曲线图得各组分的平衡常数为： 组分 xi Ki 甲烷 乙烷 丙烷 异丁烷 0.05 9.8 0.10 2 0.2 0.30 0.64 0.55 0.29 合计 1 yi=Ki?xi 0.49 0.192 0.1595 1.04≈1 从上表可知∑Ki?xi≈1，故假设合理，即此烃类混合物的泡点压力为1.7MPa。 6-17 已知脱丙烷塔的进料组成如下表： 组分i kmol/h 摩尔分数 乙烷 0.27 0.0051 丙烯 16.35 0.397 丙烷 18.71 0.35115 丁烯 7.80 0.1465 丁烷 8.08 0.1518 碳五 2.03 0.0381 合计 53.24 1.00 要求丙烷在塔釜的浓度不大于0.0051，丁烯在塔顶产品中的浓度也不大于0.0051（均为摩尔分率）。试进行清晰分割物料衡算，确定塔顶和塔釜产品的流量及组成。（35.42 kmol/h，17.82 kmol/h，从略）
【解】（1）由题意给出的分离要求，选丁烯为重关键组分，选丙烷为轻关键组分，采用清晰分割，则物料恒算结果如下表所示： 组分 乙烷 丙烯 丙烷 丁烯 丁烷 碳五 合计 进料F/ (kmol/h) 0.27 16.35 18.71 7.8 8.08 2.03 53.24 塔顶D/ (kmol/h) 0.27 16.35 18.71?0.0051W 0.0051D 0 0 35.33?0.0051W+0.0051D 塔底W/ (kmol/h) 0 0 0.0051W 7.8?0.0051D 8.08 2.03 17.91+0.0051W?0.0051D 故馏出液中丁烯的浓度为：
0.0051D?0.0051
35.33?0.0051W?0.0051D由全塔物料恒算式有 D+W=53.24 联解得 D=35.42 kmol/h W=17.82 kmol/h （2）塔顶和塔釜产品的组成 组分 乙烷 丙烯 丙烷 丁烯 丁烷 碳五 合计 塔顶D kmol/h 0.27 16.35 18.62 0.18 0 0 35.42 %（摩尔分数） 0.76 46.16 52.57 0.51 100 kmol/h 0 0 0.09 7.62 8.08 2.03 17.82 塔底W %（摩尔分数） 0.51 42.76 45.34 11.39 100 6-18 在连续精馏塔中，原料的流量、组成及平均操作条件下各组分对重关键组
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分的相对挥发度列于下表： 组分i Fi，kmol/h xFi，mol% αih 甲烷 5 5 10.95 乙烷（L） 丙烯（h） 35 35 2.59 15 15 1.00 丙烷 20 20 0.884 异丁烷 10 10 0.442 正丁烷 15 15 0.296 合计 100 100 按分离要求在馏出液中回收进料中乙烷的91.1%，在釜液中回收丙烯的93.7%。（均为mol%）。试用清晰分割的物料衡算方法计算塔顶与塔底的产品分布。（37.83 kmol/h，62.17 kmol/h，略）
【解】（1）由题意给出的分离要求，选丁烯为重关键组分，选丙烷为轻关键组分，采用清晰分割，则物料恒算结果如下表所示： 组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷 异丁烷 正丁烷 合计 进料F/ (kmol/h) 5 35 15 20 10 15 100 塔顶D/ (kmol/h) 5 0.911×35=31.885 0.945 0 0 0 37.83 塔顶D kmol/h 5 31.885 0.945 37.83 %（摩尔分数） 13.22 84.28 2.50 100 kmol/h 3.115 14.055 20 10 15 62.17 塔底W/ (kmol/h) 0 3.115 0.937×15=14.055 20 10 15 62.17 塔底W %（摩尔分数） 5.01 22.61 32.17 16.09 24.13 100 （2）塔顶和塔釜产品的组成 组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷 异丁烷 正丁烷 合计 6-19 用简捷法计算脱丙烷塔的理论塔板数及进料位置。根据分离要求，确定丙烷为轻关键组分，丁烯为重关键组分，已知条件如下：
（1）组分在塔顶和塔底的分布及相平衡常数； 组分i 乙烷 丙烯 丙烷L 丁烯H 丁烷 碳五 合计
塔顶 xDi，mol% 0.76 46.16 52.57 0.51 0 0 100.00 KDi（平衡常数） 2.6 1.07 0.95 0.395 0.32 0.12 xWi，mol% 0 0 0.51 42.75 45.40 11.39 100.00 塔底 KWi（平衡常数） 4.8 2.45 2.25 1.145 0.97 0.45 22
（2）进料为气液混合物，其轻、重关键组分的摩尔分率分别为（xL）F=0.310，（xh）F＝0.1766，在进料条件下查得轻、重关键组分的相平衡常数KL=1.34，Kh=0.613。
（3）最小回流比为1.15，取操作回流比为最小回流比的1.4倍。（40块，第20块）
【解】（1）根据题意
实际操作回流比R=1.4×1.15=1.61
R?Rmin1.61?1.15??0.176
R?11.61?1NT?NT,min查取吉利兰关联图得：?0.7
NT?1由芬斯克公式得：
??xl??xh???52.57??42.75??lg??????lg??????????xh?D?xl?W??0.51?D?0.51?W???NT,min???11.59块
1.34lg?lhlg0.613NT?NT,min 代入?0.7，解得理论塔板数 NT=40（已扣除塔釜）
NT?1（2）进料位置的确定
由芬斯克公式得精馏段的最小理论塔板数
NT,min，J??x??x??52.57??0.1766??lg??l??h??lg????0.51??0.31????xh?D?xl?F????????????5.21块
1.34lg?lhlg0.613。 ?0.7，解得精馏段的理论塔板数为19块（已扣除加料板）
代入
NT?NT,minNT?1故理论加料板的位置在第20层。
第二章 气体吸收
第一节 概述
知识点聚焦
吸收——吸收操作是化工生产过程中用以分离均相气体混合物的常规单元操作，是利用气体混合物中不同组分在溶剂中溶解能力的差异（即溶解度的差异）或组分与溶剂反应能力的差异来分离均相气体混合物的操作。
在吸收过程中的溶剂又称为吸收剂，对能被溶剂溶解吸收（或与溶剂能起化
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学反应）的组分称为溶质或吸收质，而把气体混合物中不能被溶剂溶解（或起化学反应）的组分统称为“惰性组分”；将离开吸收设备的溶液称为吸收液或完成液。
吸收操作的分类——从吸收原理分有物理吸收和化学吸收，其中物理吸收是指无明显化学作用发生的吸收过程。按吸收系统有无温度变化有等温吸收和非等温吸收之分。由于溶质在溶剂中无论发生物理溶解还是溶解之后的化学反应，系统的能量状态均会发生变化，故绝对的等温吸收并不存在。对溶质含量不高（体积百分比在10%以内）、溶剂用量较大形成的溶液很稀时的物理吸收过程（称为稀气体、稀溶液吸收过程）可近似为等温吸收过程。按溶质的数目分类可分为单组分吸收与多组分吸收。
工业吸收设备与流程——工业吸收设备主要以塔式为主，吸收流程主要由吸收塔和解吸塔两部分构成，由于解吸过程设备复杂、能耗大，故吸收操作的成本主要取决于解吸操作的成本。对工业吸收设备的总体要求有：（1）塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间。（2）气液两相应具有强烈扰动，减少传质阻力，提高吸收效率。（3）操作范围宽，运行稳定。（4）设备阻力小，能耗低。（5）具有足够的机械强度和耐腐蚀能力。（5）结构简单、便于制造和检修。
吸收剂的选择原则——（1）吸收选择性强；（2）对溶质的溶解能力大； （3）挥发性小；（4）粘度低；（5）化学稳定性、安全性好；（6）价廉易得；（7）容易再生。上述溶剂的选择原则往往相互矛盾，在选择溶剂时应抓住主要矛盾来进行。
第二节 单组分等温物理吸收系统的气液相平衡
知识点聚焦
单组分物理吸收系统的气液相平衡——吸收过程的实质是溶质在溶剂中发生溶解。因此，吸收平衡即溶质在溶剂中的溶解平衡，溶解度曲线即为吸收系统的气－液相平衡线。由溶解度曲线可知，吸收过程宜控制在低温、高压条件下进行。解吸过程宜控制在高温、低压条件下进行。
单组分等温物理吸收系统的气液相平衡（亨利定律）——在温度一定时，难溶气体的溶解度曲线以及易溶气体和中等溶解能力的气体在近坐标原点附近的溶解度曲线，均为发自坐标原点的一条直线。此规律称为亨利定律，其数学表达式可作为单组分等温物理吸收系统的气液相平衡关系式（因上述物理吸收过程，可视为等温吸收过程）。
吸收推动力及判断——在温度一定的条件下，当体系现有液相浓度低于平衡溶解度、气相现有浓度高于气相平衡分压时，气相中的溶质可继续在溶剂中溶解
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吸收。且差距越大，吸收速率越高。因此，吸收过程的推动力可用上述两个浓度差来表述，即ΔX＝X*－X、ΔY＝Y－Y*。若推动力大于0（操作点位于平衡线上方），可进行吸收；若推动力等于0（操作点位于平衡线上），则溶液饱和，吸收处于平衡，若推动力小于0（操作点位于平衡线下方），则溶液过饱和，进行解吸。因此，可根据推动力的范围和操作点的位置来判断过程的方向。 计算公式浓缩 相组成换算式：
1、比质量分率与质量分率换算
mmywxw X=L,A= Y=V,A=mB1-ywmC1-xwXY xw=
1+X1+Y式中：mV,A为气相中溶质的质量，kg；mB为惰性组分的质量，kg；yw为气
yw=相中溶质的质量分率；mL,A为液相中溶质的质量，kg；mC为溶剂的质量，kg；xw为液相中溶质的质量分率。 2、比摩尔分率与摩尔分率换算
nnyx X=L,A= Y=V,A=nB1-ynC1-xYXy= x=
1+Y1+X式中：nL,A为液相中溶质的量，kmol；mC为溶剂的量，kmol；x为液相中溶质的摩尔分率；nV,A为气相中溶质的量，kmol；nB为惰性组分的量，kmol；y为气相中溶质的摩尔分率。 亨利定律表达式：
mX
(1m-X)+1p*?c/H p*?E?x y*=m x Y*=式中：p为气相中溶质的平衡蒸汽分压，kPa；c、C分别为液相中溶质的摩尔浓度及液相的平均摩尔浓度；H、E＝C/H称亨利系数，单位为kPa，kmol·kPa /m3；x为液相中溶质的平衡摩尔分率； m为相平衡常数；y为气相中溶质的平衡摩尔分率。 相关习题解答
7-1某稀氨水的摩尔浓度为1.112kmol/m3，氨水上方总压强为1.962×105Pa（绝压），气相中氨的平衡浓度为0.822%(体积分数)，氨水密度可近似取1000kg/m3，试分别计算亨利系数E，相平衡常数m各是多少。（80.5kPa，0.41）
??1000【解】根据题意 c?L?S??55.49kmol/m3
MLMS18.02 25