第三章 習題-2009-崔

第三章習題6，8，10，13崔群200710/15/20231第三章習題用芬斯克方程計算附圖精餾塔的最少理論板數(shù)與非關(guān)鍵組分的分配。[P163,6]⑤驗證清晰分割①假設(shè)清晰分割→D,W②計算塔頂、塔釜溫度③計算各組分平均相對揮發(fā)度④Nm=?解題思路：10/15/20232第三章習題進料組分進料fikmol/h餾出液di釜液wi1C3250025002i-C44004003n-C4(LK)600600－664i-C5(HK)10015100－155n-C52002006n-C640407n-C750508n-C84040求和39303509421[P163,6]解：①假設(shè)清晰分割→D,W

[P163,6]用清晰分割方法對各組進行分預(yù)分配，如下表：10/15/20233第三章習題塔頂露點tD近似代表塔頂蒸汽溫度計算各組分的相對揮發(fā)度。最小平衡級（理論板）對應(yīng)于全回流，R=1，yi=xi計算塔頂餾出液的露點溫度令t=31℃,已知P=700kPa,查P21圖2-1（a）得Ki列于下表。塔頂組分diyiKiyi/Ki1C325000.71251.580.45092i-C44000.11400.670.17013n-C55940.16930.4830.35054i-C5150.00430.200.0215求和350910.9931[P163,6]解：②計算塔頂露點溫度

[P163,6]tD=31℃10/15/20234第三章習題塔底tb代表塔底液相溫度計算相對揮發(fā)度。令t=127℃,已知P=700kPa,查P21圖2-1（a）得Ki列于下表。釜液組成kmol/hxwKiyi=Kixi3n-C460.014252.80.03994i-C5850.20191.50.30295n-C52000.47511.270.60346n-C6400.09500.680.06407n-C7500.11880.350.04168n-C8400.09500.200.019求和42111.0714[P163,6]解：③計算塔釜液泡點溫度tB

[P163,6]10/15/20235第三章習題假設(shè)清晰分割，由塔頂露點計算得t頂=31℃，塔底泡點計算得t底=127℃，P=700kPa，查圖得各組分的Ki（列于下表）。31℃127℃31℃127℃diKiKiWiαiHKαiHKαiHK平均1C325001.585.907.93.3935.572i-C4399.50.673.40.4653.352.272.763n-C4(LK)5940.4832.862.4151.872.134i-C5(HK)150.201.5851115n-C56.490.161.27193.50.80.850.826n-C600.0580.68400.290.450.367n-C700.0220.35500.110.230.168n-C800.0090.20400.0450.130.076[P163,6]解：④Nm=?[P163,6]10/15/20236第三章習題同理[P163,6]解：計算各組分的相對揮發(fā)度[P163,6]列于上表10/15/20237第三章習題[P163,6]解：④Nm=?[P163,6]用塔頂、底輕重關(guān)鍵組分計算最小理論板：10/15/20238第三章習題[P163,6]解：⑤驗證清晰分割[P163,6]10/15/20239第三章習題[P163,6]解：⑤驗證清晰分割

[P163,6]w2=0.465，d5=6.49代入調(diào)整因調(diào)整對xi,d，xi,w影響不大，故對塔頂、塔底溫度影響不大，故可認為由此而引起的αi變化不大，故可近似認為Nm=8.37不變，只作組分分配。最少理論板數(shù)Nm=8.37非關(guān)鍵組分的分配。（見表）10/15/202310第三章習題[P164,8]8.用精餾塔分離三元泡點混合物，進料量為100kmol/h,進料組成如下：（1）用芬斯克方程計算餾出液流率為60kmol/h以及全回流下，當精餾塔具有5塊理論板時，其塔頂餾出液和塔釜液組成。（2）采用1的分離結(jié)果用于B和C間分離，用恩特伍德方程確定最小回流比。（3）確定操作回流比為1.2倍最小回流比時的理論板數(shù)及進料位置。

組成摩爾分率相對揮發(fā)度A0.45B0.23C0.4110/15/202311第三章習題解法一已知：N=5塊（理論板），F(xiàn)=100kmol/h，D=60kmol/hW=100-60=40kmol/h組分zifiαdiwixi,d，%xi,w，%A0.440539.740.2666.230.65B0.220318.431.5730.723.90C0.44011.8338.173.0595.43Σ1100D=60W=40已知Nm=5和各組分α，用芬斯克方程計算求塔頂餾出液和塔釜液組成。[P164,8]解：（1）用芬斯克方程計算餾出液流率為60kmol/h以及

全回流下，當精餾塔具有5塊理論板時，其塔頂

餾出液和塔釜液組成。[P163,8]10/15/202312第三章習題dA+WA=40已知Nm=5和各組分α，用芬斯克方程計算求塔頂餾出液和塔釜液組成。[P164,8]解：dC+WC=40wA+wB+wC=40[P163,8]10/15/202313第三章習題[P164,8]解：上式試算得WB=1.57

(上式左邊為－8.86×10－5)wC=40-wA-wB=38.17dA=40-wA=39.74dB=20-wB=18.43dC=40-wC=1.83xA,D=66.23%xB,D=30.72%xC,D=3.05%xA,W=0.65%xB,W=3.90%xC,W=95.43%[P163,8]10/15/202314第三章習題組分zifiαidiwiA0.4405400B0.2203dB20－dBC0.440160-(40+dB)=20-dB40-(20-dB)=20+dBΣ1100D=60W=40[P164,8]解：(1)解法二已知：N=5塊（理論板），F(xiàn)=100kmol/h，D=60kmol/hW=100-60=40kmol/h設(shè)塔頂餾出物中B組成為dB、A在塔底為0，即可得下表。將B、C組成帶入芬斯克方程得：[P163,8]10/15/202315第三章習題[P164,8]解：解法二dB=18.29wB=20-18.29=1.71dC=1.71wC=40-1.71=38.29校核wA＝？故將wA＝0.28代入重新進行物衡算，再進行計算……

直到wA基本不變?yōu)橹?。wA≠0[P163,8]10/15/202316第三章習題已知三元泡點混合物進料，q=1；zA=0.4，zB=0.2，zC=0.4；αA=5Underwood公式：

試差得3個θ（左邊為－1.09×10－4），取其中1個θ值介于B、C相對揮發(fā)度之間的。即θ=1.425（3<1.425<1）[P164,8]解：（2）采用1的分離結(jié)果用于B和C間分離，用恩特伍德

方程確定最小回流比。計算θ值計算RminxA,D=66.23%xB,D=30.72%xC,D=3.05%由（1）計算得：[P163,8]θ=1.425帶入Underwood公式計算Rmin10/15/202317第三章習題[P164,8]解：計算Rmin（3）確定操作回流比為1.2倍最小回流比時的理論板數(shù)及進料位置。

查（波耳）圖3-10，得Nm/N=0.3

理論板數(shù)：N=5/0.3=17計算理論板數(shù)N[P163,8]10/15/202318第三章習題求進料板位置用塔頂B、C組成和進料B、C組成帶入芬斯克方程計算精餾段理論板。進料板為自塔頂向下數(shù)第9塊理論板。[P164,8]解：（3）確定操作回流比為1.2倍最小回流比時的理論板數(shù)

及進料位置。上面已求得：[P163,8]10/15/202319第三章習題[P164,10]10.用萃取精餾法分離丙酮(1)—甲醇(2)的二元混合物。原料組成z1=0.75；z2=0.25(摩爾分數(shù))，采用水為溶劑，常壓操作。已知進料流率40mol/s，泡點進料。溶劑進料流率60mol/s，進料溫度為50℃。操作回流比為4。若要求餾出液中丙醇含量的摩爾分數(shù)>95%，丙酮回收率>99%，問該塔需要多少理論板數(shù)。解：設(shè)萃取精餾塔有足夠的溶劑回收段，餾出液中溶劑含量≈0。①脫溶劑基的物料衡算

；10/15/202320第三章習題[P164,10]解：

②計算平均相對揮發(fā)度由文獻中查得本物系有關(guān)二元Wilson方程參數(shù)（J/mol)