1、化工原理下册部分题某双组分理想物系当温度t=80时，PA=，PB=40kPa，液相摩尔构成xA=，试求：与此液相构成相均衡的汽相构成y；相对挥发度。解：（1）xA=(P总PB)(PAPB)；=(P总40)（40）P总=；yA=xAPAP总=（）=PAPB=40=某精馏塔在常压下分别苯甲苯混杂液，此时该塔的精馏段和提馏段操作线方程分别为y=+和y=，每小时送入塔内75kmol的混杂液，进料为泡点下的饱和液体，试求精馏段和提馏段上涨的蒸汽量为多少（kmol/h）。解:已知两操作线方程:y=+(精馏段)y=(提馏段)R/(R+1)=R= xD/(R+1)= xD=两操作线交点时,y=y x=x +=
2、 x F=饱和液体进料 q=1,x F=x=提馏段操作线经过点(x W，x W)y=xw=xW=由全塔物料衡算F=D+WFxF=DxD+WxWD=(xFx)/(xx)FWDW=饱和液体进料V=V=L+D=(R+1)D=h已知某精馏塔进料构成xF=，塔顶馏出液构成xD=，均衡关系，试求以下二种状况下的最小回流比Rmin。饱和蒸汽加料；饱和液体加料。解：Rmin=(xDyq)/(yqxq)(1)；yq=xq+(2)；yq=qxq/(q1)xf/(q1)(3)q=0,由(3)y=x=，由(2)xq=，qfRmin=由(3)xq=xf=，由(2)yq=+=，Rmin=用常压精馏塔分别双组分理想混杂物，
3、泡点进料，进料量100kmol/h，2.加料构成为50%,塔顶产品构成xD=95，产量D=50kmol/h，回流比R=2Rmin，设3.全塔均为理论板，以上构成均为摩尔分率。相对挥发度 =3。求：(最小回流比)4.精馏段和提馏段上涨蒸汽量。3.列出该状况下的精馏段操作线方程。解：1. y=x/1+(1)x=3x/(1+2x)泡点进料q=1,xq=xF=, yq=3(1+2=2=Rmin/(Rmin+1)=Rmin=4/5=2.V=V=(R+1)D=(2+1)50=130kmol/h3.y=R/(R+1)x+xD/(R+1)=+12.某精馏塔用于分别苯甲苯混杂液，泡点进料，进料量30kmol/h
4、，进猜中苯的摩尔分率为 ，塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为和，采纳回流比为最小回流比的倍，操作条件下可取系统的均匀相对挥发度 =。(1)求塔顶、底的产品量；(2)若塔顶设全凝器，各塔板可视为理论板，求走开第二块板的蒸汽和液体构成。解：（1）F=D+W，FxF=DxDWx30=D+W，30=D+WD=/h W=/h2）xq=xF=，yq=xq1+(1)xq=1+ 1)=Rmin=(xDyq)(yqxq)=/ =，R=Rmin=精馏段的操作线方程为：y=R/(R+1)x+x D（R+1)+1)x/+1)=+y1=xD=，x1=y1y1(1)=/ 1)=y2=+=，x2=/ =用板式精馏塔在常压下分
5、别苯甲苯溶液，塔顶采纳全凝器，塔釜用间接蒸汽加热，均匀相对挥发度为。进料为150kmolh，构成为（摩尔分率）的饱和蒸汽，回流比为4，塔顶馏出液中苯的回收率为，塔釜采出液中甲苯的回收率为，求：（1）塔顶馏出液及塔釜采出液的构成；（2）精馏段及提馏段操作线方程；（3）回流比与最小回流比的比值。（4）全回流操作时，塔顶第一块板的气相莫弗里板效率为，全凝器凝液构成为，求由塔顶第二块板上涨的汽相构成。解：(1)DXD=FxF，W(1xW)=F(1xF)，D+W=F=150DxD+WxW=FxF=150=60W=kmol/hD=kmol/hxD=%xW=%(2)精馏段操作线方程y(n+1)=xnR/(R
6、+1)+x/(R+1)=n+D提馏段操作线方程为y(n+1)=Lxn/VWxw/Vq=0，V=(R+1)DF，L=DR，y(n+1)=xnRD/(R+1)DFWxw/(R+1)DFn(3) q=0，ye=x F= ，y= x/1+ 1)xxe=Rmin=(xDye)/(yexe)=/=R/Rmin=4/=（4）E=(yy)/(y1*y)=mv1122y1*=x1/1+1)x1全回流时y2=x1，y1=xD=y1*=y2/(1+Emv1=y2)/ /(1+y2=y 2=%(mol%)y2=78/78 +92(1=%( 质量%)改编：用板式精馏塔在常压下分别苯甲苯溶液，塔顶采纳全凝器，塔釜用间接蒸
7、汽加热，均匀相对挥发度为。 进料为150kmolh，构成为（摩尔分率）的饱和蒸汽，已知塔顶馏出液的流量为 kmol/h，塔顶馏出液中苯的回收率为，回流比为最小回流比的倍，求： （1）塔顶馏出液及塔釜采出液的构成；（2）塔釜采出液中甲苯的回收率（3）回流比（4）精馏段及提馏段操作线方程；解：(1)DXD=FxF，D+W=F=150DxD+WxW=FxF=150=60W=kmol/hxD=%xW=%(2)W(1xW)/F(1xF)=，(3)q=0，ye=xF=，y=x/1+1)xxe=Rmin=(xDye)/(yexe)=/=R/Rmin=R=4(4)精馏段操作线方程y(n+1)=xnR/(R+1
8、)+xD/(R+1)=n+提馏段操作线方程为y(n+1)=Lxn/VWxw/Vq=0，V=(R+1)DF，L=DR，y(n+1)=xnRD/(R+1)DFWxw/(R+1)DF=n14.常压连续精馏塔分别二元理想溶液，塔顶上涨蒸汽构成y1=（易挥发组分摩尔分率），在分凝器内冷凝蒸汽总量的1/2（摩尔）作为回流，余下的蒸汽在全凝器内所有冷凝作塔顶产品，操作条件下，系统均匀相对挥发度=，求：塔顶产品及回流液的构成；由塔顶第二层理论板上涨的蒸汽构成。解：y1=,V=1kmol/h,L=1/2kmol/h,D=1/2kmol/h,R=1, =,y0=x0/1+(-1)x0=(1+-(1)1y1=y0/
9、2+x0/2-(2)y0=2 代入(1)2 =(1+,x0=,xD=y0=(1+=x1=y1/-(-1)y1=y2=Rx1/(R+1)+xD/(R+1)=2+2=原料以饱和液体状态由塔顶加入，F=1kmol/s，xF=(摩尔分率，下同)，塔釜间接蒸汽加热，塔顶无回流，要求xD=，xw=，相对挥发度=，试求：操作线方程；设计时若理论板数可增至无量，F、xF和D不变，xD的最大值是多少？解：F=D+W,1=D+W,FxF=DxD+Wxw=D+W,D=V=,W=,L=F=1,y=(L/)xWxW/=(1/xy= 设顶部均衡 xD=y=xF/(1(1)xF)=(1+=DxD=FxF不行能。设底部均衡x
10、w=0 xD=FxF/D=进料构成xF=(摩尔构成，下同)，以饱和蒸汽状态自精馏塔底部加入，塔底不再设再沸器，要求xD=，xW=，相对挥发度=，试求：操作线方程;设计时若理论板数可增至无量，且D/F不变，则塔底产品浓度的最低值为多少？解：F=D+W,设F=1,1=D+W,FxF=Dx+Wx=D+W,DwD=,W=,V=F=1,L=W=y=L/V x+Dx D/V= 设底部均衡xw=xF/(1)xF)=xD=(FxFWxw)/D= 不行能设顶部均衡xD=1,x w=(Fx FDx D)/W=某精馏塔分别组分和水的混杂物（此中为易挥发组分），xD=，xW=，xF= (均为摩尔分率)，原料在泡点下进
11、入塔的中部。塔顶采纳全凝器，泡点回流，回流比R=，塔底用饱和水蒸汽直接加热，每层塔板气相默夫里板效率mv=，在本题计算范围内，相均衡关系为=。试求： 从塔顶的第一块实质板降落的液体浓度； 塔顶的采出率D/F。解：（）q=，饱和水蒸汽用量 V=V=（R1）D，全凝器： 1=D=Emv=（12）（1*2）=（2）（12）=即： 2=1 （）由精馏段操作线方程：（R+1）2 =R1 D2=1（）联解（）、（）式，得：1y 2=（）FV=DW，V=，F=DW即:F=W（）F=DxDWx（）式（）代入式（），消去W：D/F=（xFxW）/（xD）=（）（）=当系统遵从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，假
12、如总压增大一倍，则与之均衡的气相浓度（或分压）(A)y 增大一倍；(B)P 增大一倍； (C)y 减小一倍； (D)P 减小一倍。解：系统遵从亨利定律，则：y*=E/Px，现已知P增大一倍，即P=2P，x 、E不变,则y*=y*/2，分压PA=Py*=PA，均衡气相浓度y减小一倍，分压不变，应选择(C)。232.在总压P=500KN/m、温度t=27下使含CO2%（体积%）的气体与含CO2370g/m的水相接触，试判断是发生汲取还是解吸？并计算以CO2的分压差表示的传质总推进力。已知：在操作条件下，亨利系数 E=105KN/m2。水溶液的密度可取1000kg/m3，CO2的分子量为44。解：气
13、相主体中 CO2的分压为 P=500=15KN/m2；与溶液成均衡的 CO2分压为:P*=Ex；对于稀溶液:C=1000/18=kmol/m3，CO2的摩尔数n=370/(100044)=；xn/c=10-4；P*=5-421010=m；P*P；于是发生脱吸作用。以分压差表示的传质推进力为P=P*-P=KN/m23.总压100kPa，30时用水汲取氨，已知-62kG=10kmol/（mskPa），kL=10-4m/s，且知x=时与之均衡的p*=kPa。求：ky、kx、Ky。（液相总浓度C按纯水计）解：ky=PkG=10010-6=10-4kmol/m2s，kx=CkL=10-4=10-2kmo
14、l/m2s，7.m=E/P，E=p*/x，m=p*/Px=(100=8.1/Ky=1/ky+m/kx=1/10-4)+m/10-2)=2604+=9.Ky=104kmol/m2s( y);10.在20和760mmHg，用清水逆流汲取空气混杂气中的氨。混杂气中氨的分11.压为10mmHg，经汲取后氨的分压降落到mmHg。混杂气体的办理量为1020kg/h，其均匀分子量为,操作条件下的均衡关系为y=。12.若汲取剂用量是最小用量的5倍，求汲取剂的用量平和相总传质单元数。解：y1=p1/P=10/760=y2=p2/P=760=10-513.L/G=5(L/G)min=5(y1-y2)/(y1/m)
15、=514.G=1020/=h L=3.756G=133kmol/h15.S=m/(L/G)=NOG=1/(1S)ln(1S)Y1/Y2+S=。16.用填料塔从混杂气体中汲取所含的苯。混杂气体中含苯5%（体积%），其余为空气,要求苯的回收率为90%（以摩尔比表示），25，常压操作，入塔混杂气体为每小时940标准3，入塔汲取剂为纯煤油，煤油的用量为最小用量的倍，已知该系统的均衡关系Y=（摩尔比），已知气相体积传质系数Ya=kmol/，纯煤油的均匀分子量 Ms=170，塔径。试求：（）汲取剂的耗用量为多少 Kg/h？（）溶液出塔浓度 X1为多少？（）填料层高度 Z为多少？解：=90%，y1=，Y1=
16、y1/(1-y1)=；Y2=Y1(1-)=；G=940/=h；GB=G(1-y1)=kmol/h；(Ls/GB)min=(Y1-Y2)/(Y1/m)= ；Ls=h=170Kg/h=1281Kg/h；X1=(Y1-Y2)/（(Ls/GB)min）=；x1=X1/(1+X1)=；OG=GB/(Y)=3600)/；OG=(Y1-Y2)/Ym；8.Y1=Y1-Y1*=； Ym=9.OG=；=OGOG=m10.在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂汲取混杂气体中的可溶组分。入塔气体中的摩尔分率y1，要求其收率A 95。操作条件下mV/L（m可取作常数），均衡关系为Y=mX，与入塔气体成均衡的液相浓度X1*=
17、。试计算:（1）操作液气比为最小液气比的倍数；（2）汲取液的浓度 x1；（3）完成上述分别任务所需的气相总传质单元数 OG。解：（1）Y1=3/97= ，x2=0，Y2=Y1(1A)=(1=由最小溶剂用量公式(L/G)min=(Y已知mG/L=1Y2)/(Y1/mx2)=m/=则L/G=(1/)m=(L/G)(L/G)min=*m=Y1/X1=（）由物料衡算式得:X1=(Y（）2Y1)/(L/G)=OG=1/(1-mG/L)=ln(1-mG/L)(Y1mX2)/(Y2mX2)+mG/L10.=1/ lnY1/+=11.用清水汲取氨空气混杂气中的氨。混杂气进塔时氨的浓度y1=（摩尔比）,汲取率9
18、0%，气液均衡关系y=。试求：(1)溶液最大出口浓度；(2)最小液气比；(3)取汲取剂用量为最小汲取剂用量的质单元高度为 时，填料层高为几米？解：已知y1=，=90%，y2=y1(1)=(12倍时，传质单元数为多少？=，x2=0，(4)传x1*=y1/=，(L/V)min=(y1y2)/(x1*x2)=，L/V=2(L/V)min=2=，x1=(y1y2)/(L/V)+x2=/=，y 2*=0，y1*=，ym=(0)ln/=NOG=(y1y2)/ym=/=，=m。在填料层高为8m的填料塔中，用纯溶剂逆流汲取空气H2S混杂气中的H2S以净化空气。已知入塔气中含 H2S%（体积%），要求回收率为
19、95%，塔在1atm、15下操作, 此时均衡关系为 y=2x，出塔溶液中含 H2S为（摩尔分率），混杂气2体经过塔截面的摩尔流率为 100kmol/（mh）。试求：单位塔截面上汲取剂用量和出塔溶液的饱和度；气相总传质单元数；气相体积总传质系数。注：计算中可用摩尔分率取代摩尔比。解y1=，y2=y1(1)=(1=，L=(y1y2)/x1G=/100=211kmol/m2hx1max=x1*=y1/m=2=，x1/x1*=90%y1=y1mx1=2=， y2=y2=，ym=/ln（=NOG=(y1y2)/ ym=Z=G/KyaNOGKya=G/ZNOG=100/8=165kmol/m3h。13.
20、有一填料层高度为 3m的逆流操作的汲取塔，操作压强为 1atm，温度为23，用清水汲取空气中的氨气， 混杂气体流率为 18kmol/ ，此中含氨6%（体积%），汲取率为99%,清水的流率为43kmol/，均衡关系为y=，气相体积总传质系数KGa与气相质量流率的次方成正比，而受液体质量流率的影响甚小。试估量在塔径、回收率及其余操作条件不变，而气体流率增添一倍时，所需填料层高度有何变化？解：L/G=43/18=，S=m/(L/G)=，y1=，y2=y1(1)=(1=，NOG=1/(1S)ln(1S)Y1/Y2+S=HOG=h/NOG=3/=2S=2S=当G一倍，G=2G=36kmol/mhNOG=
21、1/(1S)ln(1S)Y1/Y2+S=，HOG=(G/G)HOG=有一填料层为3m的逆流汲取塔，操作压强为1atm，温度为20，用清水汲取空气中的氨 , 混杂气体流率为 36kmol/m2h，此中含氨6%（体积%），汲取率为99%，清水流率为86kmol/m2h，均衡关系为y=，气相总传质系数KGa与气相质量流率的次方成正比，而受液相质量流率的影响甚小。试估量在塔径、回收率及其余操作条件不变，液体流率增添一倍时，所需填料层高度有何变化？解：L/G=86/36= ， S=m/(L/G)= ，y1=, y 2=y 1(1)= (1=NOG=1/(1S)ln(1S) (y1y2*)/(y 2y2*
22、) S=HOG=h/N OG=3/ =当L一倍,L=2L，s=m/(L/G)=s/2=NOG=1/(1 S)ln(1 S)(y1y2*)/(y 2y2*)S=因为气相总传质系数受 L的影响很小,G 不变, 因此HOGHOGZ=NOGHOG=m 即所需填料层高度可以降低。在一逆流操作的填料塔中，用含A组分%的矿物油汲取混杂气中的A组分。已知入口混杂气中A组分的含量为y1=%（以上均为mol%），操作压力为1atm。系统均衡关系遵从拉乌尔定律。操作温度下A组分的饱和蒸汽压为380mmHg。试求（1）出口矿物油中组分的最大浓度。（2）若组分的回收率为85%，求最小液气比。（3）当汲取剂用量为最小用量
23、的3倍时，气相总传质单元高度HOG=,求填料层高度。（此时回收率不变）解：（1）PA=yAP=XAPA，yA=PA/PXA=380/760XA=，X1*=y1/=，（）y2=(1-)y1=（）(L/G)min=(y1-y2)/(x1*-x2)=NOGHOG，NOG=1/(1-1/A)ln(1-1/A)(y1-mx2)/(y2-mx2)+1/A（L=3Lmin，S=m/(L/G)=(3 =（NOG=1/ln（Z= （已知某填料汲取塔直径为1m，填料层高度4m。用清水逆流汲取空气混杂物中某可溶组分，该组分入口浓度为8%，出口为1%（均为mol%），混杂气流率为30kmol/h，操作液气比为2，相均
24、衡关系y=2x。试求：操作液气比为最小液气比的多少倍？气相总传质系数Kya。塔高为2米处气相浓度。若塔高不受限制，最大汲取率为多少？（解：因为x2=0，因此（L/G）min=(y1-y2)/(y1/m)=2（）/=；（L/G）/（L/G）min=2/=倍；因为L/G=m=2，操作线与均衡线平行，且x2=0，ym=y2;因此NOG=（y1-y2）/ym=（）/=7,3HOG=Z/NOG=4/7m, K ya=G/（HOG）=30/（4/71）=kmol/m hNOG=Z/HOG=2/（4/7）=（y1-y2）/y2=（）/y=,max=（y1-y2）/y1=1，因为 y2=0，挟点同时出此刻塔顶，塔底。
