化工原理習(xí)題解答第六章

1、第6章蒸餾解:P Pb°Pa0Pb0yAfxA6-1.苯A和甲苯B的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)為苯的飽和蒸氣壓Pa / kPa甲苯的飽和蒸氣壓pB / kPa80.284.188.092.096.0100104108110.4101.33113.59127.59143.72160.52179.19199.32221.19233.0539.9944.450.657.665.6674.5383.3393.93101.33根據(jù)上表數(shù)據(jù)作101.33kPa下苯和甲苯溶液的t y x圖及y x圖。此溶液服從拉烏爾 定律。80.284.188.092.096.0100104108110.41.00.8230

2、.6590.5080.3760.2560.1550.05801.00.9250.830.720.5960.4530.3040.12306-2.利用習(xí)題6-1的數(shù)據(jù)1計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度。2寫出平衡方程式。3算出y x的一系列平衡數(shù)據(jù)與習(xí)題1作比擬2 44x答：12.44， 2y 2.44 %11.44xp 0解：Ao，Pb80.284.188.092.096.0100104108110.42.532.562.522.502.442.402.392.362.301.00.8230.6590.5080.3760.2560.1550.058010.9190.8250.7160.5950.4560.3090

3、.1310X2.44X11 x 11.44xy由 計(jì)算所得的一系列y、x值與習(xí)題6-1之值很接近。6-3.將含24% (摩爾分?jǐn)?shù)，下同)易揮發(fā)組分的某液體混合物送入一連續(xù)精餾塔中。要求餾出液含95%易揮發(fā)組分，釜液含3%易揮發(fā)組分。送至冷凝器的蒸氣量為850kmol h流入精餾塔的回流液量為670kmol h S試求：(1)每小時(shí)能獲得多少kmol的餾出液？多少kmol的釜液?(2)回流比R 為多少？D(答：D 180kmol h 1 , W 608.6kmol h 1 ; R 3.72 )解：V L D ,D V L 850670 180kmol h 1 ,6701803.72 ,F D W

4、 180 W ,Fxf Dxd WxW 即 0.24F0.95 180 F 180 0.03,解得：F 788.6kmol hW F D 788.6 180608.6kmol h 1。6-4.有10000kg h 1含物質(zhì)A 摩爾質(zhì)量為78kg kmol 1 0.3 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同和含物質(zhì)B 摩爾質(zhì)量為90kg kmol 10.7的混合蒸氣自一連續(xù)精餾塔底送入。假設(shè)要求塔頂 產(chǎn)品中物質(zhì)A的組成為0.95，釜液中物質(zhì)A的組成為0.01。試求：1進(jìn)入冷凝器底蒸氣 流量為多少？以摩爾流量表示。2回流比R為多少？(答:( 1)V 116kmol h 1 ; (2) R 1.96 ) 解：F D W，V

5、116R111.96D39.28V (R 1)DXd0.95/ 780.950.0578"900.956 ,Xf0.3/7803 0778900.33 ,0.956 78 0.044 90 78.53,Mf0.33 78 0.67 90 86.11,1000086.11116kmol h3085.178.5339.28kmol h6-5.某連續(xù)精餾塔，泡點(diǎn)加料，操作線方程如下:精餾段y 0.8x 0.172提餾段y 1.3x 0.018試求原料液、餾出液、釜液組成及回流比(答：Xf 0.38 ； xd 0.86； xW 0.06； R 4 )解：精餾段操作線的斜率為0.8 ,R 1R

6、 4;精餾段操作線的截距為 雖 0.172 oR 1xD 0.86;提餾段操作線在對(duì)角線的坐標(biāo)為：yw x xw,xw1 .3xW 0.018 ,Xw0.06 ;泡點(diǎn)進(jìn)料，q線為垂直線，兩操作線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為 Xf ,y 0.8xf 0.172，y 1.3xf 0.018，xf 0.38。6-6.要在常壓操作的連續(xù)精餾塔中把含 0.4苯及0.6甲苯的溶液加以別離，以便得到含100kmol h0.95苯的餾出液和0.04苯以上均為摩爾分?jǐn)?shù)的釜液?；亓鞅葹?3，泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料量為求從冷凝器回流入塔頂?shù)幕亓饕旱牧髁考白愿胨椎恼魵獾牧髁?答： L 118.68kmol h 1 ； V 158.2

7、4kmol h 1 )解：由 F D W、FxfDxd WxW ,Xp Xw0.4 0.04i解得：D F W 10039.56kmol h ,xD xw0.95 0.04L RD 3 39.56118.68kmol h 1 ,1V V (R 1)D4 39.56158.24kmol h 1。6-7.在連續(xù)精餾塔中將甲醇30% (摩爾分?jǐn)?shù)，下同)的水溶液進(jìn)行別離，以便得到含甲醇95%的餾出液及3%的釜液。操作壓力為常壓，回流比為1.0，進(jìn)料為泡點(diǎn)液體，試求理論板數(shù)及加料位置。常壓下甲醇和水的平衡數(shù)據(jù)如下：液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)/%氣相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)/%1000.00.096.42.013.49

8、3.54.023.491.26.030.489.38.036.587.710.041.884.415.051.781.720.057.978.030.066.575.340.072.973.150.077.971.260.082.569.370.087.067.680.091.566.090.095.865.095.097.964.5100.0100.0答：Nt & 6塊板進(jìn)料解：x Xd , y Xd在y x圖上得a點(diǎn),精餾段截距玄0.950.475 ,R 11 1在y x圖上得c點(diǎn)，連接ac得精餾段操作線,過x Xf做垂直線與精餾段操作線的交點(diǎn)d ,當(dāng)x Xw時(shí)，提餾段操作線y X

9、w對(duì)角線上b點(diǎn),在平衡線與操作線間作梯級(jí)，塔內(nèi)理論板數(shù)為八塊，加料板為第六塊。圖略6-8.用一連續(xù)精餾塔別離苯甲苯混合液，原料中含苯0.4，要求塔頂餾出液中含苯0.97,釜液中含苯0.02 以上均為摩爾分?jǐn)?shù)，假設(shè)原料液溫度為250C，求進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q 為多少？假設(shè)原料為氣液混合物，氣液比為3/4，q值為多少？答：q 1.35; q 0.57解：XfA / M aA/MaB/MB0.4/780.4/78 0.6/920.44，泡點(diǎn)為95 C，查得：r苯 30724.2kJ kmolr甲苯 32200kJ kmolr0.4 r 苯0.6r甲 苯31609.7kJ kmol平均溫度：25 9560

10、 C，2查得60 C苯的比熱為cp 143.5kJ kmol 1 K 1cp 0.4 143.5 0.6 169.5 159.1kJ kmol 1 Kq 316°9.7159.1(95 25)1.35 ；31609.7氣液混合物:4q 汽化率 y 0.576-9.某液體混合物含易揮發(fā)組分 0.65 摩爾分?jǐn)?shù)，下同，以飽和蒸汽參加連續(xù)精餾 塔中，加料量為50kmol h 1，殘液組成為0.04，塔頂產(chǎn)品的回收率為99%，回流比為3， 試求：1塔頂、塔底的產(chǎn)品流量；2精餾段和提餾段內(nèi)上升蒸汽及下降液體的流量；3 寫出精餾段和提餾段的操作線方程。解：根據(jù)回收率的定義有：DXdFXf，又 F

11、Xf DXd WXw，Wxw 1FXf那么W Fx一1Xw50 0.65 (10.99)0.048.125kmol h根據(jù)回流比的定義R L/D有:L RD 3 41.875125.625kmol h 1，又 V L D (R11)D(3 1) 41.875167.5kmol h ，因?yàn)檫M(jìn)料為飽和蒸氣0,所以提餾段上升蒸氣和下降的液流量如下:V V (1 q)F 167.5(10) 50117.5kmol hL L qF 125.625 0501125.625kmol h ；由回收率定義得:FxF 50 0.65 0.99 Xd41.8750.77，精餾段操作線方程為:Xd0770.75x3

12、10.1925,即 y 0.75x 0.1925，提餾段操作線方程為:>WxWI125.625x125.625 8.1258.1250.04125.625 8.125 '即 y 1.07x0.036-10.一常壓操作的精餾塔用來(lái)別離苯和甲苯的混合物。進(jìn)料中含苯0.5 摩爾分?jǐn)?shù)，下同，且為飽和蒸汽進(jìn)料。塔頂產(chǎn)品組成為0.9，塔底產(chǎn)品組成為0.03，塔頂為全凝器，泡點(diǎn)回流。原料處理器為10kmol h 1，系統(tǒng)的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.5，回流比是最小回流比的1.166倍。試求：1塔頂、塔底產(chǎn)品的流量；2塔釜中的上升蒸汽流量；3塔頂?shù)诙K理論板上升蒸汽的組成。解： FD W，F(xiàn)xFDx

13、D WxW，RminXqF(XdXf )Xdxw10XdyqXf10 (0.9 0.5)0.9 0.0314.6kmol h ，4.6 5.4kmol h0.5，yqyqXqXqyq1(1)Xq0.286，2.5Xq1(2.5 1)Xq0.5，1.87，Vmin(Rmin1)D(1.87 1) 5.4 15.5kmol h 1，VminVmin (1 q)FVminF 15.5 10 5.5kmol h 1，塔釜中的上升蒸汽流量:V 1.3Vmin 1.3 5.517.15kmol h ；塔頂上升蒸汽量V VF 17.15kmol h 1，V (R 1)D ,R V 1 空 1D5.42.18

14、 ,塔頂?shù)谝粔K板下降液體組成理論板兀為:y1 xdX11)X12.5x11(2.5 1)x10.9，x10.783，塔頂?shù)诙K理論板上升的蒸汽組成 y2為:y2X1Xd2.182.18 10.7830.92.18 10.82。6-11 某二元混合物含易揮發(fā)組分 0.4 摩爾分?jǐn)?shù)，下同，用精餾方法加以別離，所 用精餾塔具有7塊理論板不包括釜。塔頂裝有全凝器，泡點(diǎn)進(jìn)料與回流。在操作條件下 該物系平均相對(duì)揮發(fā)度為2.47，要求塔頂組成為0.9，輕組分回收率為90%。試求：1為到達(dá)別離要求所需要的回流比為多少?2假設(shè)料液組成因故障降為0.3，餾出率D/F及回流比與1相同。塔頂產(chǎn)品組成及回收率有何變化?

15、(3) 假設(shè)料液組成降為0.3，但要求塔頂產(chǎn)品組成及回收率不變，回流比應(yīng)為多少?(答：R 3.3 , xd 0.72 ,96% , R 6.4)解：此題由于理論板數(shù)已定，要確定各操作參數(shù)屬操作型計(jì)算，需采用試差法計(jì)算根據(jù)回收率和物料衡算可計(jì)算出:D上也少0.4，F(xiàn) xD 0.9D0.4 0.4 0.91 0.40.0667，Xf Xdxw亍1 F由于Xd、XW、X及q均為。先設(shè)一 R值，那么平衡線與操作線如下:精餾線：yRXdxR 1 R 10.9R 1，平衡線：2.47xy11.47x'加料線：x xf 0.4，提餾線：yRD FRD F WWxwRD F W將平衡線與操作線繪在x

16、y圖上，在兩線間作梯級(jí)得理論板數(shù)N。如果N 7,貝U應(yīng)增大回流比，否那么反之，重復(fù)計(jì)算；如果 N 7,但X8 Xw，此時(shí)應(yīng)稍微增大回流比R值，直到X8稍小于和等于xw為止。根據(jù)上述過程經(jīng)試差作圖得理論板數(shù)圖略 。此時(shí)R 3.3 , N 7 ,X8 Xw 0.0667。即所求回流比為3.3 ；由于料液組成的改變，在餾出率及回流比均與相同的情況下，塔頂、塔底產(chǎn)品組成均要發(fā)生改變。先設(shè)一塔頂組成Xd，由物料衡算得Xw，根據(jù)Xd、Xw、Xf、q、R及D/ F作操作線。在操作線與平衡線間作梯級(jí)。如果 N 7那么降低Xd，否那么反之，重復(fù)計(jì)算直到N 7，X8 Xw時(shí)為止。經(jīng)圖解試差得：Xd 0.72。圖略那么XwD1 DF0.3 0.4 0.721 0.4與N 7，