食品工程吸收与蒸馏作业答案

为
100kmol/h，组成为0.3(易挥发组分摩尔分数)，其精馏段
和提馏段操作线方程分别为：
y=0.714x+0.257
y=1.686x-0.0343
试求： ⑴ 塔顶馏出液流量和精馏段下降液体流量，kmol/h； ⑵ 进料热状态参数q。
解： 先由已知的两操作线方程求出xD、xW和R；
再由全塔物料衡算和回流比定义求得D和L；
将x=0.3代入精馏段操作线方程，得：y=0.471 将x=0.3， y=0.471代入q线方程，得：q=1(泡点进料)
[作业7-8] 苯和甲苯的混合物组成为50%，送入精馏塔 内分离，要求塔顶苯的含量不低于96%，塔底甲苯含量 不低于98%（以上均为质量百分数）。苯对甲苯的相对 挥发度可取为2.5，操作回流比取为最小回流比的1.5倍。 （1）若处理20kmol/h的原料，求塔顶馏出液和塔底采 出液各为多少kg/h；（2）分别求泡点进料和饱和蒸汽进 料情况下的最小回流比；（3）求饱和蒸汽进料时进料板 上一层塔板上升蒸汽的组成（假定进料组成与进料板上 升的蒸汽组成相同）；（4）若泡点进料，假定料液加到 塔板上后，液体完全混合，组成为50%（质量分数）， 求上升到加料板的蒸汽组成。
5 109 103 3300 PAi 1.5 10 4 c Ai 1000
亨利定律：PAi =
c Ai c Ai H 0.73
c Ai 1.06 k mo l m3
由上面两式解得：PAi 1.45KPa
* （2） 以分压差表示总推动力：PA PA PA
由提馏段操作线方程和对角线方程联立解得:
馏出液流量由全塔物料衡算求得，即：
D W F 100 0.9 D 0.05W 100 0.3
D=29.4kmol/h W=71.6kmol/h
回流比由精馏段操作线斜率求得(y=0.714x+0.257) ：
R 0.714 R 1
精馏段下降液体量为：
（2）若吸收率提高至90%，用水量又为多少？
解：（1） V =1200(1 0.08) / 22.4 49.3mol / s
Y1
0.08 0.87 1 0.08
Y2 Y1 (1 ) 0.087(1 85%) 0.013
X 1* Y1 0.087 / 26.7 0.00325 M
cA 1.93KPa H * 以摩尔浓度差表示总推动力：cA cA HPA cA 1.409kmol / m3 1 KG 4.78 106 kmol / (m 2 s kPa） 1 1 kG Hk L
KG 6.55 106 m/s H N A KG ( PA PA* ) 9.23 106 kmol / (m2 s) KL
由两操作线方程和q线方程联立可求得进料热状态参数q ⑴ 塔顶馏出液流量和精馏段下降液体流量，kmol/h
由精馏段操作线方程和对角线方程联立解得:
y=0.714x+0.257 y=x y=1.686x-0.0343 y=x
0.257 xD 0.899 0.90 1 0.714 0.0343 xW 0.05 1.686 1
Y1 Y1 Y1* Y1 MX1 0.0133 0.75 0.0126 0.00385 Y2 Y2 Y2* Y2 MX 2 6.67 105
Y1 Y2 Ym 9.33 104 Y ln 1 Y2
N OG Y1 Y2 0.0133 6.67 105 14.18 4 Ym 9.33 10
H OG
V 13.5 0.305m 1 KY a 88 0.82 4
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Z HOG NOG 14.18 0.305 4.33m
[作业7-6]在常压下对苯与甲苯二元理想溶液分别进行平衡 蒸馏与简单蒸馏。若原料液中苯的浓度为0.5（摩尔分率） 。物系的相对挥发度为2.47。试求：
0.4088
设馏出液的平均组成为 y
F 1.505 W
Dy Fx1 Wx2
W 0.411 Fx1 Wx 2 x1 x 2 0.5 F 1.505 y F W W 1 1 1 F 1.505
0.676
作业7-7：在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液流量
1）气液界面上的两相组成；
2）以分压差和摩尔浓度差 表示的总推动力、总传质
系数、传质速率；
3）以摩尔分率差表示总推动力的气相总传质系数； 4）气膜与液膜阻力的相对大小。
解：（1）
N A kG PA PAi k L c Ai c A
PA Py 0.03 110000 3300Pa
作业 7-1
【作业 7-2 】在总压101.3kPa，温度30℃的条件下,
SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的
水溶液相接触，试问：
（1）SO2的传质方向；E=4850KPa （2）其它条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向； E=1670KPa （3）其它条件不变，总压提高到202.6kPa时SO2的传
【作业7-3】110kPa下操作的氨吸收塔，某截面上，
含氨0.03摩尔分率的气体与氨浓度为1kmol/m3的氨水 接触，已知气相传质系数kG=5×10-9kmol/(m2· Pa)， s· 液相传质系数kL=1.5×10-4m/s，氨水的平衡关系可用 亨利定律表示，H=7.3×10-4kmol/(m3· Pa)，试计算：
质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表
示的传质推动力。
解：
（1）
由已知 x=0.01， y=0.3
PA=Py=101.3×0.3=30.4 KPa PA*=Ex=4850×0.01=48.5 KPa
由于PA＜ PA*，故为解吸过程 （2） 0°时，SO2的亨利系数为E=1670 KPa PA*=Ex=1670×0.01=16.7 KPa 由于PA＞ PA*，故为吸收过程 （3） 总压提高后， PA=Py=1202.6×0.3=60.8 KPa PA*=Ex=4850×0.01=48.5 KPa 由于PA＞ PA*，故为吸收过程 液相摩尔分率差表示的传质推动力 =x*-x=PA/E-x=60.8/4850-0.01=0.00254 气相摩尔分率差表示的传质推动力 =y-y*=y-PA*/P=0.3-48.5/202.6=0.0606
和氨的混合气质量流量为1400kg/h，气体总压为
101.3kPa，其中氨的分压为1.333 kPa。若实际吸收剂用
量为最小用量的1.4倍，操作温度（293K）下的气液相
平衡关系为Y*=0.75X，气相总体积吸收系数KYa为 0.088kmol/m3· s，试求 （1）每小时用水量； （2）分别用平均推动力法和吸收系数法求出所需填料
V，Y2
L，X2
Y Y 0.087 0.013 L 1 2 22.8 * 0.00325 0 V min X 1 X 2
L L 1.5 V 1.5 22.8 49.3 1686mol / s V min
(2）
Y2 Y1 (1 ) 0.087(1 90%) 0.0087
1.5x 1.25
x 0.411, y 0.634
2）简单蒸馏终了时的釜液浓度与平衡蒸馏时相同
x2 0.411
F 1 x1 1 x2 ln ln ln W 1 x2 1 x1
1 0.5 1 0.411 ln 0.411 2.47 ln 1 0.5 2.47
（3）
K y PK G 0.526mol / (m 2 s )
（4）
气膜阻力= 液膜阻力=
1 2 105 m2 sPa / mol kG 1 9.13 103 m2 sPa / mol Hk L
气膜阻力 =95.63% 总阻力
[作业7-4] 在一逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混 合气体中的SO2。气体处理量为1.20m3（标准）•s-1， 进塔气体中含SO2 8%（体积百分数），要求SO2的吸 收率为85%，在该吸收操作条件下的相平衡关系 Y=26.7X，用水量为最小用量的1.5倍。试求： （1）用水量为多少？
R=2.5
L=RD=2.5×29.4=73.5kmol/h
⑵ 进料热状态参数q
q xF q 0.3 x x q线方程为： y q 1 q 1 q 1 q 1
式中的x、y值可由两操作线方程联立解得
y=0.714x+0.257
y=1.686x-0.0343
得：x=0.3
0.714x+0.257=1.686x-0.0343
1）用平衡蒸馏方法分离，当汽化率为 0.4时，釜液与馏
出液的组成。
2）用简单蒸馏方法分离，使釜液浓度与平衡蒸馏相同，
所得馏出物中苯的平均组成。
解：1）
x 2.47 x y 1 ( 1) x 1 1.47 x
xF q 0.6 0.5 y x x q 1 q 1 0.6 1 0.6 1
* 1
(2）
Y1 Y2 0.0133 6.67 105 L 0.7476 * 0.0177 0 V min X 1 X 2 L L 1.4 V 1.4 0.7476 13.5 14.13mol / s V min V (Y1 Y2 ) 13.5(0.0133 6.67 105 ) X1 0.0126 L 14.13
层高度。
解：（1）
y1 1.333 y1 0.01316 Y1 0.0133 101.3 1 y1 M m M A y1 M B (1 y1 ) 17 0.01316 29(1 0.01316) 28.8g / mol
1400000 28.8 13.5mol / s 3600 Y2 Y1 (1 ) 0.0133(1 99.5%) 6.67 105 V Y1 0.0133 X 0.0177 M 0.75
Y Y 0.087 0.0087 L 1 2 24.09 * 0.00325 0 V min X 1 X 2 L L 1.5 V 1.5 24.09 49.3 1781mol / s V min
V，Y1
L，X1
【作业7-5】在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流 吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为99.5%。已知空气