化工原理習題下冊

第一章蒸懦1某連續(xù)精儲操作分離二元混合溶液，已知操作線方程為；'精儲段y=0.8CR十0.16提館段y=1.40,￥-0.02?若進料時，原料為氣液相各占一半的混合態(tài)，求塔頂及塔底產(chǎn)品產(chǎn)率及回流比Q?分析：若求產(chǎn)品產(chǎn)率，必須確定塔頂產(chǎn)品,塔底產(chǎn)品和進料的組成。將精偏段操作線方程、提憎段操作線方程分別與對角方程聯(lián)立，即可確定塔頂，塔底組成。而進料組成可由兩個操作線方程與進料方程聯(lián)解求得解：聯(lián)解y=0.80.1-?.0.16及y=K得塔頂產(chǎn)品組成小二才=（）.80再聯(lián)解tv=I.4Qv-0.02及y=jc得塔底產(chǎn)品組成部分xw=x=0.05再聯(lián)解. v=0.S0x+0.16及J=1.4O.v-0.02得X=0.3y=0.4

將此代入q線方程，且由題巳知0.4=xF=0.35解得由全塔物料衡算式0.5-10.5-1及全塔輕組分物料衡算式 F”=Dx將此代入q線方程，且由題巳知0.4=xF=0.35解得由全塔物料衡算式0.5-10.5-1及全塔輕組分物料衡算式 F”=Dxjy+泯卬知塔頂產(chǎn)品產(chǎn)率塔底產(chǎn)品產(chǎn)率_0.35-0.05-0.80-0.05=04=40%WF-D—=一-=1-04=0.6=60%FF由精制段操作線方程斜率=0.80解得R=4R+\2用一精福塔分離二元理想混合物，塔頂為全凝器冷凝，泡點溫度下回流，原料液中含輕組分0.51摩爾分數(shù)，下同),操作回流比取最小回流比的L4倍，所得塔頂產(chǎn)品組成為0.95,釜液組成為0.05.料液的處理量為100勿心〃才.料液的平均相對揮發(fā)度為3,若進料時蒸氣量占一半，試呆：(1)提饋段上升蒸氣量： (2)自塔頂?shù)?層板上升的蒸氣組成a?分析：欲解提餡段的蒸氣量V",須先知與之有關(guān)的精館段的蒸氣量V。而V又須通過K=(K+1)。才可確定?？梢?先確定最小回流比R2進而確定R是解題的思路。?理想體系以最小回流比操作時，兩操作線與進料方程的交點恰好落在平衡線上，所以只須用任一操作線方程或進料方程與相平衡方程聯(lián)立求解即可。解；（1）由相平衡方程ax及進料方程y= -= 1+(。-1)工1+2/聯(lián)立解得再由物料衡算方程q-q-\0.5-10.5 ,x--——-=-x.+l

qo.5-iq—2+J4+8V3-1QA-7 = =U.JO/43x—^—=0.6331+2%士」二竺3句23m,ny「Xq0.63-037R=1.421.722F=D^WFxr=Dxw+Wxw解得D=50br&!hW=F-D=50kmol//?解得V-(7?+l)Q=(1.722+1)50=136\kmol!hV=V-(l-q)F=V-O.5F=1361-50=86.次機o〃h<2）己知Y=必=0.95由相平衡關(guān)系V!=0.86a-(a-V}yx再由精儲段操作線方程解得RR+l1.722+14。.86+3在一連續(xù)精饋塔中分離二元理想混合液。原料液為飽和液體，其組成為0.5,要求塔頂館出液組成不小于0.95,釜殘液組成不大于0.05（以上均為輕組分A的摩爾分數(shù)）,塔頂蒸汽先進入一分凝器，所得冷凝液全部作為塔頂回流，而未懾的蒸氣進入全凝器，全部冷凝后作為塔頂產(chǎn)品。全塔平均相對揮發(fā)度為25操作回流的二L5R.當播出液流量為1。。UnciJh時，試求;塔頂?shù)?塊理論板上升的蒸汽組成；提儲段上升的氣體量.?分析：因為出分凝器的冷凝液乙與未液化的蒸氣V成相平衡關(guān)系，故分凝器相當一層理論塔板◎應(yīng)注意，自分凝器回流塔內(nèi)的液相組成刀（聲自全凝器出來的產(chǎn)品組成X。不同。解；（I）解；（I）由平衡方程及泡點進料時，=0.51十3-1)?1+15x0.5xn~~Yq 0.95—0.714 =Ij-0.714-0.5~.，qq/e=1.57?min=1.65RxDy= xH 精儲段操作線方程R+1 k+1精儲段操作線方程=L65^095=o623丫十0.3582.65 2.65再由平衡方程及 =0.95

再由平衡方程OCX再由平衡方程OCX\+(<SZ—1).￥得 %=q=095t= = °'95 =0884“a-(a-l)y02,5-⑶0,95 ,代人精情段操作線方程X=O.623xo4-0.358=0.909⑵由v=v_Q_q)F當泡點進料時，q=J則Vf=V=(R^l)D=2.65xl(X)=265RM/〃4在常壓精鐳干塔分離雙組分理想溶液.組成為0,5（輕組分A的摩爾分數(shù),下同）的料液在泡點溫度下加入塔內(nèi)°塔頂蒸氣先在分凝器中部分冷凝至泡點回流，其組成為0.88,余下末冷凝部分經(jīng)全凝器后作為產(chǎn)品，組成為0.95.已測得離開塔頂?shù)?層理論板的液相組成為0.796,塔頂輕組分回收率為96%,塔釜間熱蒸氣加熱。試求算土?（1）該操作條件下的回流比和釜液組成；42）若用圖解法求得理論板數(shù)為9,又知全塔效率為70%,塔內(nèi)實際塔板數(shù)為多少？分析：前己述及，分凝器相當于3塊理論板，利用分凝器內(nèi)氣液相平衡關(guān)系即可確定上升的蒸氣組成?'］，而/與回流液組成七恰好又是操作線關(guān)系，利用此操作線方程即可順利解出回流比e另外確定塔內(nèi)實際板數(shù)時，應(yīng)注意用圖解法求出的理論板數(shù)中是包括了起理論板作用的分凝器和塔釜兩塊“虛擬板”的.

解之(1)回流比與釜液組成由于分凝器中末凝氣相組成又知自分凝器入塔的回流液組成，〕=*/>=895

xo，〕=*/>=895

xo=0.88.Vo=a%I+(a-l)x0解得a=2,591再由相平衡方程得1+(c—l)Xj2.591x0.796 … =解得a=2,591再由相平衡方程得1+(c—l)Xj2.591x0.796 … =U.911+1.591x0.796則精陽段操作線方程為R7i=Fh?XD?+I091解得R=\.\]由全塔物料衡算方程產(chǎn)=D+W及,、7尸工尸0.96x100x0.5=50.5kmol/hD=' = . =50.5kmol/hxD 0.95代入物料衡算方程解得W=F-Z>=1(X)-50.5=495km〃Hi代入物料衡算方程解得%=0.0409=0.041(2)實際塔板數(shù)

5—連續(xù)精tg塔分離二元理想混合溶液，已知某塔板的氣、液相組成分別為0.84和0.70,相鄰上層塔板的液相組成為0.力，而相鄰下層塔板的氣相組成為0.78(以上均為輕組分A的摩爾分數(shù),下同)。塔頂為泡點回流。進料為飽和液體，其組成為0.46。若已知塔頂與塔底產(chǎn)量比為2/3,試求；精儲段操作線方程；提鐳段操作線方程。分析：將精儲段操作線方程中的回流比和塔頂產(chǎn)品組成確定后，方程的形成就一定。而這兩個參數(shù)可由題中所給出的相鄰3層板的氣液相組成建立的兩個操作線方程聯(lián)立解出。同理，將提鐳段操作線方程中的參數(shù)由題中已給的條件變換代入,方程即可建立.解；精儲段操作線方程依精儲段操作線方程 Y二R.刈匕小一?+13-+1將該板和上層板的氣液相組成代人有0.83=再將該板和下層板的氣液相組成代人有x0.77+°78=島x（）.70+—（bi

A十1聯(lián)立(a).(b)解得則將儲段操作線方程為笈=2.0xD=0.950.953），=21+095叫「LA-qF-W(2)提4S段操作繾方程 L+qF叫「LA-qF-W提慵度操作線方程的通式為………4構(gòu)q=1(泡點進料I L+D+WWa= JC 上一L+Dm工+D轉(zhuǎn)化上式為尺+1+印尺+1+印D-%——即用4I2_046—1中3-0,95-0.46T)_國產(chǎn)-xw叩刈2_046—1中3-0,95-0.46將有關(guān)數(shù)據(jù)代入8〉，則提譚段操作線方程為xOJ32+)43/2.3/2xOJ32+1x-2+l3y=4.5a—0.195-6連續(xù)精餾塔分離二元理想混合液，組成為的料液在泡連續(xù)精餾塔分離二元理想混合液，組成為0.4的料液在泡點溫度下入塔，塔頂采用全凝器，點溫度下入塔，塔頂采用全凝器，回流比為最小回流比的2倍，要求塔頂產(chǎn)品組成達到0.85,塔底產(chǎn)品組成不大于要求塔頂產(chǎn)品組成達到，0.1,系統(tǒng)的相對揮發(fā)度為2.786,試求自釜上第1塊塔板，系統(tǒng)的相對揮發(fā)度為，試求自釜上第1流下的液相組成。流下的液相組成。--分析：由己知的塔底產(chǎn)品組成求解出釜入塔的蒸氣組成，分析：由己知的塔底產(chǎn)品組成求解出釜入塔的蒸氣組成，而此組成與要求的釜上塔板的液相組成屬提餾段操作線關(guān)系，可見，整理推導出該操作線是解題的關(guān)鍵。由于條件可見，整理推導出該操作線是解題的關(guān)鍵。不足，不足，無法用全塔物料衡算求解D、F、L,故提餾段操作線的斜率需用其它法確定。餾段操作線的斜率需用其它法確定。解：當泡點進料時，當泡點進料時，q=1貝1Jxe=xF=0.4axe2.786x0.4==0.65ye=1+(a-1xe1+1.786x0.4最小回流比xD-ye0.85-0.65Rmin===0.8ye-xe0.65-0.4貝1J再由精餾段操作線方程R=2Rmin=1.6xDRy=x+R+1R+11.60.85=x+=0.615x+0.3272.62.6將確定提餾段操作線與精餾段操作線的交點代入精餾段操作線方程，得交點座標代入精餾段操作線方程得交點座標xq=xF=0.4yq=0.615xq+0.327=0.573由點(xw,xw和(xq,yq確定提餾段操作線的斜率而提餾段操作線方程為L'yq-xW0.573-0.1===1.577'0.4-0.1xq-xWVL‘WL'L’-