第七章 1、相组成

?1?质量浓度与物质的量浓度mA?A?VncA?AVcA??AMA?pART?2?质量分数与摩尔分数?A?mAmnAxA?n?A?xAMAxAMA?xBMB?AxA?MA?AMA??BMB?3?质量比与摩尔比nAXA?n?nAmAXA?m?mAxAXA?1?xAXAxA?1?XAXA?A?1?XA?AXA?1??A例题：含丙

酮12.5%（质量分数）的水溶液，其密度为966.7kg/m3，试计算丙酮的摩尔分数、摩尔比及物质的量浓度。xA=0.0425、XA=0.0444、cA=2.086 2、质量传递

（1）等分子反方向传递（摩尔汽化潜热相等的蒸馏）

NANADAB?cA1?cA2???zDAB?pA1?pA2??RT?z

（2）一组分通过另一停滞组分（吸收操作）

NA?DABP总RT?zPBMDABc总RT?zxBM?pA1?pA2?pBM?pB2?pB1plnB2pB1NA??xA1?xA2?????xBMxB2?xB1?xB2lnxB1液相中c总?21??1????2?M1M2例题：在直径为0.015、长度为0.52m的圆管中CO2气体通过N2的温度为383K，总压为158.6kPa，管两端CO2的分压分别为95.0kpa和12.0kpa。试计算CO2的扩散通量。已知该条件下CO2在N2中的扩散系数为0.165×10-4m2/s。NA=1.32×10-6kmol/(m2·s) 3、对流传质

NA?kL?cAi?cAb?

例题：在常压下，30℃的空气从厚6mm、长度为500mm的萘板的上下表面沿水平方向吹过。在30℃下，萘的饱和蒸汽压为51.7 pa，固体萘的密度为1152kg/m3，空气与萘板间的对流传质系数为0.0159m/s。试计算萘板厚度减薄6%所需要的时间。时间=1.38h 习题

气体吸收属于_____，液体精馏属于_____，液体萃取属于_____，固体干燥属于______。（气液传质过程、液液传质过程、液固传质过程、气固传质过程）

在平衡分离过程中，i和j两组分的分离因子aij越大，则该两组分（ ）分离 A、越容易 B、越不容易 C、不能够 D、无法判断

3、在分子传质过程中，若漂流因素P总/PBM＞1，则组分A的传质通量NA与组分A的扩散通量JA的关系为（ ）。

A、NA=JA B、NA＜JA C、NA＞JA D、不好判断 4、气体中的扩散系数DAB与温度T的关系（ ），与压强P的关系（ ） A、DAB∝T1.0 B、DAB∝T0.5 C、DAB∝T2.0 D、DAB∝T1。75 A、DAB∝P1.5 B、DAB∝P0.5 C、DAB∝P1.0 D、DAB∝P-1.0 第八章

1、亨利定律 （1）表达式

p??Ex（2）换算关系

p??cHy??mxY??mX

?H?EMSEm?P总?H?P总MSm

2、相平衡 传质方向

Y＞Y*或X＜X*，则为吸收 Y=Y*或X=X*，则为平衡 Y＜Y*或X＞X*，则为解吸 推动力

气液组成为Y、X，则推动力表示为（Y-Y*）或者（X*-X） 传质极限

X1,maxY2,min?X1?Y2???Y1m2?mX

例题：

1、在常压及25℃下测得氨在水中平衡数据为：组成为1gNH3/100gH2O的氨水上方的平衡分压为520Pa。在该组成范围内相平衡关系符合亨利定律。试求亨利系数、溶解度系数及相平衡常数。稀氨水密度近似取为1000kg/m3。E=4.952×104pa、m=0.489、H=1.12×10-3kmol/(m3·pa)

2、若（1）氨水的温度与组成不变，而氨水上方的总压力升高到202.6kPa；（2）氨水的组成与总压力不变，而氨水的温度升高到40℃，此时氨水上方的平衡分压为750Pa。试求以上两种情况的亨利系数、溶解度系数及相平衡常数。（1）E=4.952×104pa、m=0.244、H=1.12×10-3kmol/(m3·pa)；（2）E=7.413×104pa、m=0.705、H=7.76×10-4kmol/(m3·pa)

3、在总压为101.3kpa、温度为30℃的条件下，某含SO2为0.098（摩尔分数，下同）的混合空气与含SO2为0.0025的水溶液接触，试判断SO2的传递方向。已知操作条件下气液相平衡关系为Y*=45.8X。解吸

4、在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的CO2，空气中CO2的体积分数为8.5%。操作条件为15℃、405.3kpa，15℃时CO2在水中的亨利系数为1.24×105kpa，吸收液中CO2的组成为x1=1.65×10-4.试求塔底处吸收总推动力 △y、△x、△P、△c、△X、△Y。 3.416×10-2、1.129×10-4、13.99kpa、6.263×10-3kmol/m3、1.129×10-4、0.0397 3、速率关系 （1）膜吸收速率

NA?kG?p?pi?NA?ky?y?yi?NA?kL?ci?c?NA?kx?xi?x?（2）总吸收速率 NA?KG?p?p??NA?Kyy?y?NA?KYY?Y?NA?KLc??cky?p总kGkx?c总kL

???KY?p总KG111??KGkGHkL11H??KLkLkG11m??Kykykx?????KX?c总KLNA?Kxx??x?111??KxkxmkyNA?KXX??X?

例题：

1、用填料塔在101.3kpa及20℃下，以清水吸收混于空气中的甲醇蒸气。若在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的亨利系数为27.8kpa。测得塔内某截面处甲醇的气相分

压为6.5kpa，液相组成为2.615kmol/m3，液膜吸收系数kL=2.12×10-5m/s，气相总吸收系数KG=1.125×10-5kmol/(m2·s·kpa)。求该截面处

（1）膜吸收系数kG、ky及kx；1.533×10-5kmol/(m2·s·kpa)、1.533×10-3kmol/(m2·s)、1.176×10-3kmol/(m2·s)

（2）总吸收系数KL、Kx、Ky、KX、KY；5.64×10-6m/s、3.124×10-4kmol/(m2·s)、1.14×10-3kmol/(m2·s)、3.128×10-4kmol/(m2·s)、1.14×10-3kmol/(m2·s) （3）吸收速率6.327×10-5kmol/(m2·s)

2、已知某低组成气体溶质被吸收时，平衡关系服从亨利定律，气膜吸收系数为3.15×10-7 kmol/(m2·s·kpa)，液膜吸收系数为5.86×10-5m/s，溶解度系数为1.45 kmol/(m3·kpa)。试求气膜阻力、液膜阻力和气相总阻力，并分析该吸收过程的控制因素。3.175×106(m2·s·kpa)/kmol、1.706×104s/m、3.187×106(m2·s·kpa)/kmol、气膜控制 4、计算

（1）物料衡算

VY1?LX2?VY2?LX1?A?Y?Y1?Y2?100%Y1或Y?LL??X??Y2?X2?VV??

LL??X??Y1?X1?VV??Y2a X2b Y2b C Y 2bX2a D Y1b=Y1a a b Y2a Y1a X1a X1b Y

1b

（2）吸收剂用量

B

A X2b X1b=X2a X1a

?Lmin?Y1?Y2?VY1?X2m

Y1?Y2Y1?Y2?L???????V?minX1?X2Y1?X2m例题：在101.3kpa、20℃下用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的硫化氢。已知混合气进塔的组成0.055（摩尔分数，下同），尾气出塔的组成为0.001。操作条件下系统的平衡关系为p*=4.89×104x kpa，操作时吸收剂用量为最小用量的1.65倍。 计算吸收率和吸收液的组成；98.3%、7.3×10-5

若维持气体进出填料塔的组成不变，操作压力提高到1013kpa，求吸收液组成。7.3×10-4

5、塔径塔高

D?（1）塔径（2）塔高

4V'??

Z?HOGNOGHOG?NOGNOGVKYa????Y1?Y21mV1?ln??1?S??S?S???1?S?LAY2?Y2?Y1?Y2?Y1??Y2??Ym??Y1?Ymln?Y2

Z?NT?HETPA??ln1??NT??1lnA???A?A，max?Y1?Y2Y1?Y2?

1、在101.3kpa、20℃下用清水在填料塔内逆流吸收空气中所含的二氧化硫气体。已知混合气摩尔流速为0.025kmol/(m2·s)，二氧化硫的组成为0.032（体积分数）。操作条件下气液平衡关系为Y=34.6X，气相总体积吸收系数为1.98kmol/(m3·h·kpa)，操作时吸收剂用量为最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率为98.2%。试求 （1）吸收剂的摩尔流速（kmol/(m2·s)）1.275 kmol/(m2·s) （2）填料层高度。3.782m

2、某工厂现有一直径为1.2m、填料层高度为8m的吸收塔，用清水逆流吸收空气中所含的有害气体。已知操作压力为125kpa、温度为25℃。现场测得入塔和出塔混合气体中溶质的含量分别为5.25%和0.055%（体积分数），出塔吸收液的组成为0.0155（摩尔分数）。操作条件下的气液平衡关系为Y=2.12X，气相总体积吸收系数为65.5kmol/(m3·s)。试核算：（1）吸收剂用量是最小用量的多少倍；1.664

（2）该吸收塔的生产能力（单位：m3混合气/年，每年7200h）9.477×106m3/年

3、在一逆流操作的填料塔中，用循环溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。已知进塔气体组成为0.025（摩尔比，下同），操作液气比为1.62，操作条件下气液平衡关系为Y=1.23X，循环溶剂组成为0.0012。出塔气体组成为0.0023。现因解吸不良，循环溶剂组成变为0.0086，试求此时出塔气体组成。0.0111 习题

1、吸收操作的依据是_____，以达到分离____混合物的目的。

?1??1?Y1?Y21?NT?ln??1?????lnA??A?Y2?Y2A?2、若溶质在气相中的组成以分压p、液相中的组成以摩尔分数x表示，则亨利定律的表达式____，E称为____，若E值很大，说明该气体为____气体。

3、吸收速率方程式中，KY是以____为推动力的____吸收系数，其单位是____。

11111??KkGHkL，其中kG表示____，当H____时HkL可忽略，则该吸收过程为____4、G控制。

5、增加吸收剂用量，操作线的斜率____，吸收推动力____。

6、对接近常压的低组成溶质的气液平衡系统，当温度升高时，亨利系数E将____，相平衡常数m将____，溶解度系数H将____。

A、增大 B、不变 C、减小 D、不确定

7、如图所示为不同温度下某气体在水中的溶解度曲线，由图可知，温度t1、t2、t3由高到低的次序为____ A、t1、t2、t3 B、t1、t3、t2 C、t3、t2、t1 D、t2、t1、t3

8、在下列吸收过程中，属于气膜控制的过程是____。

A、水吸收氨 B、水吸收硫化氢 C、水吸收氢 D、水吸收氧 塔设备 填料塔

1．填料的几何特性参数主要包括____、____、____等。

2．通常根据____、____及____ 三要素衡量填料性能（板塔呢？）的优劣。 3．填料因子是指____________。

4．填料操作压降线(Dp/Z~u）大致可分为三个区域，即____、____和____。填料塔操作时应控制在____区域。 5．（）属于散装填料，（）属于规整填料。

①格栅填料②波纹填料 ③矩鞍填料 ④鲍尔环填料 ⑤脉冲填料 ⑥弧鞍填料 6．填料的静持液量与（）有关，动持液量与（）有关。 ①填料特性②液体特性 ③气相负荷 ④液相负荷 7．（）越小，（ ）越大，越易发生液泛。

①填料因子②气体密度 ③液体密度 ④液体粘度 ⑤操作液气比

8、填料因子?值减小，泛点气速uF_____

A、减小 B、增大 C、不变 D、不确定 板式塔

1．塔板的主要类型有____、____、____、____等。 2．气体通过塔板的总压降包括____、____和____。 3．塔板上的异常操作现象包括____、____、____。

4． 塔板的负荷性能图由五条线构成，它们是____、____、____、____、____。 5、流体力学性能的验算包括___、___、___、____、____。 6．塔板的操作弹性是指________。

7．气液在塔板上有四种接触状态，优良的接触状态是（）和（），操作时一般控制在（）。 ①鼓泡接触状态②蜂窝接触状态③泡沫接触状态④喷射接触状态

8．板式塔塔板的漏液主要与（）有关，液沫夹带主要与（）有关，液泛主要与（）有关。

①空塔气速②液体流量③板上液面落差④塔板间距

9、以下板塔中，操作弹性最大的是___，单板压降最小的是___，生产能力最大的是___，造价最低的是___。

A、泡罩塔 B、筛板塔 C、浮阀塔

10、在板式塔设计中，加大板间距，负荷性能图中液泛线___。 A、上移 B、下移 C、不变 D、不确定 第九章

1、气液平衡

泡点方程（1）

xA??p总?pB????pA?pB

?露点方程（2）

pApAyA?xA?p总p总pA??pB?p总?pB

平衡方程（3）

axy?1??a?1?xa?pApB??

例题：在连续精馏塔中分离苯（A）和甲苯（B）两组分理想溶液。现场测得：塔顶全凝器，第一层理论板的温度计读数为83℃，压力表读数pD=5.4kpa；塔釜温度计读数为112℃，压力表读数p2=12.0kpa。试计算塔顶、塔釜的两产品组成和相对挥发度。（当地大气压为101.3kpa）

苯甲苯lgpA?6.031?lgpB??1206.35t?220.241343.94?6.078?t?219.58

塔顶：xD=0.964 aD=2.608 塔底：xW=0.0509 aW=2.372

?F?D?W?Fx?DxD?WxW2、物料衡算与操作线?F?D?DxD?100%FxF

xDR?y?x?n?n?1R?1R?1?L，W?xm?，xW?ym?1?，L?WL?W?xF?qy?x??q?1q?1?

L?R??D??L?RD?V?L?D??R?1?D??L，?V，?W?L?qF??V，?L，?W?V??q?1?F?将1mol进料变为饱和蒸汽所需热量L，?L?q???原料液的摩尔汽化热F?例题

1、在连续精馏塔中分离甲醇水溶液。原料液的处理量为3250kg/h，其中甲醇的摩尔分数为0.37（下同），泡点进料，操作回流比为2.5。要求馏出液中甲醇的收率为94%，组成为0.96.试求：

（1）馏出液和釜残液的流量和组成；D=41.52 W=73.08 xW=0.0348

（2）精馏段、提馏段的气液相流量；L=103.8 D=145.3 L’=218.4 D’=145.3 （3）欲获得馏出液46kmol/h，其最大可能组成；xD,max=44.17

（4）若保持馏出液组成为0.96，可能获得的最大馏出液量。Dmax=44.17

2在常压连续精馏塔中分离某两组分理想溶液，物系的平均相对挥发度为2.0。馏出液组成0.94（摩尔分数，下同），釜残液组成为0.04，釜残液流量为150kmol/h。回流比为最小回流比的1.2倍。且已知进料方程为y=6x-1.5。试求精馏段操作线方程与提留段操作线方程。 精：y=0.76x+0.226 提：y=1.507x-0.0202

3、在连续精馏塔中分离A、B两组分理想溶液。料液处理量为120kmol/h，泡点进料，其组成为0.48（摩尔分数，下同）。操作回流比为2，要求馏出液组成为0.94，轻组分收率95%。物料的平均相对挥发度为2.48。试分别计算泡点（83℃）和50℃回流下精馏段和提留段操作线方程。回流液汽化热为3.2×104kJ/kmol，平均比热容为140kJ/(kmol·℃)。 83℃：精：y=0.667x+0.3133 提：y=1.354x-0.0165 50℃：精：y=0.696x+0.2859 提：y=1.323x-0.015 3、理论板层数的计算

（1）逐板计算法：平衡方程、操作方程交替使用

芬斯克方程Nmin??xD??1?xWlg???1?x????xDW?????lgamxD?yqyq?xq????????1Rmin?（2）图解法 （3）简捷法

Y?0.545827?0.591422X?0.002743/XN?NminY?N?2（4）塔高T

R?RminX?R?1

Z??NP?1?HT（5）总板效率、单板效率

ET?NTNPyn?yn?1yn?yn?1?EMV?EML?xn?1?xnxn?1?xn?

（6）热量恒算：P122，例9-12

例题、在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。塔顶设置全凝器和分凝器，分凝器向塔顶提供泡点回流液，从全凝器得到馏出液产品。原料液的处理量为160kmol/h，其组成为0.55（摩尔分数，下同），泡点进料。已测得与进料成平衡的气相组成为0.71。要求馏出液的组成为0.95，釜残液组成为0.04，精馏段操作气液比为1.4，试求： （1）塔顶馏出液中易挥发组分的收率；96.8% （2）操作回流比与最小回流比的比值；1.667

（3）离开塔顶第一层板的气液相组成；y1=0.9177、x1=0.8479 （4）若塔顶第一层板液相默弗里效率为0.6，再求离开该板气液相组成。y1=0.9177、x1=0.8707 习题

1、蒸馏是依据______，通过建立两相体系，组分在两相间___而实现混合物分离操作的。 2、精馏过程连续操作的必要条件是___和___。

3、精馏塔的塔釜温度总是高于塔顶温度，其原因是______。

4、精馏塔进料可能有___种不同的热状况，当进料为气液混合物且气液摩尔比为2:3时，则进料热状况参数q值为___。 5、精馏塔可分为___和___两段。精馏塔从塔底到塔顶易挥发组分含量逐渐___，温度逐渐___。操作时若发现塔顶温度升高，则分离效果___。 6、欲保持塔顶馏出液中轻组分收率不变，将间接蒸汽加热改为直接蒸汽加热，则xW将___，所需理论板层数NT将___。

7、拉乌尔定律是说明（ ）。 A、气相中两组分之间关系；

B、气相与液相中同一组分之间的平衡关系； C、液相中两组分之间关系；

D、气相与液相中不同组分之间的平衡关系。 8、精馏塔的操作线为直线，是基于（ ）。 A、理论板假设 B、恒摩尔流假设 C、泡点回流 D、理想物系

9、精馏塔采用全回流时，其两操作线（ ）。 A、与对角线重合 B、距平衡线最近

C、斜率为0 D、在y轴上的截距为1

10、在精馏塔中相邻两层塔板（从上往下）上取三个样品yn、yn+1、xn，试判断如下两种操作方式中哪个分析结果正确：全回流（ ）；部分回流（ ）。 A、yn＞yn+1＞xn B、yn＞yn+1＝xn C、yn＞xn＞yn+1、 D、yn+1＞yn＞xn

11、气液相组成相同的两组分混合物，泡点t1和露点t2的关系是（ ）。

A、t1＞t2 B、t1＜t2 C、t1＝t2 D、不确定

12、精馏塔的设计中，若进料热状况由原来的饱和蒸气进料改为饱和液体进料，其他条件维持不变，则提馏段下降液体流量L’ （ ）。（P总、R、a、F、D、W、xF、xD、xW 、NT）

A、减小 B、不变 C、增加 D、不确定