第七章习题解答 1)拟用清水吸收空气与丙酮混合气中的丙酮。混合气含丙酮4.5%(体积) 操作条件:常压,25℃,塔底液相质量流速G=6.34kg/(s·m2),液相与气相质 量流量之比为2.50,取操作气速为泛点气速的70%。试比较采用25×25×2.5mm 瓷质拉西环乱堆与采用25×3.3mm瓷之矩鞍形填料两种方案的空塔气速及每皿 填料层压降。按塔底条件计算,液相物性按水计。 解:液相;按25C清水计,p2=997kg/m3,2=08937CP 气相:M=29×955%+58×4.5%=30.3, Pr=1013×103×30.3/(8314×298)=1239kg/m (G2G1)(pp)05=2.501239/997)=00881 查 Ecker t图,乱堆填料泛点线纵坐标为0.15,即 (U/g)(pp/p1)=0.15 (1)25×25×2.5mm瓷拉西环乱堆:g=450m U×450×11239 )(08937)02=0.15 U,=1.64m/s (2)25×3.3mm瓷矩鞍形填料乱堆:q=320m Ur×320×11.239 )(0.8937)92=0.15U,=1.945m/s 9.81 997 两方案计算压降方法相同。在 Ecker t图上纵坐标为072×0.5=00735, 横坐标为0.088,由等压线查得:90mmH2O/m填料 2)承第1题,试计算采用瓷矩鞍形填料时的ka,该填料的名义尺寸为25mm。 解:25C清水,σ=7149×10-3N/m,查得ac=61dn/cm=61×10-3N/m 58m2/ (1)计算aw 1-exp[-145(c)907 pioc 1-exp-145(61 )0x(6.34x10 258×0.8937 634×258-00 9972×9.8 997×7194×10-3×258 0.5216 a=0.5216a=0.5216×258=134.6m2/m 2)计算k与Kn 计算丙酮在水中的分子扩散系数D1
第七章 习题解答 1）拟用清水吸收空气与丙酮混合气中的丙酮。混合气含丙酮 4.5%（体积）。 操作条件：常压，25℃，塔底液相质量流速 GL=6.34kg/(s·m 2 )，液相与气相质 量流量之比为 2.50，取操作气速为泛点气速的 70%。试比较采用 25×25×2.5mm 瓷质拉西环乱堆与采用 25×3.3mm 瓷之矩鞍形填料两种方案的空塔气速及每 m 填料层压降。按塔底条件计算，液相物性按水计。 横坐标为 ，由等压线查得： 填料。 两方案计算压降方法相同。在 图上纵坐标为 ， （ ）（ ） （ ） 瓷矩鞍形填料乱堆： （ ）（ ） （） 瓷拉西环乱堆： （ ）（ ） 查 图，乱堆填料泛点线纵坐标为 ，即 （ ）（ ） （ ） （ ） 气相： ， 解：液相；按 清水计， ， mmH O m Ec t U m s U m m m U m s U m m m U g Ec t G G k g m M C k g m CP f f f f f V L L L V L V V L L 0.0881 90 / ker 0.7 0.15 0.0735 0.8937 0.15 1.945 / 997 1.239 9.81 320 1 2 25 3.3 320 0.8937 0.15 1.64 / 997 1.239 9.81 450 1 1 25 25 2.5 450 / / 0.15 ker 0.15 / / 2.50 1.239 / 997 0.0881 1.013 10 30.3/ 8314 298 1.239 / 29 95.5% 58 4.5% 30.3 25 997 / 0.8937 2 2 0.2 2 1 0.2 2 1 2 0.5 0.5 0.5 5 3 0 3 = = = = = = = = = = = = = + = = = − − 2）承第 1 题，试计算采用瓷矩鞍形填料时的 kGa，该填料的名义尺寸为 25mm。 2 3 0.2 3 2 0.0 5 2 2 0.1 3 0.7 5 0.2 2 0.0 5 2 2 0.7 5 0.1 2 3 0 3 3 0.5216 0.5216 258 134.6 / 0.5216 ] 997 71.94 10 258 6.34 997 9.81 6.34 258 258 0.8937 6.34 10 71.94 61 1 exp[ 1.45 1 exp[ 1.45 ] 1 258 / 25 71.49 10 / 61 / 61 10 / m m G g G G m m C N m dyn cm N m w L L L L L w C L W C = = = = = − − = − − = = = = − − − − − （ ） （ ） （ ）（ ） （ ）（ ）（ ） （ ） （）计算 ： 解： 清水， ，查得 2)计算 kL与 KLm： 计算丙酮在水中的分子扩散系数 DL：
摩尔体积V4=(148×3)+(3,7×6)+74=74 74×10-8(26×18)05(2732+25) D 1277×10-5cm2/s 0.8937×74 1277×10m2/s k2(24)0=0005~C )2()y2(adp) 即k2( 997×103 3=0.005/~6.34×103 0.8937×9.81 134.6×0.8937 0.8937×10 03×(258×25×10-3)904 997×1.277×10 k1=1.177×10-kmol/(s·m2·kmol.m-3) a 1.177×10-4×1346 =0.0158kml/(s·m3.kmol.m3) 3)承第1题,试计算采用瓷矩鞍形填料时的ka,该填料的名义尺寸为25m f: kGRT/(a Dg)=5.23[G,/a)] [uG /(PGDG)](a dp)- G1=G1/2.50=634/2.50=2.536kg/sm2,a=258m2/m3 气相物性数据按1am,25°C空气计 =1.835×10-3Pa·s 436×10-3T13(1/MA+1/Mn) P(V13+VB1)2 436×10-5(2982)(1/58+1/29)12 9453×10-°m2/ 101.3×(7413+2993)2 314×298.2 523×( .536 258×9453×10-6 258×1.835×10 1.835×10 )13(258×25/100) 1.185×9453×10- 解得:k。=1.186×10-5kmol(s·m2kPa) =1.596×10-3kmol/(s.m3.kPa) 4)某“乙醇~水”精馏塔,塔顶、底温度分别为78.2℃与102℃,进料中 含乙醇16%(摩尔),试査取全塔效率
（ ） （ ） （ ） （ ） 即 （ ） （ ） （ ） （ ）（ ）（ ） （ ）（ ） 摩尔体积 （ ）（ ） 3 3 4 4 2 3 0.5 3 0.4 9 3 2 / 3 3 1/ 3 3 1/ 3 2 / 3 1/ 2 0.4 9 2 5 2 0.6 8 0.5 0.0158 / 1.177 10 134.6 1.177 10 / 258 25 10 997 1.277 10 0.8937 10 134.6 0.8937 6.34 10 0.0051 0.8937 9.81 997 10 0.0051 1.277 10 / 1.277 10 / 0.8937 74 7.4 10 2.6 18 273.2 25 14.8 3 3.7 6 7.4 74 − − − − − − − − − − − − = = = = = = = = + = = + + = kmol s m kmol m k k k kmol s m kmol m k dp D G g k m s D cm s V La L W L L L L L W L L L L L L A 3）承第 1 题，试计算采用瓷矩鞍形填料时的 kLa，该填料的名义尺寸为 25mm。 （ ） 解得： （ ） （ ）（ ） 则 （ ） （ ） （ ）（ ） （ ， ， ， ） （ ） （ ） 气相物性数据按 ， 空气计： 解： kmol s m kPa k k k kmol s m kPa k m s T K P KPa V V cm mol P V V T M M D Pa s k g m atm C G G k g s m m m k RT D G D dp G a G W G G A B A B A B G G G V L G G V G G G G = = = = = = + + = − − − + + = = = = = = = = − − − − − − − − − − − − − 3 3 5 5 2 1/ 3 2 6 5 0.7 6 5 6 2 1/ 3 1/ 3 2 5 1.5 1/ 2 3 1/ 3 1/ 3 2 5 1.5 1/ 2 5 3 0 2 2 3 0.7 1/ 3 2 1.596 10 / 1.186 10 134.6 1.186 10 / 258 25 /100 1.185 9.453 10 1.835 10 258 1.835 10 2.536 5.23 258 9.453 10 8.314 298.2 9.453 10 / 101.3 74 29.9 4.36 10 298.2 1/ 58 1/ 29 / 4.36 10 1/ 1/ 1.835 10 1.185 / 1 25 / 2.50 6.34 / 2.50 2.536 /( ), 258 / /( ) 5.23[ /( )] [ /( )] ( ) 4）某“乙醇～水”精馏塔，塔顶、底温度分别为 78.2℃与 102℃，进料中 含乙醇 16%（摩尔），试查取全塔效率
解:平均温度tn=(782+102)2=90.1°C 90.1°C时,a=860,液相水1=0.3162CP,液相乙醇2=0.38P 2=0.84×0.3162+0.16×0.38=0.326CP aH1=8.60×0.326=280 查 O'connell图,得Er=375% 5)某“苯~甲苯”精馏塔,进料含苯20%(摩尔,下同),塔顶产品含苯 98%,塔底产品含苯2.0%,泡点进料,泡点回流,塔顶用全凝器,物系相对挥发 度α=2.47。操作回流比为最小回流比的1.5倍。已知气相默弗里单板效率E。 随液相浓度变化不大,可按0.5计。试确定所需实际塔板数及加料板位置。 解:平衡关系:y=247x/(1+1.47x) (1) q线方程:x=0.20 (2) 联立(1)(2)式求得交点:xn=0.20,yn=03818 则:Run=(0.98-0.3818)/(0.3818-0.20)=329 R=1.5R_=1.5×3.29=4935 精馏段操作线:y=(4935/5.935)x+0.98/5.935 =0.832x+0.165 将平衡线、操作线绘与图上,并在平衡线与操作线间作许多任意的垂直 于x轴的直线,作各直线的内分点,由操作线向上至内分点距离占55%,由 分内点至平衡线的距离占45%,各分内点连成虚线,用作图法由操作线与虚 线间作梯级,得总实际塔板数为27块,加料板为16块,梯级图如下所示:
37.5% 8.60 0.326 2.80 0.84 0.3162 0.16 0.38 0.326 90.1 8.60 0.3162 0.38 78.2 102 / 2 90.1 1 2 0 0 = = = = + = = = = = + = T L L m O connell E CP C CP CP t C 查 图，得 时， ，液相水 ，液相乙醇 解：平均温度 （ ） 5）某“苯～甲苯”精馏塔，进料含苯 20%（摩尔，下同），塔顶产品含苯 98%，塔底产品含苯 2.0%，泡点进料，泡点回流，塔顶用全凝器，物系相对挥发 度α=2.47。操作回流比为最小回流比的 1.5 倍。已知气相默弗里单板效率 EmV 随液相浓度变化不大，可按 0.55 计。试确定所需实际塔板数及加料板位置。 线间作梯级，得总实际塔板数为 块，加料板为 块，梯级图如下所示： 分内点至平衡线的距离占 ，各分内点连成虚线，用作图法由操作线与虚 于 轴的直线，作各直线的内分点，由操作线向上至内分点距离占 ，由 将平衡线、操作线绘与图上，并在平衡线与操作线间作许多任意的垂直 精馏段操作线： （ ） 则： （ ）（ ） 联立（）（ ）式求得交点： ， 线方程： （ ） 解：平衡关系： （ ） （） 27 16 45% 55% 0.832 0.165 4.935 / 5.935 0.98 / 5.935 1.5 1.5 3.29 4.935 0.98 0.3818 / 0.3818 0.20 3.29 1 2 0.20 0.3818 0.20 2 2.47 / 1 1.47 1 min min * x x y x R R R x y q x y x x q q = + = + = = = = − − = = = = = +
