其他化工單元操作過程

1、 第八章其他化工單元操作過程  【例8-1】在中央循環(huán)管蒸發(fā)器內(nèi)將NaOH水溶液由10%濃縮至20%，試求：（1）利用圖8-2求50kPa時溶液的沸點。（2）利用經(jīng)驗公式計算50kPa時溶液的沸點。解：由于中央循環(huán)管蒸發(fā)器內(nèi)溶液不斷地循環(huán)，故操作時器內(nèi)溶液濃度始終接近完成液的濃度。從附錄中查出壓強為101.33kPa及50kPa時水的飽和溫度分別為100及81.2，壓強為50kPa時的汽化熱為2304.5kJ/kg。（1）利用圖8-2求50kPa壓強下的沸點 50kPa壓強下水的沸點為81.2，在圖8-2的橫標上找出溫度為81.2的點，根據(jù)此點查出20%NaOH水

2、溶液在50kPa壓強下的沸點為88。（2）利用經(jīng)驗公式求50kPa壓強下的沸點 用式8-5求20%NaOH水溶液的杜林線的斜率，即 k=1+0.142x=1+0.142×0.2=1.028再求該線的截距，即 ym=150.75x22.71x=150.75×0.222.71×0.2=5.488又由式8-4知該線的截距為 ym=tAktw=5.488將已知值代入上式，得 tA1.028×81.2=5.488解得 tA=88.96即在50kPa壓強下溶液沸點為88.96。由于查圖8-2時引入誤差，以及式8-5及式8-6均為經(jīng)驗公式，也有一定的誤差，故二種方法的

3、計算結(jié)果略有差異。 【例8-2】在單效蒸發(fā)器中每小時將5400kg、20%NaOH水溶液濃縮至50%。原料液溫度為60，比熱容為3.4kJ/（kg·），加熱蒸汽與二次蒸汽的絕對壓強分別為400kPa及50kPa。操作條件下溶液的沸點為126，總傳熱系數(shù)Ko為1560W/（m2·）。加熱蒸汽的冷凝水在飽和溫度下排除。熱損失可以忽略不計。試求：（1）考慮濃縮熱時：加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽耗量；傳熱面積。（2）忽略濃縮熱時：加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽耗量；若原料液的溫度改為30及126，分別求項。表8-1 蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)K值蒸發(fā)器的型式總傳熱系數(shù)W/（m2·

4、）水平沉浸加熱式6002300標準式（自然循環(huán)）6003000標準式（強制循環(huán)）12006000懸筐式6003000外加熱式（自然循環(huán)）12006000外加熱式（強制循環(huán)）12007000升膜式12006000降膜式12003500蛇管式3502300 解：從附錄中分別查出加熱蒸汽、二次蒸汽及冷凝水的有關(guān)參數(shù)為400kPa：蒸汽的焓H=2742.1kJ/kg 汽化熱r=2138.5kJ/kg 冷凝水的焓hw=603.61kJ/kg 溫度T=143.450kPa： 蒸汽的焓H=2644.3kJ/kg 汽化熱r=2304.5kJ/kg 溫度T=81.2（1）考慮濃縮熱時加熱蒸汽消耗量及單

5、位蒸汽耗量蒸發(fā)量W=F由圖8-4查出60時20%NaOH水溶液的焓、126時50%NaOH水溶液的焓分別為h0=210kJ/kg，h1=620kJ/kg。用式8-10求加熱蒸汽消耗量，即 =4102kJ/h 傳熱面積 Q=Dr=4102×2138.5=8772×103kJ/h=2437kW Ko=1560W/（m2·）=1.56kW/（m2·） tm=143.4126=17.4所以 m2取20%的安全系數(shù)，則 So=1.2×89.78=107.7m2（2）忽略濃縮熱時忽略濃縮熱時按式8-21計算加熱蒸汽消耗量。因忽略熱損失，故式8-21改為 k

6、g/h 由此看出不考慮濃縮熱時約少消耗1%的加熱蒸汽。計算時如果缺乏溶液的焓濃數(shù)據(jù)，可先按不考慮濃縮熱的式8-21計算，最后用適當?shù)陌踩禂?shù)加以校正。改變原料液溫度時的情況原料液為30時： 原料液為126時： 由以上計算結(jié)果看出，原料液溫度越高，蒸發(fā)1kg水分消耗的加熱蒸汽越少。 【例8-3】選擇性系數(shù)的比較已知某三組分混合液的兩條平衡聯(lián)結(jié)線如圖11-14中、所示，試比較兩者的選擇性系數(shù)。解：（1）對平衡聯(lián)結(jié)線，可作直線、并延長到AB邊，讀得。于是，該線的選擇性系數(shù)為 （2）對平衡聯(lián)結(jié)線，按同法可得選擇性系數(shù)為 可見21。 【例8-4】在25下以水（S）為萃取劑從醋酸（A）

7、與氯仿（B）的混合液中提取醋酸。已知原料液流量為1000kg/h，其中醋酸的質(zhì)量百分率為35%，其余為氯仿。用水量為800kg/h。操作溫度下，E相和R相以質(zhì)量百分率表示的平均數(shù)據(jù)列于本例附表中。試求：（1）經(jīng)單級萃取后E相和R相的組成及流量；（2）若將E相和R相中的溶劑完全脫除，再求萃取液及萃余液的組成和流量；（3）操作條件下的選擇性系數(shù)；（4）若組分B、S可視作完全不互溶，且操作條件下以質(zhì)量比表示相組成的分配系數(shù)K=3.4，要求原料液中溶質(zhì)A的80%進入萃取相，則每公斤稀釋劑B需要消耗多少公斤萃取劑S？解：根據(jù)題給數(shù)據(jù)，在等腰直角三角形坐標圖中作出溶解度曲線和輔助曲線，如本題附圖所示。&#

8、160;例8-4 附表氯仿層（R相）水 層（E相）醋 酸水醋 酸水000099000991667713825107369177222844124858257241550183471276552050563111320879349412539341610034787232842516542501650 （1）兩相的組成和流量 根據(jù)醋酸在原料液中的質(zhì)量百分率為35%，在AB邊上確定F點，聯(lián)結(jié)點F、S，按F、S的流量用杠桿定律在FS線上確定和點M。因為E相和R相的組成均未給出，需借輔助曲線用試差作圖法確定通過M點的聯(lián)結(jié)線ER。由圖讀得兩相的組成為E相 yA=27%，yB=1.5%，yS=7

9、1.5%R相 xA=7.2%，xB=91.4%，xS=1.4%依總物料衡算得 M=F+S =1000+800=1800kg/h 由圖量得=45.5mm及=73.5mm用式8-32求E相的量，即 R=ME=18001114=686kg/h（2）萃取液、萃余液的組成和流量 連接點S、E，并延長SE與AB邊交于E，由圖讀得yE=92%。連接點S、R，并延長SR與AB邊交于R，由圖讀得xR=7.3%。萃取液和萃余液的流量由式8-36及式8-37求得，即 萃取液的流量E也可用式8-23計算，兩法結(jié)果一致。（3）選擇性系數(shù)用式8-27求得，即 由于該物系的氯仿（B）、水（S）互溶度很小，所以值較高，所得到

10、萃取液濃度很高。（4）每公斤B需要的S量 由于組分B、S可視作完全不互溶，則用式8-34計算較為方便。有關(guān)參數(shù)計算如下： YS=0Y1與X1呈平衡關(guān)系，即 Y1=3.4X1=3.4×0.1077=0.3662將有關(guān)參數(shù)代入式8-34a，并整理得 S/B=（XFX1）/Y1=（0.53850.1077）/0.3662=1.176即每公斤稀釋劑B需要消耗1.176kg萃取劑S。需要指出，在生產(chǎn)中因溶劑循環(huán)使用，其中會含有少量的組分A與B。同樣，萃取液和萃余液中也會含少量S。這種情況下，圖解計算的原則和方法仍然適用，僅在三角形相圖中點S、E及R的位置均在三角形坐標圖的均相區(qū)內(nèi)。 

11、【例8-5】25時丙酮（A）水（B）三氯乙烷（S）系統(tǒng)以質(zhì)量百分率表示的溶解度和聯(lián)結(jié)線數(shù)據(jù)如本題附表所示。例8-5 附表1溶解度數(shù)據(jù)三氯乙烷水丙 酮三氯乙烷水丙 酮998994739011795870366417600654884878011026036076143187211298401050195319662821339637834214472138313167240415899634352181020446849781537262835384847559771809956548558556059583354994718418527180 例8-5 附表2聯(lián)結(jié)線數(shù)據(jù)水相中丙酮xA

12、596100140191210270350三氯乙烷相中丙酮yA87515021027732405480 用三氯乙烷為萃取劑在三級錯流萃取裝置中萃取丙酮水溶液中的丙酮。原料液的處理量為500kg/h，其中丙酮的質(zhì)量百分率為40%，第一級溶劑用量與原料液流量之比為0.5，各級溶劑用量相等。試求丙酮的回收率。解：丙酮的回收率可由下式計算，即 關(guān)鍵是求算R3及x3。由題給數(shù)據(jù)在等腰直角三角形相圖中作出溶解度曲線和輔助曲線，如本題附圖所示。第一級加入的溶劑量，即每級加入的溶劑量為 S=0.5F =0.5×500=250kg/h根據(jù)第一級的總物料衡算得 M1=F+S =500+250=750kg/h由F和S的量用杠桿定律確定第