ln?1ln?2lnP1SP2S-==

ln83815.271759.3=0.1553

求的当ln?1-ln?2=0.1553时求得x1=0.30 ?1=1.1099 ?2=0.9500

?xiPiS?i?x1P1S?1?x2P2S?2=0.30?83815.2?1.1099?0.70?71759.3?0.9500 =75627.8Pa?101.3kPa

17. 以水为溶剂对醋酸甲酯(1)-甲醇(2)溶液进行萃取精馏分离。料液的xF1=0.649（摩尔分率），呈露点状态进塔。要求塔顶馏出液中醋酸甲酯的浓度xD1=0.95，其回收率为98%。选取塔的精馏段中溶剂的浓度xs=0.8，操作回流比为最小回流的1.5倍。试计算溶剂与料液之比和所需的理论板数。经研究，此三元系中各组分活度系数可按式（2-73）计算，查得的端值常数为： A12=1.0293，A21=0.9464。，A2S=0.8289， AS1=0.5066,A1S=2.9934,A=1.8881而C?0 解： a.以100kmol进料为基准进行物料衡算：

根据题意DxD1=0.98，FxF1=0.98?64.9=63.6kmol/h 已知xF1=0.95，所以D=

63.666.9kmol/h 0.95'设溜出液中不含溶剂，所以xD1?xD1?0.95。

令B'为脱溶剂基的塔底产品量，则

B'x'B1=64.9-63.6=1.3kmol/h

一般塔顶产品中溶剂含量可以忽略，因此

B'=F-D=100-66.9=33.1kmol/h

于是

'xB1?1.3?00393x'?0.960733.1，B2

b. 计算平均相对挥发度?12/s，由于此三元系中三对两元素的端值常数相对接近，均近似为对称系统，因此两组分间的活度系数之比可以按式（2-153）计算。

'A12?1(A12?A21)?2.4412，

A'2s?0.6678 计算溶剂加入板?12/s

ln(?1?2)s=0.9879(0.01-0.19)+0.8(2.441-0.6678)=1.2407。

式中用到的浓度计算如下：

选定xs=0.8，x1?(1?0.8)?0.95?0.19，x2?0.01。

34

算得

sp1sp2(?1?2)?3.458。

sp1?(又

)s恒沸点p2

sskPppa1组分1和2在恒沸点54℃时的蒸汽压分别为=90.24，2?65.98kPa。

s?1p190.24)s?s?3.458??4.73?65.98?p2因此 12/s=（2

计算塔釜?12/s

ln(?1)s?2=0.9879（0.1921-0.0079）+0.8（2.441-0.6687）=1.600

(?1)s?2=4.955

式中用到的浓度为：xs=0.8，x1=（1-0.8）?0.0393=0.0079，x2?0.1921

s?1p190.24)s?s?4.955??6.78?65.98?p2于是12/s=（2

本列中因为进料状态是露点。全塔溶剂浓度近似为常数，故认为全塔 ?12/s为常数，等于?12/s=

4.78?6.78=5.66

c.计算最小回流比Rm（式2-139d）

15.66?0.951?0.95[?]?1?0.7471?0.649 Rm=5.66?10.649

Rm 取R=1.5

=1.121

d.计算全回流时Nm（包括釜）

lg[('xD1'xD2)('xB2'xB1)] Nm=

lg?12/s0.950.9607lg[?]0.050.0393??3.54lg5.66

e.计算实际回流比下的N（包括釜）

R?Rm1.121?0.747??0.1763R?11.121?1 N ? Nm ?0.47 查图2-13得N?1

N=7.6块（包括釜）

此外，在溶剂加入板上应该用一各回收段，可取3~4块板。 f.计算溶剂量对进料量的比值S/F 先计算?sn（式2-164）

35

式中?1s和?2s可以按下列两式计算：

ln?1sln?1ssp1?ln(sp2?ln(s)?pss)?ps'''A1s(xs?x1)?x2(A12?A2s)'''A2S(xs?x2)?x1(A21?A1S}?(sn)顶?（x1?x2)?1sx1??2sx2顶算得?1s=26.8，?2s=5.7。代入上式得

(?sn)顶?0..19?0.01?0.038826.8?0.19?5.7?0.01

进料板处，可估计xs=0.8，x1=0.649?0.2=0.1298，x2=0.0702。用同样方式

可算得?1s=37.3，?2s=6.22

因此

(?sn)料?0.1298?0.0702?0.037937.3?0.1298?6.22?0.0702

0.0388?0.0379?0.0383 ?sn=

式（2-175）

0.81.121?66.9?0.（81?0.0383）?66.9?0.03831?0.8?205.7kmol/hS?1?（1?0.0383）?0.8

因此 S/F=205.7/100=2.057。

18. 在转盘塔中有机溶剂萃取烃类混合物中的芳烃。原料处理量100吨/天，溶剂：进料=5：1（质量）。取溶剂相为连续相。有关物性数据为 溶剂 ?c=1200Kg/m3, ?c?1.0?10?3Pa?s

烃 ?d?750Kg/m3 ?d?0.4?10?3Pa?s ?=5.924?10?3N/m 转盘塔转速n=0.5s?1。结构尺寸的比例为：DS/D?0.7 ，DR/D?0.6，

HT/D?0.1。试计算所需塔径。

解：为计算塔径。必先求特性速度uk，而uk的计算式中含由特定的塔径，故应试差。 假设 D=2.1m

则DS?D(DS/D)?1.47m,DR=1.26m, HT=0.21m 由式（5-30）得

?31200?7550.99.811.01.472.30.210.91.262.65.924?10uk?0.012()()()()()()=0.069/s 12001.261.262.11.26?0.521.0?10?3Vd?Vc?1000?1.543?10?2m3/s0.75?86400 5?1000?4.823?10?2m3/s1.2?86400

ud/uc?0.32

36

由式（5-35）

?dF(0.322?8?032)0.5?3?0.32??0.254(1?0.32)

由式（5-33）

ucF?0.069(1?2?0.25)(1?0.25)2?0.0194m/s

设计速度取液泛速度的75%

uc?0.75?0.0194?0.01455m/s

由式（5-39）

D?4?4.823?10?2?2.05m3.1416?0.01455

由于D=2.05可直接圆整成2.1m，故不再继续试差。

19. 乙醇-苯-水系统在101.3kPa，64.86℃形成恒沸物，其组成为22.8mol%乙醇a.，53.9mol%苯b.和23.3mol%水c.，利用恒沸点气相平衡组成与液相组成相等这样有利条件，计算在64.86℃等温分离该恒沸混合液成为三个纯液体产物所需的最小功。

解：在等温等压条件下，将其分离成纯组分时所需最小功为

?Wmin,T??RT?nF?xFiln?FixFi

设为理想溶液，?Fi?1，若nF?1kmol

?Wmin,T??RT?xFilnxFi

??8.31?(64.38?273.15)[0.228ln0.228?0.539ln0.539?0.233ln0.233]?2836kJ/kmol

20. 含乙烯32.4%的乙烯-乙烷混合物于2Mpa压力下进行蒸馏，塔顶为纯乙烯，温度为239K，塔釜为纯乙烷、温度为260K，正常操作下，塔釜加入热量为8800kJ/kg乙烯，试计算分离净耗功为多少？

解：设环境温度T0?298K，nF?1kmol，乙烯的量为?1?0.324?26?8.424kg

?W净?QT0(1111?)?8.424?8800?298?(?)?7465.6kJ/kmol TLTH239260

21. 计算题21的热力学效率。 解：?Wmin,T??nFRT?yFilnyFi

??8.31?298[0.324ln0.324?0.676ln0.676]?1560kJ/kmol

??

22. 试求环境温度下，下表所示的气体分离过程的最小功。 组分 C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6 ∑ 37

?Wmin1560??0.209?W净7465.6