化工原理(管國(guó)鋒主編第三版)課后習(xí)題答案7液體蒸餾_第1頁
化工原理(管國(guó)鋒主編第三版)課后習(xí)題答案7液體蒸餾_第2頁
化工原理(管國(guó)鋒主編第三版)課后習(xí)題答案7液體蒸餾_第3頁
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化工原理(管國(guó)鋒主編第三版)課后習(xí)題答案7液體蒸餾_第5頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、第7章 液體蒸餾1) 苯酚(C6H5OH)(A)和對(duì)甲酚(C6H4(CH3)OH)(B)的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)為:溫度 苯酚蒸汽壓 kPa對(duì)甲酚蒸汽壓 kPa溫度 苯酚蒸汽壓 kPa對(duì)甲酚蒸汽壓 kPa113.710.07.70117.811.999.06114.610.47.94118.612.439.39115.410.88.2119.412.859.70116.311.198.5120.013.2610.0117.011.588.76試按總壓P=75mmHg(絕壓)計(jì)算該物系的“txy”數(shù)據(jù)。此物系為理想物系。 t0C pA0kPapB0kPa xA xB113.710.07.701.01.0

2、114.610.47.940.8370.871115.410.88.20.6920.748116.311.198.50.5580.624117.011.588.760.4400.509117.811.999.060.3210.385118.612.439.390.2010.249119.412.859.700.09520.122120.013.2610.00.0000.0002)承第1題,利用各組數(shù)據(jù),計(jì)算在x=0至x=1范圍內(nèi)各點(diǎn)的相對(duì)揮發(fā)度i,取各i的算術(shù)平均值,算出對(duì)i的最大相對(duì)誤差。以平均作為常數(shù)代入平衡方程式算出各點(diǎn)的“yxi”關(guān)系,算出由此法得出各組yi值的最大相對(duì)誤差。 t0C

3、113.7114.6115.4116.3117.0117.8118.6119.4120.01.2991.3101.3171.3161.3221.3231.3241.3251.326 t0C113.7114.6115.4116.3117.0117.8118.6119.4120.0xi1.00.8370.6920.5580.4400.3210.2010.09520yi1.00.8710.7480.6250.5090.3840.2490.1220 最大誤差=3)已知乙苯(A)與苯乙烯(B)的飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系可按下式算得:式中p0的單位是mmHg,T的單位是K。問:總壓為60mmHg(絕壓)時(shí),

4、A與B的沸點(diǎn)各為多少?在上述總壓和65時(shí),該物系可視為理想物系。此物系的平衡汽、液相濃度各為多少摩爾分率? 4)苯(A)和甲苯(B)混合液可作為理想溶液,其各純組分的蒸汽壓計(jì)算式為式中p0的單位是mmHg,t的單位是。試計(jì)算總壓為850mmHg(絕壓)下含苯25%(摩爾百分率)的該物系混合液的泡點(diǎn)。 5)試計(jì)算總壓為760mmHg(絕壓)下,含苯0.37、甲苯0.63(摩爾分率)的混合蒸汽的露點(diǎn)。若令該二元物系降溫至露點(diǎn)以下3,求平衡的汽、液相摩爾之比。6)有一苯(A)、甲苯(B)、空氣(C)的混合氣體,其中空氣占2%,苯與甲苯濃度相等(均指摩爾百分?jǐn)?shù)),氣體壓強(qiáng)為760mmHg(絕壓)。若維

5、持壓強(qiáng)不變,令此三元物系降溫至95,求所得平衡汽相的組成。A、B組分均服從拉烏爾定律。已知95時(shí),。 設(shè)XA0.380.3780.3770.376算得的XA0.3240.3520.3630.373 7)常壓下將含苯(A)60%,甲苯(B)40%(均指摩爾百分?jǐn)?shù))的混合液閃蒸(即平衡蒸餾),得平衡汽、液相,汽相摩爾數(shù)占總摩爾數(shù)的分率汽化率(1-q)為0.30。物系相對(duì)揮發(fā)度=2.47,試求:閃蒸所得平衡汽、液相的濃度。若改用簡(jiǎn)單蒸餾,令殘液濃度與閃蒸的液相濃度相同,問:餾出物中苯的平均濃度為多少?提示:若原料液、平衡液、汽相中A的摩爾分率分別以xf、x、y表示,則存在如下關(guān)系:。 8)某二元物系

6、,原料液濃度xf=0.42,連續(xù)精餾分離得塔頂產(chǎn)品濃度xD=0.95。已知塔頂產(chǎn)品中易揮發(fā)組分回收率=0.92,求塔底產(chǎn)品濃度xw。以上濃度皆指易揮發(fā)組分的摩爾分率。 9)某二元混合液含易揮發(fā)組分0.35,泡點(diǎn)進(jìn)料,經(jīng)連續(xù)精餾塔分離,塔頂產(chǎn)品濃度xD=0.96, 塔底產(chǎn)品濃度xw=0.025(均為易揮發(fā)組分的摩爾分率),設(shè)滿足恒摩爾流假設(shè)。試計(jì)算塔頂產(chǎn)品的采出率D/F。若回流比R=3.2,泡點(diǎn)回流,寫出精餾段與提餾段操作線方程。 10)某二元混合物含易揮發(fā)組分0.24,以熱狀態(tài)參數(shù)q=0.45的汽、液混合物狀態(tài)進(jìn)入連續(xù)精餾塔進(jìn)行分離。進(jìn)料量為14.5kmol/h,塔頂產(chǎn)品濃度xD=0.95,塔

7、底產(chǎn)品濃度xw=0.03。若回流比R=2.8,泡點(diǎn)回流,提餾段L/V為多少?試計(jì)算塔頂全凝器的蒸汽冷凝量及蒸餾釜的蒸發(fā)量。以上濃度皆指易揮發(fā)組分的摩爾分率。 11)用常壓精餾塔連續(xù)分離苯和甲苯混合液。進(jìn)料中苯的摩爾分率為0.30。操作條件下苯的汽化潛熱為355kJ/kg。試求以下各種情況下的q值:進(jìn)料溫度為25;98.6的液體進(jìn)料;98.6的蒸汽進(jìn)料。苯甲苯體系在常壓下的部分汽液平衡數(shù)據(jù)如下:溫度t,110.6102.298.695.2液相組成,x0.0000.2000.3000.397汽相組成,y0.0000.3700.5000.618解:原料液的汽化潛熱rm= 0.30380kJ/(1kg

8、/78kg/mol)= 889222862 = 31754 kJ/mol由附表可知 xf = 0.30時(shí),液體的泡點(diǎn)為98.6,則平均溫度= 334.95 K查教材附錄得61.8下苯和甲苯的比熱為1.84kJ/(kgK),故原料液的比熱為:Cp = 1.840.3781.840.792= 161.552 kJ/(kmolK)屬飽和液體進(jìn)料q2 = 1屬飽和蒸汽進(jìn)料q3 = 0。12)已知某精餾塔操作以飽和蒸汽進(jìn)料,操作線方程分別如下:精餾線提餾線試求該塔操作的回流比、進(jìn)料組成及塔頂、塔底產(chǎn)品中輕組分的摩爾分率。 解:由精餾線得:,R = 2.500由提餾線得:,xD = 0.94990.950

9、提餾線斜率,得 F = 1.5D提餾線截距,得 xW = 0.04由 FxF = DxDWxW 得:= 0.64713)用一連續(xù)精餾塔分離甲醇和水的混合物,進(jìn)料量為100kmol/h,進(jìn)料中甲醇的摩爾分率為0.10,以飽和蒸汽形式連續(xù)進(jìn)入塔底。要求塔頂產(chǎn)品中甲醇含量為0.90,塔釜產(chǎn)品中甲醇含量為0.05。試求:該精餾塔操作回流比及塔內(nèi)的液汽比;塔頂全凝器的蒸汽冷凝量。 解:Fxf = DxD(FD)xW kmol/hV = F = 100 kmol/hVLFxDxf q=0xw由 V = (R+1)D 得 塔頂全凝器蒸汽冷凝量 V = 100 kmol/h14)以連續(xù)精餾分離正庚烷(A)與正

10、辛烷(B)。已知相對(duì)揮發(fā)度=2.16,原料液濃度Zf=0.35(正庚烷的摩爾分率,下同),塔頂產(chǎn)品濃度xD=0.94,加料熱狀態(tài)q=1.05,餾出產(chǎn)品的采出率D/F=0.34。在確定回流比時(shí),取。設(shè)泡點(diǎn)回流。試寫出精餾段與提餾段操作線方程。 15)承第14題,按最佳加料板位置加料,試用作圖法求總理論板數(shù),并指明加料板的序號(hào)。解:又作圖知,總理論板數(shù)為13.4塊,第7塊為加料板。(圖略)16)承第14題,試用逐板計(jì)算法計(jì)算離開塔頂?shù)?塊塔板的液體濃度x2。 解: 17)承第14題,試用快速估算法計(jì)算總理論板數(shù)和確定加料板序號(hào)。 解:(1)總理論板數(shù) (2)精餾段理論板數(shù) 18)以常壓操作的連續(xù)精

11、餾塔分離“乙醇水”溶液。原料液含乙醇0.10(摩爾分率,下同),進(jìn)料熱狀態(tài)q=1.10,塔頂產(chǎn)品濃度0.80,釜液濃度0.001。塔頂用全凝器,泡點(diǎn)回流,塔底用蒸餾釜,間接加熱,操作回流比為最小回流比的2.0倍。試用作圖法求總理論板數(shù)和確定加料板序號(hào)。解:根據(jù)教材附錄數(shù)據(jù)作“y-x”圖 19)已知塔頂、塔底產(chǎn)品及進(jìn)料組成中苯的摩爾分率分別為:xD=0.98,xW=0.05,xF=0.60,泡點(diǎn)進(jìn)料和回流,取回流比為最小回流比的1.5倍,體系的相對(duì)揮發(fā)度為2.47。試用捷算法計(jì)算苯和甲苯體系連續(xù)精餾理論塔板數(shù)。 解: q = 1 xe = xf = 0.6R = 1.5Rmin= 1.51.03

12、 = 1.55查吉利蘭圖得:由芬斯克方程得:則 N = 14.3,取 NT = 1520)用一連續(xù)精餾塔分離甲醇和水的混合物。已知原料中甲醇的摩爾分率為0.35,進(jìn)料量為100kmol/h,泡點(diǎn)進(jìn)料。塔頂餾出液中甲醇含量為0.95,塔底產(chǎn)品中甲醇濃度為0.04。操作回流比為1.5,泡點(diǎn)回流,間接蒸汽加熱。用作圖法求完成分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù),并計(jì)算甲醇的回收率和塔釜蒸發(fā)量。 解:甲醇回收率由教材附錄查得CH3OHH2O的VLE數(shù)據(jù),在xy圖上作出平衡曲線。精餾線截距為由(0.95,0.95)和(0,0.38)作出精餾線由q = 1和(0.35,0.35)作出q線連接(xw,xw)和q線與精餾

13、線的交點(diǎn)得提餾線,作圖得理論板數(shù)NT = 7塊,加料位置為第5塊理論板。 kmol/hq = 10 = ,故 kmol/h21)在用作圖法求理論板數(shù)時(shí),可能遇到局部區(qū)域平衡線與操作線均為直線且兩直線甚靠近,不易求準(zhǔn)梯級(jí)數(shù)的情況。設(shè)平衡線為,操作線為,(K、C、a、b均為常數(shù)),試推導(dǎo)由操作線上x0至xN所需理論板數(shù)N的數(shù)學(xué)解析式。 22)在某二元混合物連續(xù)、基本型精餾操作的基礎(chǔ)上,若進(jìn)料組成及流量不變,總理論板數(shù)及加料板位置不變,塔頂產(chǎn)品采集比D/F不變。試考慮在進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q增大,回流比R不變的情況下xD、xW和塔釜蒸發(fā)量的變化趨勢(shì)。只需定性分析。 23)以連續(xù)精餾塔分離某二元混合物。塔頂

14、采用全凝器。已知:xD=0.90,D=0.02kmol/s,回流比R=2.5,在操作中回流液有一定程度過冷。已知回流液體泡點(diǎn)為83,汽化潛熱r=3.2104kJ/kmol,該液體比熱CP=140kJ/(kmol),但回流液溫度為75。試求精餾段操作線方程。解: 24)以連續(xù)精餾塔分離某二元混合物。進(jìn)料xf=0.50(摩爾分率,下同),q=1,塔頂產(chǎn)品D=50kmol/h,xD=0.95,塔頂餾出液中易揮發(fā)組分回收率=0.96。塔頂采用一個(gè)分凝器及一個(gè)全凝器。分凝器液體泡點(diǎn)回流。已知回流液濃度x0=0.88,離開第一塊塔板的液相濃度x1=0.79。塔底間接蒸汽加熱。塔板皆為理論板,相對(duì)揮發(fā)度為常

15、數(shù)。試求:加料流量F;操作回流比是Rmin的倍數(shù);精餾段、提餾段氣相流量。 25)在常壓下用一連續(xù)精餾塔分離某兩組分混合液,已知進(jìn)料量為200kmol/h,其中輕組分的含量為0.40(摩爾分率),泡點(diǎn)進(jìn)料。塔頂產(chǎn)品流量為100kmol/h。體系在常壓下的相對(duì)揮發(fā)度為2.6。若精餾塔的理論塔板數(shù)為無限多,試求:當(dāng)回流比為1.0時(shí),塔頂、塔底產(chǎn)品中輕組分的含量各為多少?當(dāng)回流比為2.0時(shí),塔頂、塔底產(chǎn)品中輕組分的含量各為多少?畫出兩種情況下的精餾段、提餾段操作線和q線示意圖。解:由于NT = ,設(shè)xq、yq達(dá)到相平衡,則R = Rmin= 1.0q = 1,xq = xf = 0.4由,由物料衡算

16、得:0假設(shè)正確,計(jì)算有效。R = 2.0,設(shè)此時(shí)在xq、yq處達(dá)到相平衡0假設(shè)不成立,顯然在xw=0處達(dá)到平衡,此時(shí)NT = ,R = 1.0時(shí),精餾段截距:NT = ,R = 2.0時(shí),精餾段截距:y0.267xw=0xf=0.4xD=0.8xNT=,R=2.0y0.371xq,yqxw=0.058,xf=0.4xD=0.742xNT=,R=1.0 26)某一精餾塔有4塊理論板(含塔釜)用來分離苯甲苯混合物。進(jìn)料量為100kmol/h,其中輕組分的含量為0.40(摩爾分率),以泡點(diǎn)狀態(tài)連續(xù)加入到第三塊板上(從塔頂數(shù)起)。塔頂產(chǎn)品的流量為20kmol/h,泡點(diǎn)回流操作回流比R=2.8。已知體系

17、的相對(duì)揮發(fā)度為2.47。求塔頂和塔底產(chǎn)品的組成。(提示:用xW=0.2878作為試差初值)解:W = FD = 80 kmol/h設(shè)=0.2878,則 = 0.8488精餾線y2 = 0.7368x10.2234 = 0.73680.69440.2234 = 0.7350y3 = 0.7368x20.2234 = 0.6131x3 = 0.3908 xf = 0.4,改用提餾線與平衡線計(jì)算 kmol/h提餾線= 2.0526x0.3029y4 = yw = 2.0526x30.3029 = 2.05260.39080.3029 = 0.4993xD123Fxfx4=xwy4=ywy1y2y3x

18、1x2x3xw與假設(shè)值= 0.2878非常接近,相對(duì)誤差為0.07%,故假設(shè)正確,xD = 0.8488 xw = 0.287827)在常壓連續(xù)回收塔中分離甲醇水混合溶液。進(jìn)料組成為0.10(摩爾分率),要求塔頂產(chǎn)品中甲醇的回收率為0.90,塔底直接水蒸汽加熱。試求:當(dāng)塔板數(shù)為無窮多時(shí),塔頂、塔底產(chǎn)品組成及每摩爾進(jìn)料消耗的水蒸汽量;若蒸汽用量為最小用量的兩倍時(shí),完成分離任務(wù)時(shí)所需理論板數(shù)及塔頂、塔底產(chǎn)品組成。常壓下甲醇水體系部分汽液平衡數(shù)據(jù)列于下表:液相組成 x0.0000.0600.0800.100汽相組成 y0.0000.3040.3650.418解:Smin = D F = W,由Fxf

19、 = DxDWxw 得Wxw = FxfDxD = Fxf(1h) = 0.1FxfF = Wxw = 0.1xf = 0.10.1 = 0.01NT = ,故在塔頂進(jìn)料處,xf 與xD達(dá)相平衡,D,xD123F,xfxw,Wy1y2y3x1x2x3S由VLE數(shù)據(jù)表得 xD = 0.418全塔物料衡算FxfS0 = DxDWxwFxf = SxD0.1FxfSxD = 0.9 Fxf由上面計(jì)算可知xw = 0.01(此值由回收率而定)FxfS0 = DxDWxw S = DFxf = SxD WxwSmin2Sminxwxf xDxD(注:當(dāng)S = 2Smin時(shí),xf與xD不達(dá)相平衡)斜率點(diǎn)(xw,0)和點(diǎn)(xf,xD)都在提餾線上,故提餾線斜率:截距提餾線: y = 2.322x0.0233要逐板計(jì)算,必須要有a,而a由下列方法獲得,由本題附表可知:y2 = 2.322x10.0233 = 0.0656y3 = 2.322x20.0233 = 0.00108x3xw = 0.01(含釜)28)有兩股丙酮(A)與水(B)的混合物分別加入塔內(nèi)進(jìn)行連續(xù)精餾分離。第一股進(jìn)料摩爾流量為F

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