(筛选)第三章作业答案

1第三章传质分离过程3-2正戊烷（Tb=36.1℃）和正己烷（Tb=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0.2321065852.6lg01tp正己烷4.2241172878.6lg02tp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4.5227.681.3611.30.2324.521065852.60.2321065852.6lg01tpmmHgp12800164.24.2244.521172878.64.2241172878.6lg02tpmmHgp4400291.244012800201ppxxy91.1191.2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7.2221554045.8lg01tp甲乙酮2161210974.6lg02tp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：81.27.222741554045.87.2221554045.8lg0tpAmmHgpA8.6410280.2216741210974.62161210974.6lg0tpBmmHgpB3.6330184.18.6415.07605.00AAAApxPy总20.13.6335.07605.00BBBApxPy总（2）求Margules公式的端值常数)(2lg2ABxAxABA)(2lg2BAxBxBAB)(5.025.0184.1lg2ABA)(5.025.020.1lg2BAB解得：A=0.2934B=0.3167（3）求00BApp取组分平均沸点Ctb7926.794.7889.27.222791554045.87.2221554045.8lg0tpAmmHgpA8.783087.2216791210974.62161210974.6lg0tpBmmHgpB2.7450052.12.7458.78300BApp（4）按公式（a）求任一xA时的A、B；并求BBAApp00/再按公式AAAxxy)1(1//求出若干组yA-xA，列表作图。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：3464.09231.017831.07831.0fx983.09298.017898.07898.0dx0141.078988.0192988.078988.01wx15.8792)3464.01(783464.0fM1,10015.878716hkmolqFn100=qn,D+qn,W1000.3464=0.983qD+0.0141qWqn,D=34.3kmol·h-1qn,W=65.7kmol·h-1qn,L=Rqn,D=2.534.3=85.75kmol·h-1qn,V=(R+1)qD=(2.5+1)34.3=120kmol·h-13-7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167.5kJ·kmol-1·℃-1，平均千摩尔气化焓变为30397.6kJ·kmol-1。解：27.16.303976.30397)4594(5.167)(VVFbpHHttcqq线方程为127.145.0127.127.111xqxxqqyf67.17.4xy3-9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。解：（1）5.16xy得q线与平衡线交点坐标：x=0.3334xxy12y=0.575.2333.05.05.096.0xyyxRdmR=1.5Rm=1.52.75=4.13精馏段操作线方程为113.496.0113.413.4111ndnnxRxxRRy即yn+1=0.805xn+0.187（2）由q线方程知qq-1=6xfq-1=1.5q=1.2xf=0.3qn.Dqn.F=xf-xwxd-xw=0.3-0.030.96-0.03=0.29qn.Wqn.F=1-qn.Dqn.F=1-0.29=0.71qn,F=qn.W0.71=1000.71=141kmol·h-1qn,D=qn,F-qn,W=141–100=41kmol·hl-1（3）qn,L=Rqn,D=4.1341=169.33kmol·h-1qn,L/=qn,L+q·qn,F=169.33+1.2141=338.53kmol·h-1提馏段操作线方程为03.01005.3381001005.3385.338,/,,,/,/,1mwWnLnWnmWnLnLnmxxqqqxqqqyym+1=1.42xm–0.01263-11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xxxxy)150.1(150.1)1(1得：x=0.4212.14.012.12.111xqxxqqyfy=0.5230.442.052.052.095.0xyyxRdm53-12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）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=xf=0.835854.0835.0)116.1(1835.016.1)1(1ffxxy95.6835.0854.0854.0986.0fffdmxyyxR（2）6.47116.1lg951.0/049.0014.0/986.0lg1lg)/()/(lg0wBAdBAxxxxn3-13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90.0kmol·h-1，塔顶采出量为30.0kmol·h-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：0.20.300.300.90,,DnLnqqRy1=xd=0.9500.950=y1=x11+(-1)x1=2x11+x1x1=0.905精馏段操作线方程yn+1=RR+1xn+xdR+1y2=230.905+0.9503=0.9200.920=y2=2x21+x2x2=0.8523-15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6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=9.187Tb.B-Tb.ATb.A+Tb.B31037.8)27310.139()27335.138()27335.138()27310.139(187.9=1.02（2）18102.1lg80.0/20.010.0/90.0lglg)/()/(lgwBAdBAmxxxxS（3）xf=0.30304.030.0)102.1(130.002.1)1(1fffxxy14930.0304.0304.090.0fffdmxyyxRR=1.8Rm=1.8149=268（4）R-RmR+1=268-149268+1=0.44查图得S-SmS+1=0.28即S-181S+1=0.28S=252NT=S-1=251N=NTE=2510.8=3143-16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=RR+1xn+xdR+1=2.52.5+1xn+0.972.5+1=0.7143xn+0.2771y2=0.7143x1+0.2771=0.71430.50+0.2771=0.634y3=0.7143x2+0.2771=0.71430.40+0.2771=0.563y2*=x21+(-1)x2=3.00.401+(3.0-1)0.40=0.667EMG=y2-y3y2*-y3=0.634-0.5630.667-0.563=68.3%3-20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，气相中A的分压为21kPa，液相中A的浓度为1.00×10-3kmol·m-3，气液间的传质通量为0.144kmol·m-2·h-1，7气膜传质系数kG为0.0144kmol·h-1·m-2·kPa-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1.00×10-3kmol·m-3，求下列各项：（1）pA－pA,i、kL、cA,i－cA、KG、pA－pA*、KL、cA*－cA（2）气相阻力占总阻力的百分率为多少？解：（1）H=1.0010-38=1.2510-4kmol·m-3kPa-1pA-pA,i=NAkG=0.1440.0144=10kPapA-pA,*=21-8=13kPacA*-cA=pAH-cA=211.2510-4-1.00×10-3=1.62510-3kmol·m-3KG=NA(pA-pA*)=0.14413=0.01108kmol·h-1·m-2·kPa-11KG=1kG+1HkL=10.0144+11.2510-4kL=10.01108kL=384m·h-1KL=KGH=0.011081.2510-4=88.6m·h-1cA,I-cA=NAkL=0.144384=3.75