傳質(zhì)分離過程習(xí)題答案

第二章習(xí)題

1.計(jì)算在0.1013MPa和378.47K下苯(1)-甲苯(2)?對(duì)二甲苯(3)三元系，當(dāng)必=0.3125、x2=0.2978>

心=0.3897時(shí)的K值。汽相為理想氣體，液相為非理想溶液。并與完全理想系的K值比較。已知三個(gè)二元

系的wilson方程參數(shù)(單位：J/niol)：

xi2-xii=-1035.33；如一加=977.83

X23-/22=442.15；；.23一如=-460.05

九3一九1=1510.14；右3一々3=一1642.81

在T=378.4K時(shí)液相摩爾體積(nrVkmol)為：

=100.91x10-3^=17755x10-3；=136.69x10-3

安托尼公式為(p,Pa；r：K)：

苯：In=20.7936-2788.51/(T-52.36)；

甲苯：In^2=20.9065-3096.52/(T-53.67)；

對(duì)一二甲苯：In^3=20.9891-3346.65/(「57.84)；

解：

由Wilson方程得：

YL

y1

An=1exp[-(Xi2-Xn)/RT]

177.55x1()3

=100.91x10'xexp[-(1035.33)/(8.314x378.47)1=2.4450

A2I=0.4165Ai3=0.8382A3I=1.2443

A2J=0.6689八32=15034

XiA2M2+X3A31

In7i=l-ln(Ai2X2+Ai3X3)4]

、+ApX-)+八]3乂3XiA+X)+X.A+X,Aa)+Xa

XI/B/J，JI^1，J，，

=0.054488

YI=1.056

同理,Y2=1.029;Y3=1.007

lnPis=20.7936-2788.5I/(378.47-52.36)=12.2428.Pis=0.2075Mpa

s

InP2s=20.9062-3096.52/(378.47-5367)=11.3729,P2=0.0869Mpa

InP3s=20.9891-3346.65/(378.47-57,84)=10.5514,P3s=0.0382Mpa

作為理想氣體實(shí)際溶液，

r^s

Ki=P=2.16,

K2=0.88.30.38003

若完全為理想系,

K)=P=2.0484

K2=0,8578“0.3771

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)，與其平

AA.

衡的液相含甲烷0.1304%。用R-K方程計(jì)算雪闋，和A7值。

0.42748R2X7；25

________________________勺

6052

解：al(=Pc、=3.222MPa?dm?k?mol-

O.42748/?2X7；；5

2

a22=P%=28.9926MPa-dm^^k^^mol'

0.08664/?2XT

bi=Pc、=0.0298dm3mop

0.42748/?2xT；,^5

b2=“2=0.0806dm3mol"

其中Td=190.6K,PC|=4.60Mpa

TC2=425.5K,PC2=3.80Mpa

均為查表所得。

a12=Vaii-a22=9.6651MPa*dm6*k05*mor2

液相：

a=aiiXi2+2ai2X|X2+a22X22

=3.22x0.13042+2x9.6651xO.l304x0.8696+28.9926x0.86962=24.1711

b=biXi+b2x2=0.0298x0.1304+0.0806x0.8696=0.0740

由R-K方程：P=RT/(V-b)-a/[T05V(V+b)]

0.0083145x36124.1711

4.368="640_361050.0740)

解得Vn，=0.1349

/L52L5

ln^=ln[V/(V-b)]+lbi/(V-b)]-2Syiajj/bmRT*ln[(V+b)/V]+abi/bRT{lln[(V+b)/VJ4b/(V+b)J}-ln(PV/RT)

0.134900298

)

InJ；=jn0.1349-0.0740+0.1349-0.0740-

2乂(0.1304x3.222+0.8696x9.6651)0.1349+0.0740

15

0.0740x0.0083145x361xin(01340

24.1711x0.02980.1347+0.0740

0.074()2x0.0083145x36x[ln(0.1349)

0.07404.1368x0.1349

-0.1347+0.0740].ln0.0083145x361

=1.3297

在=3.7780

同理Ina=-1.16696,點(diǎn)=0.3113

汽相：a=3.222X0.603872+2X9.6651x0.60387x0.39613+28.9926x0.396132=10.3484

b=0.0298x0.60387+0.0806x0.39613=0.0499

0.0083145x36110.3484

由4.1368=吸一。0499-36心囁(吸+0.舊99)

Vv

得陽=0.5861

0.58610.0298

in①；.(0.5861-0.0499)+0.5861-0.0499-

2x(0.60387x3.222+0.39613x9.66510.5861-0.049910.3484x0.0298

0.0499x0.0083145x361'5乂0.5861+0.04992x0.0083145x361'5

0.5861+0.04990.04994.1368x0.5861

x[in0.58610.5861+0.0499]-]n(0.0083145x361)

=0.0334942

故⑴；=1.0341

同理，=-0.522819,點(diǎn)=0.5928

故Kf/xk0.60387/0.1304=4.631①1)

1—0.60387

K2=yi/X2=1一°，1304=0.4555

3.乙酸甲酯（1）?丙酮（2）.甲醇（3）三組分蒸汽混合物的組成為州=0.33,力=0.34,），3=0.33（摩爾分率）。

汽相假定為理想氣體，液相活度系數(shù)用Wilson方程表示，試求50℃時(shí)該蒸汽混合物之露點(diǎn)壓力。

解:由有關(guān)文獻(xiàn)查得和回歸的所需數(shù)據(jù)為：[P24例2-5,2-6]

50C時(shí)各純組分的飽和蒸氣壓，kPa

P|S=78.049P2s=81.848P3s=55.581

50C時(shí),各組分的氣體摩爾體積，cm3/mol

Vj=83.77V2'=76.81V3'=42.05

由50C時(shí)各組分溶液的無限稀釋活度系數(shù)回歸得到的Wilson常數(shù)：

An=1.0A2I=0.7189IA3I=0.57939

Ai2=LI8160A22=I.OA32=0.97513

An=0.52297A23=0.50878A33=1.O

（l）假定x值，取X|=0.33,X2=0.34,X3=0.33。按理想溶液確定初值

p=78.O49xO.33+81.8418x0.34+55.581x0.33=71.916kPa

（2）由x和AQ求Yi

從多組分Wilson方程

設(shè)T為8()℃時(shí)，由安托尼公式(見習(xí)題1)求出格組分的飽和蒸汽壓。

Pi=101.29kPa,〃2=38.82kPa,P3=15.63kPa

故)'1+8+^3=Kjxj+K2X2+K3X3

P；\

-P-i-A|…n--P--lX-)十---X?

=pp~p

101.2915.63

x().5+^^x().25+x().25

=100100100

=0.64<l

故所設(shè)溫度偏低，重設(shè)T為95℃時(shí)

jg5

Pi=l76.0()kPa,P2=63.47kPa,=27.01kPa

yr+%=]』>]

故所設(shè)溫度偏高，重設(shè)T為9LI9C,

4S5

Pi=160.02kPa,〃2=56.34kPa,Pi=23.625kPa

H+>2+^3=1.0000125^1

故用平衡常數(shù)法計(jì)算該物系在lODkPa時(shí)的平衡溫度為91.19℃

0x0.5

兄=抬玉=4

汽相組成:p'100=0.8001

56.34

xO.25

乃=《％=2

P100=0.1409

P323.625八”

kY-xY3-------X0.25

>3=K3X3=P=100=0,059

(2)相對(duì)揮發(fā)度法

斯二山口)x=—V

由于是理想混合物，所以K七，得四八2/王

P；

對(duì)于理想混合物，得%,=丹

設(shè)T為80c時(shí),

Pi=101.29kPa,〃；=38.82kPa,，；=15.63kPa

故%2=2.61,%=6.48,>2=Y/5.22,8=咒/]2.96

因?yàn)閬V+乃+為=[,故H=0.788

又因?yàn)镻)'i=100x0.788=78.8kPa,而〃；玉=101.29x0.5=50.645kPa<

故所設(shè)溫度偏低；

重設(shè)T=92℃時(shí)P；=163.31kPa,"=57.82kPa,=24.31kPa

得故%2=2.824,%=6.718,%=必/5.648,^3=-v>/13.436

因?yàn)镸+力+力=1,故)‘1=0.799,%=0」41,%=0.0595

且=100x0.799=79.9kPa,而〃；玉=163.31x0.5=81.655kPa,基本相等

因比，由相對(duì)揮發(fā)度計(jì)算該物系平衡溫度為92℃,

此時(shí)必=0,799,%=0.141,>3=00595

5.一點(diǎn)類混合物含有甲烷5%、乙烷10%、丙烷30%及異丁烷55%(mol),試求混合物在25'C時(shí)的

泡點(diǎn)壓力和露點(diǎn)壓力。

解：

設(shè)甲烷為1組分，乙烷為2組分，丙烷為3組分

因?yàn)楦鹘M分都是烷燒，汽液相均可視為理想溶液，故符合烏拉爾定律。

25c時(shí)，〃；=30768.14kPa,〃；=4118.81kPa,=347.59kPa

(1)泡點(diǎn)壓力，

=30768.14x5%+4118.81x10%+950.31x30%+347.59x55%

=2426.56kPa

_va=Py,

(2)露點(diǎn)壓力時(shí)由烏拉爾定律得‘P；’

_1

代入M+*2+/=1,并化簡得PlP2P；PA=5i9,77kPa

故露點(diǎn)壓力為519.77kPa。

6.含有80%(mol)醋酸乙酯(A)和20%(mol)乙醇(砂的二元物系。液相活度系數(shù)用VanLaar方程

計(jì)算，AAE=0.144,AEA=0.170O試計(jì)算在101.3kPa壓力下的泡點(diǎn)溫度和露點(diǎn)溫度。

解：由Vanlaar方程得：

0.144

=

Z10.144x0.8.

(1+----------y

0.17x0.2

得=1.0075

A以二017()

XEA^EA(]+0.170x0.2)2

XAEAAE0,144X0,8，得乙=].]()67

因?yàn)榈蛪簹怏w可視為理想氣體，故

v

P%=，PH,得'P

（I）泡點(diǎn)溫度時(shí)，設(shè)T=348.15K,由安托尼方程得

P；=94.377kPa,=88.651kPa

GP；以「EP'EXE1.0075X94.377X0.81.1067X88.651X0.2

=%+>￡=-+--------------------

故〃+〃=101.3101.3

=0.945<1,可知所設(shè)溫度偏低，重設(shè)T=349.82K：

此時(shí)PA=99.685kPa,=94.819kPa

「APKA〃〃口E1.0075x99.685x0.81.1067x94.819x0.2

ZB=%+）'￡

P+P=10L3101.3=1.00033-1

故泡點(diǎn)溫度為349.82K

_sXt=-；-

（2）求露點(diǎn)溫度，此體系可視為理想氣體，由2匕二"〃，演，得PH

設(shè)T=349.8K

由安托尼方程得=99.620kPa,區(qū)=94.743kPa,

101.3x0.8101.3x0.2

故+XR=99.620x1.0075+94.743x1.1067=L4>1,故所設(shè)溫度偏低

重:設(shè)T=350.1K時(shí)Z項(xiàng)+4-0.992=1

故露點(diǎn)溫度為350.1K

8.組成為60%苯，25%甲苯和15%對(duì)?二甲苯（均為mol百分?jǐn)?shù)）的液體混合物lOOkmol,在101.3kPa

和100c下閃蒸。試計(jì)算液體和氣體產(chǎn)物的數(shù)量和組成。假設(shè)該物系為理想溶液。用安托尼方程計(jì)算蒸汽

壓,

解：設(shè)苯為組分I,甲苯為組分2,對(duì)二甲苯為組分3。100C時(shí)，【P33例2-71

,$$

Pi=198.929kPa,P?=74.165kPa,%=32.039kPa

對(duì)于低壓氣體，氣相可視為理想氣體，液相可視為理想溶液，

PiPiPiP；

故％=P,得&=P=1,964,*2=P=0.732,*3=〃=（）.316

（l）核實(shí)閃蒸溫度

假設(shè)I00C為進(jìn)料的泡點(diǎn)溫度，則

Z（K,）

=1.964x0.6+0.732x0.25+0.316x0.15=1.41>1

假設(shè)1（）0℃為進(jìn)料的露點(diǎn)溫度，則

2(2,/()=[21>1

說明實(shí)際的進(jìn)料泡點(diǎn)溫度和露點(diǎn)溫度分別低于和高于規(guī)定的閃蒸溫度，閃蒸問題成立。

(2)求w，令w=0.1

(0.964-1)x0.6(0.732-1)x0.25(0.316-1)x0.15

f(y/)=l+y/x(1.964-l)+1-^x(0.732-1)1+以x(0.316-1)

(0.964—1)x0.6(0.732-1)x0.25(0.316—1)x0.15

/(O.1)=1+0.1x(1.964-1)+1+0.1x(0.732-1)+1+0.1x(0.316-1)

=0.366

/(0.1)>0應(yīng)增大w值。

計(jì)算R-K方程導(dǎo)數(shù)公式為：

("/4(勺-心(犬3-1"

八⑺=_(U+〃(K「1)]2+U+"-1)『+J+以勺-1)1)

0.5580.0180.07

=(1+0.964v/)2+(1-0.26841”+(1-0.6844^)2)

I//----------：—

而匕+』'dfWi)dy/

以"=0.1為初值進(jìn)行迭代，得下表

迭代次數(shù)W/（“）df（W））dw

10.10.3660.564

20.750.04360.511

30.840.0092—

可知/（”3）數(shù)值已達(dá)到P-T-K圖的精確度

(3)計(jì)算/,必

丫0?6

1+以1)=1+().84x(0.964-1);o332

一_____K_I?I____1.964x0.6

.1+以(—1)=1+0.84x(0.964-1)=065,

同理，“2=0.323,%=0.236

“3=0.353,=0.112

(4)計(jì)算V,L

V=舊=0.84xl()0=84kmol

L=/一V=100-84=16kmol

(5)核實(shí)ZM,

=0.999,z=1.008,結(jié)果以滿意

9.在101.3kPa下，對(duì)組成為45%（摩爾百分?jǐn)?shù)，下同）正己烷，25%正庚烷及30%正辛烷的混合物計(jì)

算，

（1）泡點(diǎn)和露點(diǎn)溫度

（2）將此混合物在101.3kPa下進(jìn)行閃蒸，使進(jìn)料的50%汽化。求閃蒸溫度，兩相的組成。

解?：因?yàn)楦鹘M分都是烷烽，所得的汽、液相均可看成理想溶液，%只取決于溫度和壓力，若計(jì)算精

度不要求井常高可使用妙類的PTK圖，見圖2-1

假設(shè)T=82C,由P=101.3kPa得下表:

組分

匕匕M"

正己烷45%1.50.675

正庚烷25%0.630.158

正辛烷30%0.280.084

=0.917<1,說明所設(shè)溫度偏低,重設(shè)T=85.8G得

組分

匕K,=0,

正己烷45%1.60.72

正夾烷25%0.70.175

正辛烷30%0.310.093

=1.008~1,故泡點(diǎn)溫度為85.8C。

同理，可迭代求出露點(diǎn)溫度設(shè)T=95C,此時(shí)

組分XK

工Ei=yi/i

正己烷45%2.00.225

正庚烷25%0.90.278

正辛烷30%0.425().705

2居/（=1.2068>1,所設(shè)溫度偏低，重設(shè)T=102.4°C,得

組分

Xi=yi/Ki

正己烷45%2.35().1915

正夷烷25%1.080.2315

正辛烷30%().5200.5769

2^7^=0.9999-1,滿足精度要求，故露點(diǎn)溫度為102.4℃。

W=

（I）進(jìn)料50%氣化，則由公式得丁=94.1℃為閃蒸溫度，查表2-1得:

組分?a匕

正己烷31.0%58.90%

正夷烷27.0%22.45%

正辛烷42.85%17.14%

結(jié)果

（1）泡點(diǎn)：85.8oC,露點(diǎn)：102.4oC；

（2）閃蒸溫度94.1OC；

氣相組成：正己烷一0.31,正庚烷一0.27,正辛烷一0.43；

液相組成：正己烷一0.59,正庚烷一0.23,正辛烷一0.17。（均為摩爾分?jǐn)?shù)）

10.以甲基異丁基酮為溶劑（C）,從含醋酸（B）8%（質(zhì)量）的水（A）溶液中萃取醋酸。

萃取溫度25C,進(jìn)料量13500kg/h。若萃余液僅含1%（質(zhì)量）的醋酸，假設(shè)水和溶劑是不

互溶的，KD=0.657（質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比）。計(jì)算單級(jí)操作時(shí)溶劑的需要量？

解：假設(shè)水和溶劑是互不相容得，從Perry手冊中查得勺）=0.657（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

由于此體系中醋酸得含量相當(dāng)?shù)?，可認(rèn)為KD=K0

FA=0.92x13500=12420kg/h

y（F）

*8=（13500-12420）/12420=0.087

因萃余液含1%的心故

y(町

XB=0.01/(1-0.01)=0.0101

從式(2-106)解心

y(F)

入B

%=-1=(0.087/0.0101)-1=8.61

EBFA

從式(2-105)S=八。=8.6Ix(12420/0.657)=163000kg/h

11.萃取原料為乙二醉水溶液，其中乙二醇質(zhì)量含量為45%。用相同質(zhì)量的糠醛作為溶劑。操

作條件：25℃>101kPao在該條件下乙二醇（B）.糠醛（C）.水（A）的三元相圖如附圖所

示，圖中組成為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。計(jì)算萃取相和萃余相的平衡組成。

解：計(jì)算基準(zhǔn)：進(jìn)料?100g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%的乙二醇水溶液，從圖2-13可知，進(jìn)料（F）含A55g、B45g,溶劑

（S）是純ClOOg。令廣=E（萃取液），^U=R（萃余液）。

計(jì)算步驟如下：

<1）在相圖上標(biāo)注進(jìn)料組成點(diǎn)F和溶劑點(diǎn)So

（2）確定混合點(diǎn)M,使M=F+S=E+Rc

<3）在相圖上應(yīng)用杠桿規(guī)則。設(shè)i為組分”在萃余液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，,為組分I在進(jìn)料和溶劑混合相中總的

質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

對(duì)溶劑C作物料衡算：

（F+S）M吸'）=Fw^y+Sw真得

一二喳-砂），

S、M和F三點(diǎn)應(yīng)在一條直線上，山杠桿規(guī)則尸/S=SM/M尸=1確定了M點(diǎn)的位置，相應(yīng)組成A：27.5%、

B：22.5%、C：50%0

（4）由于M點(diǎn)處于兩相區(qū)，該混合物必然沿結(jié)線分為互成平衡的兩液相。E點(diǎn)為萃取相，其組成為B：27.9%、A：

6.5%、C：65.6%：R為萃余相，其組成為B：8%、A：84%、C：8%。

⑸對(duì)E、M和R三點(diǎn)應(yīng)用杠桿規(guī)則，E=M（RM/ER）

0M=100+100=200g,通過測量線段長度得到E=200x（49；67）=146g,于是R=M-E=54g,：

（6）脫溶劑萃取相組成由延長過S點(diǎn)和E點(diǎn)的直線交AB邊與H點(diǎn)，其組成為B：83%、A：17%.

12.計(jì)算正庚烷（1）?笨（2）?二甲基亞破（3）的液液平衡組成。已知總組成（摩爾分?jǐn)?shù)）

zl=0.364,z2=0.223,z3=0.413；系統(tǒng)溫度0℃,活度系數(shù)方程可選擇NRTL模型。al2=0.2,

al3=0.3,a23=0.2

NRTL參數(shù)，J/mol

IJAUAJI

12-1453.33

1311690.0238.0

234062.18727.0

解:

使用附錄中LLEC程序計(jì)算N個(gè)組分（NW10）的部分互溶物系的液液平衡組成。計(jì)算方法為New-R沖hson法。

調(diào)用LILIK子程序計(jì)算分配系數(shù)，活度系數(shù)方程可選擇NRTL或UNIQUAC模型。計(jì)算結(jié)果：

平衡溫度0"C,E/R=0.49

組分進(jìn)料摩爾分?jǐn)?shù)R相摩爾分?jǐn)?shù)E相摩爾分?jǐn)?shù)KD

10.36400.69330.01960.0283

20.22300.28800.15500.5383

30.4130.01870.825344.0809

13.含甲苯30%、乙苯40%、水30%（均為摩爾％）的液體在總壓為50.6kPa下進(jìn)行連續(xù)閃

蒸。假設(shè)甲苯和乙苯的混合物服從拉烏爾定律，點(diǎn)與水完全不互溶。計(jì)算泡點(diǎn)溫度和相應(yīng)的

汽相組成。

解：

設(shè)甲苯為1組分，乙苯為2組分。

因?yàn)榉橄喾蠟趵瓲柖?，故行?/p>

P=PHO+ZP：￡

2C-H

設(shè)泡點(diǎn)溫度為70C,由安托尼方程得

$S

Pi=27,1644,=11.3006

杳表得=31.176

此n寸p=31.176+27.1644x(3/7)十11.3006x(4/7)=49.275kPd<50.6kPd,

故所設(shè)溫度略低，布設(shè)泡點(diǎn)溫度為70.5℃

依上方法求得p=50.9*50.6kPa,故泡點(diǎn)溫度為70.5℃,此時(shí)

%=23.31%,^2=13,01%.y%。=63.68%

計(jì)算結(jié)果：泡點(diǎn)70.73OC：汽相組成：甲米23.31%、乙米13.01%、水63.68%（均為摩爾百分?jǐn)?shù)）

14?水（W）和正丁醇（B）在lOlkPa下形成汽■液■液三相系統(tǒng)。若混合物總組成為含W70%

（摩爾），估計(jì)：

（1）混合物的露點(diǎn)溫度和相應(yīng)的液相組成。

（2）混合物的泡點(diǎn)溫度和相應(yīng)的汽相組成。

（3）汽化50%時(shí)三相的相對(duì)量及組成

解：

（1）設(shè)水為組分1，正丁醇為組分2,由題意得：

pi=101x0.7=70.7,

P2=101X0.3=30.3,

此體系的露點(diǎn)溫度應(yīng)為此兩組分發(fā)生第一次相變時(shí)的溫度，分別為90.25C和87.09'C,因此體系的露點(diǎn)溫度為

90.25C。此時(shí)只有一液相為水。

（2）用試差法求泡點(diǎn)溫度：

由式(2-109)得：p=pi+p2=lOlkPa

T/℃Pl,kPaP2,kPaP,kPa

8557.81527.61685.431

8864.95831.53596.493

88.566.22732.23298.458

8967.49632.941100.436

89.1567.88933.156101.045

89.268.02033.228101.248

故泡點(diǎn)溫度為89.15℃,此時(shí)：

pi=67.889kPa,p2=33.156kF>a.故yi=67.19%,y2=32.81%

T-T

/=---------H

(3)進(jìn)料50%氣化，則由公式TDF得T=89.7℃為閃蒸溫度，

使用三相等溫閃蒸程序進(jìn)行進(jìn)算，其組分的液相活度系數(shù)用UNIQUAU方法計(jì)算，其中Ai2=727.3861,A2I=

-36.2651,計(jì)算結(jié)果約為：

原料汽相液相1液相2

總量，mol1005042.167.84

水，mol%7076.5657.0098.08

正丁醇，mol%3023.4443.001.92

采用NRTL模型方程，計(jì)算結(jié)果如下：

（1）露點(diǎn)溫度:95.25C：液相組成:只有一液相，摩爾組成為:W:0.3754：B：0.6246

（2）泡點(diǎn)溫度：92.56C：汽和摩爾組成：W:0.7654：B：0.2346

（3）汽化50%時(shí)三相的相對(duì)量及組成

15.某1、2兩組分構(gòu)成二元系，活度系數(shù)方程為Lnyl=Ad；Lny2=A端

端值常數(shù)與溫度的關(guān)系A(chǔ)=1.7884-4.25ior*xT（T的單位為K）

蒸汽壓方程Ln用=16.082I050/TLn切=16?3526-4050/T

（蒸汽壓方程中符號(hào)單位pS:kPa;T:K）

假設(shè)氣相是理想氣體,系統(tǒng)壓力為99.75kPa，已知該系統(tǒng)形成共沸物，問共沸溫度是多少度?

解：

設(shè)T=344.3K（即71C）

A=0.325

p'-75.1GkPa;-98.45kPa

「d.、_ln（p"p；）ln（98.45"5.⑹

1A-0.325

得到：xl=0.0846;x2=0.9154

2

Inf]=0.325（0.9145）rx=1.313

2

Inr2=0.325(0.0846)r2=1.002

p=1.313'0.0846'75.16+1.002'0.915498.45

=98.65kPa<p規(guī)定

設(shè)T=344.7K(即71.7C)

p士99.75kPa

與給定總壓基本相等，故共沸溫度是71.7C,共沸組成xi=0.083摩爾分?jǐn)?shù)

第三章習(xí)題

1.題

解:

①無解：②有唯一解：③多解。

2.設(shè)計(jì)滿足下列要求的再沸氣提塔（見附圖），求：①設(shè)計(jì)變量數(shù)是多少？②如果有,

請(qǐng)指出哪些附加變量需要規(guī)定？

A磨頂產(chǎn)物

進(jìn)門.277K.2068kPa?7

m

寸kn)ol/h

Nc,1.0

,54.4

G67.6

CC,Hl.]

.

54.7

CGS56.0

33.3塔底產(chǎn)物

習(xí)題2附圖

解：c=6

進(jìn)料變量數(shù)

Nx8

壓力等級(jí)數(shù)9

合計(jì)17

Na串級(jí)單元數(shù)1

傳熱單元數(shù)1

合計(jì)2

規(guī)定：

①再沸器及各級(jí)的操作壓力

②級(jí)數(shù)

③塔釜液流率

3.利用如附圖所示的系統(tǒng)將某混合物分離成三個(gè)產(chǎn)品。試確定：①固定設(shè)計(jì)變量數(shù)和

習(xí)題3附圖習(xí)題4附圖

解：

Nx進(jìn)料變量數(shù)C+2

壓力等級(jí)數(shù)N+M+4

合計(jì)N+M+C+6

Na串級(jí)單元數(shù)4

側(cè)線采出數(shù)1

分配器數(shù)1

傳熱單元數(shù)4

合計(jì)10

對(duì)設(shè)計(jì)變量的規(guī)定

Nx進(jìn)料變量數(shù)C+2Na回流為泡點(diǎn)溫度1

每級(jí)壓力（含再沸器）N+M總理論級(jí)數(shù)2

全凝器壓力1進(jìn)料位置1

冷卻器壓力1側(cè)線采出口位置1

回流分配器1側(cè)線采出率1

側(cè)線壓力1回流比1

儲(chǔ)出液流率1

精儲(chǔ)塔釜液流率1

再沸提福塔釜液流率1

合計(jì)N+M+C+6合計(jì)1()

5.苯(B)-甲苯(T)-二甲苯(X)-異丙苯(C)混合物送入精儲(chǔ)塔分離，進(jìn)料組成為:

ZB=0.2,ZT=0.3,zx=0.1,zc=0.4(摩爾分?jǐn)?shù))。相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)：au=2.25,<ZT=1.00,

ax=0.33,ac=0.21o分離要求：儲(chǔ)出液中異丙苯不大于0.15%；釜液中甲苯不大于0.3%

(摩爾)。計(jì)算最少理論板數(shù)和全回流下的物料分配?！綪73例3-31

解：

以；00摩爾進(jìn)料為計(jì)算基準(zhǔn)。根據(jù)題意定甲苯為輕關(guān)鍵組分，異丙苯為重關(guān)鍵組分。從

相對(duì)揮發(fā)度的大小可以看出，二甲苯為中間組分。在作物料衡算時(shí)，要根據(jù)它的相對(duì)揮發(fā)度

與輕、重關(guān)鍵組分相對(duì)揮發(fā)度的比例，初定在儲(chǔ)出液和釜液中的分配比，并通過計(jì)算再行修

正。物料衡算表如下：

組分進(jìn)料，fl館出液,di釜液，Wi

B2020—

T3030—0.03W0.003W

X1()1*9*

C400.001540-0.0015

100D

*為二甲苯的初定值。

解得D=50.929,W=49.071

則JT=29.853,WT=0.147

dc=0.0764,wc?=39.924

代入芬斯克方程

29.8530.0764

愴

0.147)139.924J

=7.42

1.0

0.21

由Nm值求出中間組分的微出量和釜液量:

lOxf^Y^r

139.924人0.21,§9

,f0.0764Y0.33￥

"［亞麗人而IJ

wx=10-0.519=9.481

由于與初定值偏差較大，故直接迭代重做物料衡算:

組分進(jìn)料，fi饋出液,di釜液，Wi

B2020—

T3030—0.03W0.003W

X100.5199.481

400.0015。40-0.0015。

C

100DW

二次解得D=50.446,W=49.554

貝ijC1T=29.852,WT=0.148

dc=0.0757,wc=39.924

再求N.n：

校核dx：

（0.0757Y（）.33產(chǎn)

inX399241021

d=—八5L=（）.515

x.f0.0757￥0.337

R久麗人函J

再迭代一次，得最終物料衡算表：

組分進(jìn)料，fl儲(chǔ)出液，di釜液，Wi

一苯一2()20—

甲苯3029.85130.1487

二甲苯J100.51509.4850

異丙苯J400.075739.9243

6.附圖為脫丁烷塔的物料平衡圖。全塔平均操作壓力為522kPa。求①最小理論塔板數(shù);

②估計(jì)非分配組分的分配。

09.1)

⑵2.2)

總0)

3)

習(xí)題6附圖

解：（1）根據(jù)題意可列表如下：

編號(hào)組Xi、FXi『FXi.DXI.DDXi.sXi.eB

分

1C30.0139120.02561200

2iCi0.5114480.9444420.01476

311C40.0411360.0278130.056323

40.01712.137*10*3114

iC5150.0343

5Ce0.026223000.056323

6Ci0.044639.1000.095839.1

7C80.311272.1000.667272.2

8C90.035431.0000.075931

Z1.000F=876.21.0004681.000408.3

(2)塔頂溫度和塔釜溫度的計(jì)算：

塔頂溫度的計(jì)算：

第一次試差：假設(shè)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=1.0a4=0.441,

再由yi,D=Xi,D汝二(ai----->yi/ai----->Lyi/ai---Kc=Zyi/ai=0.727

查得Kc值相應(yīng)干書.5℃。故假設(shè)正確，露點(diǎn)溫度TD=37.5C

塔釜溫度的計(jì)算：第一次試差溫度：假設(shè)TB=155°C

編號(hào)組分Xij)DXi.BKiaiaixi

1C31209.801.8420

6.14

2iC44420.01471.1540.0169

3nC4130.05635.321.00.0563

40.564

iC510.03433.00.0193

50.05631.420.2670.0150

C60

6Ci00.09580.790.1480.01418

7Cs00.6670.470.08830.0589

8C900.07590.280.05263.99*10-3

所以：Kc=5.414；再有P-T-K圖查塔釜溫度為TB=155C,因與假設(shè)值符合，結(jié)束試差。

(3)最小理論塔板數(shù)和組分分配：

首先計(jì)算a值，aLH.D=l.368,aLH.B=1.154

()5

aLH,w=(ai.H.DaLH,B)=1.265;

Nm=lg[(0.944/0.0147)*(0.0563/0.0278)]/lg1.256

=21.37

其他組分的分配：ai3,w=(3.22*L842)°s=2.435

Nm8

XI.DD/XI.BB=(ai3.w)Nm*X3,DD/X3,BB=(2.435)*(13/23)=1.0273*IO

又XI,FF=12=XI,DD/+XI,BB

由以上兩式得：di=12

同理可得：＜12=447,d3=13,d4=2.138*10-7

d5=d6=d7=ds~0

7.估計(jì)習(xí)題6脫丁烷塔的最小回流比。已知進(jìn)料的液相分率q=0.8666?！綪77例3-51

解：由恩