《化工基础》电子教案 第三章 传质分离过程习题课

习题课 第三章传质分离过程 例1.常压精馏苯-甲苯混合物,进料为95℃,50%苯(摩尔分数,下同)的上述混合物, 处理量为100kmoh,要求塔顶采出液含苯90%,塔釜含苯10%,回流比为3.27, 釜液的汽化潜热为270×l04 kJ/kmol.求:q值和塔釜换热器的热负荷。 解:(1)求q值 首先由书上pl13的表36绘制出苯(A)一甲苯(B)的气液相平衡时的相图(用t 图表示),或者可以直接利用书上pll的图3-13中的tx-y相图 查图得混合物在95℃时对应的x=0426 由表3-6利用差值法可得相对挥发度a=247。 2.47×0426 1+(a-1)x1+(247-1)x04260647 再由杠杆规则或q线方程计算q值。 q=y-xE=0647-05=199 1-qxp-x0.5-0.426 解得q=0.666 (2)求塔釜换热器的热负荷Q 根据全塔物料衡算可以列出以下方程 qe=qD+ qu qFx=qDxd+ qwx 解方程组 j100=q+q 100×0.5=90×0.9+qm×0.1 解之得qD=50 kmol/h,qw=50kmol/h 已知q=风D,q=q2+qp=(R+1)D=(327+1)×50=2135kmoh 又q=q+(1-q)qp q=213.5-(1-0.666)×100=180.1kmol/h Q=qr=180×270×104 =1350kw 3600

习题课 第三章 传质分离过程 例1． 常压精馏苯-甲苯混合物，进料为 95℃，50%苯（摩尔分数，下同）的上述混合物， 处理量为 100 kmol/h，要求塔顶采出液含苯 90%，塔釜含苯 10%，回流比为 3.27， 釜液的汽化潜热为 2.70×104 kJ/kmol.求：q 值和塔釜换热器的热负荷。 解：(1) 求 q 值 首先由书上 p113 的表 3-6 绘制出苯（A）—甲苯（B）的气液相平衡时的相图（用 t-x-y 图表示），或者可以直接利用书上 p111 的图 3-13 中的 t-x-y 相图。 查图得混合物在 95℃时对应的 x=0.426, 由表 3-6 利用差值法可得相对挥发度α=2.47。 0.647 1 (2.47 1) 0.426 2.47 0.426 1 ( 1) = + −   = + − = x x y   再由杠杆规则或 q 线方程计算 q 值。 1.99 0.5 0.426 0.647 0.5 1 = − − = − − = − x x y x q q F F 解得 q=0.666 （2）求塔釜换热器的热负荷 Q 根据全塔物料衡算可以列出以下方程： F f D d W w F D W q x q x q x q q q = + = + 解方程组     =  +  = + 100 0.5 0.9 0.1 100 D W D W q q q q 解之得 qD = 50kmol / h, qW = 50kmol / h 已知 qL = RqD ， qV qL qD R qD = + = ( +1) =（3.27+1）×50=213.5 kmol/h 又 qV qV q qF (1 ) ' = + − ' V q =213.5-（1-0.666）×100=180.1 kmol/h Q= V w q r ' = 1350 3600 180 2.70 104 =   kw

例2.由一块理论板与塔釜组成的精馏塔(如下图所示)中,进料为甲醇含量30%(摩尔分 数,下同)的泡点水溶液。欲得到20kmol/h含甲醇80%的塔顶馏份,回流比为3.0。 写出精馏段操作线方程 2.利用相图及上述方程求ⅹ(非理想溶液)。 3.求加料量q 解:首先画出甲醇(A)一水(B)的y-x相图 A:甲醇 注意:由于该体系为非理想溶液,不能用y=,,一来计算,只能由相图计算 (1)精馏段操作线方程 3.0 0.8 y 0.75x+0.2 R+1 R+1 30+130+1 ∴y1=0.75×0.8+0.2=0.8 (2)由相图查得y对应的x1=0.5 yn=y2=0.75x1+0.2=0.75×0.5+0.2=0.575 由y2查相图得x2=xw=02 (3)由物料衡算得 qD + qw qFx=qDxd + qwx 已知xr=0.3,xa=08,xn=02,qD=20 kmol/h,解上述方程组得到 qe=120kmol/h

例2． 由一块理论板与塔釜组成的精馏塔(如下图所示)中，进料为甲醇含量 30%（摩尔分 数，下同）的泡点水溶液。欲得到 20 kmol/h 含甲醇 80%的塔顶馏份，回流比为 3.0。 1. 写出精馏段操作线方程。 2. 利用相图及上述方程求 xw(非理想溶液)。 3. 求加料量 F q . 解： 首先画出甲醇（A）—水（B）的 y-x 相图 注意：由于该体系为非理想溶液，不能用 x x y 1+ ( −1) =   来计算，只能由相图计算。 （1） 精馏段操作线方程 0.75 0.2 3.0 1 0.8 3.0 1 3.0 1 1 1 1 = + + + + = + + + n+ = n d n n x x x R x R R y ∴ y1 = 0.750.8 + 0.2 = 0.8 （2） 由相图查得 y1 对应的 x1=0.5 yw = y2 = 0.75x1+0.2 = 0.750.5 + 0.2 = 0.575 由 y2 查相图得 x2=xw=0.2 （3） 由物料衡算得 F f D d W w F D W q x q x q x q q q = + = + 已知 x f = 0.3, xd = 0.8, xw = 0.2 , qD = 20 kmol/h, 解上述方程组得到 qF =120 kmol/h

例3.混合气中含10%CO2,其余为空气,于303K及2×103kPa下用纯水吸收,使CO2的 浓度降到0.5%,溶液出口浓度x1=006%(以上均为摩尔分数),混合气体处理量为 2240m3h(标准状态的体积),亨利系数E为2×10kPa,气相体积传质总系数 Ky=278kmol h.m-2, a=0.1m2/m.R (1)每小时用水为多少吨? (2)填料层高度为多少米?(塔径为1.5m) 解:(1)设塔底为1,塔顶为2 0.1 =0.11,2≈y2=0.00 1-0.1 X1≈x1=00006,X2=0 Y, 又 而 2240×09=90kmo/h X-X 224 0.111-0.005 qc q 90=1.59×104kmol/h 0.0006-0 用水量为286吨/h (2)利用平衡关系 Ex2×10x f2×10°=100所以 m=100 x 100x +(1-m)x 99x 满足对数平均浓度差法的条件,可以利用该法计算△Yn=H1-△Y2 △Y2 0.111￥,005 Y1=0.06 △Y=Y-Y △Y=Y,-Y=0.111-0.06=0.051 △2=Y2-Y2=0.005

例3． 混合气中含 10%CO2,其余为空气，于 303K 及 2×103kPa 下用纯水吸收，使 CO2 的 浓度降到 0.5%，溶液出口浓度 x1=0.06%（以上均为摩尔分数），混合气体处理量为 2240m3 .h-1 (标准状态的体积)，亨利系数 E 为 2×105kPa，气相体积传质总系数 Ky=278kmol.h-1 .m-2 , a=0.1m2 /m3 .求： （1） 每小时用水为多少吨？ （2） 填料层高度为多少米？（塔径为 1.5m） 解：(1) 设塔底为 1，塔顶为 2 0.111 1 0.1 0.1 1 = − Y = ， Y2  y2 = 0.005 X1  x1 = 0.0006，X2=0 又 1 2 1 2 X X Y Y q q B C − − = 而 0.9 22.4 2240 qB =  =90kmol/h 90 0.0006 0 0.111 0.005 1 2 1 2  − − = − − C = qB X X Y Y q =1.59×104 kmol/h 用水量为 286 吨/h. (2) 利用平衡关系 3 5 * 2 10 2 10   = = x P Ex y 总 =100x, 所以 m=100 又 x x m x mx Y 1 99 100 1 (1 ) * − = + − = ≈100x 满足对数平均浓度差法的条件，可以利用该法计算 2 1 1 2 ln Y Y Y Y Ym    −   = Y Y * 0.111 0.06 0.005 0 1 2 Y1 *=0.06 Y2 *=0 0.005 0.111 0.06 0.051 * 2 2 2 * 1 1 1 *  = − =  = − = − =  = − Y Y Y Y Y Y Y Y Y

△H1-△Y20.051-0.005 △Ym Ay h0051=0.0198 005 Mon=2-2_0.11-005 △Y 0.0198 qB 1.83(已知d=1.5m) 278×0.1 H= HM=535×183=98≈10m 例4.见书上pl64的3-27题 解:利用书上pl60的式(3-84)即 因此,c=co =10×10093=794ug/ml 由c0=c+(0-1)c,得10×100=794+(100-1)cn 解得cp=208gm

∴ 0.005 0.051 ln 0.051 0.005 ln 2 1 1 2 − =    −   = Y Y Y Y Ym =0.0198 0.0198 1 2 0.111− 0.005 =  − = m OG Y Y Y N =5.35 1.83 4 278 0.1 90 2 =   =  = K a d q H Y B OG  (已知 d=1.5m) H = HOG NOG =5.35×1.83=9.8≈10m 例4． 见书上 p164 的 3-27 题 解：利用书上 p160 的式（3-84）即 0 0 c c V V R  =      ， 因此， R V V c c       = 0 0 =10×1000.95=794μg/ml 由 — p V c Vc (V V) c 0 0 = + 0 − 得 — p 10100V = 794V + (100 −1)V c 解得 — p c =2.08μg/ml