化工原理第二版下冊(cè)答案(柴誠敬主編)

1、第七章 傳質(zhì)與分離過程概論1.在吸收塔中用水吸收混于空氣中的氨。已知入塔混合氣中氨含量為5.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），吸收后出塔氣體中氨含量為0.2%，試計(jì)算進(jìn)、出塔氣體中氨的摩爾比、。解：先計(jì)算進(jìn)、出塔氣體中氨的摩爾分?jǐn)?shù)和。 進(jìn)、出塔氣體中氨的摩爾比、為 由計(jì)算可知，當(dāng)混合物中某組分的摩爾分?jǐn)?shù)很小時(shí)，摩爾比近似等于摩爾分?jǐn)?shù)。2. 試證明由組分a和b組成的雙組分混合物系統(tǒng)，下列關(guān)系式成立： （1） （2） 解：（1） 由于 故 （2） 故 3. 在直徑為0.012 m、長度為0.35 m的圓管中，co氣體通過n2進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散。管內(nèi)n2的溫度為373 k，總壓為101.3 kpa，管兩端co的

2、分壓分別為70.0 kpa和7.0 kpa，試計(jì)算co的擴(kuò)散通量。解：設(shè) aco； bn2 查附錄一得 4. 在總壓為101.3 kpa，溫度為273 k下，組分a自氣相主體通過厚度為0.015 m的氣膜擴(kuò)散到催化劑表面，發(fā)生瞬態(tài)化學(xué)反應(yīng)。生成的氣體b離開催化劑表面通過氣膜向氣相主體擴(kuò)散。已知?dú)饽さ臍庀嘀黧w一側(cè)組分a的分壓為22.5 kpa，組分a在組分b中的擴(kuò)散系數(shù)為1.8510-5 m2/s。試計(jì)算組分a和組分b的傳質(zhì)通量和。 解：由化學(xué)計(jì)量式 可得代入式（7-25），得分離變量，并積分得 5. 在溫度為278 k的條件下，令某有機(jī)溶劑與氨水接觸，該有機(jī)溶劑與水不互溶。氨自水相向有機(jī)相擴(kuò)散

3、。在兩相界面處，水相中的氨維持平衡組成，其值為0.022（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），該處溶液的密度為998.2 kg/m3；在離界面5 mm的水相中，氨的組成為0.085，該處溶液的密度為997.0 kg/m3。278 k時(shí)氨在水中的擴(kuò)散系數(shù)為1.24109 m2/s。試計(jì)算穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散下氨的傳質(zhì)通量。 解：設(shè) anh3；bh2o離界面5 mm處為點(diǎn)1、兩相界面處為點(diǎn)2，則氨的摩爾分?jǐn)?shù)為，點(diǎn)1、點(diǎn)2處溶液的平均摩爾質(zhì)量為溶液的平均總物質(zhì)的量濃度為 故氨的摩爾通量為 6. 試用式（7-41）估算在105.5 kpa、288 k條件下，氫氣（a）在甲烷（b）中的擴(kuò)散系數(shù)。解：查表7-1，得 cm3/mol查表

4、7-2，計(jì)算出由式7-41 7. 試采用式（7-43）估算在293 時(shí)二氧化硫（a）在水（b）中的擴(kuò)散系數(shù)。解：查得293 k時(shí)水的黏度為查表7-3，得 查表7-4，得 cm3/mol 由式（7-43） 8. 有一厚度為8 mm、長度為800 mm的萘板。在萘板的上層表面上有大量的45 的常壓空氣沿水平方向吹過。在45 下，萘的飽和蒸汽壓為73.9 pa，固體萘的密度為1 152 kg/m3，由有關(guān)公式計(jì)算得空氣與萘板間的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)為0.016 5 m/s。 試計(jì)算萘板厚度減薄5所需要的時(shí)間。解：由式（7-45）計(jì)算萘的傳質(zhì)通量，即 式中為空氣主體中萘的濃度，因空氣流量很大，故可認(rèn)為；為萘板

5、表面處氣相中萘的飽和濃度，可通過萘的飽和蒸氣壓計(jì)算，即 kmol / m3 設(shè)萘板表面積為s，由于擴(kuò)散所減薄的厚度為b，物料衡算可得第8章 2. 在溫度為25 及總壓為101.3 kpa的條件下，使含二氧化碳為3.0%（體積分?jǐn)?shù)）的混合空氣與含二氧化碳為350 g/m3的水溶液接觸。試判斷二氧化碳的傳遞方向，并計(jì)算以二氧化碳的分壓表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力。已知操作條件下，亨利系數(shù)kpa，水溶液的密度為997.8 kg/m3。解：水溶液中co2的濃度為對(duì)于稀水溶液，總濃度為 kmol/m3水溶液中co2的摩爾分?jǐn)?shù)為 由 kpa氣相中co2的分壓為 kpa 操作空塔氣速為 泛點(diǎn)率為 經(jīng)校核，選用=1.0

6、 m 合理。第九章 蒸餾1在密閉容器中將a、b兩組分的理想溶液升溫至82 ，在該溫度下，兩組分的飽和蒸氣壓分別為=107.6 kpa及41.85 kpa，取樣測(cè)得液面上方氣相中組分a的摩爾分?jǐn)?shù)為0.95。試求平衡的液相組成及容器中液面上方總壓。解：本題可用露點(diǎn)及泡點(diǎn)方程求解。解得 kpa本題也可通過相對(duì)揮發(fā)度求解由氣液平衡方程得2試分別計(jì)算含苯0.4（摩爾分?jǐn)?shù)）的苯甲苯混合液在總壓100 kpa和10 kpa的相對(duì)揮發(fā)度和平衡的氣相組成。苯（a）和甲苯（b）的飽和蒸氣壓和溫度的關(guān)系為式中p的單位為kpa，t的單位為。苯甲苯混合液可視為理想溶液。（作為試差起點(diǎn)，100 kpa和10 kpa對(duì)應(yīng)的

7、泡點(diǎn)分別取94.6 和31.5 ）解：本題需試差計(jì)算（1）總壓p總100 kpa初設(shè)泡點(diǎn)為94.6，則 得 kpa同理 kpa或 則 （2）總壓為p總10 kpa通過試差，泡點(diǎn)為31.5，=17.02kpa，5.313kpa隨壓力降低，增大，氣相組成提高。3在100 kpa壓力下將組成為0.55（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)）的兩組分理想溶液進(jìn)行平衡蒸餾和簡單蒸餾。原料液處理量為100 kmol，汽化率為0.44。操作范圍內(nèi)的平衡關(guān)系可表示為。試求兩種情況下易揮發(fā)組分的回收率和殘液的組成。解：（1）平衡蒸餾（閃蒸）依題給條件 則 由平衡方程 聯(lián)立兩方程，得y = 0.735， x = 0.4045km

8、ol = 44kmol（2）簡單蒸餾kmol kmol即 解得 xw = 0.3785簡單蒸餾收率高（61.46%），釜?dú)堃航M成低（0.3785）4在一連續(xù)精餾塔中分離苯含量為0.5（苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同）苯甲苯混合液，其流量為100 kmol/h。已知餾出液組成為0.95，釜液組成為0.05，試求（1）餾出液的流量和苯的收率；（2）保持餾出液組成0.95不變，餾出液最大可能的流量。解：（1）餾出液的流量和苯的收率 （2）餾出液的最大可能流量當(dāng)a=100%時(shí)，獲得最大可能流量，即 5在連續(xù)精餾塔中分離a、b兩組分溶液。原料液的處理量為100 kmol/h，其組成為0.45（易揮發(fā)組分a的摩爾分?jǐn)?shù)

9、，下同），飽和液體進(jìn)料，要求餾出液中易揮發(fā)組分的回收率為96，釜液的組成為0.033。試求（1）餾出液的流量和組成；（2）若操作回流比為2.65，寫出精餾段的操作線方程；（3）提餾段的液相負(fù)荷。解：（1）餾出液的流量和組成由全塔物料衡算，可得 kmol/h=54.55 kmol/hkmol/h=45.45 kmol/h（2）精餾段操作線方程（3）提餾段的液相負(fù)荷6在常壓連續(xù)精餾塔中分離a、b兩組分理想溶液。進(jìn)料量為60 kmol/h，其組成為0.46（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），原料液的泡點(diǎn)為92 。要求餾出液的組成為0.96，釜液組成為0.04，操作回流比為2.8。試求如下三種進(jìn)料熱狀態(tài)的

10、q值和提餾段的氣相負(fù)荷。（1）40 冷液進(jìn)料；（2）飽和液體進(jìn)料；（3）飽和蒸氣進(jìn)料。已知：原料液的汽化熱為371 kj/kg，比熱容為1.82 kj/(kg )。解：由題給數(shù)據(jù)，可得 （1）40 冷液進(jìn)料 q值可由定義式計(jì)算，即（2）飽和液體進(jìn)料 此時(shí) q = 1（3）飽和蒸氣進(jìn)料 q = 0三種進(jìn)料熱狀態(tài)下，由于q的不同，提餾段的氣相負(fù)荷（即再沸器的熱負(fù)荷）有明顯差異。飽和蒸氣進(jìn)料v最小。7在連續(xù)操作的精餾塔中分離兩組分理想溶液。原料液流量為50 kmol/h，要求餾出液中易揮發(fā)組分的收率為94。已知精餾段操作線方程為y = 0.75x+0.238；q線方程為y = 2-3x。試求（1）操

11、作回流比及餾出液組成；（2）進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料的總組成；（3）兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值xq及yq；（4）提餾段操作線方程。解：（1）操作回流比及餾出液組成 由題給條件，得及解得 r = 3，xd = 0.9522）進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料液組成 由于及解得 q = 0.75（氣液混合進(jìn)料），xf = 0.5（3）兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值xq及yq 聯(lián)立操作線及q線兩方程，即解得 xq = 0.4699及yq = 0.5903（4）提餾段操作線方程 其一般表達(dá)式為式中有關(guān)參數(shù)計(jì)算如下： kmol/h = 25.32 kmol/hkmol/h =111.54 kmol/hkmol/h = 86.22 kmo

12、l/h則 8在連續(xù)精餾塔中分離苯甲苯混合液，其組成為0.48（苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），泡點(diǎn)進(jìn)料。要求餾出液組成為0.95，釜?dú)堃航M成為0.05。操作回流比為2.5，平均相對(duì)揮發(fā)度為2.46，試用圖解法確定所需理論板層數(shù)及適宜加料板位置。解：由氣液平衡方程計(jì)算氣液相平衡組成如本題附表所示。習(xí)題8 附 表x00.050.10.20.30.40.50.60.70.80.91.000.1150.2140.3810.5130.6210.7110.7870.8520.9080.9571.0習(xí)題8 附 圖在xy圖上作出平衡線，如本題附圖所示。由已知的xd，xf，xw在附圖上定出點(diǎn)a、e、c。精餾段操作線的截距

13、為，在y軸上定出點(diǎn)b，連接點(diǎn)a及點(diǎn)b，即為精餾段操作線。過點(diǎn)e作q線（垂直線）交精餾段操作線于點(diǎn)d。連接cd即得提餾段操作線。從點(diǎn)a開始，在平衡線與操作線之間繪階梯，達(dá)到指定分離程度需11層理論板，第5層理論板進(jìn)料。9在板式精餾塔中分離相對(duì)揮發(fā)度為2的兩組分溶液，泡點(diǎn)進(jìn)料。餾出液組成為0.95（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），釜?dú)堃航M成為0.05，原料液組成為0.6。已測(cè)得從塔釜上升的蒸氣量為93 kmol/h，從塔頂回流的液體量為58.5 kmol/h，泡點(diǎn)回流。試求（1）原料液的處理量；（2）操作回流比為最小回流比的倍數(shù)。解：（1）原料液的處理量 由全塔的物料衡算求解。對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料，q =

14、1kmol/h=34.5 kmol/h則 解得 kmol/h（2）r為rmin的倍數(shù)r = 1.70對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料，rmin的計(jì)算式為 于是 10在常壓連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯氯苯混合物。已知進(jìn)料量為85 kmol/h，組成為0.45（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），泡點(diǎn)進(jìn)料。塔頂餾出液的組成為0.99，塔底釜?dú)堃航M成為0.02。操作回流比為3.5。塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流。苯、氯苯的汽化熱分別為30.65 kj/mol和36.52 kj/mol。水的比熱容為4.187 kj/ (kg )。若冷卻水通過全凝器溫度升高15 ，加熱蒸汽絕對(duì)壓力為500 kpa（飽和溫度為151.7 ，汽化熱為2 113 k

15、j/kg）。試求冷卻水和加熱蒸汽的流量。忽略組分汽化熱隨溫度的變化。解：由題給條件，可求得塔內(nèi)的氣相負(fù)荷，即對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料，精餾段和提餾段氣相負(fù)荷相同，則（1）冷卻水流量 由于塔頂苯的含量很高，可按純苯計(jì)算，即（2）加熱蒸汽流量 釜液中氯苯的含量很高，可按純氯苯計(jì)算，即 11在常壓連續(xù)提餾塔中，分離兩組分理想溶液，該物系平均相對(duì)揮發(fā)度為2.0。原料液流量為100 kmol/h，進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q=1，餾出液流量為60 kmol/h，釜?dú)堃航M成為0.01（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)），試求（1）操作線方程；（2）由塔內(nèi)最下一層理論板下降的液相組成xm。解：本題為提餾塔，即原料由塔頂加入，因此該塔僅有提餾段

16、。再沸器相當(dāng)一層理論板。（1）操作線方程 此為提餾段操作線方程，即式中 kmol/hkmol/h40 kmol/h則 （2）最下層塔板下降的液相組成 由于再沸器相當(dāng)于一層理論板，故xm與yw符合操作關(guān)系，則提餾塔的塔頂一般沒有液相回流。12在常壓連續(xù)精餾塔中，分離甲醇水混合液。原料液流量為100 kmol/h，其組成為0.3（甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），冷液進(jìn)料（q =1.2），餾出液組成為0.92，甲醇回收率為90，回流比為最小回流比的3倍。試比較直接水蒸氣加熱和間接加熱兩種情況下的釜液組成和所需理論板層數(shù)。甲醇水溶液的txy數(shù)據(jù)見本題附表習(xí)題12 附 表溫度t液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中甲醇的摩

17、爾分?jǐn)?shù)溫度t液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.01.078.00.300.665解：（1）釜液組成 由全塔物料衡算求解。 間接加熱 直接水蒸氣加熱關(guān)鍵是計(jì)算r。由于q =1.2，則q線方程為在本題附圖

18、上過點(diǎn)e作q線，由圖讀得：xq = 0.37，yq = 0.71于是 顯然，在塔頂甲醇收率相同條件下，直接水蒸氣加熱時(shí)，由于冷凝水的稀釋作用，xw明顯降低。（2） 所需理論板層數(shù) 在xy圖上圖解理論板層數(shù) 附 圖1 附 圖2習(xí)題12 附 圖間接加熱 精餾段操作線的截距為 由xd = 0.92及截距0.323作出精餾段操作線ab，交q線與點(diǎn)d。由xw=0.0425定出點(diǎn)c，連接cd即為提餾段操作線。由點(diǎn)a開始在平衡線與操作線之間作階梯，nt = 5（不含再沸器），第4層理論板進(jìn)料。直接蒸汽加熱 圖解理論板的方法步驟同上，但需注意xw=0.0172是在x軸上而不是對(duì)角線上，如本題附圖所示。此情況下

19、共需理論板7層，第4層理論板進(jìn)料。計(jì)算結(jié)果表明，在保持餾出液中易揮發(fā)組分收率相同條件下，直接蒸汽加熱所需理論板層數(shù)增加。且需注意，直接蒸汽加熱時(shí)再沸器不能起一層理論板的作用。習(xí)題13附圖習(xí)題13 附 圖13在具有側(cè)線采出的連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液，如本題附圖所示。原料液流量為100 kmol/h，組成為0.5（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和液體進(jìn)料。塔頂餾出液流量qn,d為20 kmol/h，組成xd1為0.98，釜?dú)堃航M成為0.05。從精餾段抽出組成xd2為0.9的飽和液體。物系的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.5。塔頂為全凝器，泡點(diǎn)回流，回流比為3.0，試求（1）易揮發(fā)組分的總收率；（2）中間段的操作線

20、方程。解：（1）易揮發(fā)組分在兩股餾出液中的總收率 由全塔的物料衡算，可得qn,d2的計(jì)算如下及 整理上式，得到則 于是 （2）中間段的操作線方程 由s板與塔頂之間列易揮發(fā)組分的物料衡算，得 （1）式中 將有關(guān)數(shù)值代入式（1）并整理，得到14在常壓連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液。該物系的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.5。原料液組成為0.35（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和蒸氣加料。已知精餾段操作線方程為y = 0.75x+0.20，試求（1）操作回流比與最小回流比的比值；（2）若塔頂?shù)谝话逑陆档囊合嘟M成為0.7，該板的氣相默弗里效率emv1。解：（1）r與rmin的比值 先由精餾段操作線方程求得r和x

21、d，再計(jì)算rmin。由題給條件，可知解得 對(duì)飽和蒸氣進(jìn)料，q = 0，yq = 0.35則 （2）氣相默弗里效率 氣相默弗里效率的定義式為 （1）式中 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1），得15在連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液，原料液流量為100 kmol/h，組成為0.5（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和蒸氣進(jìn)料。餾出液組成為0.95，釜?dú)堃航M成為0.05。物系的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.0。塔頂全凝器，泡點(diǎn)回流，塔釜間接蒸汽加熱。塔釜的汽化量為最小汽化量的1.6倍，試求（1）塔釜汽化量；（2）從塔頂往下數(shù)第二層理論板下降的液相組成。解：先求出最小回流比，再由最小回流比與最小汽化量的關(guān)系求得qn,vmin。

22、液相組成x2可用逐板計(jì)算得到。（1）塔釜汽化量 對(duì)于飽和蒸汽進(jìn)料q = 0，yf = 0.5，rmin可用下式計(jì)算，即而 則 也可由提餾段操作線的最大斜率求得，即即 將qn,w = 50 kmol/h代入上式，解得（2）第2層理論板下降液相組成x2 逐板計(jì)算求x2需導(dǎo)出精餾段操作線方程。解得 塔頂全凝器 16某制藥廠擬設(shè)計(jì)一板式精餾塔回收丙酮含量為0.75（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）水溶液中的丙酮。原料液的處理量為30 kmol/h，餾出液的組成為0.96，丙酮回收率為98.5%。塔頂全凝器，泡點(diǎn)回流，塔釜間接蒸汽加熱。試根據(jù)如下條件計(jì)算塔的有效高度和塔徑。進(jìn)料熱狀況 飽和液體 總板效率 61操作回流比

23、 2 全塔平均壓力 110 kpa理論板層數(shù) 17.0 全塔平均溫度 81 板間距 0.40 m 空塔氣速 0.82 m/s解：由題給條件，可得 取28（1）塔的有效高度（2）塔徑 精餾段和提餾段氣相負(fù)荷相同，則式中 于是 根據(jù)系列標(biāo)準(zhǔn)，選取塔徑為900 mm。17在連續(xù)精餾中分離a、b、c、d、e（按揮發(fā)度降低順序排列）五組分混合液。在所選擇流程下，c為輕關(guān)鍵組分，在釜液中組成為0.006（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）；d為重關(guān)鍵組分，在餾出液中的組成為0.005。原料液處理量為100 kmol/h，其組成如本題附表1所示。17題 附表1組 分abcdexf0.2130.2440.1830.1420.2

24、18試按清晰分割法估算餾出液、釜?dú)堃旱牧髁亢徒M成。解：由題意，a、b組分在釜?dú)堃褐胁怀霈F(xiàn)，e組分在餾出液中不出現(xiàn)，且xw,c=0.006，xd,d=0.005。作全塔物料衡算，得將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，解得計(jì)算結(jié)果列于本題附表2。17題 附表2組 分abcde/（kmol/h）21.324.418.314.221.8100/（kmol/h）21.324.418.080.320064.1/（kmol/h）000.2213.8821.835.90.33230.38070.28210.00501.0000.0060.38660.60721.0第十章 液-液萃取和液-固浸取 1. 25時(shí)醋酸（a）庚醇-3

25、（b）水（s）的平衡數(shù)據(jù)如本題附表所示。習(xí)題1附表1 溶解度曲線數(shù)據(jù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）醋酸（a）庚 醇-3（b）(333(b)水（s）醋酸（a）庚 醇-3（b） -3(b)-3(b)-3(b) 3(b)水（s）096.43.648.512.838.73.593.03.547.57.545.08.687.24.242.73.753.619.374.36.436.71.961.424.467.57.929.31.169.630.758.610.724.50.974.641.439.319.319.60.779.745.826.727.514.90.684.546.524.129.47.10.592.

26、447.520.432.10.00.499.6習(xí)題1附表2 聯(lián)結(jié)線數(shù)據(jù)（醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）水 層庚 醇-3 層水 層庚 醇-3 層6.45.338.226.813.710.642.130.519.814.844.132.626.719.248.137.933.623.747.644.9 試求：（1）在直角三角形相圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線，在直角坐標(biāo)圖上繪出分配曲線。（2）確定由200 kg醋酸、200 kg庚醇-3和400 kg水組成的混合液的物系點(diǎn)位置?；旌弦航?jīng)充分混合并靜置分層后，確定兩共軛相的組成和質(zhì)量。（3）上述兩液層的分配系數(shù)及選擇性系數(shù)。（4）從上述混合液中蒸出多少千克水才能成

27、為均相溶液？ 解：（1）溶解度曲線如附圖1中曲線sephrj所示。輔助曲線如附圖1曲線snp所示。分配曲線如附圖2 所示。 （2）和點(diǎn)醋酸的質(zhì)量分率為 水的質(zhì)量分率為 由此可確定和點(diǎn)m的位置，如附圖1所示。由輔助曲線通過試差作圖可確定m點(diǎn)的差點(diǎn)r和e。由杠桿規(guī)則可得 由附圖1可查得e相的組成為習(xí)題1 附圖1 習(xí)題1 附圖2 r相的組成為 （3）分配系數(shù) 選擇性系數(shù) （4）隨水分的蒸發(fā)，和點(diǎn)m將沿直線sm移動(dòng)，當(dāng)m點(diǎn)到達(dá)h點(diǎn)時(shí)，物系分層消失，即變?yōu)榫辔锵?。由杠桿規(guī)則可得 需蒸發(fā)的水分量為 2. 在單級(jí)萃取裝置中，以純水為溶劑從含醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的醋酸庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的處

28、理量為1 000 kg/h，要求萃余相中醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于10%。試（1）水的用量；（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作條件下的平衡數(shù)據(jù)見習(xí)題1。 解：（1）物系的溶解度曲線及輔助曲線如附圖所示。由原料組成xf=0.3可確定原料的相點(diǎn)f，由萃余相的組成xa=0.1可確定萃余相的相點(diǎn)r。借助輔助曲線，由r可確定萃取相的相點(diǎn)e。聯(lián)結(jié)re、fs，則其交點(diǎn)m即為萃取操作的物系點(diǎn)。由杠桿規(guī)則可得 習(xí)題2 附圖 （2）由杠桿規(guī)則可確定萃余相的量。 由附圖可讀得萃取相的組成為 萃取率= 3. 在三級(jí)錯(cuò)流萃取裝置中，以純異丙醚為溶劑從含醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的醋酸水溶液中提取醋酸。已知原料液的處理量為2000

29、 kg，每級(jí)的異丙醚用量為800 kg，操作溫度為20 ，試求（1） 各級(jí)排出的萃取相和萃余相的量和組成；（2）若用一級(jí)萃取達(dá)到同樣的殘液組成，則需若干千克萃取劑。20 時(shí)醋酸（a）水（b）異丙醚（s）的平衡數(shù)據(jù)如下：習(xí)題3附表 20 時(shí)醋酸（a）水（b）異丙醚（s）的平衡數(shù)據(jù)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))水 相有 機(jī) 相醋酸（a）水（b）異丙醚（s）醋酸（a）水（b）異丙醚（s）0.6998.11.20.180.599.31.4197.11.50.370.798.92.8995.51.60.790.898.46.4291.71.91.91.097.113.3484.42.34.81.993.325.5071.

30、73.411.43.984.736.758.94.421.66.971.544.345.110.631.110.858.146.4037.116.536.215.148.7 解：由平衡數(shù)據(jù)在直角三角形坐標(biāo)圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線，如附圖所示。 由原料組成xf=0.3，在圖中確定原料相點(diǎn)f。由物料衡算確定一級(jí)萃取物系的組成 習(xí)題3 附圖 由此可確定一級(jí)萃取物系點(diǎn)m1的位置。借助輔助曲線，通過試差作圖可由m1確定一級(jí)萃取的萃取相點(diǎn)e1和萃余相點(diǎn)r1。由杠桿規(guī)則可得 由附圖可讀得一級(jí)萃取相和萃余相的組成為 由r1的量及組成，以及所加萃取劑的量，通過物料衡算可求得二級(jí)萃取的物系點(diǎn)m2。與一級(jí)萃取計(jì)

31、算方法相同可得 kg kg 與二級(jí)萃取計(jì)算相同，可得三級(jí)萃取計(jì)算結(jié)果 kg kg （2）若采用一級(jí)萃取達(dá)到同樣的萃取效果，則萃取物系點(diǎn)為附圖中的n點(diǎn)。由杠桿規(guī)則可得 習(xí)題4 附圖 4. 在多級(jí)錯(cuò)流萃取裝置中，以水為溶劑從含乙醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的乙醛甲苯混合液中提取乙醛。已知原料液的處理量為1 200kg/h，要求最終萃余相中乙醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.5%。每級(jí)中水的用量均為250 kg/h。操作條件下，水和甲苯可視為完全不互溶，以乙醛質(zhì)量比表示的平衡關(guān)系為y=2.2x。試求所需的理論級(jí)數(shù)。 解：（a）直角坐標(biāo)圖解法 在xy直角坐標(biāo)圖上繪出平衡曲線y=2.2x，如附圖所示。 原料中稀釋劑的量為 操作

32、線的斜率為 過xf作斜率為4.512的直線，與平衡線交于y1，則xfy1為一級(jí)萃取的操作線。過y1作y軸的平行線，與x軸交于x1。過x1作xfy1的平行線，與平衡曲線交于y2，x1y2即為二級(jí)萃取的操作線。同理可作以后各級(jí)萃取的操作線，其中xi為第i級(jí)萃余相的組成，直至xn小于或等于所規(guī)定的組成0.005為止。操作線的條數(shù)即為理論級(jí)數(shù)，即 n=7 （b）解析法 由于b與s不互溶，故可采用式（1035）計(jì)算理論級(jí)數(shù)。 取n=7 也可采用迭代計(jì)算求理論級(jí)數(shù)。平衡關(guān)系為 操作關(guān)系為 由此可得迭代關(guān)系為 迭代計(jì)算結(jié)果為 即所需理論級(jí)數(shù)為7級(jí)。 5. 在多級(jí)逆流萃取裝置中，以水為溶劑從含丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4

33、0%的丙酮醋酸乙酯混合液中提取丙酮。已知原料液的處理量為2 000kg/h，操作溶劑比（）為0.9，要求最終萃余相中丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于6%，試求（1）所需的理論級(jí)數(shù)；（2）萃取液的組成和流量。操作條件下的平衡數(shù)據(jù)列于本題附表。習(xí)題5附表 丙酮（a）醋酸乙酯（b）水（s）的平衡數(shù)據(jù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）萃 取 相萃 余 相丙酮（a）醋酸乙酯（b）水（s）丙酮（a）醋酸乙酯（b）水（s）07.492.6096.33.53.28.388.54.891.04.26.08.086.09.485.65.09.58.382.213.580.56.012.89.278.016.677.26.214.89.875.420.073.07.017.510.272.322.470.07.621.211.867.027.862.010.226.415.058.632.651.013.2 解：（1）由平衡數(shù)據(jù)在直角三角形坐標(biāo)圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線，如附圖所示。習(xí)題5 附圖由原料組成xf=0.40，在圖中確定原料相點(diǎn)f。f=1000kg/h、s/f=0.9，再根據(jù)杠桿規(guī)則可確定f、s的和點(diǎn)m。由最終萃取要求xn=0.06確定rn。聯(lián)結(jié)rn、m，其延長線與溶解度曲線交于e1，fe1、rns兩線的交點(diǎn)即為操作點(diǎn)。 借助輔助曲線作圖可得e1的共軛相點(diǎn)r1（第一級(jí)萃取萃余相點(diǎn)），聯(lián)結(jié)