化工原理下册部分题
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1. 某双组分理想物系当温度 t=80 C时，PA°106.7kPa , PB°40kPa，液相 摩尔组成XA=0.4，试求：⑴ 与此液相组成相平衡的汽相组成 y :⑵ 相对挥 发度a。 解：(1)XA=(P 总一PB°/(PA ° -PB°); 0.4=(P 总－40) ／( 106.7 －40)
•'•P 总=66.7kPa ; yA=x A PA° /P 总=0.4 X106.7 /66.7=0.64 (2) a=PA°/PB°106.7 /40=2.67
5. 某精馏塔在常压下分离苯-甲苯混合液，此时该塔的精馏段和提馏段操作线 方程分别为y=0.723x+0.263 和y'=1.25x'-0.0188 ，每小时送入塔内75kmol 的混合液， 进料为泡点下的饱和液体， 试求精馏段和提馏段上升的蒸汽量为多少 ( kmol/h )。 解：已知两操作线方程：y=0.723x+0.263( 精馏段) y'=1.25x -0.0188( 提馏段) ••R/(R+1)=0.723 R=2.61 x D / (R+1)=0.263 x D=3.61 X0.263=0.9494
两操作线交点时,y=y ' X=X ' ••0.723x+0.263=1.25x-0.0188 XF =0.5347
饱和液体进料 q=1, x F = x =0.5347 提馏段操作线经过点 (x W ， x W) •'•y =X w =1.25X W — 0.0188 X W=0.0752 D =(x F— x W)/(x D －x W)F =(0.5347-0.0752)/(0.9494-0.0752) X75=39.42kmol/h
•••饱和液体进料 V '=V=L+D=(R+1)D=3.61 X39.42=142.3kmol/h
6.已知某精馏塔进料组成 XF=0.5，塔顶馏出液组成XD=0.95，平衡关系y = 0.8 X + 0.2 ,试求下列二种情况下的最小回流比 Rmin。⑴ 饱和蒸汽加料；⑵ 饱和液体加料。 解：R min = (X D — y q)/(y q - X q ) (1)； yq=0.8 x q + 0.2 (2) ； y q= qx q/ (q — 1) — x f / (q — 1) (3) ⑴ q=0,由⑶ y q=x f=0.5，由⑵ X q = (0.5-0.2)/0.8=0.375 , R min =(0.95-0.5)/(0.5-0.375)=3.6
⑵q=1,由⑶ X q =X f =0.5，由⑵ yq =0.8 X0.5+0.2=0.6 , R min = (0.95-0.6)/(0.6-0.5)=3.5
9. 用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料量 100kmol/h ，加 料组成为 50% , 塔顶产品组成 xD=95 ％， 产量 D=50kmol/h ， 回流比 R=2R min，设全塔均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度a =3。求:
由全塔物料衡算 F=D+W F x F = D x D + W x
W I.Rmin (最小回流比)2.精馏段和提馏段上升蒸汽量。3.列出该情况下的精馏段 操作线方程。 解： 1. y= ax/[1+( a—1)x]=3x/(1+2x) 泡点进料 q=1, xq = x F = 0.5, y q =3 X0.5/(1+2 X0.5)=1.5/2=0.75 R min / (R min+1)=(0.95-0.75)/(0.95-0.5)=0.20/0.45=4/9 Rmin =4/5=0.8 2. V=V '=(R+1)D=(2 X0.8+1) X50=130kmol/h 3. y=[R/(R+1)]x + x D / (R+1)=0.615x+0.365
12.某精馏塔用于分离苯—甲苯混合液，泡点进料，进料量 30kmol/h ，进料 中苯的摩尔分率为0.5,塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为 0.95和0.10 ,采 用回流比为最小回流比的 1.5倍，操作条件下可取系统的平均相对挥发度a =2.4。(1)求塔顶、底的产品量；(2)若塔顶设全凝器，各塔板可视为理论板，求 离开第二块板的蒸汽和液体组成。 解：(1)F=D+W ，FXF=DX D + Wx W
30=D+W ，30 X0.5 = D X0.95+W X0.10 ••• D=14.1kmol / h W=15.9kmol / h
(2) xq=x F= 0.5 ， yq = axq/[1+ ( a—1)xq ] =2.4 X0.5/ [1+ (2.4 — 1) X0.5] = 0.706 R min =(x D — yq)/(y q — Xq)=(0.95 — 0.706) / (0.706 — 0.5)=1.18 ， R =1.5 X R min =1.5 X1.18=1.77 精馏段的操作线方程为： y = [R / (R+1)]x +x D /( R+1)
=[1.77/(1.77+1)]x + 0.95 / (1.77+1) = 0.639x+0.343 y1=x D=0.95 ， X1=y 1 / [ a—y1( a—1)]=0.95 / [(2.4 — 0.95 X(2.4 — 1)] = 0.888
y2=0.639x 1 +0.343 = 0.910 ， X2= 0.910 / [2.4 — 0.910 X(2.40-1)] = 0.808
18. 用板式精馏塔在常压下分离苯－甲苯溶液， 塔顶采用全凝器， 塔釜用间接蒸 汽加热，平均相对挥发度为 2.47 。 进料为 150kmol ／h ，组成为 0.4(摩尔分 率)的饱和蒸汽，回流比为 4，塔顶馏出液中苯的回收率为 0.97 ，塔釜采出液 中甲苯的回收率为 0.95 ，求： (1 )塔顶馏出液及塔釜采出液的组成； (2 )精 馏段及提馏段操作线方程； ( 3 )回流比与最小回流比的比值。 ( 4)全回流操作时，塔顶第一块板的气相莫弗里板效率为 0.6 ，全凝器凝液组 成为 0.98 ，求由塔顶第二块板上升的汽相组成。 解：⑴ D XD = 0.97 F • F , W • — x W) = F •( 1 — x F ) X 0.95 , D+W = F = 150 D x D + W x W = F x F =150 X0.4 = 60 W=87.3 kmol/h D=62.7 kmol/h x D=92.8% x W = 2.06% (2) 精馏段操作线方程 y (n+1) = x n R / (R+1)+x D/ (R+1) =0.8x n + 0.1856
提馏段操作线方程为 y(n+1) ' = L' x n' / V' —W x w / V' q=0 ， V' = (R+1)D —F， L' = DR ， y(n+1) '= x n' R D / [(R+1)D —F]—W x w / [(R+1)D —F] =1.534x n'—0.011 (3) T q=0 , ye = x F = 0.4 , y = a x / [1+[ a—1)x] ••• x e = 0.02125 R min = (x D—ye) / (y e—x e) = (0.928 —0.4)/(0.4 —0.2125)=2.816 R / R min = 4/2.816 =1.42 (4) E mv1 = (y 1－y2 ) / (y 1*－y2 ) = 0.6 yi*= a>Xi/[1+[ a—1)x 1] 全回流时 y2 = x i , yi = x D = 0.98 yi*=2.47 y2 / (1+1.47y 2)
••• E mv1 = (0.98 — y2)/ [2.47y 2 / (1+1.47y 2) — y2 ] = 0.6 y2=96.93% (mol%)
y2' =78 X0.9693 / [78 X0.9693+92 X(1 — 0.9693)] = 96.4% ( 质量 %) 改编： 用板式精馏塔在常压下分离苯—甲苯溶液， 塔顶采用全凝器， 塔釜用间接蒸汽加 热，平均相对挥发度为2.47。进料为150kmol /h，组成为0.4 (摩尔分率) 的饱和蒸汽，已知塔顶馏出液的流量为 62.7 kmol/h ，塔顶馏出液中苯的回收 率为 0.97 ，回流比为最小回流比的 1.42 倍，，求： ( 1 )塔顶馏出液及塔釜采 出液的组成； (2)塔釜采出液中甲苯的回收率( 3)回流比( 4)精馏段及提馏 段操作线方程； 解：(1) D XD = 0.97 F x F , D+W = F = 150 D x D + W x W = F x F =150 X0.4 = 60 W=87.3 kmol/h x D=92.8% x W = 2.06%
(2) W (1 —x W) / F (1 —x F ) = 0.95 ， (3) T q=0 , ye = x F = 0.4 , y = ax / [1+[ a—1)x] • x e = 0.02125
R min = (x D— ye) / (y e— x e) = (0.928 — 0.4)/(0.4 — 0.2125)=2.816 R / R min = 1.42 • R=4 (4) 精馏段操作线方程 y (n+1) = x n R / (R+1)+x D/ (R+1) =0.8x n + 0.1856
