x1'= x4 = 0.4353 代入操作线方程得 y2' = 0.5297再由平衡关系式得到 x2'= 0.3141 依次计算y3' = 0.3743 x3'= 0.1956 y4' = 0.2225 x4'= 0.1042 y5' = 0.1054 x5'= 0.0457

∵ x5'< xW = 0.1< x4'

∴提馏段板层数为4

理论板层数为 3 + 4 + 1 = 8块（包括再沸器）

11.在常压连续精馏塔内分离乙醇-水混合液，原料液为饱和液体，其中含乙醇0.15（摩尔分率，下同），馏出液组成不低于0.8，釜液组成为0.02；操作回流比为2。若于精馏段侧线取料，其摩尔流量为馏出液摩尔流量的1/2，侧线产品为饱和液体，组成为0.6。试求所需的理论板层数，加料板及侧线取料口的位置。物系平衡数据见例1-7。

解：如图所示，有两股出料，故全塔可以分为三段，由例1-7附表，在x-y直角坐标图上绘出平衡线，从xD = 0.8开始，在精馏段操作线与平衡线之间绘出水平线和铅直线构成梯级，当梯级跨过两操作线交点d时，则改在提馏段与平衡线之间绘梯级，直至梯级的铅直线达到或越过点C(xW ，xW)。

如图，理论板层数为10块（不包括再沸器） 出料口为第9层；侧线取料为第5层

12.用一连续精馏塔分离由组分A?B组成的理想混合液。原料液中含A 0.44，馏出液中含A 0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最

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回流比为1.63，试说明原料液的 热状况，并求出q值。

解：在最回流比下，操作线与q线交点坐标（xq ，yq）位于平衡线上；且q线过（xF ，xF）可以计算出q线斜率即 q/(1-q)，这样就可以得到q的值 由式1-47 Rmin = [(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/（α-1）代入数据得

0.63 = [(0.957/xq)-2.5×(1-0.957)/(1-xq)]/（2.5-1） ∴xq = 0.366 或xq = 1.07（舍去）

即 xq = 0.366 根据平衡关系式y = 2.5x/（1 + 1.5x） 得到yq = 0.591

q线 y = qx/（q-1）- xF/（q-1）过（0.44，0.44），（0.366，0.591）

q/（q-1）= （0.591-0.44）/（0.366-0.44）得 q = 0.67

∵ 0 < q < 1 ∴ 原料液为气液混合物

13.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1-47 Rmin = [(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

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F = 100×0.95/（0.5×0.96）= 197.92 kmol/h

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： x 0.26 0.38 0.51 y 0.45 0.60 0.72

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 = 0.28 xn = 0.41 xn+ 1 = 0.57 根据回流条件 yn+1 = xn ∴ yn = 0.28 yn+1 = 0.41 yn+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1-51 EMV = （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％

第2章 吸收

1.从手册中查得101.33kPa,25℃时,若100g水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平

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衡分压为0.987kPa。已知在此浓度范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H kmol/(m3·kPa)及相平衡常数m

解：液相摩尔分数 x = （1/17）/[（1/17）+（100/18） = 0.0105 气相摩尔分数 y = 0.987/101.33 = 0.00974

由亨利定律 y = mx 得 m = y/x = 0.00974/0.0105 =0.928

液相体积摩尔分数 C = （1/17）/（101×10-3/103）= 0.5824×103 mol/m3 由亨利定律P = C/H 得H = C/P =0.5824/0.987 = 0.590 kmol/(m3·kPa)

2.101.33kPa,10℃时，氧气在水中的溶解度可用P = 3.31×106x表示。式中：P为氧在气相中的分压kPa；x为氧在液相中的摩尔分率。试求在此温度及压强下与空气充分接触的水中每立方米溶有多少克氧。 解：氧在气相中的分压P = 101.33×21％ = 21.28kPa

氧在水中摩尔分率x = 21.28/（3.31×106）= 0.00643×103 每立方米溶有氧 0.0064×103×32/（18×10-6）= 11.43g

3．某混合气体中含有2％（体积）CO2，其余为空气。混合气体的温度为30℃，总压强为506.6kPa。从手册中查得30℃时CO2在水中的亨利系数E = 1.88×105 kPa，试求溶解度系数H kmol/(m3·kPa) 及相平衡常数m，并计算每100g与该气体相平衡的水中溶有多少gCO2 。

解：由题意 y = 0.02，m = E/P总 = 1.88×105/506.6 = 0.37×103

根据亨利定律 y = mx 得x = y/m = 0.02/0.37×103 = 0.000054 即

每100g与该气体相平衡的水中溶有CO2 0.000054×44×100/18 = 0.0132 g

H =ρ/18E = 10/（10×1.88×10）= 2.955×10kmol/(m·kPa)

7.在101.33kPa，27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气，液两相中的浓度都很低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数H =

1.995kmol/(m3·kPa)，气膜吸收系数 kG = 1.55×10-5 kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数 kL = 2.08×10-5 kmol/(m2·s·kmol/m3)。试求总吸收系数KG，并计

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