新版化工原理习题答案第九章蒸馏doc文档格式.docx

1、 （作为试差起点，100 kPa 和 10 kPa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 100 kPa初设泡点为 94.6 ，则2.191得 pA*155.37kPa220.24同理1.8063.151000.39960.4或p 总 0.4155.37 0.663.15 kPa 100.04kPa则2.462.46 0.41 （1） x1.460.6212（2）总压为 p 总 10 kPa通过试差，泡点为 31.5 ， p*A =， p*B 17.023.2035.3132.2030.681随压力降低， 增大，气相组成提高。3在 100 kPa 压力下将组成

2、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。原料液处理量为100 kmol ，汽化率为。操作范围内的平衡关系可表示为y 0.46x 0.549 。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q1 0 .44 0.56xF0.560.55q 11.25 1.273x0.56 1由平衡方程 y 0.46x 0.549联立两方程，得 y = ， x =DF0.44kmol = 44kmoln0.44nnD y100%440.73558.8%nF xF（ 2）简单蒸馏nDkmoln W56lnnF0.55 dxnWxW即0.57980.549

3、0.54 xW0.540.549解得xW =n D0.55 0.3785 0.7683A0.768361.46%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 100 kmol/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q n,Dq n,F0.50.05 kmol h 50kmol h A50100% 95%qn,D xDxD0.05qn, F xF（2）馏出液的最大可能流量当 A=100%时，获得最大可能流量，即q

4、 n,Dmaxqn,F xF100 0.5kmol/h 52.63 kmol/h5在连续精馏塔中分离A、 B 两组分溶液。原料液的处理量为100 kmol/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q n,D xD0.96qn,F xF0.960.45kmol/h 43.2 kmol/hq n,W x W100 0.45kmol/h1.8 kmol/hqn,W1.8kmo

5、l/h= kmol/h0.033qn,Dqn,F100 54.5543.20.950545.45（ 2）精馏段操作线方程R2.65 x0.726x 0.2604R 13.65（ 3）提馏段的液相负荷q n, Lq n,Lqqn, FRqn, Dq n, F2.65 45.45 100 kmol/h 220.4 kmol/h6在常压连续精馏塔中分离A、 B 两组分理想溶液。进料量为60 kmol/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

6、体进料；（3）饱和蒸气进料。已知：原料液的汽化热为371 kJ/kg，比热容为 kJ/（kg ? ） 。由题给数据，可得60 0.460.04 kmol/h27.39 kmol/h0.04q n, W6032.61 kmol/h（ 1） 40 冷液进料q 值可由定义式计算，即cPt bt F1.82 9240r3711.255V1 q n, D 1q F2.81 27.391 1.25560 kmol/h 119.4kmol/ h（ 2）饱和液体进料此时q = 11 q n, D3.827.39kmol/h1 04.1kmol/h（ 3）饱和蒸气进料q = 0104 .1 60 kmol/h4

7、4.1kmol/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50 kmol/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 = 2-3x。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0.238R = 3 ， xD =2）进料热状况参数及原料液组成由于3 及 xF21 q

8、=（气液混合进料） ， xF =xq 及 yq联立操作线及q 线两方程，即0.75x 0.2383 x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：A q n,F xF0.9450 0.5 kmol/h24.68kmol/h qn,W qn,F qn,D 50 24.68 kmol/h = kmol/h0.9521 A0.059225.32qn,LRqn,Dqqn,F324.68 0.7550 kmol/h = kmol/h111.54kmol/h = kmol/h则y 111.54 x 25.32 0.0592 1.294x 0.01739

9、86.2286.228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2.46x1 1.46x在 xy 图上作出平衡线，如本题附图所示。1.00.90.8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0.2712.550.7出点 b，连接点 a 及点 b，即为精馏段操作线。0.6de0.3b0.2过点 e 作 q 线（垂直线）交精馏段操作线于点

10、 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。110.1c0.0WX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93 kmol/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 = 1q n,V1 q n,D93kmol/h9358.5

11、qn, Wqn, F0.6q n,F 0.9534.534.5 0.0556.45kmol/h（ 2）为min 的倍数R=对于泡点进料， Rmin 的计算式为Rmin（1xD ）0.95 20.95）1 xF1.333于是1.71.27510在常压连续精馏塔内分离苯氯苯混合物。已知进料量为85 kmol/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500 kPa （饱和温

12、度为 151.7，汽化热为2 113 kJ/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850.450.02 kmol/h37.94kmol/h0.990.02对于泡点进料，精馏段和提馏段气相负荷相同，则q n, D4.5170.7 kmol/h（ 1）冷却水流量 由于塔顶苯的含量很高，可按纯苯计算，即Qc qn,V A 170.7 30.65 103 kJ/h 5.232kJ/hq m,cQc5.23210 6kg/h 8.33 104 kg/hcp, c （t 2 t1 ）4.18715（ 2）加热蒸汽流量釜液中氯苯的含量很高，可按

13、纯氯苯计算，即QBqn, V B170.736.52 103 kJ/h 6.234kJ/hQB6.234106q m, hkg/h 2.95kg/hB211311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。100 kmol/h ，进料热状态参数q=1，馏出液流量为60 kmol/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, F 100kmol/h60 kmol/h 40 kmo

14、l/h0.01 1.667 x 0.0067（ 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yW0.010.0198（1）xWx与 y 符合操作关系，则0.00670.0159xm1.667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。100 kmol/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 附表温度 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

15、物料衡算求解。 间接加热0.9qn,F xF0.9 100 0.3kmol/h 29.35kmol/ h（1 0.9）100 0.30.920.042529.35 直接水蒸气加热qn,W qn, L Rq n,D qq n,F关键是计算 R。由于 q = ，则 q 线方程为6 x1.5在本题附图上过点e 作 q 线，由图读得： xq = ， yq =y q0.710.6176xq0.373Rmin1.85于是q n,W1.2 100 kmol/h 174.3 kmol/h0.9）0.0172183.8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（x q,yq ）（xq, yq）4