化工原理（管国锋主编第三版）课后习题答案8塔设备

第8章 塔设备

1）拟用清水吸收空气与丙酮混合气中的丙酮。混合气含丙酮4.5%（体积）。操作条件：常压，25℃，塔底液相质量流速GL=6.34kg/(s·m2)，液相与气相质量流量之比为2.50，取操作气速为泛点气速的70%。试比较采用25×25×2.5mm瓷质拉西环乱堆与采用25×3.3mm瓷之矩鞍形填料两种方案的空塔气速及每m填料层压降。按塔底条件计算，液相物性按水计。

解：液相；按250C清水计，?L?997kg/m3，?L?0.8937CP气相：M?29?95.5%?58?4.5%?30.3，?V?1.013?105?30.3（/8314?298）?1.239kg/m30.50.5（GL/GV）（?L/?V）?2.50（1.239/997）?0.0881查Eckert图，乱堆填料泛点线纵坐标为0.15，即（Uf??/g）（?V/?L）?220.5L?0.15（1）25?25?2.5mm瓷拉西环乱堆：??450m?1Uf?450?11.2390.2（）（0.8937）?0.15?Uf?1.64m/s9.81997（2）25?3.3mm瓷矩鞍形填料乱堆：??320m?1Uf?320?11.2390.2（）（0.8937）?0.15?Uf?1.945m/s9.81997两方案计算压降方法相同。在Eckert图上纵坐标为0.72?0.15?0.0735，横坐标为0.0881，由等压线查得：90mmH2O/m填料。2

2）承第1题，试计算采用瓷矩鞍形填料时的kGa，该填料的名义尺寸为25mm。

解：250C清水，??71.49?10?3N/m，查得?C?61dyn/cm?61?10?3N/m??258m2/m3（1）计算?W：?w?C0.75GL0.1GL2??0.05GL20.2?1?exp[?1.45（）（）（）（）]2????L????LgL610.756.34?1030.1?1?exp[?1.45（）（）?71.94258?0.89376.342?258?0.056.3420.2（）（）]2?3997?9.81997?71.94?10?258?0.5216??w?0.5216??0.5216?258?134.6m2/m3

2)计算kL与KLm：

计算丙酮在水中的分子扩散系数DL：

摩尔体积VA?（14.8?3）?（3.7?6）?7.4?7480.57.4?10?（2.6?18）（273.2?25）DL??1.277?10?5cm2/s0.60.?8937?7492?1.277?10m/s?L1/3GL?L?1/22/30.4k（）?0.0051（）（）（?dp）L?Lg?W?L?LDL3997?106.34?1031/32/3 即k（）?0.0051（）L0.8937?9.81134.6?0.8937?30.8937?10?0.5?30.4?（）?（258?25?10）?9997?1.277?10?4?kL?1.177?10kmol（/s?m2?kmol?m?3）?kLa?kL??W?1.177?10?4?134.6?0.0158kmol（/s?m3?kmol?m?3）

3）承第1题，试计算采用瓷矩鞍形填料时的kLa，该填料的名义尺寸为25mm。

解：kGRT/(?DG)?5.23[GV/(??G)]0.7[?G/(?GDG)]1/3(?dp)?2GV?GL/2.50?6.34/2.50?2.536kg/(s?m2),??258m2/m3气相物性数据按1atm，250C空气计：?G?1.185kg/m3?G?1.835?10?5Pa?sDG?.51/24.36?10?5T1（1/MA?1/MB）P（VA1/32?VB）1/3（T?K，P?KPa，VA，VB?cm3/mol）51.51/24.36?10?（298.2）（1/58?1/29）??9.453?10?6m2/s1/31/32101.3?（74?29.9）k?8.314?298.22.5360.7则G?5.23?（）??6?5258?9.453?10258?1.835?101.835?10?51/3?2（）（258?25/100）1.185?9.453?10?6解得：kG?1.186?10?5kmol（/s?m2?kPa）?kGa?kG??W?1.186?10?134.6?5

?1.596?10?3kmol（/s?m3?kPa）4）某“乙醇～水”精馏塔，塔顶、底温度分别为78.2℃与102℃，进料中含乙醇16%（摩尔），试查取全塔效率。

解：平均温度tm?（78.2?102）/2?90.10C90.10C时，??8.60，液相水?1?0.3162CP，液相乙醇?2?0.38CP?L?0.84?0.3162?0.16?0.38?0.326CP??L?8.60?0.326?2.80?查O?connell图，得ET?37.5%

5）某“苯～甲苯”精馏塔，进料含苯20%（摩尔，下同），塔顶产品含苯

98%，塔底产品含苯2.0%，泡点进料，泡点回流，塔顶用全凝器，物系相对挥发度α=2.47。操作回流比为最小回流比的1.5倍。已知气相默弗里单板效率EmV随液相浓度变化不大，可按0.55计。试确定所需实际塔板数及加料板位置。

解：平衡关系：q线方程：y*?2.47x（/1?1.47x）x?0.20????（1）???????（2）联立（1）（2）式求得交点：xq?0.20，yq?0.3818则：Rmin?（0.98?0.3818）（/0.3818?0.20）?3.29R?1.5Rmin?1.5?3.29?4.935精馏段操作线：y?（4.935/5.935）x?0.98/5.935?0.832x?0.165将平衡线、操作线绘与图上，并在平衡线与操作线间作许多任意的垂直于x轴的直线，作各直线的内分点，由操作线向上至内分点距离占55%，由分内点至平衡线的距离占45%，各分内点连成虚线，用作图法由操作线与虚线间作梯级，得总实际塔板数为27块，加料板为16块，梯级图如下所示：

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