质料液流量为4000kg/h,组成为0.3(二硫化碳的质量分数,下同)。若要求釜液组成不大于0.05,馏出液收回率为88%。试求馏出液的流量和组成,别离以摩尔流量和摩尔分数表明。 解：由全塔物料衡算得 (以上标“”表明质量流量） 因为 所以 W’= 均匀分子差 6．.在常压操作的接连精馏塔中别离含甲醇0.4与水0.6(均为摩尔分数)的溶液,试求以下各种进料情况下的q值。(1)进料温度为40℃；(2)泡点进料；(3)饱满蒸气进料。 常压下甲醇一水熔液的平衡数据列于本题附表中。 习题6附表 温度t 液相中甲醇 气相中甲醇 温度t 液相中甲醇 气相中甲醇 ℃ 的摩尔分数 的摩尔分数 ℃ 的摩尔分数 的摩尔分数 l∞ O.O 0.0 75.3 0.40 0.729 96.4 Oω 0.134 73.l 0.50 O.779 93.5 0.04 0.234 71.2 O.06 0.825 91.2 0.06 0.304 69.3 0.70 0.870 89.3 0.08 0.365 67.6 0.80 0.915 87.7 0.10 O.418 66.0 0.90 0.958 84.4 0.15 O.517 65.0 0.95 0.979 81.7 0.20 0.579 64.5 1.0 1.0 78.0 O.30 0.665 解：（1）进料温度40 由甲醇~水溶液的平衡数据知道质料液的泡点温度为75， 由附录查得甲醇和水的汽化热别离为1055和2320KJ/kg 故质料液的汽化热为 进料温度为40，泡点温度为75，故均匀温度为 由附录查得57。7时，甲醇和水的比热别离为2.68KJ/(kg 故混合液的均匀比热为 则进料热情况 （2）泡尖进料 q=1 (3)饱满蒸汽进料 q=0 7. .对习题6中的溶液,若质料液流量为100kmol/h,馏出液组成为0.95,釜液组成为0.04(以上均为易蒸腾组分的摩尔分数),回流比为2.5。试求产品的流量、精馏段的下降液体流量和提馏段的上升蒸气流量。假定塔内气、液相均为恒摩尔活动。解：由全塔物料衡算知 F=D+W F 解得 三种进料情况下，上述各值持平 V’=V+(q-1)F,进料为40时，q=1.07, V’=138.3+(1.07-1)100=145.6kmol/h 泡点进料时 V=V=138.6kmol/h 饱满蒸汽进料时 V=138.6-100=38.6kmol/h 8. .某接连精馏操作中,已知操作线。若质料液于露点温度下进入精馏塔中,试求质料液、馏出液和釜残液的组成及回流比。 解：精馏段操作线斜率 精馏段操作线截据为 所以： 提馏段操作线与对角线交点坐标为 ，故 由两操作线 解得 因为露点下进料故q线为水平线，可得 质料液组成x=y=0.65 9. 在常压接连精馏塔中,别离苯—甲苯混合液。若质料为饱满液体,其间含苯0.5(摩尔分数,下同)。塔顶馏出液组成为0.9,塔底釜残液组成为0.1,回流比为2.0,试求理论板层数和加料板方位。苯—甲苯混合液的平衡数据见例1-10。 解：按M-T图解法求理论板层数，如附图所示进程略 精馏段操作线截据： 在操作线和平衡线之间做梯级得理论板层数为8（含再沸器） 加料板为从塔顶向下的第4层理论板 10. 若质料液组成和热情况、别离要求、回流等到气液平衡联系均与习题9的相同,但回流温度为20℃,试求所需理论板层数。已知回流液体的泡点温度为83℃,均匀汽化热为3.2×104kJ/kmol,均匀比热容为14O kJ/(kmol·℃)。 解：设F=100kmol, 总物料衡算为即 解得 D=W=50kmol/h 因R=2.0 L’=RD=2 脱离榜首层板的液体流量为L =L’q’=1.28100=128kmol/h 进入榜首层板的气相流量为 V=L+D=128+50=178kmol/h 精馏段操作线. 用一接连精馏塔别离由组分A、B所组成的抱负提合液。质料液中含A 0.44,馏出液中含A 0.957(以上均为摩尔分数)。已知溶液的均匀相对蒸腾度为2.5,最小回流比为1.63,试阐明质料液的热情况,并求出q值。 解:由相平衡方程得 （1） 由操作线）解得 由最小回流比的界说，上述两方程的交点必是线和平衡线的交点 因为, 可知质料液为气液混合物 由线方程可得 注此题还有其他办法可解 12. .在接连精馏塔中别离某组成为0.5(易蒸腾组分的摩尔分数,下同)的两组分抱负溶液。质料液于泡点下进入塔内。塔顶选用分凝器和全凝器。分凝器向塔内供给回流液,其组成为0.88,全凝器供给组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易蒸腾组分的收回率为96%。若测得塔顶榜首层板的液相组成为0.79,试求:(1)操作回流比和最小回流比；(2)若馏出液量为100kmol/h,则质料液流量为多少? 解：（1）代入平衡方程 解得 与是操作联系，其间 则 其时， 所以： （2）由 13. 在常压接连精馏塔内别离乙醇—水、混合液,质料液为饱满液体,其间含乙醇0.15(摩尔分数,下同),馏出液组成不低于0.8,釜液组成为0.02,操作回流比为2。若于精馏段某一塔板处侧线取料,其摩尔流量为馏出液摩尔流量的1/2,侧线产品为饱满液体,组成为0.60试求所需的理论板层数、加料板及侧线取料口的方位。物系平衡数据见例1-10。 解：因为精馏段由侧线取料，精馏段分为上下两段 侧线产品出口以上的操作线) 精馏段下段的操作方程由物料衡算出 联立（2）（3）（4）得 联立（1）和（5）解得两线交点坐标为 提馏段操作线与无侧线相同 图解法求理论板层数 精馏段上段操作线截据为 精馏段下段操作线截据为 图解求得理论板层数为11（含再沸器） 侧线层板；加料板为从塔顶向下数的第9层理论板 14．在常压接连提馏塔中别离含乙醇0.033(摩尔分数)的乙醇—水由合液。饱满液体进料,直接蒸汽加热。若要求塔顶产品中乙醇收回率为99%,试求: (1)在理论板层数为无限多时,核算lmol进料所需蒸汽量。 (2)若蒸汽量取为最小蒸汽量的2倍时,求所需理论板层数及两产品的组成。假定塔内气、液相为恒摩尔活动。常压下气液平衡数据列于本题附表中。 习题14附表 x 0 0.0080 0.020 0.0296 0.033 y 0 0.0750 0.175 0.270.2500 解:本题的提馏塔示意图如附图所示 因为是恒摩尔活动 即： 全塔物料衡算得 将代入上式得 （1） 核算1mol进料所需最少蒸汽量 最少蒸汽量(理论板层数为无量多)时操作线的斜率为 由平衡数据查得时， 所以进料 (2) 时，所需理论板层数及产品组成 进料 由 图解法求理论板层数,操作线的直线,与q线交于d点既为操作线自点d开端在平衡线和操作线之间绘梯级到跨过点c停止 需理论板层数为5，如本题附图所示。 15．在接连操作的板式精馏塔中别离苯—甲苯、混合液。在全回流条件下测得相邻板上的液相组成别离为0.28、0.41和0.57,试求三层板中较低的两层的单板功率EmV。 操作条件下苯一甲苯棍合攘的平衡数据如下: x 0.26 0.38 0.51 y 0.45 0.60 0.72 解：在全回流条件下， 由所给的三组数据做图， 然后确认 由板功率的界说办法知道 由查得 同理 16. 在常压接连提馏塔中别离两组分抱负、溶液。质料液加热到泡点后从塔顶参加,质料液组成为0.20(摩尔分数,下同)。提馏塔由蒸馏釜和一块实践板构成。现测得塔顶馏出液中易蒸腾组分的收回率为80%,且馏出液组成为0.28,物系的相对蒸腾度为2.5。试求釜残液组成和该层塔板的板功率(用气相表明)。蒸馏釜可视为一层理论板。 解：设 由 全塔物料衡算 解得 则 得 气相默弗里板功率为 ， 故 17. 在接连精馏塔中别离二硫化碳一四氯化碳棍合液。质料液在泡点下进入塔内,其流量为4000kg/h、组成为0.3(摩尔分数,下同)。馏出液组成为0.95,釜液组成为0.025。操作回流比取为最小回流比的1.5倍,操作压强为常压,全塔操作均匀温度为61℃,空塔速度为0.8m/s,塔板距离为0.4m,全塔 功率为50%。试求:（1）实践塔板层数；(2)两产品的质量流量；(3)塔径；(4)塔的有用高度。常压下二硫化碳一四氯化碳溶液的平衡数据见例1-44。 解：（1） 求实践板数 由题给数据给图，如附图所示 因泡点进料，所以 ; 由图查得 所以： 精馏段操作线截据＝ 用图解法求理论板层数，图解进程略。图解成果表明需理论板层数为11块（含再沸器），加料板为从塔顶数第7层理论板。 （2） 两产品的质量流量 质料液的均匀摩尔质量为 由全塔物料衡算得 解得 （3） 塔径 进料是饱满液体，故 设上升蒸汽为抱负气体，则 （4） 有用塔高 18．求习题17中冷凝器的热负荷和冷却水耗费量及再沸器的热负荷和加热蒸汽耗费量。假定热丢失可疏忽。已知条件如下: (1)塔的各截面上的操作温度为进料62℃、塔顶47℃、塔底75℃。回流液和馏出液温度为40℃。 (2)加热蒸汽表压强为100KPa,冷凝水在饱满温度下排出。 (3)冷却水进、出口温度别离为25℃和30℃。 解：（1）求冷凝器热负荷和冷却水耗费量 冷凝器的热负荷由下式求得，即 从附录查得于42下的汽化热为345kJ/kg,的汽化热为190KJ/kg.同温度下的比热为0.95KJ/(kgk), 的比热为0.8 KJ/(kgk), 所以 冷却水耗费量为 （2）再沸器热负荷和加热蒸汽耗费量 再沸器的热负荷可由下式核算，即 由附录查得在75下的汽化热为3000kJ/kg, 的汽化热为185kJ/kg 所以 由附录查得100（表压）下，蒸汽冷凝热为2260 KJ/kg 所以加热蒸汽耗费为 19．.若将含有苯、甲苯和乙苯的三组分混合液进行一次部分汽化,操作压强为常压,温度为120℃,质料液中含苯为0.05(摩尔分数),试别离用相平衡常数法和相对蒸腾度法求平衡的气液相组成。混合液可视为抱负溶液。苯、甲苯和乙苯的饱满蒸气压可用安托因(Antoine)方程求算,即 式中 t逐个物系温度,℃； P°逐个-饱满蒸气压,KPa； A,B,C逐个安托因常数。 苯、甲苯和乙苯的安托因常数见本题附表。 习题19附表 安 安 托 因 常 数 组 分 A B C 苯 6.023 1206.35 220.24 甲苯 6.078 1343.94 219.58 乙苯 6.079 1421.91 212.93 解：1 用相平衡常数法求平衡组成 （1）求相平衡常数 以下标1，2，3别离表明苯，甲苯，乙苯 由 得 得 得 所以 （2）求平衡组成 （1） （2） 联立（1）（2）得 而 上述各气液相组成即为所求。 2．用相对蒸腾度求平衡组成 （1）求各组分对乙苯的相对蒸腾度 (2) 求平衡组成 核算成果列于下表 组分 1 0.05 4.67 0.2335 0.148 2 0.375 2.05 0.769 0.487 3 0.575 1 0.575 0.365 1 1.5775 1.0 两种核算办法的成果完全相同 20.在接连精馏塔中,别离由A、B、C、D(蒸腾度顺次下降)所组成的混合液。若要求在馏出液中收回质料液中95%的B,釜液中收回95%的C,试用亨斯特别克法预算各组分在产品中的组成。假定质料液可视为抱负物系。质料液的组成及均匀操作条件下各组分的相平衡常数列于本题附表中。 习题20附表 组分 A B C D 组成xFi 0.06 0.17 0.32 0.45 相平衡常数Ki 2.17 1.67 0.84 0.17 ．解：依题意取组分B轻要害组分，C为重要害组分 （1）各组分对重要害组分的相对蒸腾 由 核算出的值列于下表 组分 A B C D 2.58 1.99 1 0.845 （2）标绘分配联系线kmol质料液为基准 流出液中B的含量 釜液中B的含量 釜液中C的含量 为作图便利，改用直角坐标系，而将和（D/W）换算为对数值 ， 故组分B的 分配点的坐标为（0.298，1.279） C故组分的分配点的坐标为（0，-1.279） 组分的分配联系曲线）组分A和D的物质的量及产品的组成可由 从表中查得 所以 又 解得 由 从图中查出 又 解得 由上述成果核算各产品组成，成果列于下表 组分 质料液 馏出液 釜液 组重量 摩尔分数 组重量 摩尔分数 组重量 摩尔分数 A 6 0.06 5.966 0.256 0.034 0.0004 B 17 0.17 16.15 0.665 0.85 0.0112 C 32 0.32 1.6 0.0659 36.4 0.4015 D 45 0.45 0.59 0.0231 44.44 0.5819 100 1 24.28 1.0 75.72 1.0 21．.在接连精饱塔中,将习题却的质料液进行别离。若质料液在泡点温度下进入精馏塔内,回流比取为最小回流比的1.5倍。试用简捷算法求所需的理论板层数及进料口的方位。 解：（1）求最小回流比 泡点进料 先求下式的值 试差进程略，试差成果 即： 故即为所求 R=1.5=1.52.94=4.41 (2) 求理论板层数 而 由吉祥兰图查得： 解得 精馏段的最少理论板层数 已查得，，由此解得 故进料板为从塔顶向下数第8层板 第二章 吸收习题回答 1从手册中查得101.33KPa、25℃时,若100g水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987KPa。已知在此组成规模内溶液遵守亨利规律,试求溶解度系数H(kmol/ (m3·kPa))及相平衡常数m。 解: 求 由.求算. 已知:.相应的溶液浓度可用如下办法算出: 以水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为.则: (2).求.由 2: 101.33kpa、1O℃时,氧气在水中的溶解度可用po2=3.31×106x表明。式中:Po2为氧在气相中的分压,kPa、x为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充沛触摸后的水中,每立方米溶有多少克氧. 解:氧在空气中的摩尔分数为.故 因值甚小,故能够认为 即: 所以:溶解度 3. 某混合气体中含有2%(体积)CO2,其他为空气。混合气体的温度为30℃,总压强为506.6kPa。从手册中查得30℃时C02在水中的亨利系数E=1.88x105KPa,试求溶解度系数H(kmol/（m3·kPa、）)及相平衡常数m,并核算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO2。 解:(1).求由求算 (2)求 其时.水溶解的 因很小,故可近似认为 故克水中溶有 4．.在101.33kPa、0℃下的O2与CO混合气体中产生安稳的分子分散进程。已知相距0.2cm的两截面上O2的分压别离为13.33kPa和6.67kPa,又知分散系数为0.185cm2/s,试核算下列两种情况下O2的传递速率,kmol/(m2·s): (1) O2与CO两种气体作等分子反向分散; (2) CO气体为阻滞组分。 解：（1）等分子反向分散时的传递速率 （2）通过阻滞的分散速率 5．一浅盘内存有2mm厚的水层,在20℃的安稳温度下逐步蒸腾并分散到大气中。假定分散始终是通过一层厚度为5mm的停止空气膜层,此空气膜层以外的水蒸气分压为零。分散系数为2.60×10-5m 解:这是归于组分通过阻滞组分的分散。 已知分散距离（停止空气膜厚度）为.水层外表的水蒸气分压的饱满水蒸气压力为 停止空气膜层以外;水蒸气分压为 单位面积上单位时刻的水分蒸腾量为 故液面下降速度: 水层蒸干的时刻: 6. 试依据马克斯韦尔-吉祥兰公式别离预算0℃、101.33kPa时氨和氯化氢在空气中的分散系数D(m2/s),并将核算成果与表2-2中的数据相比较。 解:(1):氨在空气中的分散系数. 查表知道,空气的分子体积: 氨的分子体积: 又知 则时,氨在空气中的分散系数可由式核算. (2)同理求得 7.在101.33kPa、27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的组成都很低,平衡联系遵守亨利规律。已知溶解度系数H=1.955kmol/(m3·kPa),气膜吸收系数kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa),液膜吸收系数kL=2.08×10-5kmol/(m2·kmol/m3)。试求总吸收系数KG,并算出气膜阻力在总阻力中所占百分数。 .解:总吸收系数 气膜助在点助中所占百分数. 8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇,操作温度27℃,压强101.33KPa。安稳操作情况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5 kPa,液相中甲醇组成为2.11kmol/m3。试依据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。 解:吸收速率 由上题已求出 又知： 则该截面上气相甲醇的平衡分压为 则 9：在逆流操作的吸收塔中,于101.33kpa、25℃下用清水吸收混合气中的H2S,将其组成由2%降至0.196 (体积)。该体系契合亨利规律。亨利系数E=5.52×16kPa。若取吸收剂用量为理论最小用量的12倍,试核算操作液气等到出口液相组成若压强改为1013kPa,其他条件不变,再求手及。 解：（1）求下，操作液气等到出口液相组成。 最小液气比 操作液气比为 出口液相浓度 （2）：求下的操作液气等到出口液组成 则： 出口液相组成： 11，在101.33kPa下用水吸收据于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为0.1,混合气体于40℃下进入塔底,体积流量为0.556m3/s,空塔气速为1.2m/s。吸收剂用量为理论最小用量的1.1倍,氨的吸收率为95%,且已预算出塔内气相体积吸收总系数的均匀值为0.1112。在操作条件下的气液平衡联系为,试求塔径及填料层高度。 解： 塔截面积： 塔径： 又知： 则： 塔上填料层高度： 12．在吸收塔顶用清水吸收混合气中的SO2,气体流量为5000m3(规范)/h,其间SO2占10%,要求SO2收回率为95%。气、液逆流触摸,在塔的操作条件下SO2在两相间的平衡联系近似为。试求: (1)若取用水量为最小用量的15倍,用水量应为多少? (2)在上述条件下,用图解法求所需理论塔板数; (3)如仍用(2)中求出的理论板数,而要求收回率从95%提高到98%,用水量应添加到多少? 解： （1）求用水量： （2）：求理论板数 梯级图解法 在直角坐标图中给出平衡线及操作线 由图中点开端在操作线与平衡线之间画梯级 得理论板层数 用克列姆塞尔算图 则相对收回率 在理论最小用水量下，，J据此查图得： 而 查图（或由式核算）可知当： 时 两种办法解得的成果相同。 （3）求时所需添加的水量 用克列姆塞尔法预算，已知： 据此查图得 则: 故需求添加的用水量 13. 在一个触摸效能相当于8层理论塔板的筛板塔内,用一种摩尔质量为250、密度为则900kg/m3的不蒸腾油吸收捏于空气中的丁烧。塔内操作压强为101.33kPa,温度为15℃,进塔气体含丁烷5%(体积),要求收回率为95%。丁烷在15℃时的蒸气压强为194.5kPa,液相密度为58Okg/m3假定拉乌尔规律及道尔顿规律适用,求: (1)收回每1m3丁烷需用溶剂油多少(m3 (2)若操作压强改为304.OkPa,而其他条件不变,则上述溶剂油耗量将是多少(m3)? 解: (1).由拉乌尔规律 因为为低组成吸收,能够认为 由克列姆塞尔方程得到: 解得: 由此可知,每收回丁烷所需纯溶剂油数量为 丁烷的摩尔质量为.则收回每液体丁烷所需溶剂油的体积为 (2).若则: 因为故 (条件未变,仍用上法求得) 14. 在一逆流吸收塔顶用三乙醇胶水溶液吸收混于气态烃中的H2S,进塔气相含H2S 2.91%(体积),要求吸收率不低于99%,操作温度300K,压强为101.33kPa,平衡联系为,进塔液体为新鲜溶剂,出塔液体中H2S组成为0.013kmol(H2S)/kmol(溶剂)。已知单位塔截面上单位时刻流过的惰性气体量为0.015 kmol/(m2·s),气相体积吸收总系数为0.000395kmol/(m3·s·kPa),求所需填料层高度。 解: 已知: 则: 又知: 15．有一吸收塔,填料层高度为3m,操作压强为101.33KPa,温度为20℃,用清水吸收棍于空气中的氨。混合气质量流速G=58Okg/(m2·h),含氨6%(体积),吸收率为99%;水的质量流速W=770kg/(m2·h)。该塔在等温下逆流操作,平衡联系为。KGa与气相质量流速的0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。试核算当操作条件别离作下列改动时,填料层高度应怎么改动才干坚持本来的吸收率(塔径 不变):(1)操作压强增大一倍;(2)液体流量增大一倍;(3)气体流量增大一倍。 解：已知 混合气体的均匀摩尔质量 （1） 因为故 故： 填料层高度比本来减少了 （2）： （核算进程同（1））. 液体流速的添加对无明显影响. 则: 即所需填料层高度较本来减少了 (3) 气体质量流速增大时,总吸收系数相应增大. 即所需填料层高度较本来添加 16. 要在一个板式塔顶用清水吸收混于空气中的丙醇蒸气。混合气体流量为30kmol/h,其间含丙醇1%(体积)。要求吸收率到达90%,用水量为9Okmol/h。该塔在101.33KPa、27℃下等温操作,丙醇在气、液两相中的平衡联系为,求所需理论板数。 解: 由题意知则: 又因为.则: 第三章 2. 聚氯乙烯出产进程中,需求将乙炔产生器送出来的粗乙炔气体净化,办法是在填料塔顶用次氯酸钠稀溶液除掉其间的硫、磷等杂质。粗乙炔气体通入填料塔的体积流量为7∞旷/h,密度为1.16kg/m3;次氯酸钠水洛液的用量为4000kg/h,密度为105Okg/m3,黏度为1.06mPa·s。所用填料为陶瓷拉西环,其尺度有50mm×5Omnx4.5皿n及25mnx25mm×2.5mn两种。大填料在基层,小填料在上层,各高5m 解:(1)塔径 两种填料的值如下: 陶瓷拉西环(乱堆): 陶瓷拉西环(乱堆): 比较两种填料的值可知,小填料的泛点气速应比大填料的低,故应接小填料核算塔径. 由图中的乱堆填料泛点线查得 故: 塔径: (2).压强降 因两段填料层具有不同的值,故塔内活动阻力应分两段核算. 上层:乱堆瓷环 由图查得 则全塔压降 3在直径为0.8m的填料塔中,装填25mx25m×2.5m的瓷拉西环,用于常压及20℃下气体吸收操作。若液、气性质别离与水和空气相同,按质量计的液、气流量比为5。核算上升气量达3000m3 若改用25m×25mx0.6m的金属鲍尔环,上升气量提高到多少才会液泛? .解:查附录知. 可查得两种填料的值为 瓷拉西环 金属鲍尔环: 由图查得 对应于此横坐标数值的纵坐标值(乱堆填料泛点线) 即: 液泛的气体体积流量 上升气量,故会产生液泛. 改用鲍尔环,若鲍尔环的液泛速度为,填料因子为 因横坐标值不变,则纵坐标仍为 故改用鲍尔环后,产生液泛的上升气量为 第三章 蒸馏和吸收的塔设备习题回答 1．欲选用浮阀塔别离甲醇水溶液。已知当操作回流比取1.34时,精饱段需用六层理论塔板完结别离使命。又知: 上升蒸气的均匀密度ρv=1.13kg/m3 下降液体的均匀密度ρL=801.5kg/m3 上升蒸气的均匀流量Vh=14600m3 下降液体的均匀流量Lh=11.8m3 下降液体的均匀外表张力σ=20.1mWm 己确认该塔在常压下操作,选用Fl型浮阀,又知总板功率可取为ω%。试对该塔的精馆段进行规划核算。 解：因为规划类标题并不一定有“规范答案”，此处的解仅供参阅 （1）精馏段塔 取板距离，又知总板功率,则实践塔板数 精馏段塔高 (2) 塔径 下降液体的均匀流量 上升蒸汽的均匀流量 取板上液层高度 则 由以上数据查史密斯相关图，得 液体外表张力 ，故C值不需校对 C=C=0.078 极限空塔气速 取安全系数为0.7，则空塔气速 塔径 依据塔径规范圆态，取D=2.0 实践空塔气速 （3） 溢流设备 选用单溢流弓形降液管，取溢流延堰长 则 因,查选材图3－8知液流缩短系数E=1.02 则堰上液层高度 溢流堰高 降液管底隙高度 按,,查选材图(3－10),得 , 则降液管宽度 降液管截面积 验算液体在降液管内的停留时刻: （4）塔板布量 因塔径较大，故选用分块式塔板。 参阅“浮阀塔板规范系列”，选取如下塔板安置办法 浮阀摆放办法：等腰三角形叉排，， 塔板分块数：共5块（弓形：2，矩形：3） 浮阀总数： 开孔率 塔板布量图略，可参阅教材的布量图。 （5）阀孔气速及阀孔功用要素 阀孔气速 阀孔功用要素 （6）气体通过一层浮阀塔板的压降 （）干板阻力 临界孔速 因， （）板上液层阻力 因为液相是水溶液，故取充气系数，则 疏忽板上液体外表张力所形成的气体活动阻力，则 即气体通过每层板的压降为 液柱 （7）塔板负荷功用图 （）雾沫夹藏上限线确认雾沫夹藏上限的联系 泛点率= 式种： （依据及查教材图3-13得） （查教材表3-5得） 则 即： 0.001 0.019 6.25 5.28 （）液泛线 液泛线可写为如下的办法 各系数值核算如下： 取， 则 （近似取） 则液泛线 9.68 9.15 8.74 8.36 8.00 7.65 （）液相负荷上限线 以作为液体在降液管中停留时刻的下限 （）漏液线 以作为规矩气体最小负荷的规范，则 （）液相负荷上限线 以作为规矩液体最小负荷的规范，则 近似取,则 依据上述(),(),(),(),()五次核算成果画出塔板负荷功用图 （附图此处略） 由负荷功用图可见： 塔板的气相负荷上限完全由雾沫夹藏操控，下限由露液操控。 代表规划使命规矩的气液负荷操作点坐落塔的适合操作规模内，即在规矩负荷下操作时，该塔处于正常的流体力学情况下，不会产生过量雾沫夹藏、液泛、漏液等不正常的流体力学现象。 依照固定的回流笔，塔板的气相负荷上限为，下限为，所以 操作弹性 核算成果汇总于下表 项目 数值及阐明 补白 塔径 2.0 板距离 4.5 塔板类型 单溢流、方形降液管 分块式塔板 空塔气速 1.29 堰长 1.31 堰高 0.057 板上液层高度 0.07 降液管底隙高度 0.051 浮阀数个 390 等腰三角相叉排 阀孔气速 8.7 阀孔功用因数 9.25 临界阀孔气速 9.82 孔心距 0.075 排距离 0.065 单板压降 503 降液管内液体停留时刻 30.2 气相负荷上限 6.06 雾沫夹藏操控 气相负荷下限 2.19 操作弹性 2.8 第四章 萃取的习题回答 2．在单级萃取设备中,用纯水萃取含醋酸309毛(质量分数,下同)的醋酸一庚晦3棍合液1刷屿,要求萃余相中醋酸组成不大于1096。操作条件下的平衡数据见习题1。试求:)水的用量为若干公斤?(2)萃余相的量及醋酸的萃余率(即萃余相中的醋酸占质料液中醋酸的百分数)。 解： 由在边上确认.(见习题1附图1) 5联接过 由在溶解度曲线上确认,过作联合线并与线交于,则水的用量和萃余相的量可依据杠杆规矩确认，即 水的用量 萃余相的量和萃余率 所以萃余率＝ 3. 在25℃下,用甲基异丁基甲酮(MBK)从含丙酮40%(质量分数)的水溶液中萃取丙酮。质料液的流量为1500kg (1)当要求在单级萃取设备中取得最大组成的萃取液时,萃取剂的用量为若干(kg/h)? (2)若将(l)求得的萃取剂用量分作两等份进行两级错流萃取,试求终究萃余相的流量和组成。 (3)比较(1)(2)两种操作办法中丙酮的收回率(即萃出率)。 操作条件下的平衡数据见本题附表。 习题3附表1溶解度曲线数据(质量分数) 丙酮(A) 水(B) MIBK(S) 丙酮(A) 水(B) MIBK(S) 0 2.2 97.3 48.5 24.1 274 4.6 2.3 93.l 50.7 25.9 23.4 18.9 3.9 77.2 46.6 32.8 20.6 24.4 4.6 71.0 42.6 45.0 124 28.9 5.5 65.6 30.9 64.1 5.0 37.6 7.8 54.6 20.9 75.9 3.2 43.2 10.7 46.1 3.7 94.2 2.1 47.0 14.8 38.2 0 98.0 2.0 48.5 18.8 32.8 习题3附表2联合线数据(丙酮的质量分数) 水 层 MIBK层 水 层 MIBK层 5.58 10.66 29.5 40.0 11.83 18.0 32.0 42.5 15.35 25.5 36.0 45.5 20.6 30.5 38.O 47.0 23.8 35.3 41.5 48.0 解：依据附表数据绘溶解度曲线及辅佐曲线）萃取剂用量 过作溶解度曲线的切线并延伸交边于点，过点作联合线与交于点,使用杠杆规矩求得 两级错流萃取的终究萃余相的组成和流量 每级溶剂的用量 由和的流量确认，且 过作联合线,由杠杆规矩确认 联合,由和确认,过作联合线 由杠杆规矩确认第二级萃余相的流量,即 由图读得 两种操作办法中丙酮的萃取率 单级萃取： 丙酮的萃取率 4. 在多级错流触摸萃取设备中,以水作萃取剂从含乙醛6%(质量分数,下同)的乙醛一甲苯混合液中提取乙醛。质料液的流量为120kg/h,要求终究萃余相中乙醛含量不大于0.5%。每级中水的用量均为25kg/h。操作条件下,水和甲苯可视作完全不互溶,以乙醛质量比组成表明的平衡联系为:Y=2.2X。试在X-Y坐标系上用作图法和解析法别离求所需的理论级数。 解：由题给条件可知 用作图法求理论级数 由平衡联系知，分配曲线为通过原点的直线，如本题附图所示 操作线斜率为： 由在横轴上确认点. 过点作斜率为的操作线交分配曲线于点,点代表榜首级所对应的萃取相与萃余相组成的坐标点，过点作轴的垂线交轴于点,过点做操作线，如此重复， 。即共需6.5个理论级。 解析法求理论级数 5．将习题3的两级错流触摸萃取改为两级逆流触摸萃取,其他条件均相同,试求丙嗣的萃取率。 解：由题给条件知 ，, 由习题3的平衡数据作溶解度曲线与辅佐曲线，由已知量确认点 因为为不知道，故需试差法。即先假定，若由作图求得的与假定相符，则核算成果有用。 假定，由此确认,衔接，延伸后与溶解度曲线交于,联合与,两线近似平行，可按操作线平行试差。试差成果表明，原设正确，由图读得。 依据杠杆规矩 丙酮的萃取率 6．在级式触摸萃取器顶用纯溶剂S逆流萃取A、B棍合液中的溶质组分A。质料液的流量为1000kg/h其间A的组成为0.30(质量分数,下同),要求终究萃余相中A的质量分数不大于0.010选用的溶剂比(S/F)为0.8。操作规模内的平衡联系为 试求所需的理论级数。 解：已萃取设备为目标做物料衡算 组分 组分 式中 联立以上各式，解得 又由 解得 对榜首级列物料衡算及平衡联系式，得 组分 组分 解得 又由 解得 两个理论级即可满意别离要求 7．某混合液含A、B两组分,在填料层高度为3m的填料塔内用纯搭剂S逆流萃取混合液中的组分A。质料液流量为1500kg/h,其间组分A的质量比组成为0.018,要求组分A的收回率不低于90%,溶剂用量为最小用量的1.2倍,试求:(1)溶剂的实践用量,kg/h(2)填料层的等板高度HETS,取KA=0.855,再用解析法核算；(3)填料层的总传质单元数NOR。 操作条件下的分配曲线数据如本题附表所示。组分B、S可视作完全不互溶。 习题7附表 X/(kgA/kgB) 0.002 0.006 0.01 0.014 0.018 0.020 Y(kgA/kgs) 0.0018 0.0052 0.0085 0.012 0.0154 0.0171 解：由题给数据在坐标系中绘出分配曲线,由图看出， 在操作条件下，分配曲线为过原点的直线。因为组分为完全不互溶，操作线也为直线。故可用对数均匀推进法求解 由题给条件知 , 求溶剂用量 由及在轴上定出及两点，过作轴的笔直线交分配曲线于点，衔接线，此即最小溶剂用量的操作线。 所以 等板高度 图解法求 由，过作操作线,在操作线与分配曲线个理论板。 解析法求 则 取 所以： 传质单元数 用对数均匀推进法核算 由图读得 则 用萃取因子法求解 两种办法核算的成果共同 第5章 枯燥的习题回答 1．已知湿空气的总压强为50Pa,温度为60℃,相对湿度为40%,试求: (1)湿空气中水汽的分压; (2)湿度; (3)湿空气的密度。 解：（1）湿空气的水汽分压， 由附录查得时水的饱满蒸汽压 (2) 湿度 密度 湿空气绝干气 密度 湿空气 2．在总压101.33KPa下,已知湿空气的某些参数,使用湿空气的H-I图查出本题附表中空格内的数值,并给出序号4中各数值的求解进程示意图。 习题2附表 序号 干球温度 湿球温度 湿度 相对湿度 始 水汽分压 露点 ℃ ℃ Kg/Kkg绝干气 % KJ/kg绝干气 KPa ℃ (60) (35) 2 (40) (25) 3 (20) (75) 4 (30) (4) 解： 序号 干球温度 湿球温度 湿度 相对湿度 焓 水汽分压 露点 1 （60） （35） 0.027 21 130 4.18 29 2 （40） 28 0.02 43 92 3.16 （25） 3 （20） 17 0.011 （75） 48 1.8 16 4 （30） 29 0.026 94 96 （4） 28 上表中括号内的数据为已知，其他值由图查得。 分题4的求解示意图如附图所示，其间为状况点。 3.干球温度为20℃、湿度为0.009kg水/kg绝干气的温空气通过预热器加热到50℃后,再送至常压枯燥器中,脱离枯燥器时空气的相对温度为80%,若空气在枯燥器中阅历等焓枯燥进程,试求: (1)1m3 (2)1m3 解：（1）原湿空气在预热器中焓的改动 其时，由图查出。 其时，由图查出 绝干空气在预热器中焓的改动为： 原湿空气的比容为 湿空气绝干气 原湿空气的焓变为 湿空气 （2）原湿空气在枯燥器中取得的水分 其时，在图上确认空气的状况点，由该点沿等焓线向右下方移动与的线相交，交点即为脱离枯燥器时空气的状况点。由该点读出空气脱离枯燥器时的湿度 故原湿空气在枯燥器中取得的水分 原湿空气 4．.将t0=25℃、=40%的常压新鲜空气,与由枯燥器排出的t2=50℃、=80%的常压废气混合,两者中绝干气的质量比为1：3。试求: (1)混合气体的温度和焓; (2)现需将此混合温空气的相对湿度降至10%后用于枯燥湿物料,应将空气的温度升至多少度。 解：（1）对混合气列湿度和焓的衡算，得 （1） （2） 由附录查得时，水的饱满蒸汽压 时，水的饱满蒸汽压 当，时，空气的湿度和焓别离为 当，时，空气的湿度和焓别离为 将以上数据代入式子（1）、（2），即 别离解得 由并代如及的值解得 (2)加热到相对湿度为10％时，空气湿度不变 水汽分压不变，则 ，解得 由 , 解得 查水的饱满蒸汽压表，得对应的温度为 5．选用如图所示的废气循环体系枯燥湿物料,已知数据标于本题附图中。假定体系热丢失可疏忽,枯燥操作为等始枯燥进程。试求:(1)新鲜空气的耗量;(2)进入枯燥器的湿空气的温度及焓;(3)预热器的加热量。 解：（1）新鲜空气耗费量 蒸腾水量 绝干空气用量 新鲜空气用量 因为枯燥进程为等焓进程，故进出枯燥器的空气的焓持平 即： 将代入上式，解出 （的值在第4题中已解出） 所以，进入枯燥器的湿蒸汽的温度为，焓为 预热器的加热量 其间 所以 6. 干球温度t0=26℃、湿球温度tw0=23℃的新鲜空气,预热到tl=95℃后送至接连逆流枯燥器内,脱离枯燥器时温度t2=85℃。湿物料初始状况为:温度=25℃、含水量=15%;终了时状况为:温度=25℃、含水量=0.2%。每小时有9200kg温物料参加枯燥器内。绝干物料的比热容cs=1.84KJ/(kg绝干料·℃)。枯燥器内无运送设备,热丢失为580KJ/kg汽化的水分。试求: (1)单位时刻内取得的产品质量; (2)写出枯燥进程的操作线方程,在H-I图上画出操作线)单位时刻内耗费的新鲜空气质量; (4)枯燥器的热功率。 解：操作流程示意图见本题附图1 枯燥器预热器 枯燥器 预热器 （1）单位时刻内取得的产品质量 绝干物料流量 枯燥产品流量 （2）枯燥进程的操作线 由查出，求出 由,求出 热丢失速度 由焓的界说可核算出枯燥器的焓别离为 同理 对枯燥器作水分衡算，得 或 （1） 再对枯燥器做物料衡算，得 或 (2) 联立（1）、（2）解得 (3) 上式为本题枯燥操作的操作线的点，故恣意设一值，如，由式（3）求得。 据此在附图2上标出点，过点及点的直线即为枯燥进程的操作线。该线与的线交于点,点为空气脱离枯燥器的状况点，由点读出， （3）单位时刻内耗费新鲜空气的质量 由式（1）得 新鲜空气耗费量 枯燥器的热功率 其间 7．在一常压逆流通筒枯燥器中,枯燥某种晶状物料。温度t0=25℃、相对湿度=55%的新鲜空气通过预热器使温度升至t1=85℃后送入枯燥器中,脱离枯燥器时温度t2=30℃。湿物料初始温度=24℃、湿基含水量=0.037,枯燥结束后温度升到=60℃、湿基含水量降为=0.002。枯燥产品流量G2=1000kg/h。绝干物料比热容cs=1.507KJ/(kg绝干料·℃)。转筒枯燥器的直径D=1.3m,长度Z=7m。枯燥器外壁向空气的对流—辐射传热系数为35KJ/(m2·h·℃)。试求绝干空气流量和预热器中加热蒸汽耗费量。加热蒸汽的肯定压强为180KPa。 解：（1）绝干空气流量 绝干空气流量 水分蒸腾量 由附录查出时水的饱满蒸汽压为3168.4，故湿度为 对枯燥器作水分的物料衡算，取1为基准，得 （1） 对枯燥器做物料衡算，得 其间 题给 题给 所以 将以上各值代入热量衡算式，得 (2) 联立式（1）、（2），解得 （2）预热器中加热蒸气耗费量 加热蒸气压强为180，由附录查出相应的汽化热为2214.3， ,预热器中耗费热量的速度为 其间 所以 加热蒸气耗费量 8．在安稳枯燥条件下进行间歇枯燥试验。已知物料的枯燥面积为0.2m2,绝干物料质量为15kg。测得的试验数据列于本例附表中。试标绘枯燥速率曲线,并求临界含水量Xc及平衡含水量X* 习题8附表 时刻 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 物料质量/kg 44.1 37.0 30.0 24.0 19.0 17.5 17.0 17.0 解：以表中第1、2组数据为例核算如下： 开端时物料的干基湿含量 ， 终了时 蒸腾的水份量 枯燥时刻的增量 枯燥速度 与枯燥速率对应的物料的均匀湿含量为 由上法核算的数据列于下表 时刻 物料质量 0 44.1 1.94 0.2 37.0 1.47 -7.10 0.2 -177.5 1.705 0.4 30.0 1.0 -7.0 0.2 -175 1.235 0.6 24.0 0.6 -6.0 0.2 -150 0.8 0.8 19.0 0.27 -5.0 0.2 -125 0.435 1.0 17.5 0.167 -1.5 0.2 -37.5 0.219 1.2 17.0 0.13 -0.5 0.2 -12.5 0.149 1.4 17.0 0.13 0 0.2 0 0.13 认为横坐标，为纵坐标绘图，从图中读出 临界含水量 平衡含水量 9．某湿物料通过5.5h进行安稳枯燥操作。物料含水量由X1=0.35kg/kg绝干料降至X2=0.1kg/kg绝干料。若在相同条件下,要求将物料含水量由X1=0.35kg/kg绝干料降至X＇２=0.05kｇ/kg绝干料。试求新情况下的枯燥时刻。物料的临界含水量Xc=0.15kｇ/kg绝干料、平衡含水量Ｘ*=0.04kg/kg绝干料。假定在降速阶段中枯燥速率与物料的自在含水量(X-X*)成正比. 解：恒速枯燥的枯燥时刻为 降速枯燥阶段，枯燥速率与物料的自在含水量成正比。 因而， 降速枯燥的枯燥时刻为 总枯燥时刻为 将榜首次枯燥试验的数据代入，得 所以 第2次枯燥时刻 因为第2次枯燥试验的条件与榜首次相同，即一切定性的参数均不变，所以 10．对lOkg某温物料在安稳枯燥条件下进行间歇枯燥,物料平铺在0.8m×lm的浅盘中,常压空气以2m/s的速度笔直穿过物料层。空气t=75℃,H=0.018kg/kg绝干气,物料的初始含水量为X1=025Kukg绝干料。此枯燥条件下物料的Xc=0.1kg/kg绝干料,r=0。假定阵速段枯燥速率与物料含水量呈线)将物料枯燥至含水量为0.02kg/kg绝干料所需的总枯燥时问:(2)空气的t

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