化工原理答案Word格式文档下载.docx

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0、7５+０、２６＝0、８0

又　0、4６x3+0、54５=0、80　　　

得　　ｘ3=0、５5

　y3=0、72×

0、５5＋0、26=0、66

又　0、４６x4+０、54５=0、66　

得　　　x4=０、25＜xF

∴精馏段理论板层数为3层,第四层为进料板。

1３、在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。

若原料为饱与液体,其中含苯0、5（摩尔分数,下同）,塔顶馏出液组成为0、９5,釜液组成为0、０6,操作回流比为2、6。

试求理论板层数与进料板位置。

平衡数据见例6-２表。

　解：

用图解法求NT

在ｙ－x相图上找出xW=0、06、xＦ=0、５0、xD=0、95，对应点为c、e、a　。

由回流比R=２、6得精馏段操作线截距

在图中确定ｂ点,并连接ａｂ为精馏段操作线。

已知原料为饱与液体,故ｑ=1,q线为ｅ点出发得一条垂直线,与精馏段操作线交于ｄ点,连接ｃd为提馏段操作线。

绘阶梯数为９,故NT=８（不包括再沸器）。

由图可知第五块为进料板。

14、在常压下用连续精馏塔分离甲醇－水溶液。

已知原料液中甲醇含量为０、35（摩尔分数,下同）馏出液及釜液组成分别为０、95与0、０5,泡点进料,塔顶为全凝器，塔釜为间接蒸汽加热,操作回流比为最小回流比得２倍。

求

（1）理论板层数及进料板位置;

（２）从塔顶向下第二块理论板上升得蒸汽组成。

平衡数据见习题１０。

解：

（1）根据第１0题得平衡数据作出y-x图，由图中可知q线与平衡线交点坐标为

xq＝０、３５、yｑ=0、70

由式（6－36）得

R＝2Rmin=2×

０、71＝1、４2

由精馏段操作线截距与a点连接，作出精馏段操作线aｂ。

ab与ｑ线交于d,连接cd即为提馏段操作线。

绘出阶梯数为8,故理论板层数为8（包括再沸器）,进料板为第6块

（2）图中查得从塔顶第二块板上升得蒸汽组成为0、９3　。

15、用简捷法求算习题１3中连续精馏塔所需得理论板层数。

解：

由习题13图中读得q线与平衡线交点坐标为

xｑ=0、５0　　　yｑ=０、71

　　由式（６－３６）得

吉利兰图中横坐标

由吉利兰图中读得纵坐标

由例6－2知αm=2、４6

由式（6－34ａ）

所以　　解之ＮT＝８（不包括再沸器）

与习题１３结果一致。

16、一常压操作得连续精馏塔中分离某理想溶液,原料液组成为0、4,馏出液组成为0、９5（均为轻组分得摩尔分数）,操作条件下,物系得相对挥发度α＝２、0,若操作回流比R=1、5Rmiｎ,进料热状况参数q=1、5,塔顶为全凝器,试计算塔顶向下第二块理论板上升得气相组成与下降液体得组成。

　解:

由相平衡方程式　　①

由q线方程②

式①②联立求解,得到交点坐标

　　xq＝０、484、yq=0、652

由式（6-3６）得

Ｒ=1、5Rmｉn=1、５×

1、7７＝２、6６

精馏段操作线方程为

用逐板计算法:

因塔顶为全凝器，则　　y1=xＤ=0、９５

由平衡线方程　得ｘ1=０、９05

由相平衡方程得x２=0、８５

1７、用常压连续精馏塔分离苯－甲苯混合液。

已知原料液流量１０0ｋmoｌ/ｈ，组成为0、4０,馏出液及釜液组成分别为0、95与0、03（均为摩尔分数）,进料温度为40℃,塔顶全凝器,泡点回流,Ｒ=3、0，塔釜为间接蒸汽加热,加热蒸气压力为３００kPａ（绝压）,若忽略热损失,试求：

（1）加热蒸汽用量；

（２）冷却水用量（设冷却水进出口温差为15℃）

由全塔物料衡算

查得ｘF=0、4０时，泡点温度ｔｓ=96℃,而进料温度tＦ＝40℃,故为冷进料。

查tｓ=9６℃时苯、甲苯得汽化潜热为

rA=３8９、4KJ/kg　rB=376、8KＪ/kg

则ｒm=0、4×

38９、４×

78+0、6×

376、8×

92=3２950kＪ/ｋｍｏｌ

查℃下ＣPA=CPB=1、88kJ/（kｇ、℃）

则ＣPm＝0、４×

1、８8×

７８＋0、6×

1、88×

92=162、4kJ／（kｍoｌ、℃）

所以

精馏段上升蒸汽量　V=（R+1）D=（3＋1）×

40、22=16０、8８kmｏl/h

提馏段上升蒸汽量Ｖ‘＝V＋（q-１）F=1６0、88+（1、２8-1）×

10０＝188、88kｍｏl／h

塔釜与塔顶分别按纯甲苯与苯计算:

（1）查xw=0、０3时ts‘＝10９.3℃,对应得汽化潜热rB=３８0kJ／kg

则QB=V‘ｒB=188、88×

380×

9２=6、６×

１06ｋJ／h

又查3０0kPa（绝压）下饱与水蒸气得汽化潜热r=２168、1kＪ/kg，则塔釜加热蒸汽消耗量

（2）查xD=０、9５时,ts‘’＝81.2℃,对应得汽化潜热ｒc=４00ｋＪ/kg

则Ｑｃ＝Vｒc＝160、８8×

４00×

78＝5、０2×

10６kＪ/h

冷却水消耗量

18、在连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。

在全回流条件下测得相邻板上得液相组成分别为０、28、0、41与０、5７,试求三层板中较低两层板得液相单板效率。

操作条件下苯－甲苯混合液得平均相对挥发度可取2、５。

已知ｘ1=0、５7　、ｘ2=0、41、ｘ3＝0、28

又全回流时操作线方程为

y2＝x1、y３＝x２　、y４=x3

故y2=0、5７　、y3=０、41　、ｙ4＝0、２8

由相平衡方程式

得到　　

由式（6-46）

19、试计算习题1４中精馏塔得塔径与有效高度。

已知条件如下:

（１）进料量为１00kｍoｌ/h;

（２）塔釜压力为１1４kPa，对应温度为10２℃，塔顶为常压,温度为66.2℃,塔釜间接蒸汽加热;

（3）全塔效率55%,空塔气速为0.84m/s,板间距为０．35ｍ。

　　解：

由习题14得知xＦ＝0、３5、xＤ=0、95、xＷ=０、05,泡点进料,R=1、42

F=D＋Ｗ　　　　　1０0＝D+W

ＦxF=DxＤ+ＷxW　　　　　　　　　1０0×

0、３5＝0、95Ｄ+0、05W

解之D=３3、3ｋmol/ｈ

Ｖ=V‘=（Ｒ＋1）D=（1、42+1）×

33、3=80、5９kmｏl／h

因全塔平均温度为℃

所以平均操作压力为

圆整为1000ｍm

由于习题14已求出ＮT=7

所以ＮP=NＴ／E=7/0、55=１2、7≈13

Z=（ＮP-1）HＴ=（13-1）×

０、３5=4.2m

20、试计算习题19中冷凝器得热负荷、冷却水得消耗量以及再沸器得热负荷、加热蒸汽得消耗量。

已知条件如下：

（1）忽略冷凝器热损失,冷却水得进出口温度分别为25℃与35℃;

（2）加热蒸汽得压力为2３2、2kＰａ,冷凝液在饱与温度下排出,再沸器得热损失为有效传热量得12％。

　解:

塔顶可近似按纯甲醇计算,则查塔顶６6.2℃下,rA＝11３0kJ/ｋg

由式（6－38）

　　　QC=VrA=８0、59×

1130×

3２=2、91×

106kＪ／h

塔釜可近似按水计算,则查塔釜102℃下,ｒＢ＝２252kJ/kｇ

由式（６-40）

　　ＱB=Ｖ‘rB+QＬ=80、5９×

18×

２2５２×

1、12=3、66×

10６kJ／ｈ

查加热蒸汽23２、2kPa下，汽化潜热为2191、8ｋJ/kｇ，则

21、在连续精馏塔中分离二硫化碳-四氯化碳混合液。

原料液在泡点下进入塔内,其流量为4000kｇ/h、组成为0、３（摩尔分数,下同）。

馏出液组成为0、9５,釜液组成为0、０２5。

操作回流比取最小回流比得1、５倍,操作压强为常压,全塔操作平均温度为61℃,空塔气速为0．８m/s，塔板间距为0.４ｍ，全塔效率为50%。

试求:

（1）实际板层数；

（2）两产品质量流量；

（3）塔径；

（4）塔得有效高度。

解:

（１）由y－ｘ相图中q线与平衡线得交点坐标为xｑ＝ｘF=0、３,ｙq=0、５４

则　　　

R=1、５Rmin＝1、５×

1、７1=２、57

所以精馏段操作线得截距

在图中作出精馏段操作线与提馏段操作线，见附图。

得出　ＮT=1２－1=11块

　ＮP=NT　/E=11/０、5=22块

（2）解法一:

因　ＭF=0、3×

７6+0、7×

1５4=13０.6kｇ/kmol

F=40０0／130、６＝30、６3kｍol／h

Ｆ=Ｄ+W　　　　30、63＝D+W

FｘF＝DｘD+WｘＷ　　　30、63×

０、３＝0、95D+0、025W

解之D=9、11kｍol／h　　Ｗ=21、52ｋmｏl/h

又MD=0、95×

76+0、05×

154=79.9kg／kmol

MW=0、0２5×

76＋0、９7５×

154=152．0５ｋｇ／ｋmol

所以　　D=9、11×

７9、9=７2７．8９kg/ｈ

　W=21、52×

152、０5=327２.12kg/h

解法二:

各部分组成以质量分数表示

F=D+W　　　　　　　４000=Ｄ+W

FwF=ＤｗD+　　　　　　　　４０000×

0、175=0、90４D＋0、012５W

解之　D＝729kｇ/h　　W＝327１kg/ｈ

（3）因为泡点进料,故q=1　Ｖ‘＝V

V＝（R+１）Ｄ＝（2、57+1）×

９、１1=3２、５２kmoｌ/ｈ

由式（６-49）

m

圆整为700mｍ。

（4）由式（6-47）

　　　　Ｚ=（NP－１）ＨT＝（２2-1）×

０、4=8.4m

22、求习题2１中冷凝器得热负荷与冷却水得消耗量以及再沸器得热负荷与加热蒸气得消耗量。

假设热损失可以忽略。

（1）塔内各处得操作温度为:

进料62℃、塔顶47℃、塔釜75℃。

回流液与馏出液温度为４0℃。

（２）加热蒸气表压强为１00kPａ,冷凝水在饱与温度下排出。

（3）冷却水进出口温度分别为２５℃与３0℃。

　解:

（1）塔顶近似按CS2,因塔顶泡点温度ts=47℃,而回流液与馏出液温度tL=40℃,查4７℃rＡ＝３５０ｋJ/kg　

47+４0/２＝43.5℃下CPA=0、98kJ/ｋg

Qc＝（R+1）D[rＡ＋　ＣPＡ（ts－tＬ）］=（2、５7+1）×

72７、89×

[0、98×

（47－40）+350]

=9、3×

105kJ／h

（2）塔釜可近似按ＣCl4,查７５℃下rB=195kJ/kg又V‘＝V

ＱB=V‘rB=（2、57+1）×

7２7、89×

19５=5、07