化工原理大题答案
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第一章蒸馏
7.对习题6中的溶液,若原料液流量为100kmol/h,馏出液组成为0.95,釜液组成为
0.04(以上均为易挥发组分的摩尔分率),回流比为2.5,试求产品的流量,精馏段的下
降液体流量和提馏段的上升蒸汽流量。假设塔内气液相均为恒摩尔流。
解:①产品的流量
由物料衡算 Fx F = Wx W + Dx D
D + W = F 代入数据得
W = 60.44 kmol/h
∴产品流量 D = 100 – 60.44 = 39.56 kmol/h
②精馏段的下降液体流量L
L = DR = 2.5×39.56 = 98.9 kmol/h
③提馏段的上升蒸汽流量V'
40℃进料q = 1.08
V = V' + (1-q)F = D(1+R)= 138.46 kmol/h
∴ V' = 146.46 kmol/h
8.某连续精馏操作中,已知精馏段 y = 0.723x + 0.263;提馏段y = 1.25x – 0.0187
若原料液于露点温度下进入精馏塔中,试求原料液,馏出液和釜残液的组成及回流
比。
解:露点进料 q = 0 即精馏段 y = 0.723x + 0.263 过(x D,x D)∴x D = 0.949
提馏段 y = 1.25x – 0.0187 过(x W ,x W)∴x W = 0.0748
精馏段与y轴交于[0 ,x D/(R+1)] 即 x D/(R+1)= 0.263
∴R = 2.61
连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为(0.5345 ,0.6490)
∴ x F = 0.649
11.用一连续精馏塔分离由组分A¸B组成的理想混合液。原料液中含A 0.44,馏出液中含A 0.957(以上均为摩尔分率)。已知溶液的平均相对挥发度为2.5,最回流比为1.63,试说明原料液的热状况,并求出q值。
解:在最回流比下,操作线与q线交点坐标(x q,y q)位于平衡线上;且q线过(x F,x F)可以计算出q线斜率即 q/(1-q),这样就可以得到q的值
由式1-47 R min = [(x D/x q)-α(1-x D)/(1-x q)]/(α-1)代入数据得
1.63 = [(0.957/x q)-
2.5×(1-0.957)/(1-x q)]/(2.5-1)
∴x q = 0.366 或x q = 1.07(舍去)
即 x q = 0.366 根据平衡关系式y = 2.5x/(1 + 1.5x)得到y q = 0.591
q线 y = qx/(q-1)- x F/(q-1)过(0.44,0.44),(0.366,0.591)q/(q-1)= (0.591-0.44)/(0.366-0.44)得 q = 0.67
∵ 0 < q < 1 ∴原料液为气液混合物
15.在连续操作的板式精馏塔中分离苯-甲苯的混合液。在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为 0.28,0.41和0.57,试计算三层中较低的两层的单板效率E MV。
操作条件下苯-甲苯混合液的平衡数据如下:
x 0.26 0.38 0.51
y 0.45 0.60 0.72
解:假设测得相邻三层板分别为第n-1层,第n层,第n+1层
即 x n-1 = 0.28 x n = 0.41 x n+ 1 = 0.57 根据回流条件 y n+1 = x n
∴ y n = 0.28 y n+1 = 0.41 y n+2 = 0.57
由表中所给数据α = 2.4
与第n层板液相平衡的气相组成 y n* = 2.4×0.41/(1+0.41×1.4)= 0.625
与第n+1层板液相平衡的气相组成 y n+1* = 2.4×0.57/(1+0.57×1.4)= 0.483 由式1-51 E MV = (y n-y n+1)/(y n*-y n+1)
可得第n层板气相单板效率 E MVn = (x n-1-x n)/(y n*-x n)
= (0.57-0.41)/(0.625-0.41)
= 74.4%
第n层板气相单板效率 E MVn+1 = (x n-x n+1)/(y n+1*-x n+1)
= (0.41-0.28)/(0.483-0.28)
= 64%
第2章吸收
12.在吸收塔中用请水吸收混合气体中的SO2,气体流量为5000m3(标准)/h,其中SO2占10%,要求SO2的回收率为95%。气,液逆流接触,在塔的操作条件下,SO2在两相间的平衡关系近似为Y* = 26.7X,试求:
(1)若取用水量为最小用量的1.5倍,用水量应为多少?
(2)在上述条件下,用图解法求所需理论塔板数;
(3)如仍用(2)中求出的理论板数,而要求回收率从95%提高到98%,用水量应增加到多少?
解:(1)y2 = y1(1-η)= 0.1×(1-0.95)= 0.005
Y1 = 0.1/0.9 = 0.111 Y2 = 0.005/(1-0.005)= 0.005
(L/V)min=(Y1-Y2)/X1* = (Y1-Y2)/(Y1/26.7)
= (0.111-0.005)×26.7/0.111
= 25.50
(L/V)=1.5(L/V)min= 38.25
惰性气体流量: V = 5000×0.9/22.4 = 200.89
用水量 L = 38.25×200.89 = 7684kmol/h
(2)吸收操作线方程 Y = (L/V)X + Y2代入已知数据
Y = 38.25X + 0.005
在坐标纸中画出操作线和平横线,得到理论板数N T = 5.5块
14.在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的H2S,进塔气相中含H2S(体积)2.91%要求吸收率不低于99%,操作温度300K,压强101.33kPa,平衡关系为Y*= 2X,进塔液体为新鲜溶剂,出塔液体中H2S浓度为0.013kmol(H2S)/kmol(溶剂)
已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.015kmol/(m2·s),气相体积吸收总系数为0.000395 kmol/(m3·s·kPa)。求所需填料蹭高度。
解:y2 = y1(1-η)=0.0291×0.01 = 0.000291
Y2 = y2 = 0.000291 Y1 = 0.0291/(1-0.0291)= 0.02997
ΔY m = [(Y1-Y1*)-Y2]/ln[(Y1-Y1*)/Y2]
= [(0.02997-0.013×2)-0.000291]/ln[(0.02997-0.013×2)/0.000291] = 0.0014
∴ΝOG =(Y1-Y2)/ΔY m = (0.02997-0.000297)/0.0014 = 21.2
H OG = V/(K Y aΩ) = 0.015/(0.000395×101.33)
= 0.375
H =ΝOG× H OG = 21.2×0.375 = 7.9m