化工原理例题及解答(下)

例题（下）

一、 用一连续操作的精馏塔，在常压下分离苯-甲苯混合液，原料液含苯0.5（摩尔分率，下

同），塔顶馏出液含苯0.9，塔顶采用全凝器，回流比为最小回流比的1.5倍，泡点进料，设加料板上的液相组成与进料组成相同，在此温度下苯的饱和蒸汽压为145.3kPa ，试求理论进料板的上一层理论塔板的液相组成。（10分） 知：x F =0. 5 x D =0. 9 R =1. 5R m i n q =1

y q =

y F

x F

'=x F x 1

o p A =145. 3k P a

x q =x F

求：x F -1

o

p A 14. 53x F =⨯0. 5=0. 717解： y F = P 10. 13

R m i n =

x D -y q y q -x q

=

x D -y F 0. 9-0. 717

==0. 84 3

y F -x F 0. 717-0. 5

R =1. 5R min =1. 5⨯0. 843=1. 26

R 1x n +x D R +1R +11. 261

⨯x F -1+⨯0. 9 得 0. 717=

1. 26+11. 26+1

由 y n +1=

所以 x F -1=0. 57 1

二、 用水作为吸收剂来吸收某低浓度气体生成稀溶液（服从亨利定律），操作压力为

850mmHg ，相平衡常数m =0. 25，已知其气膜吸收分系数k G =1. 25kmol /(m 2⋅h ⋅atm ) ，液相吸收分系数为k L =0. 85m /h ，试分析该气体被水吸收时，是属于气膜控制过程还是液膜控制过程？。（10分）

知：P =850mmHg =

850

atm 760

ρs =1000kg /m 3（稀溶液）

m =0. 25

k G =1. 25kmol /(m 2⋅h ⋅atm ) k L =0. 85m /h

求：气膜控制过程或液膜控制过程？ 解一：由m =

E

P

850

=0. 28a t m 760

得 E =mP =0. 25⨯

由稀溶液 得 H =

ρs

EM s

=

1000

=198. 4kmol /(m 3⋅atm )

0. 28⨯18

又

11111=+=+=0. 8059 K G k G k L ⋅H 1. 25198. 4⨯0. 85

所以 K G =1. 2408≈1. 25kmol /(m 2⋅h ⋅atm ) 所以 是气膜控制过程。

850

⨯1. 25=1. 3980kmol /(m 2⋅h ) 760n m ρ1000

k L =k L =⨯0. 85=47. 1698kmol /(m 2⋅h ) k x =Ck L =k L =

V MV M 18. 02

解二：k y =Pk G =

11m 10. 25

=+=+=0. 7206 K y k y k x 1. 398047. 1698

K y =1. 3877k m o /(l m 2⋅h ) ≈k y

K x =mK y =0. 25⨯1. 3877=0. 3469kmol /(m 2⋅h ) K G =

K y P =

1. 3877

=1. 2408≈k G 850760

()

所以 是气膜控制过程。

三、 在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂S 吸收混合气体中的可溶组分A 。入塔气体中A

的摩尔比为0.03，要求吸收率为95%。已知操作条件下的脱吸因数为0.8，物系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03（摩尔比）。试求：（10分） (1) 操作液气比为最小液气比的倍数； (2) 出塔液体的浓度；

(3) 完成上述分离任务所需的气相总传质单元数。 知：X 2=0

Y 1=0. 03

ϕA =0. 95

S =0. 8

X 1*=0. 03

L 求：1．

⎛L ⎫ ⎪⎝V ⎭min

2．X 1 3．N OG

解：(1) 由 Y 1=mX 1*，得 m =

Y 10. 03==1 X 1*0. 03

又 Y 2=(1-ϕA ) Y 1=(1-0. 95) ⨯0. 03=0. 001 5

Y -Y 2Y -Y 2⎛L ⎫

=m 1=m ϕA =1⨯0. 95=0. 95 ⎪=1

Y Y 1⎝V ⎭min 1

-X 2m mV

L L m 1

=1. 25 得 ==

V S 0. 8

S =

L

1. 25==1. 316所以

L 0. 95⎛⎫ ⎪⎝V ⎭min

L L X +Y 2-X 2 V V L L

得 Y 1=X 1+Y 2-X 2

V V

(2) 由 Y =

所以 X 1=

Y 1-Y 2Y 1-(1-ϕA ) Y 10. 03-0. 0015

===0. 022 8L L 1. 25V V

(3) N OG =

⎡⎤Y 1-mX 2110. 03⎡⎤ln ⎢(1-S ) +S ⎥=ln ⎢(1-0. 8) ⋅+0. 8⎥=7. 843 1-S ⎣Y 2-mX 20. 0015⎦⎦1-0. 8⎣

四、 湿度为0.02的湿空气在预热器中加热到120︒C 后通入绝热常压（总压P =760mmHg ）干

燥器，离开干燥器时空气的温度为49︒C 。湿空气降温增湿过程可认为是等焓过程，试求离开干燥器时空气的露点温度t d 。水的饱和蒸汽压数据如下：（10分）

知：H 1=0. 02kg 水汽/kg 干气 t 1=120︒C P =760m m H g t 2=49︒C 求：t d

解：由绝热干燥器，得 I 1=I 2

所以 (1. 01+1. 88H 1) t 1+2490H 1=(1. 01+1. 88H 2) t 2+249H 02

(1. 01+1. 88⨯0. 02) ⨯120+2490⨯0. 02=(1. 01+1. 88H 2) ⨯49+2490H 2

kg 水汽/kg 干气 H 2=0. 0488又由 p s , t d =

H s , t d P 0. 622+H s , t d

得 p s , t d =

H 2P 0. 0488⨯760

==55. 3m m H g

0. 622+H 20. 622+0. 0488

查表得，t d =40︒C