新版化工原理习题答案第九章蒸馏doc文档格式.docx

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新版化工原理习题答案第九章蒸馏doc文档格式.docx

(作为试差起点,

100kPa和10kPa

对应的泡点分别取

94.6

℃和31.5℃)

本题需试差计算

(1)总压p总=100kPa

初设泡点为94.6℃,则

2.191

得pA*

155.37

kPa

220.24

同理

1.80

63.15

100

0.3996

0.4

p总=0.4

155.370.6

63.15kPa100.04kPa

2.46

2.460.4

1(

1)x

1.46

0.6212

(2)总压为p总=10kPa

通过试差,泡点为31.5℃,p*A=,p*B=

17.02

3.203

5.313

2.203

0.681

随压力降低,α增大,气相组成提高。

3.在100kPa压力下将组成为(易挥发组分的摩尔分数)的两组分理想溶液进行平衡蒸馏和简单蒸馏。

料液处理量为

100kmol,汽化率为。

操作范围内的平衡关系可表示为y0.46x0.549。

试求两种情况下易挥发

组分的回收率和残液的组成。

(1)平衡蒸馏(闪蒸)

依题给条件

q

10.440.56

xF

0.56

0.55

q1

1.251.273x

0.561

由平衡方程y0.46x0.549

联立两方程,得y=,x=

D

F

0.44

kmol=44kmol

n

0.44n

nDy

100%

44

0.735

58.8%

nFxF

(2)简单蒸馏

nD

kmol

nW

56

ln

nF

0.55dx

nW

xW

0.5798

0.5490.54xW

0.54

0.549

解得

xW=

nD

0.550.37850.7683

A

0.7683

61.46%

简单蒸馏收率高(%),釜残液组成低()

4.在一连续精馏塔中分离苯含量为(苯的摩尔分数,下同)苯—甲苯混合液,其流量为100kmol/h。

已知

馏出液组成为,釜液组成为,试求

(1)馏出液的流量和苯的收率;

(2)保持馏出液组成不变,馏出液最大可能的流量。

(1)馏出液的流量和苯的收率

qn,D

qn,F

0.5

0.05kmolh50kmolhA

50

100%95%

qn,DxD

xD

0.05

qn,FxF

(2)馏出液的最大可能流量

当ηA=100%时,获得最大可能流量,即

qn,Dmax

qn,FxF

1000.5

kmol/h52.63kmol/h

5.在连续精馏塔中分离

A、B两组分溶液。

原料液的处理量为

100kmol/h,其组成为(易挥发组分

A的摩

尔分数,下同),饱和液体进料,要求馏出液中易挥发组分的回收率为

96%,釜液的组成为。

试求(

1)馏出液

的流量和组成;

(2)若操作回流比为,写出精馏段的操作线方程;

(3)提馏段的液相负荷。

(1)馏出液的流量和组成

由全塔物料衡算,可得

qn,DxD

0.96qn,FxF

0.96

0.45kmol/h43.2kmol/h

qn,WxW

1000.45kmol/h

1.8kmol/h

qn,W

1.8

kmol/h=kmol/h

0.033

qn,D

qn,F

10054.55

43.2

0.9505

45.45

(2)精馏段操作线方程

R

2.65x

0.726x0.2604

R1

3.65

(3)提馏段的液相负荷

qn,L

qn,L

qqn,F

Rqn,D

qn,F

2.6545.45100kmol/h220.4kmol/h

6.在常压连续精馏塔中分离A、B两组分理想溶液。

进料量为

60kmol/h,其组成为(易挥发组分的摩尔分

数,下同),原料液的泡点为

92℃。

要求馏出液的组成为,釜液组成为,操作回流比为。

试求如下三种进料热

状态的q值和提馏段的气相负荷。

(1)40℃冷液进料;

(2)饱和液体进料;

(3)饱和蒸气进料。

已知:

原料液的汽化热为

371kJ/kg

,比热容为kJ/(kg?

℃)。

由题给数据,可得

600.46

0.04kmol/h

27.39kmol/h

0.04

qn,W

60

32.61kmol/h

(1)40℃冷液进料

q值可由定义式计算,即

cP

tb

tF

1.8292

40

r

371

1.255

V

1qn,D1

qF

2.8

127.39

11.255

60kmol/h119.4kmol/h

(2)饱和液体进料

此时

q=1

1qn,D

3.8

27.39kmol/h

104.1kmol/h

(3)饱和蒸气进料

q=0

104.160kmol/h

44.1kmol/h

三种进料热状态下,由于q的不同,提馏段的气相负荷(即再沸器的热负荷)有明显差异。

饱和蒸气进料V′

最小。

7.在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。

原料液流量为

50kmol/h,要求馏出液中易挥发组分的收

率为94%。

已知精馏段操作线方程为

y=+;

q线方程为y=2-3

x。

试求

(1)操作回流比及馏出液组成;

2)

进料热状况参数及原料的总组成;

(3)两操作线交点的坐标值

xq及yq;

(4)提馏段操作线方程。

(1)操作回流比及馏出液组成

由题给条件,得

0.75及

0.238

R=3,xD=

2)进料热状况参数及原料液组成

由于

3及xF

2

1q

=

(气液混合进料),xF=

xq及yq

联立操作线及

q线两方程,即

0.75x0.238

3x

解得xq=及yq=

(4)提馏段操作线方程其一般表达式为

qn,V

式中有关参数计算如下:

Aqn,FxF

0.94

500.5kmol/h

24.68kmol/hqn,Wqn,Fqn,D5024.68kmol/h=kmol/h

0.952

1A

0.0592

25.32

qn,L

Rqn,D

qqn,F

3

24.680.75

50kmol/h=kmol/h

111.54

kmol/h=kmol/h

则y111.54x25.320.05921.294x0.01739

86.2286.22

8.在连续精馏塔中分离苯—甲苯混合液,其组成为(苯的摩尔分数,下同),泡点进料。

要求馏出液组成为,

釜残液组成为。

操作回流比为,平均相对挥发度为,试用图解法确定所需理论板层数及适宜加料板位置。

由气液平衡方程计算气液相平衡组成如本题附表所示。

习题8附表

2.46x

11.46x

在x–y图上作出平衡线,如本题附图所示。

1.0

0.9

0.8

由已知的xD,xF,xW在附图上定出点

a、e、c。

a

,在y轴上定

精馏段操作线的截距为

0.271

2.5

5

0.7

出点b,连接点a及点b,即为精馏段操作线。

0.6

d

e

0.3

b

0.2

过点e作q线(垂直线)交精馏段操作线于点d。

连接cd

即得提馏段操作线。

从点a开始,在平衡线与操作线之间绘阶梯,达到指定分离

程度需11层理论板,第5层理论板进料。

11

0.1

c

0.0

W

X

习题8附图

9.在板式精馏塔中分离相对挥发度为2的两组分溶液,泡点进料。

馏出液组成为(易挥发组分的摩尔分数,

下同),釜残液组成为,原料液组成为。

已测得从塔釜上升的蒸气量为

93kmol/h,从塔顶回流的液体量为kmol/h

泡点回流。

试求

(1)原料液的处理量;

(2)操作回流比为最小回流比的倍数。

(1)原料液的处理量

由全塔的物料衡算求解。

对于泡点进料,q=1

qn,V

1qn,D

93kmol/h

93

58.5

qn,W

qn,F

0.6qn,F0.95

34.5

34.50.05

56.45

kmol/h

(2)

min的倍数

R=

对于泡点进料,Rmin的计算式为

Rmin

(1

xD)

0.952

0.95)

1xF

1.333

于是

1.7

1.275

10.在常压连续精馏塔内分离苯—氯苯混合物。

已知进料量为

85kmol/h,组成为(易挥发组分的摩尔分数,

下同),泡点进料。

塔顶馏出液的组成为,塔底釜残液组成为。

操作回流比为。

塔顶采用全凝器,泡点回流。

苯、

氯苯的汽化热分别为kJ/mol

和kJ/mol

水的比热容为kJ/(kg?

若冷却水通过全凝器温度升高15℃,

加热蒸汽绝对压力为

500kPa(饱和温度为151.7

℃,汽化热为

2113kJ/kg)。

试求冷却水和加热蒸汽的流量。

忽略组分汽化热随温度的变化。

由题给条件,可求得塔内的气相负荷,即

85

0.45

0.02kmol/h

37.94kmol/h

0.99

0.02

对于泡点进料,精馏段和提馏段气相负荷相同,则

qn,D

4.5

170.7kmol/h

(1)冷却水流量由于塔顶苯的含量很高,可按纯苯计算,即

Qcqn,VA170.730.65103kJ/h5.232kJ/h

qm,c

Qc

5.232

106

kg/h8.33104kg/h

cp,c(t2t1)

4.187

15

(2)加热蒸汽流量

釜液中氯苯的含量很高,可按纯氯苯计算,即

QBqn,VB

170.7

36.52103kJ/h6.234kJ/h

QB

6.234

106

qm,h

kg/h=2.95kg/h

B2113

11.在常压连续提馏塔中,分离两组分理想溶液,该物系平均相对挥发度为。

100kmol/h,

进料热状态参数

q=1,馏出液流量为

60kmol/h

,釜残液组成为(易挥发组分的摩尔分数)

,试求

(1)操作线方

程;

(2)由塔内最下一层理论板下降的液相组成

x′。

m

本题为提馏塔,即原料由塔顶加入,因此该塔仅有提馏段。

再沸器相当一层理论板。

(1)操作线方程

此为提馏段操作线方程,即

式中

qqn,F100kmol/h

60kmol/h=40kmol/h

0.011.667x0.0067

(2)最下层塔板下降的液相组成

由于再沸器相当于一层理论板,故

yW

0.01

0.0198

1)xW

x′

与y′符合操作关系,则

0.0067

0.0159

xm

1.667

提馏塔的塔顶一般没有液相回流。

12.在常压连续精馏塔中,分离甲醇—水混合液。

100kmol/h,其组成为(甲醇的摩尔分数,

下同),冷液进料(q=),馏出液组成为,甲醇回收率为

90%,回流比为最小回流比的

3倍。

试比较直接水蒸气

加热和间接加热两种情况下的釜液组成和所需理论板层数。

甲醇—水溶液的

t–x–y数据见本题附表

习题12附

温度t

液相中甲醇的

气相中甲醇的

摩尔分数

(1)釜液组成由全塔物料衡算求解。

①间接加热

0.9qn,FxF

0.91000.3

kmol/h29.35kmol/h

(10.9)

1000.3

0.92

0.0425

29.35

②直接水蒸气加热

qn,Wqn,LRqn,Dqqn,F

关键是计算R。

由于q=,则q线方程为

6x

1.5

在本题附图上过点

e作q线,由图读得:

xq=,yq=

yq

0.71

0.6176

xq

0.37

3Rmin

1.85

于是qn,W

1.2100kmol/h174.3kmol/h

0.9)

0.0172

183.8

显然,在塔顶甲醇收率相同条件下,直接水蒸气加热时,由于冷凝水的稀释作用,xW明显降低。

(2)所需理论板层数在x–y图上图解理论板层数

(xq,yq)

(xq,yq)

4

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