2022年分享传质分离过程习题答案.pdf

优秀学习资料欢迎下载第二章习题1. 计算在 0.1013MPa 和 378.47K 下苯（ 1）-甲苯（ 2）-对二甲苯（ 3）三元系，当x1 = 0.3125、x2 =0.2978、x3 =0.3897 时的 K 值汽相为理想气体，液相为非理想溶液并与完全理想系的K 值比较已知三个二元系的 wilson 方程参数（单位：J/mol ）：λ12－λ11=－1035.33； λ12－λ22=977.83 λ23－λ22=442.15； λ23－λ33=－460.05 λ13－λ11=1510.14； λ13－λ33=－1642.81 在 T =378.4 K 时液相摩尔体积（m3/kmol ）为：=100.91 ×10 -3 ；=177.55 ×10 -3 ；=136.69 ×10 -3 安托尼公式为（ps：Pa ； T：K ）：苯： 1n =20.7936-2788.51/ （T-52.36）；甲苯： 1n =20.9065-3096.52/ （T-53.67）；对 -二甲苯： 1n =20.989 1-3346.65/ （T-57.84）；解：由 Wilson 方程得：Λ12=llVV12exp[-( λ12-λ11)/RT] =331091.1001055.177× exp[-(1035.33)/(8.314×378.47)]=2.4450 Λ21=0.4165 Λ13=0.8382 Λ31=1.2443 Λ23=0.6689 Λ32=1.5034 lnγ1=1-ln ( Λ12X2+Λ13X3)-[3322311313233221122131321211XXXXXXXXXXXX] =0.054488 γ1=1.056 同理 , γ2=1.029; γ3=1.007 lnP1S=20.7936-2788.51/(378.47-52.36)=12.2428, P1S=0.2075Mpa lnP2S=20.9062-3096.52/(378.47-53.67)=11.3729, P2S=0.0869Mpa lnP3S=20.9891-3346.65/(378.47-57.84)=10.5514, P3S=0.0382Mpa 作为理想气体实际溶液, K1=PPS11=2.16, K2=0.88, K3=0.38003 若完全为理想系, K1=PPS1=2.0484 K2=0.8578 K3=0.3771 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载2. 在 361K 和 4136.8kPa 下，甲烷和正丁烷二元系呈汽液平衡，汽相含甲烷0.60387%（ mol ）,与其平衡的液相含甲烷0.1304%。

用 R-K 方程计算和 Ki 值解： a11=115. 2242748.0ccpTR=3.222MPa ? dm6? k0.5? mol-2a22=225. 2242748.0ccpTR=28.9926 MPa?dm6?k0.5?mol-2b1=11208664.0ccpTR=0.0298 dm3mol-1b2=225.2242748.0ccpTR=0.0806 dm3mol-1其中 Tc1=190.6K, Pc1=4.60Mpa Tc2=425.5K, Pc2=3.80Mpa 均为查表所得a12=√a11?a22=9.6651MPa?dm6?k0.5?mol-2液相：a＝a11x12+2a12x1x2+a22x22 =3.22 ×0.13042+2× 9.6651 ×0.1304 ×0.8696+28.9926×0.86962 =24.1711 b=b1x1+b2x2=0.0298 ×0.1304+0.0806×0.8696=0.0740 由 R－K 方程：P=RT/(V-b)-a/[T0.5V(V+b)] 4.1368＝0740.03610083145.0lmV－)0740.0(3611711.245 .0lmlmVV解得 Vml=0.1349 lnl1?=ln[V/(V-b)]+[bi/(V-b)]-2 Σyiaij/bmRT1.5*ln[(V+b)/V]+abi/b2RT1.5{ [ln[(V+b)/V]-[b/(V+b)] }-ln(PV/RT)lnl1?=ln)0740.01349.01349.0(+0740.01349.00298.0－5 .13610083145.00740.0)6651.98696.0222.31304.0(2× ln(1340.00740.01349.0)+ 5. 123610083145.00740.00298.01711.24× [ln(1349.00740.01347.0) －0740.01347.00740.0]-ln3610083145.01349.01368.4=1.3297 l1?=3.7780 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载同理 lnl2?＝-1.16696，l2?=0.3113 汽相： a ＝ 3.222× 0.603872+2× 9.6651 ×0.60387 ×0.39613+28.9926×0.396132 = 10.3484 b=0.0298 ×0.60387+0.0806×0.39613=0.0499 由 4.1368=0499.03610083145.0vmV－)0499.0(3613484.105 .0vmvmVV得vmV=0.5861 lnΦv1=ln(0499.05861.05861.0)+0499.05861.00298.0－5.125.13610083145.00499.00298.03484.10)5861.00499.05861.0ln(3610083145.00499.06651.939613.0222.360387.0(2× [ln0499.05861.00499.0)5861.00499.05861.0(]－ ln(3610083145.05861.01368.4) =0.0334942 故Φv1＝1.0341 同理， lnl2?＝ -0.522819，l2?=0.5928 故 K1=y1/x1=0.60387/0.1304=4.631 ( K1=l1?/Φv1) K2＝y2/x2＝1304.0160387.01＝0.4555 3. 乙酸甲酯 （1）-丙酮（2）-甲醇（3）三组分蒸汽混合物的组成为y1＝0.33，y2＝0.34，y3=0.33(摩尔分率 )。

汽相假定为理想气体，液相活度系数用Wilson 方程表示，试求50℃时该蒸汽混合物之露点压力解：由有关文献查得和回归的所需数据为：【P24 例 2-5，2-6】50℃时各纯组分的饱和蒸气压，kPa P1S=78.049 P2S=81.848 P3S=55.581 50℃时各组分的气体摩尔体积，cm3/mol V1l=83.77 V2l=76.81 V3l=42.05 由 50℃时各组分溶液的无限稀释活度系数回归得到的Wilson 常数：Λ11＝1.0 Λ21＝0.71891 Λ31＝ 0.57939 Λ12＝1.18160 Λ22＝ 1.0 Λ32＝ 0.97513 Λ13＝0.52297 Λ23＝ 0.50878 Λ33＝1.0 （1） 假定 x 值， 取 x1＝0.33， x2＝0.34，x3＝0.33按理想溶液确定初值p＝78.049 ×0.33+81.8418×0.34+55.581×0.33=71.916kPa （2） 由 x 和 Λij求 γi 从多组分 Wilson 方程精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载ln γi=1-ln ∑cjijjx1)(-ckcjkjjkjkxx11得 ln γ1=1-ln(x1+Λ12x2+Λ13x3)-[31321211xxxx+ 3232221221xxxx+ 3232131331xxxx=0.1834 故 γ1=1.2013 同理， γ2=1.0298 γ3=1.4181 (3) 求 KiKi=RTppVppsiLisii)(expK1=916.71049.782013.1exp16.323314.810)049.7896.71(77.833=1.3035 同理 K2＝1.1913 K3=1.0963 (4) 求∑xi∑xi=3035.133.0+1713.134.0+0963.133.0=0.8445 整理得 x1＝0.2998 x2=0.3437 x3=0.3565 在 p＝71.916kPa 内层经 7次迭代得到：x1＝0.28964, x2=0.33891, x3=0.37145 (5) 调整 p p＝RTppVxpsiLiisii)(exp =piixK =71.916(1.3479×0.28964+1.18675×0.33891+1.05085×0.37145) =85.072kPa 在新的 p下重复上述计算，迭代至p 达到所需精度。

最终结果：露点压力85.101kPa 平衡液相组成： x1＝0.28958 x2＝0.33889 x3＝0.37153 4. 一液体混合物的组分为：苯0.50；甲苯0.25；对 -二甲苯0.25（摩尔分数）分别用平衡常数法和相对挥发度法计算该物系在100kPa 时的平衡温度和汽相组成假设为完全理想物系解： (1) 平衡常数法因为汽相、液相均为完全理想物系，故符合乌拉尔定律pyi=pisxi而 Ki=iixy=ppsi设 T 为 80℃时,由安托尼公式（见习题1）求出格组分的饱和蒸汽压精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载sp1＝ 101.29kPa，sp2=38.82kPa, sp3=15.63kPa 故321yyy=K1x1+K2x2+K3x3 =332211xppxppxppsss =25.010063.1525.010082.385 .010029.101 =0.64<1 故所设温度偏低，重设T 为 95℃时sp1＝ 176.00kPa, sp2=63.47kPa, sp3=27.01kPa 321yyy=1.11>1 故所设温度偏高，重设T 为 91.19℃，sp1＝ 160.02kPa, sp2=56.34kPa, sp3=23.625kPa 321yyy＝1.0000125≈1 故用平衡常数法计算该物系在100kPa 时的平衡温度为91.19℃汽相组成：1y＝11xK＝11xpps＝5 .010002.160＝0.8001 2y＝22xK＝22xpps＝25.010034.56＝0.1409 3y＝33xK＝33xpps＝25.0100625.23＝0.059 (2)相对挥发度法由于是理想混合物，所以)/()(111iiixxyy， 得)/(111iiixxyy对于理想混合物，得i 1＝SSPp21设 T 为 80℃时，sp1＝ 101.29kPa, Sp2=38.82kPa, sp3=15.63kPa 故12＝2.61, 13＝ 6.48, 2y＝1y/5.22, 3y=1y/12.96 因为321yyy＝ 1，故1y＝0.788 又因为1py＝100× 0.788＝ 78.8kPa，而11xps＝101.29× 0.5＝50.645kPa<1py精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载故所设温度偏低；重设 T＝92℃时sp1＝163.31kPa, Sp2=57.82kPa, sp3=24.31kPa 得故12＝2.824, 13＝6.718, 2y＝1y/5.648, 3y=1y/13.436 因为321yyy＝ 1，故1y＝0.799，2y＝0.141, 3y=0.0595 且1py＝100× 0.799＝79.9kPa，而11xps＝163.31× 0.5＝81.655kPa，基本相等因此，由相对挥发度计算该物系平衡温度为92℃，此时1y＝0.799，2y＝0.141, 3y=0.0595 6. 含有 80%（mol）醋酸乙酯（ A）和 20%(mol)乙醇（ E）的二元物系。

液相活度系数用Van Laar 方程计算， AAE=0.144，AEA=0.170试计算在101.3kPa 压力下的泡点温度和露点温度解：由 Vanlaar 方程得：22)2. 017.08.0144.01(144. 0)1 (lnEAEAAEAEAEAAxAxAr，得Ar＝1.0075 22)8.0144.02.0170.01(170. 0)1(lnAEAEEAEAEAEAxAxAr, 得Br=1.1067 因为低压气体可视为理想气体，故isiiixprpy，得pxpryisiii（1） 泡点温度时，设T＝348.15K ，由安托尼方程得SAp＝ 94.377kPa, sEp＝88.651kPa 故pxpryyyAsAAEAi+pxprEsEE=3.1012.0651.881067.13.1018.0377.940075.1=0.945<1, 可知所设温度偏低，重设T＝349.82K ：此时SAp＝99.685kPa, sEp＝ 94.819kPa pxpryyyAsAAEAi+pxprEsEE=3.1012.0819.941067.13.1018 .0685.990075.1＝1.00033≈1 故泡点温度为349.82K （2） 求露点温度，此体系可视为理想气体，由isiiixprpy，得isiiirppyx设 T＝349.8K 由安托尼方程得SAp＝ 99.620kPa, sEp＝94.743kPa，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载故BAixxx＝1067.1743.942 .03.1010075.1620.998.03.101＝1.4>1，故所设温度偏低重设 T＝350.1K 时BAixxx＝ 0.992≈1 故露点温度为350.1K 8. 组成为 60 % 苯，25 %甲苯和 15 % 对-二甲苯 (均为 mol 百分数 )的液体混合物100kmol ，在 101.3kPa 和100℃下闪蒸。

试计算液体和气体产物的数量和组成假设该物系为理想溶液用安托尼方程计算蒸汽压解：设苯为组分1，甲苯为组分2， 对二甲苯为组分3 100℃时，【P33 例 2-7】sp1＝ 198.929kPa，sp2=74.165kPa, sp3=32.039kPa 对于低压气体，气相可视为理想气体，液相可视为理想溶液，故iK＝ppsi，得1K＝pps1＝1.964，2K＝pps2＝0.732，3K＝pps3＝0.316 （1） 核实闪蒸温度假设 100℃为进料的泡点温度，则)(iizK＝1.964× 0.6+0.732 × 0.25+0.316 × 0.15＝1.41>1 假设 100℃为进料的露点温度，则)/(iiKz=1.21>1 说明实际的进料泡点温度和露点温度分别低于和高于规定的闪蒸温度，闪蒸问题成立2） 求 ψ ，令 ψ ＝0.1 )(f＝)1964.1(16.0)1964.0(＋)1316.0(115.0)1316.0()1732.0(125.0) 1732.0()1 .0(f＝)1964.1(1.016 .0)1964.0(＋)1316.0(1.0115.0) 1316.0()1732.0(1 .0125.0)1732.0(＝0.366 )1 .0(f>0，应增大 ψ值。

计算 R-K 方程导数公式为：)( ' f＝－ {21121)]1(1[) 1(KzK＋22222)]1(1[) 1(KzK＋23323)]1(1[)1(KzK} ＝－ {2)964.01 (558.0+2)2684.01(018.0+2)6844.01(07.0} 而1i＝ddffiii)()(以＝0.1 为初值进行迭代，得下表精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载迭代次数)(f)(df/d1 0.1 0.366 0.564 2 0.75 0.0436 0.511 3 0.84 0.0092 —可知)(3f数值已达到P－T－K 图的精确度(3)计算ix，iy)1(1111Kzx=)1964.0(84.016.0=0.332 )1(11111KzKy=)1964.0(84.016.0964.1=0.651 同理，2x＝0.323，2y＝0.236 3x＝0.353，3y＝0.112 （4）计算V，LV＝F＝0.84× 100＝84kmol L＝VF＝100-84＝16kmol （5）核实iy，ix31iix＝0.999，31iiy＝1.008，结果以满意9. 在 101.3 kPa 下，对组成为45 %（摩尔百分数，下同）正已烷，25 %正庚烷及30 %正辛烷的混合物计算。

1）泡点和露点温度（2）将此混合物在101.3kPa 下进行闪蒸，使进料的50 % 汽化求闪蒸温度，两相的组成解：因为各组分都是烷烃，所得的汽、液相均可看成理想溶液，iK只取决于温度和压力，若计算精度不要求非常高可使用烃类的P－ T－K 图，见图2-1 假设 T＝82℃，由 P＝101.3kPa 得下表：组分ixiKiiixKy正己烷45％1.5 0.675 正庚烷25％0.63 0.158 正辛烷30％0.28 0.084 iixK＝0.917<1，说明所设温度偏低，重设T＝85.8℃，得精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载组分ixiKiiixKy正己烷45％1.6 0.72 正庚烷25％0.7 0.175 正辛烷30％0.31 0.093 iixK＝1.008≈1 ，故泡点温度为85.8℃同理，可迭代求出露点温度设T＝95℃，此时组分iyiKix＝iy/iK正己烷45％2.0 0.225 正庚烷25％0.9 0.278 正辛烷30％0.425 0.705 iy/iK=1.2068>1，所设温度偏低，重设T＝102.4℃，得组分iyiKix＝iy/iK正己烷45％2.35 0.1915 正庚烷25％1.08 0.2315 正辛烷30％0.520 0.5769 iy/iK=0.9999 ≈1，满足精度要求，故露点温度为102.4℃。

1） 进料 50％气化，则由公式BDBTTTT得 T＝94.1℃为闪蒸温度，查表2-1 得：组分ixiy正己烷31.0％58.90％正庚烷27.0％22.45％正辛烷42.85％17.14％结果（1）泡点： 85.8oC，露点： 102.4oC；（2）闪蒸温度94.1oC；气相组成：正已烷—0.31，正庚烷 —0.27，正辛烷 —0.43；液相组成：正已烷—0.59，正庚烷 —0.23，正辛烷 —0.17均为摩尔分数）第三章习题2. 设计满足下列要求的再沸气提塔（见附图），求：①设计变量数是多少？②如果有，请指出哪些附加变量需要规定？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载习题 2 附图解：c=6Nx进料变量数8 压力等级数9 合计17 Na串级单元数1 传热单元数1 合计2 规定：① 再沸器及各级的操作压力② 级数③ 塔釡液流率3. 利用如附图所示的系统将某混合物分离成三个产品试确定：①固定设计变量数和可调设计变量数；②指定一组合理的设计变量习题 3 附图习题 4 附图解：Nx进料变量数C+2 压力等级数 N+M+4 合计N+M+C+6 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载Na串级单元数4 侧线采出数1 分配器数1 传热单元数4 合计10 对设计变量的规定Nx进料变量数C+2 Na回流为泡点温度1 每级压力 （含再沸器） N+M 总理论级数2 全凝器压力1 进料位置1 冷却器压力1 侧线采出口位置1 回流分配器1 侧线采出率1 侧线压力1 回流比1 馏出液流率1 精馏塔釜液流率1 再沸提馏塔釜液流率1 合计N+M+C+6 合计10 5. 苯 (B)- 甲苯 (T)- 二甲苯 (X)- 异丙苯（ C ）混合物送入精馏塔分离，进料组成为：zB =0.2 ，zT =0.3 ，zx =0.1 ，zC =0.4 （摩尔分数）。

相对挥发度数据： αB =2.25 ，αT =1.00 ，αx =0.33 ， αC =0.21 分离要求：馏出液中异丙苯不大于0.15% ；釜液中甲苯不大于0.3% （摩尔）计算最少理论板数和全回流下的物料分配P73例 3-3】解：以 100摩尔进料为计算基准根据题意定甲苯为轻关键组分，异丙苯为重关键组分从相对挥发度的大小可以看出，二甲苯为中间组分在作物料衡算时，要根据它的相对挥发度与轻、重关键组分相对挥发度的比例，初定在馏出液和釜液中的分配比，并通过计算再行修正物料衡算表如下：组分进料， f1馏出液， di釜液， wiB 20 20 —T 30 30—0.03W 0.003W X 10 1* 9* C Σ10040D0015.0W0015.040*为二甲苯的初定值解得 D=50.929，W=49.071 则 dT=29.853，wT=0.147 dC=0.0764，wC=39.924 代入芬斯克方程精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载42.721. 00.1lg924.390764.0147.0853.29lgmN由 Nm值求出中间组分的馏出量和釜液量：519.021.033.0924.390764.0121.033.0924.390764.01042.742.7xdwx=10-0.519=9.481 由于与初定值偏差较大，故直接迭代重做物料衡算：组分进料， f1馏出液， di釜液， wiB 20 20 —T 30 30—0.03W 0.003W X 10 0.519 9.481 C 10040DD0015.0WD0015.040二次解得 D=50.446，W=49.554 则 dT=29.852，wT=0.148 dC=0.0757，wC=39.924 再求 Nm：42.721. 00 .1lg924.390757.0148.0852.29lgmN校核 dx：515.021.033.0924.390757.0121.033.0924.390757.01042.742.7xd再迭代一次，得最终物料衡算表：组分进料， f1馏出液， di釜液， wi苯20 20 —甲苯30 29.8513 0.1487 二甲苯10 0.5150 9.4850 异丙苯40 0.0757 39.9243 6. 附图为脱丁烷塔的物料平衡图。

全塔平均操作压力为522kPa 求①最小理论塔板数；②估计非分配组分的分配P75例 3-4】精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载习题 6 附图解：（ 1）根据题意可列表如下：编号组分Xi,FXi,FF Xi,DXi,DD Xi,BXi,BB 1 C30.0139 12 0.0256 12 0 0 2 iC40.511 448 0.944 442 0.0147 6 3 nC40.0411 36 0.0278 13 0.0563 23 4 iC50.0171 15 2.137*10-31 0.0343 14 5 C60.0262 23 0 0 0.0563 23 6 C70.0446 39.1 0 0 0.0958 39.1 7 C80.311 272.1 0 0 0.667 272.2 8 C90.0354 31.0 0 0 0.0759 31 Σ1.000 F=876.2 1.000 468 1.000 408.3 （2）塔顶温度和塔釜温度的计算：塔顶温度的计算：第一次试差：假设TD=37.5℃,查 Ki(37.5℃,522kPa) K1=2.91, K2=0.93, K3=0.68, K4=0.30, A1=3.22, a2=1.368, a3=1.0 a4=0.441, 再由 yi,D=xi,Dac=1 aiyi/aiΣyi/aiKc=Σyi/ai=0.727 查得 Kc 值相应于 37.5℃。

故假设正确，露点温度TD=37.5℃塔釜温度的计算：第一次试差温度：假设TB=155℃编号组分Xi,DD Xi,BKi ai aixi 1 C312 0 9.80 1.842 0 2 iC4442 0.0147 6.14 1.154 0.0169 3 nC413 0.0563 5.32 1.0 0.0563 4 iC51 0.0343 3.0 0.564 0.0193 5 C60 0.0563 1.42 0.267 0.0150 6 C70 0.0958 0.79 0.148 0.01418 7 C80 0.667 0.47 0.0883 0.0589 8 C90 0.0759 0.28 0.0526 3.99*10-3所以： Kc=5.414；再有 P-T-K 图查塔釜温度为TB=155℃,因与假设值符合，结束试差3）最小理论塔板数和组分分配：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载首先计算 a值，aLH,D=1.368, aLH,B=1.154 aLH,w=( aLH,D aLH,B)0.5=1.265; 代入芬斯克方程avLHHxiBHiDLiBLiDxxxNm,,,,,lg]//lg[有Nm=lg[(0.944/0.0147)*(0.0563/0.0278)]/lg1.256 =21.37 其他组分的分配： a13,w=(3.22*1.842)0.5=2.435 X1,DD/ X1,BB=( a13,w) Nm* X3,DD/ X3,BB=(2.435) Nm*(13/23)=1.0273*108又X1,FF=12= X1,DD/+X1,BB 由以上两式得：d1=12 同理可得：d2=447, d3=13, d4=2.138*10-7d5=d6=d7=d8≈07. 估计习题6 脱丁烷塔的最小回流比。

已知进料的液相分率q =0.8666 【P77 例 3-5】解： 由恩特伍德公式计算最小回流比从qxiFii1,8666.01)0226.0(2 .8760226.031)0418.0(2 .8760418.01.272)0804.0(2.8760804.01.39)1779.0(2 .876231779.0)1(2.876156965.0)1(2 .876361)2395.1 (2.8764482395.1)4216.2(2 .876124216.2解得013.1将 θ 代入式1)(,mimDiiRx，其中0257.00023.01344212121x, 9465.00023.013442124422x0278.00023.01344212133x1013.110278.01013.12395.19465.02395.1013.14216.20257.04216.2mR0854.2mR8. 已知 习题 5 、 6 的脱丁烷塔操作回流比R =1.25 R m 求①理论板数；②进料位置解： ① R=1.25× 2.0854=2.6067 1445.016067.20854.26067.21RRRm查吉利兰图，得48.01NNNm N=44.54 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载② 芬斯克公式求出精馏段的最少理论板数6812.42395.1lg1336448442lg)(mRN18. 在 24块板的塔中用油吸收炼厂气()组成见表 ,采用的油气比为 1,操作压力为 2.6(绝压),若全塔效率以 25%计,问平均操作温度为多少才能回收96%的丁烷 ?并计算出塔尾气的组成 . 组分CH4 C2H6 C3H8 n-C4H10 n-C5H12 n-C6H14 摩尔百分率 80 8 5 4 2 1 解： (1)根据已知条件按正丁烷的回收要求确定它的平均操作温度. 【P133例 3-16， 3-17】由N240.256；0.96。

按平均吸收因子法：N 1N 1AAA1算出 A＝1.42（也可由吸收因子图查得）故L1m0.704AV1.42查烃类 P－T－K 列线图 P＝2.6 绝压， m=0.704时，t=15℃，即塔的平均温度应在15℃2）计算离塔气的组成N 11N 10，假定00则1N 1(1)，11iy列表计算如下：组分CH4 C2H6 C3H8 n-C4H10 n-C5H12 n-C6H14 ∑ N 180 8 5 4 2 1 100 m P=2.6（绝压） t=15 51 8.8 2.7 0.704 0.2 0.064 LAmV0.0196 0.1136 0.3704 1.4205 5 15.6250 77AAA10.0196 0.1136 0.3698 0.9606 1 1 1N 1(1)78.4320 7.0912 3.1510 0.1576 0 0 88.8318 y1 （摩尔分率）0.8829 0.0798 0.0355 0.0018 0 0 1.0000 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载19．具有三块理论板的吸收塔 ,用来处理下列组成的气体(VN+1)，贫油和气体入口温度按塔的平均温度定为32℃，塔在2.1MPa 下操作，富气流率为100 kmol/hr，贫气流率为100 kmol/hr，试分别用简捷法确定净化后气体V1 中各组分的流率。

组分vN+1,il0imi(32℃ 2.1MPa) CH4 70 0 12.99100 C2H6 15 0 2.18080 C3H8 10 0 0.63598 n-C4H10 4 0 0.18562 n-C5H12 1 0 0.05369 n-C6H14 0 20 0.00136 ∑ 100 20 解： （1）用简捷法计算Vav=(V1+VN+1)/2; 平均液体流率： Lav=L0+(VN+1-V1)/2设95/aVkmol hr则25()0.26315795aLV列表计算如下：组分iiLAmV1NiA11NiiiiAAA第一次试算结果iCH40.02026 1.68484 ×10-7 0.02026 68.582 1,(1)iNiC2H60.12067 2.12030 ×10-4 0.12048 13.193 C3H80.41378 0.02931 0.39608 6.039 n-C4H10 1.41772 4.03982 0.86258 0.55 n-C5H124.90142 577.14864 0.99323 0.007 n-C6H14 193.49779 1.40186 109 1.0000 0.103＝0ilA88.474i由第一次试算结果得：10088.47494.237952aV另设94.237aV，作第二次试算25.763()0.27338594.237aLV组分iiLAmV1NiA11NiiiiAAA第二次试算结果iCH40.02104 1.95967 ×10-7 0.02103 68.528 1(1)iNiC2H0.12532.46965 ×10.12514 13.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载66 0-4 123 C3H8 0.42986 0.03414 0.40971 5.903 n-C4H101.47282 4.70542 0.87240 0.510 n-C5H12 5.09192 672.242 0.99390 0.006 n-C6H14201.01838 1.63283109 1 0.099＝0ilA88.169i由第二次试算结果得：10088.16994.0852aV与所设值 94.237基本符合（2）用有效因子法计算根据本体给定条件，不考虑塔顶、塔底温度的差别，只考虑液气比的变化以确定有效因子 Ae第一次试算，取88.168i200.22683788.169LV顶＝＝2011.831100LV底＋＝＝0.318310按eA =AA10.5顶底（＋ ）＋ 0.25 －列表计算如下：组分iA顶iA底eA1eNA1ee1e1NNAAAiCH4 0.01746 0.02450 0.02434 3.50980 ×10-7 0.02434 68.296 C2H6 0.10402 0.14590 0.14120 3.97502 ×10-4 0.14086 12.887 C3H8 0.35667 0.50050 0.46385 0.046292 0.43779 5.662 n-C4H10 1.22205 1.71485 1.45185 4.44310 0.86877 0.525 n-C5H12 4.22494 5.92866 4.77941 528.23644 0.99283 0.007 n-C6H14 166.73191 234.05147 197.63622 1.52569 ×109 1 0.101 87.438i组分iA顶iA底eA1eNA1ee1e1NNAAAiCH4 0.01772 0.02506 0.02488 3.831790.02488 68.2584 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载10-7 C2H6 0.10488 0.14931 0.14418 4.32135610-4 0.140381 12.8429 C3H8 0.35965 0.51120 0.47215 0.049596 0.44291 5.5709 n-C4H10 1.23218 1.75423 1.54102 5.63940 0.88339 0. 4664 n-C5H12 4.26020 6.06482 5.17029 714.59440 0.99416 0.0058 n-C6H14 168.18382 239.42647 20.76434 1.562460109 1 0.0992 87.2436iL2012.562()0.32562V100底＋＝＝第二次试算结果取87.2436i，与所设值 87.438基本符合第六章习题1.活 性 炭 对 CO 的 吸 附 平 衡 可 用Langmuir方 程 式 表 示 。

在37.7℃ 条 件 下 ，131028. 1kPaKCO，欲用此活性炭在37.7℃和 101.3kPa下吸附回收精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载空气中的 CO且 CO 在空气中的含量是0.5％（体积分数）试求使用10kg 活性炭最大可得到多少 m3清洁空气对空气的吸附可忽略不计解：5065.03 .101005.0pypCOCO kPa 代入 Langmuir 方程5065.01028.115065.01028. 108.0133,COCOCOCOmCOCOpKpK＝5.18× 10-5 m3(STP)/Kg 活性炭最大处理空气量＝1 .0005.01018.5105 m32. 苯酚在废水中的吸附等温线进行了苯酚水溶液在粒状活性炭上的间歇吸附实验室温下的平衡数据如表所示：C( Kg 酚 / m3溶液 ) q (Kg 酚 / Kg 活性炭 ) 0.322 0.150 0.117 0.122 0.39 0.094 0.006 0.059 0.0011 0.045 确定拟合该实验数据的吸附等温关系。

解：画 1/q～1/c 曲线，其结果不是直线，说明不符合Langmuir 方程以 lng q 对lng c 作图得到直线，如图12﹒1－2 所示，因此符合 Freundlich 方程，其斜率 n=0.229, 常数 K=0.199，故 q＝0.199c0.229-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.5-1.5-1.4-1.3-1.2-1.1-1.0-0.9-0.8logqlog C3. 搅拌槽中放入含0.21Kg 酚 /m 3 的废水 1 m3, 再加入 1.40 K g 的新鲜粒状活性炭，充分混合达到平衡吸附平衡关系见习题2 ，求酚的脱除率解：CF=0.21 Kg 酚/m3 , S=1.0 m3 , M=1.40 Kg 炭假设 gF=0 ,作酚的物料衡算：0（1.40）+0.21（1.0）＝q (1.40) + c (1.0) 平衡关系 q = 0.199 c0.229精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载联立求解得： q = 0.106 Kg 酚 /Kg 炭 , c= 0.062 Kg 酚/ m3酚的脱除率＝%5.70210.0062.0210.0FFccc4. 碳氢化物原液的色度为20 色度单位 /kg 溶液，在 80℃用活性炭接触过滤釜脱色精制至0.5 色度单位 /kg 溶液，吸附平衡关系用Freundlish方程表示： X= 630Y1/2.27式中 Y 为色度单位 /kg 溶液； X 为吸附平衡浓度，色度单位/kg 活性炭。

试求：①单釜吸附，处理1000kg原液所需要活性炭量；②二级错流，处理1000kg原液所需要活性炭最小用量解： 由平衡关系得：X=630*(Y)1/2.27X0=0 Y0=20 X1=630*(0.5)1/2.27 =464.2Y1=0.5 ① 单釜吸附 L (Y0-Y1)=S(X1-X0) ，L=1000kg ∴S=1000*(20-0.5)/464.2=42kg② X0=0 Y0=20 Y2=0.5 若使总吸附剂用量最小，则：(Y1/Y2)1/n-1/n(Y0/Y1)=1-1/n 其中 n=2.27 代入数值求得： Y1=5.597 ∴ S1=L[(Y0-Y1)/(Y1/K) 1/n]=10.706kg S2=L[(Y1-Y2)/(Y1/K) 1/n]=10.980kg ∴ S=S1+S2=21.69kg即二级错流时处理1000kg原料需 21.69kg 活性炭P230例 6-4】 5. 含乙醇蒸气的空气排放气用粒状活性炭填充床吸附填充床直径4cm 、床高 14 cm ，内装吸附剂79.2 g 原来气流率754 cm3/s ， 乙醇浓度0.06 ％ ，密度0.00115 g/cm3。

实测透过曲线数据如下表所示时 间， h c/c0时 间， h c/c0 0 0 5.5 0.658 3 0 6.0 0.903 3.5 0.002 6.2 0.933 4 0.030 6.5 0.975 4.5 0.155 6.8 0.993 5 0.396 穿透点浓度设为c/c0 =0.01 ，求：①确定穿透时间；达到穿透点时吸附能力的利用率；未用床层的长度②设计一台新的吸附器，若规定穿透时间为6.0 小时，那么床层长度应为多少？解：(a) 由附表数据画出下图， 由曲线确定当 c/c0 = 0.01 时穿透时间 tb =3.65 h ；由透过曲线与 c/c0=1.0 直线的交点 cd 确定 td =6.95 h 对图中断面线部分进行图解或数值积分得出A1 =3.65 h和 A2=1.51 h 由式（ 12.3－1）16.551.165.312100AAdtcctt h 该时间等价于床层的总吸附能力精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载由式（ 12.3－2），65.31165. 300Adtcctbtu h 该时间等价于床层可用的吸附能力。

因此达到穿透点时床层吸附能力的利用率为tu /tt=3.65 /5.16 =0.707从式（ 12.3－3），被使用床层长度HB =0.707(14)=9.9 cm 由式（ 12.3－4）计算未用床层长度，1.414707.011TtHUNBHttH cm (b) 规定新的穿透时间tb= 6.0 h ，则按 tb增加的比例计算新床的HB3.169.965.30.6BH cm 4.201.43.16UBNBTHHH cm 活性炭饱和吸附能力的确定：空气速率 G= (754 cm3 /s )（3600 s）(0.00115 g / cm3 )=3122 g (空气) /h 乙醇的总吸附量67.916.5h3122g10g6006hgQ空气空气乙醇 g (乙醇) 饱和吸附能力 ＝ 9.67 g (乙醇) / 79.2 g (炭) ＝ 0.122 g (乙醇) /g (活性炭 ) 新床吸附剂的利用率为 16.3 /20.4 =0.799 第七章习题1 ．在环境状态下，将含有35% （摩尔）丙酮的水溶液分离成99% （摩尔）的丙酮和 98% （摩尔）的水① 若丙酮和水被认为是理想溶液，计算以 1 kmol 进料为单位的最小功； ② 在环境状态下的液相活度系数用Van Laar 方程联立，其常数 A12 =2.0 ， A21 =1.7 （丙酮组分为1 ） , 计算最小功。

解：（1） 丙酮和水生成理想溶液，以1h为标准，设料液量为 1kmol，计算两股产品 nQ1和 nQ2nQ1＋nQ2＝1 nQ1× 99%+nQ2× 2%=1 ×35% 联立解得 nQ1＝0.3402kmol/h，nQ2＝0.6598kmol/h 分离最小功的计算：Wmin＝8.314× 298× [0.3402 ×(0.99 × ln0.99＋0.01× ln0.01)＋0.6598× （0.98× ln0.98＋0.02 × ln0.02）－（ 0.35 × ln0.35＋0.65 × ln0.65）] ＝5027.871w （2） 应用 VanLaar 方程计算液相活度系数进料： ln1＝2)65.07 .135.00 .21(0.2＝0.7495， 同理 ln2＝0.2557 99％丙酮流股： ln1＝1.4493× 10-4， ln2＝1.6712 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载98％水流股： ln1＝1.9073， ln2＝9.3457× 10-4 Wmin＝8.314 × 298× {0.3402 ×[0.99 ×(ln0.99+1.4493×10-4)+0.01 ×(ln0.01+1.6712)]+0.6598×[0.98 ×(ln0.98+9.3457 ×10-4)+0.02 ×(ln0.02+1.9073)]－[0.35 ×(ln0.35+0.7495)+ 0.65(ln0.65+0.2557)]}=1486.98w 2 ．对如下闪蒸操作计算：①有效能改变（T 0 =311K ）； ② 净功耗。

习题 2 附图流率 kmol/h 物流 1 物流 2 物流 3 H20.44 0.43 0.014 N20.10 0.095 0.0045 苯0.036 0 0.036 环己烷41.69 0.31 41.38 ? 物流 1 物流 2 物流 3 温度 K 322 322 322 压力 kPa 2068 103.4 103.4 焓 kJ/h -3842581.27 -15055.7 -3827525.57 熵 kJ/h × K 2885.6 55.1 2848.66 解：（1） 已知 T0＝311K，进料 1-F，馏出物 2-D，釜液 3-W BD=HD－T0SD＝-15055.7－331× 55.1＝-32191.8 BW=HW－T0SW＝-3827525.57－311× 2848.66＝-4713458.83 BF=HF－T0SF＝-3842581.27－311× 2885.6＝-4740002.87 D=0.43+0.095+0.31=0.835kmol/h W=0.014+0.0045+0.036+41.38=41.4345kmol/h F=0.44+0.10+0.036+41.69=42.266kmol/h ΔB分离＝outkkBn－injjBn＝0.835× (-32191.8)+41.4345×(-4713458.83)-42.266×(-4740002.87) ＝5014271.26kJ/h （2）热量衡算：CwDRFQWHDHQFH42.266 × （-3842581.27）＋QR＝0.835 × （-15055.7）＋41.4345 ×（-3827525.5）＋QC QR－QC＝3806360.22kJ/Hk 故-W净＝QR（1－RTT0）－QC(1－CTT0) (RT=CT=322K) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载＝130031.94kJ/h 3. 苯-甲苯常压精馏塔， 进料、馏出液及釜液的流率和温度， 以及各组分的平均摩尔热容如表所示，设环境温度为20℃，求各股物流的有效能和苯- 甲苯精馏塔的最小分离功。

物流流率 kmol/h 苯的摩尔分数温度℃进料322 0.44 365 馏出液206.8 0.95 355 釜液115.2 0.05 381 各温度下苯、甲苯的平均热容Cp, m，J/ mol ×K 组分365 K 355 K 381 K 苯144.0 143.3 146.2 甲苯167.4 164.9 168.2 解：STHB0进料：1H＝0.44× 144× 72+0.56× 167.4× 72 ＝11311.49J/mol 1S＝0.44× [144× (ln365－ln293)－8.314ln(1/144)]+0.56×[167.4 ×(ln365-ln293)－8.314 × ln(1/0.56)] ＝28.82J/molK 1B＝11311.49－293× 28.82＝2867.23J/mol 馏出液：2H=0.95 × 143.3 × 62+0.05 × 164.9 × 62=8951.56J/mol 2S=0.95 × [143.3 ×(ln355－ln293)－8.314 × ln(1/0.95)]+0.05×[16439 × (ln355-ln293)－8.314 × ln(1/0.05) =26.0626J/molK 2022STHB1315.22J/mol 釜液：3H=0.05 × 146.2 × 88+0.95 × 168.2 ×88=14704.8J/mol 3S=0.05 × [146.2 ×(ln381-ln293)-8.314×ln(1/0.05)]+0.95×[168.2 ×(ln381-ln293)-8.314×ln(1/0.95)] =42.2345J/molK 3B=303STH=2330.09J/mol -Wmin=ΔB分离=n2B2+n3B3-n1B1=-98145.0086kJ/h 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 23 页。