化學(xué)工程基礎(chǔ)第三章作業(yè)答案

1、 第三章 傳質(zhì)分離過程 3-2 正戊烷（Tb = 36.1）和正己烷（Tb = 68.7）的溶液可以認為是理想溶液，已知兩個純組分的飽和蒸汽壓（汞壓差計示數(shù)，mm）和溫度（）的關(guān)系如下： 正戊烷 正己烷 試計算該二組分溶液的氣-液平衡關(guān)系（用y-x函數(shù)關(guān)系表示）。 解： 3-3 已知正戊烷和正己烷的正常沸點，若不用相對揮發(fā)度的概念，該二組分溶液在p = 101.3kPa時y-x關(guān)系如何計算，請寫出計算過程。 提示：以泡點方程和露點方程表示。 3-4 乙醇和甲乙酮是非理想溶液。已知乙醇的正常沸點是78.3，甲乙酮的正常沸點是79.6，在常壓時該二組分溶液有一個最低沸點74，共沸組分是乙醇和甲乙酮

2、各占50%（摩爾百分數(shù)）。已知乙醇和甲乙酮的飽和蒸氣壓（汞壓差計示數(shù)，mm）和溫度（）的關(guān)系如下： 乙醇 甲乙酮 試作出該非理想二組分溶液的氣液平衡相圖。 解：設(shè)乙醇為A，甲乙酮為B （1）求恒沸點的r 74下： （2）求Margules公式的端值常數(shù) 解得：A = 0.2934 B = 0.3167 （3）求 取組分平均沸點 （4）按公式（a）求任一xA時的gA、gB；并求 再按公式 求出若干組yA-xA，列表作圖。 3-6 用一連續(xù)精餾裝置，在常壓下分離含苯0.31（質(zhì)量分數(shù)，下同）的苯-甲苯溶液，要求塔頂產(chǎn)品中含苯不低于0.98，塔底產(chǎn)品中含甲苯不低于0.988，每小時處理量為8716k

3、g，操作回流比為2.5。試計算： （1）塔頂及塔底產(chǎn)品的摩爾流量； （2）精餾段上升的蒸氣量及回流液量。 解： 100 = qn,D + qn,W 100 0.3464 = 0.983qD + 0.0141qW qn,D = 34.3kmolh-1 qn,W = 65.7kmolh-1 qn,L = Rqn,D = 2.5 34.3 =85.75kmolh-1 qn,V = (R +1)qD = (2.5 +1) 34.3 = 120 kmolh-1 3-7 含苯0.45（摩爾分數(shù)）的苯甲苯混合溶液，在101.3kPa下的泡點溫度為94，求該混合液在45時的q及q線方程。此混合液的平均千摩爾熱

4、容為167.5kJkmol-1-1，平均千摩爾氣化焓變?yōu)?0397.6kJkmol-1。 解： q線方程為 3-9 在一連續(xù)常壓精餾塔中精餾某一混合液，塔頂產(chǎn)品中易揮發(fā)組分的含量為0.96（摩爾分數(shù)，下同），塔底產(chǎn)品中易揮發(fā)組分的含量為0.03，已知此塔的q線方程為y = 6x -1.5，采用回流比為最小回流比的1.5倍，此混合液體系在本題條件下的相對揮發(fā)度為2。試求： （1）精餾段的操作線方程； （2）若每小時得到塔底產(chǎn)品量100kmol，求進料量和塔頂產(chǎn)品量； （3）提餾段的操作線方程。 解：（1） 得q線與平衡線交點坐標(biāo)： x = 0.333 y = 0.5 R = 1.5Rm = 1.

5、5 2.75 = 4.13 精餾段操作線方程為 即 yn+1 = 0.805xn + 0.187 （2）由q線方程知 = 6 = 1.5 q = 1.2 xf = 0.3 = = = 0.29 = 1- =1-0.29 = 0.71 qn,F = = =141kmolh-1 qn,D= qn,F - qn,W = 141 100 = 41kmolhl-1 （3）qn,L = Rqn,D = 4.13 41 = 169.33kmolh-1 qn,L/ = qn,L + qqn,F = 169.33 + 1.2 141 =338.53kmolh-1 提餾段操作線方程為 ym+1 = 1.42xm

6、0.0126 3-11 有一個輕組分含量為0.40（摩爾分數(shù)，下同）、平均相對揮發(fā)度為1.5的理想二組分溶液，精餾后要求塔頂組成為0.95。若是冷液進料，q = 1.20，試求該精餾過程的最小回流比。 解：求q線與平衡線交點坐標(biāo) 得： x = 0.42 y = 0.52 3-12 某廠精餾塔的原料為丙烯丙烷混合物，其中含丙烯0.835（摩爾分數(shù)，下同），塔的操作壓強為2MPa（表壓），泡點進料。要使塔頂產(chǎn)品中含0.986的丙烯，塔釜產(chǎn)品中含0.951的丙烷，丙烯丙烷的平均相對揮發(fā)度可取1.16，混合液可視為理想溶液。試求： （1）最小回流比； （2）最少理論塔板數(shù)。 解：（1）泡點進料，q線與

7、平衡線的交點坐標(biāo)：x = x f = 0.835 （2） 3-13 在某一連續(xù)精餾塔中，已知進料中輕組分含量為0.5（摩爾分數(shù)，下同），塔頂產(chǎn)品輕組分的含量為0.90，塔釜產(chǎn)品輕組分的含量不大于0.10。試分別繪出R = 3.0，q = 0.8、1.0、1.2時全塔的操作線。 解：略。 3-14 有一相對揮發(fā)度為2.00的理想二組分溶液在連續(xù)精餾塔中進行精餾，已知塔內(nèi)上升蒸氣量為90.0kmolh-1，塔頂采出量為30.0kmolh-1，塔頂采出液中輕組分含量為0.950（摩爾分數(shù)）。若塔頂使用全凝冷凝器，則從塔頂數(shù)起第二塊理論板上回流液相的組成是多少？ 解： y1 = xd = 0.950

8、0.950 = y1 = = x1 = 0.905 精餾段操作線方程 yn+1 = xn + y2 = 0.905 + = 0.920 0.920 = y2 = x2 = 0.852 3-15 用連續(xù)精餾法分離對二甲苯和間二甲苯二組分溶液，加料液中對二甲苯的含量為0.30（摩爾分數(shù)，下同）。要求塔頂餾分中對二甲苯含量大于0.90，塔釜中對二甲苯含量小于0.20，使用的回流比為最小回流比的1.8倍，沸點液相進料，此精餾塔的理論塔板數(shù)是多少？若全塔板效率為80%，該塔的實際塔板數(shù)又是多少？已知對二甲苯和間二甲苯的正常沸點分別為138.35、139.10。 解：（1） lga = 9.187 a =

9、 1.02 （2） （3） xf = 0.30 R = 1.8Rm = 1.8 149 = 268 （4） = = 0.44 查圖得 = 0.28 即 = 0.28 S = 252 NT = S - 1 =251 N = = = 3143-19 在連續(xù)精餾塔中處理平均相對揮發(fā)度為3.0的二元理想混合物，取回流比為2.5，塔頂產(chǎn)物組成為0.97（摩爾分數(shù)，下同）。由塔頂起精餾段第一、第二塊板回流的液相組成分別為0.50、0.40，試求第二塊塔板的氣相板效率。 解：精餾段操作線方程 yn+1 = xn + = xn + = 0.7143xn + 0.2771 y2 = 0.7143x1 + 0.2

10、771 = 0.7143 0.50 + 0.2771 = 0.634 y3 = 0.7143x2 + 0.2771 = 0.7143 0.40 + 0.2771 = 0.563 y2* = = = 0.667 EMG = = = 68.3%3-23 某吸收塔用溶劑B吸收混合氣體中的A化合物。在塔的某一點，氣相中A的分壓為21kPa，液相中A的濃度為1.0010-3kmolm-3，氣液間的傳質(zhì)通量為0.144kmolm-2h-1，氣膜傳質(zhì)系數(shù)kG為0.0144kmolh-1m-2kPa-1。實驗證實系統(tǒng)服從亨利定律，當(dāng)PA= 8kPa時，液相的平衡濃度為1.0010-3 kmolm-3，求下列各

11、項：（1）pApA,i、kL、cA,icA、KG、pApA*、KL、cA*cA（2）氣相阻力占總阻力的百分率為多少？ 解：（1）H = = 1.25 10-4kmolm-3kPa-1 pA - pA,i = = = 10kPa pA - pA,* = 21 - 8 = 13kPa cA* - cA = pAH - cA = 21 1.25 10-4 - 1.0010-3 = 1.625 10-3 kmolm-3 KG = = = 0.01108 kmolh-1m-2kPa-1 = + = + = kL = 384mh-1 KL = = =88.6 mh-1 cA,I - cA = = = 3.75 10-4kmolm-3 （2）= =77% 3-24 已知在某填料塔中kG為0.0030 kmolh-1m-2kPa-1，kL為0.45 mh-1，平衡關(guān)系Y = 320X，吸收劑為純水，總壓為106.4kPa，溫度為293K。試計算KG、KL、KY、KX。 解：