习题课第三章 传质分离过程
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。
再由杠杆规则或q线方程计算q值。
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：
解方程组
解之得
已知 ,=（3.27+1）×50=213.5 kmol/h
又
=213.5-（1-0.666）×100=180.1 kmol/h
Q==kw
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。
写出精馏段操作线方程。
利用相图及上述方程求xw(非理想溶液)。
求加料量.
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，不能用来计算，只能由相图计算。
精馏段操作线方程
∴
由相图查得 y1对应的x1=0.5
由y2查相图得 x2=xw=0.2
由物料衡算得
已知,,,kmol/h,解上述方程组得到
kmol/h
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：
每小时用水为多少吨？
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
,
，X2=0
又 而=90kmol/h
=1.59×104 kmol/h
用水量为286吨/h.
(2) 利用平衡关系
=100x,所以 m=100
又≈100x
满足对数平均浓度差法的条件，可以利用该法计算
Y1*=0.06
Y2*=0
∴=0.0198
=5.35
(已知d=1.5m)
=5.35×1.83=9.8≈10m
见书上p164的3-27题
解：利用书上p160的式（3-84）即 ,
因此，=10×1000.95=794μg/ml
由 得
解得 =2.08μg/ml
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。
再由杠杆规则或q线方程计算q值。
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：
解方程组
解之得
已知 ,=（3.27+1）×50=213.5 kmol/h
又
=213.5-（1-0.666）×100=180.1 kmol/h
Q==kw
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。
写出精馏段操作线方程。
利用相图及上述方程求xw(非理想溶液)。
求加料量.
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，不能用来计算，只能由相图计算。
精馏段操作线方程
∴
由相图查得 y1对应的x1=0.5
由y2查相图得 x2=xw=0.2
由物料衡算得
已知,,,kmol/h,解上述方程组得到
kmol/h
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：
每小时用水为多少吨？
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
,
，X2=0
又 而=90kmol/h
=1.59×104 kmol/h
用水量为286吨/h.
(2) 利用平衡关系
=100x,所以 m=100
又≈100x
满足对数平均浓度差法的条件，可以利用该法计算
Y1*=0.06
Y2*=0
∴=0.0198
=5.35
(已知d=1.5m)
=5.35×1.83=9.8≈10m
见书上p164的3-27题
解：利用书上p160的式（3-84）即 ,
因此，=10×1000.95=794μg/ml
由 得
解得 =2.08μg/ml
