12.在连续精馏塔中分离某种组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同）的两组分理想溶液。
原料液于泡点下进入塔内。
塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。
塔顶馏出液中易挥发组分的回收率96％。
若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79，试求：
（1）操作回流比和最小回流比；
（2）若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少？
解：
（1）在塔顶满足气液平衡关系式y=αx/[1+（α-1）x]代入已知数据
0.95=0.88α/[1+0.88（α-1）]∴α=2.591
第一块板的气相组成y1=2.591x1/（1+1.591x1）
=2.591×0.79/（1+1.591×0.79）=0.907
在塔顶做物料衡算V=L+D
Vy1=LxL+DxD
0.907（L+D）=0.88L+0.95D∴L/D=1.593
即回流比为R=1.593
由式1-47Rmin=[（xD/xq）-α（1-xD）/（1-xq）]/（α-1）泡点进料xq=xF
∴Rmin=1.031
（2）回收率DxD/FxF=96％得到
F=100×0.95/（0.5×0.96）=197.92kmol/h
14在常压连续提馏塔中分离含乙醇0.033的乙醇—水混合液。
饱和液体进料，直接蒸气加热。
若要求塔顶产品乙醇回收率为0.99，试求
（1）在无限多层理论板层数时，计算每摩尔进料所需蒸气量；
（2）若蒸气量取为2倍最小蒸气量时，求所需理论板层数及两产品的组成。
假设塔内气液恒摩尔流动。
常压下气液平衡资料列于例1-5题附表中。
解：
由方程F＋V0=D+W和F
=D
+W
及D
＝0.99F
解得
=0.00033。
（1）在无限多层理论板层数时的操作线斜率为：
，直接蒸汽加热，
=0。
由平衡数据查得，
=0.033，
＝0.270，所以解得
＝0.121（mol/mol进料）。
（2）
＝2
时所需理论板层数及两产品的组成
显然
=
=
=0.99，所以
=0.135。
图解法求得理论板层数为5（图解法略）。
15在连续操作的板式精馏塔中分离苯-甲苯的混合液。
在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为0.28，0.41和0.57，试计算三层中较低的两层的单板效率EMV。
操作条件下苯-甲苯混合液的平衡数据如下：
x0.260.380.51
y0.450.600.72
解：
假设测得相邻三层板分别为第n-1层，第n层，第n+1层
即xn-1=0.28xn=0.41xn+1=0.57根据回流条件yn+1=xn
∴yn=0.28yn+1=0.41yn+2=0.57
由表中所给数据α=2.4
与第n层板液相平衡的气相组成yn*=2.4×0.41/（1+0.41×1.4）=0.625
与第n+1层板液相平衡的气相组成yn+1*=2.4×0.57/（1+0.57×1.4）=0.483
由式1-51EMV=（yn-yn+1）/（yn*-yn+1）
可得第n层板气相单板效率EMVn=（xn-1-xn）/（yn*-xn）
=（0.57-0.41）/（0.625-0.41）
=74.4％
第n层板气相单板效率EMVn+1=（xn-xn+1）/（yn+1*-xn+1）
=（0.41-0.28）/（0.483-0.28）
=64％
21、在连续精馏塔中分离二硫化碳－四氯化碳混合液。
原料液在泡点下进入塔内，其流量为4000kg/h、组成为0.3（摩尔分数，下同）。
馏出液组成为0.95，釜液组成为0.025。
操作回流比取最小回流比的1.5倍，操作压强为常压，全塔操作平均温度为61℃，空塔气速为0.8m/s，塔板间距为0.4m，全塔效率为50％。
试求：
（1）实际板层数；
（2）两产品质量流量；（3）塔径；（4）塔的有效高度。
解：
（1）由y-x相图中q线与平衡线的交点坐标为xq=xF=0.3，yq=0.54
则
R=1.5Rmin=1.5×1.71=2.57
所以精馏段操作线的截距
在图中作出精馏段操作线和提馏段操作线，见附图。
得出NT=12-1=11块
NP=NT/E=11/0.5=22块
（2）解法一：
因MF=0.3×76+0.7×154=130.6kg/kmol
F=4000/130.6=30.63kmol/h
由全塔物料衡算
F=D+W30.63=D+W
FxF=DxD+WxW30.63×0.3=0.95D+0.025W
解之D=9.11kmol/hW=21.52kmol/h
又MD=0.95×76+0.05×154=79.9kg/kmol
MW=0.025×76+0.975×154=152.05kg/kmol
所以D=9.11×79.9=727.89kg/h
W=21.52×152.05=3272.12kg/h
解法二：
各部分组成以质量分数表示
F=D+W4000=D+W
FwF=DwD+WwW40000×0.175=0.904D+0.0125W
解之D=729kg/hW=3271kg/h
（3）因为泡点进料，故q=1V‘=V
V=（R+1）D=（2.57+1）×9.11=32.52kmol/h
由式（6-49）
m
圆整为700mm。
（4）由式（6-47）
Z=（NP-1）HT=（22-1）×0.4=8.4m
22、求习题21中冷凝器的热负荷和冷却水的消耗量以及再沸器的热负荷和加热蒸气的消耗量。
假设热损失可以忽略。
已知条件如下：
（1）塔内各处的操作温度为：
进料62℃、塔顶47℃、塔釜75℃。
回流液和馏出液温度为40℃。
（2）加热蒸气表压强为100kPa，冷凝水在饱和温度下排出。
（3）冷却水进出口温度分别为25℃和30℃。
解：
（1）塔顶近似按CS2，因塔顶泡点温度ts=47℃，而回流液和馏出液温度tL=40℃，查47℃rA=350kJ/kg
47+40/2=43.5℃下CPA=0.98kJ/kg
Qc=（R+1）D[rA+CPA（ts-tL）]=（2.57+1）×727.89×[0.98×（47-40）+350]
=9.3×105kJ/h
（2）塔釜可近似按CCl4，查75℃下rB=195kJ/kg又V‘=V
QB=V‘rB=（2.57+1）×727.89×195=5.07×105kJ/h
查饱和水蒸气101.33+100=201.33kPa（绝压）下，r=2205kJ/kg
第二章吸收
在一个接触效能相当于8层理论塔板的筛板塔内，用一种摩尔质量为250、密度为900kg/m3的不挥发油吸收混于空气中的丁烷。
塔内操作压强为101.33kPa，温度为15℃进塔气体含丁烷5%（体积），要求回收率为95%。
丁烷在15℃时蒸气压强为194.5kPa，液相密度为580kg/m3。
假定拉乌尔定律及道尔顿定律适用，求：
14．在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的H2S，进塔气相中含H2S（体积）2.91％要求吸收率不低于99％，操作温度300Ｋ，压强101.33kPa，平衡关系为Y*=2X，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H2S浓度为0.013kmol（H2S）/kmol（溶剂）
已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.015kmol/（m2·s），气相体积吸收总系数为0.000395kmol/（m3·s·kPa）。
求所需填料蹭高度。
解：
y2=y1（1-η）=0.0291×0.01=0.000291
Y2=y2=0.000291Y1=0.0291/（1-0.0291）=0.02997
ΔYm=[（Y1-Y1*）-Y2]/ln[（Y1-Y1*）/Y2]
=[（0.02997-0.013×2）-0.000291]/ln[（0.02997-0.013×2）/0.000291]
=0.0014
∴ΝOG=（Y1-Y2）/ΔYm=（0.02997-0.000297）/0.0014=21.2
HOG=V/（KYaΩ）=0.015/（0.000395×101.33）
=0.375
H=ΝOG×HOG=21.2×0.375=7.9m
15.有一吸收塔，填料层高度为3m，操作压强为101.33kpa，温度为20℃，用清水吸收混于空气中的氨。
混合气质量流速G=580kg/（m2﹒h）,含氨6%（体积），吸收率为99%；水的质量流速W=770kg/（m2﹒h）。
该塔在等问下逆流操作，平衡关系为Y*=0.9X。
KGa与气相质量流速的0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。
试计算当操作条件分别做下列改变时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率（塔径不变）；
（1）操作压强增大一倍；
（2）液体流量增大一倍；（3）气体流量增大一倍。
混合气体的平均摩尔质量
M=0.06×17+29×0.94=28.28
根据物料守恒
得
则
（1）当操作压强增大一倍
则
另一方面，
综上得
所以
=0.3994×3=1.198m
（2）当液体流量增大一倍，即
，由物料衡算，
而总传质单元高度不变。
所以
所以
（3）当气体流量增大一倍
由物料衡算，
同时
所以
所以
第三章干燥
1.已知湿空气的总压强为50kPa，温度为60℃相对湿度40％，试求：
（1）湿空气中水气的分压；
（2）湿度；（3）湿空气的密度
解：
（1）查得60℃时水的饱和蒸汽压PS=19.932kPa
∴水气分压P水气=PSф=19.932×0.4=7.973kPa
（2）H=0.622P水气/（P-P水气）=0.622×7.973/（50-7.973）
=0.118kg/kg绝干
（3）1kg绝干气中含0.118kg水气
x绝干=（1/29）/[（1/29）+（0.118/18）]=0.84
x水气=（0.118/18）/[（1/29）+（0.118/18）]=0.16
∴湿空气分子量M0=18x水气+29x绝干气=18×0.16+29×0.84
=27.249g/mol
∴湿空气密度ρ=MP/RT=（27.24×10-3×50×103）/（8.314×333）
=0.493kg/m3湿空气
燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为80％。
若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求：
（1）1m3原湿空气在预热器过程中焓的变化；
（2）1m3原湿空气在干燥器中获得的水分量。
解：
（1）原湿空气的焓：
I0=（1.01+1.88H0）t+2490H0
=（1.01+1.88×0.009）×20+2490×0.009
=43kJ/kg绝干
通过预热器后空气的焓I1=（1.01+1.88×0.009）×50+2490×0.0009
=73.756kJ/kg绝干
焓变化ΔH=I1-I0=30.756kJ/kg绝干
空气的密度ρ=MP/RT=（29×10-3×101.33×103）/（8.314×293）
=1.21kg/m3
∴1m3原湿空气焓的变化为ΔH=30.756×1.21/1.009=36.9kJ/kg湿气
（2）等焓干燥I1=I2=73.756kJ/kg绝干
假设从干燥器中出来的空气湿度t=26.8℃，查得此时水蒸汽的饱和蒸汽压
PS=3.635kPa
∴H2=0.622φPS/（P-фPS）
=0.622×0.8×3.635/（101.33-0.8×3.635）
=0.0184kJ/kg绝干
由I2=73.756=（1.01+1.88H2）t2+2490H2试差
假设成立
∴H2=0.0184kJ/kg绝干
获得水分量：
ΔH=H2-H0=0.0184-0.009=0.0094kJ/kg绝干
=0.0094×1.21/1.009=0.011kJ/kg湿气
5.干球温度t0=26℃，湿球温度tｗ0=23℃的新鲜空气，预热到t1=95℃后送入连续逆流干燥器内，离开干燥器时温度为t2=85℃。
湿物料初始状况为：
温度θ1=25℃，含水量ω1=1.5％
终了时状态为：
温度θ2=34.5℃，ω2=0.2％。
每小时有9200kg湿物料加入干燥器内。
绝干物料的比热容CS=1.84kJ/（kg绝干·℃）。
干燥器内无输送装置，热损失为580kJ/kg汽化的水分。
试求：
（1）单位时间内回的的产品质量；
（2）写出干燥过程的操作线方程；
（3）在H-I图上画出操作线；
（4）单位时间内消耗的新鲜空气质量。
解：
（1）G=G1（1-ω1）=9200×（1-0.0015）=9062kg/h
∴干燥产品质量G2=G/（1-ω2）=9080kg/h
（2）X1=ω1/（1-ω1）=0.01523
X2=ω2/（1-ω2）=0.002
当干球温度t0=26℃，湿球温度为23℃时由图5-3查的空气的湿度
H0=0.02kg水/kg绝干
I1=（1.01+1.88H1）t1+2490H1
=（1.01+1.88×0.02）×95+2490×0.02
=149.322kJ/kg绝干
I1'-I2'=CS（θ1-θ2）+CW（X1θ1–X2θ2）
=1.84×（25-34.5）+4.187×（0.01523×25-0.002×34.57）
=-16.17kJ/kg绝干
围绕干燥器做物料衡算
L（I1-I2）+G（I1'-I2'）=QL代入已知条件
L（149.322-I）–16.17×9062=580G（X1-X2）
L（149.322-I）=216068.74∵绝干气消耗量L=G（X1-X2）/（H2-H1）
∴L=119.89/（H2-0.02）
∴119.89（149.322-I）=216068.74（H-0.02）
即H+0.000555I=0.1
（3）略
（4）将I2=（1.01+1.88H2）t2+2490H2代入
H+0.000555I=0.1解得H2=0.0212
L=119.89/（H2-0.02）=99908.55kg干气/h
LW=L（1+H0）=99908.55×（1+0.02）=101906.7kg新鲜空气/h
9.某湿物料经过5.5小时进行干燥操作。
物料含水量由X1=0.35kg/kg绝干降至
X2=0.1kg/kg绝干。
若在相同的条件下，要求将物料含水量由X1=0.35kg/kg绝干降至X2'=0.05kg/kg绝干。
试求新情况下的干燥时间。
物料的临界含水量XC=0.15kg/kg绝干，平衡含水量X*=0.04kg/kg绝干。
假设在降速阶段中干燥速率与物料的自由含水量
（X-X*）成正比。
解：
降速干燥阶段dX/dτ=-US/G'假设U=k（X-X*）
dX/dτ=-Sk（X-X*）/G'
dX/（X-X*）=-Skdτ/G'积分得
τ2=G'ln[（XC-X*）/（X2-X*）]/Sk
总干燥时间τ=τ1+τ2=G'（X1-XC）/SUC+G'ln[（XC-X*）/（X2-X*）]/Sk
=G'ln[（X1-XC）/（XC-X*）]/Sk+G'ln[（XC-X*）/（X2-X*）]/Sk
物料由X1=0.35kg/kg绝干降至X2=0.1kg/kg绝干
5.5=（0.35-0.15）G'/[（0.15-0.04）Sk]+G'ln[（0.15-0.04）/（0.1-0.04）]/Sk
=2.426G'/Sk
G'/Sk=5.5/2.426=2.267
物料由X1=0.35kg/kg绝干降至X2'=0.05kg/kg绝干
τ'=τ1+τ2'=1.82G'/Sk+G'ln[（0.15-0.04）/（0.05-0.04）]/Sk
=4.218G'/Sk=9.57h
即新情况下的干燥时间为9.57h
5.采用如图所示的废气循环系统干燥湿物料，已知数据标于本题附图中。
假设系统热损失可忽略，干燥操作为等焓干燥过程。
试求：
（1）新鲜空气的耗量；
（2）进入干燥器的湿空气的温度与焓；（3）预热器的加热量。
【解】在H-I图上示意画出空气状态变化情况见图10-3所示，由t0,H0定A点，由t2,H2定C点。
因绝干废气量与绝干新些气量之比为3:
1，利用杠杆规则连接AC，使
则M点位进入预热器前的混合点，由M点作等温湿线与过C点作等焓线相交于B点，MB为预热过程，BC为等焓干燥过程。
图10-3
根据杠杆规则求得混合点M的湿度和焓分别为
kg水/kg绝干气
Io=（1.01+1.88H0）t0+2490H0
=（1.01+1.88×0.01）×25+2490×0.01=50.62kJ/m3绝干空气
I2=（1.01+1.88H2）t2+2490H2
=（1.01+1.88×0.0672）×50+2490×0.0672=224.145kJ/m3绝干空气
tm可由Im求出
Im=（1.01+1.88Hm）tm+2490Hm
将前面算出的Hm和Im代人得
180.76=（1.01+1.88×0.0529）tm+2490×0.0529
解得tm=44.20C
（1）新鲜空气得消耗量L0
（2）进入干燥器湿空气的温度和焓
由于为等焓干燥，所以进入干燥器前湿空气的焓等于离开干燥器时的焓，即
而进入干燥器前湿空气的湿度等于离开预热器时的湿度，即
t1可由I1求出
I1=（1.01+1.88H1）t1+2490H1
224.145=（1.01+1.88×0.0529）t1+2490×0.0529
解得t1=83.260C
（3）预热器的加热量
由于等焓干燥，干燥器补充热量为零，且忽略热损失，因此总消耗热量等于预热器的加热量。
以包括循环气在内的整个干燥系统的物料衡算，则
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