化工原理(09)第九章-蒸餾練習(xí)題

PAGE第九章蒸餾1．在密閉容器中將A、B兩組分的理想溶液升溫至82℃，在該溫度下，兩組分的飽和蒸氣壓分別為=107.6kPa及＝41.85kPa，取樣測得液面上方氣相中組分A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.95。試求平衡的液相組成及容器中液面上方總壓。解：本題可用露點及泡點方程求解。解得kPa本題也可通過相對揮發(fā)度求解由氣液平衡方程得2．試分別計算含苯0.4（摩爾分?jǐn)?shù)）的苯—甲苯混合液在總壓100kPa和10kPa的相對揮發(fā)度和平衡的氣相組成。苯（A）和甲苯（B）的飽和蒸氣壓和溫度的關(guān)系為式中p﹡的單位為kPa，t的單位為℃。苯—甲苯混合液可視為理想溶液。（作為試差起點，100kPa和10kPa對應(yīng)的泡點分別取94.6℃和31.5解：本題需試差計算（1）總壓p總＝100kPa初設(shè)泡點為94.6℃得kPa同理kPa或則（2）總壓為p總＝10kPa通過試差，泡點為31.5℃，=17.02kPa，＝5.313kPa隨壓力降低，α增大，氣相組成提高。3．在100kPa壓力下將組成為0.55（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)）的兩組分理想溶液進(jìn)行平衡蒸餾和簡單蒸餾。原料液處理量為100kmol，汽化率為0.44。操作范圍內(nèi)的平衡關(guān)系可表示為。試求兩種情況下易揮發(fā)組分的回收率和殘液的組成。解：（1）平衡蒸餾（閃蒸）依題給條件則由平衡方程聯(lián)立兩方程，得y=0.735，x=0.4045kmol=44kmol（2）簡單蒸餾kmolkmol即解得xW=0.3785簡單蒸餾收率高（61.46%），釜殘液組成低（0.3785）4．在一連續(xù)精餾塔中分離苯含量為0.5（苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同）苯—甲苯混合液，其流量為100kmol/h。已知餾出液組成為0.95，釜液組成為0.05，試求（1）餾出液的流量和苯的收率；（2）保持餾出液組成0.95不變，餾出液最大可能的流量。解：（1）餾出液的流量和苯的收率（2）餾出液的最大可能流量當(dāng)ηA=100%時，獲得最大可能流量，即5．在連續(xù)精餾塔中分離A、B兩組分溶液。原料液的處理量為100kmol/h，其組成為0.45（易揮發(fā)組分A的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和液體進(jìn)料，要求餾出液中易揮發(fā)組分的回收率為96％，釜液的組成為0.033。試求（1）餾出液的流量和組成；（2）若操作回流比為2.65，寫出精餾段的操作線方程；（3）提餾段的液相負(fù)荷。解：（1）餾出液的流量和組成由全塔物料衡算，可得kmol/h=54.55kmol/hkmol/h=45.45kmol/h（2）精餾段操作線方程（3）提餾段的液相負(fù)荷6．在常壓連續(xù)精餾塔中分離A、B兩組分理想溶液。進(jìn)料量為60kmol/h，其組成為0.46（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），原料液的泡點為92℃。要求餾出液的組成為0.96，釜液組成為0.04，操作回流比為2.8。試求如下三種進(jìn)料熱狀態(tài)的q（1）40℃（2）飽和液體進(jìn)料；（3）飽和蒸氣進(jìn)料。已知：原料液的汽化熱為371kJ/kg，比熱容為1.82kJ/(kg?℃)。解：由題給數(shù)據(jù)，可得（1）40℃冷液進(jìn)料q（2）飽和液體進(jìn)料此時q=1（3）飽和蒸氣進(jìn)料q=0三種進(jìn)料熱狀態(tài)下，由于q的不同，提餾段的氣相負(fù)荷（即再沸器的熱負(fù)荷）有明顯差異。飽和蒸氣進(jìn)料V′最小。7．在連續(xù)操作的精餾塔中分離兩組分理想溶液。原料液流量為50kmol/h，要求餾出液中易揮發(fā)組分的收率為94％。已知精餾段操作線方程為y=0.75x+0.238；q線方程為y=2-3x。試求（1）操作回流比及餾出液組成；（2）進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料的總組成；（3）兩操作線交點的坐標(biāo)值xq及yq；（4）提餾段操作線方程。解：（1）操作回流比及餾出液組成由題給條件，得及解得R=3，xD=0.9522）進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料液組成由于及解得q=0.75（氣液混合進(jìn)料），xF=0.5（3）兩操作線交點的坐標(biāo)值xq及yq聯(lián)立操作線及q線兩方程，即解得xq=0.4699及yq=0.5903（4）提餾段操作線方程其一般表達(dá)式為式中有關(guān)參數(shù)計算如下：kmol/h=25.32kmol/hkmol/h=111.54kmol/hkmol/h=86.22kmol/h則8．在連續(xù)精餾塔中分離苯—甲苯混合液，其組成為0.48（苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），泡點進(jìn)料。要求餾出液組成為0.95，釜殘液組成為0.05。操作回流比為2.5，平均相對揮發(fā)度為2.46，試用圖解法確定所需理論板層數(shù)及適宜加料板位置。解：由氣液平衡方程計算氣液相平衡組成如本題附表所示。習(xí)題8附表x00.050.10.20.30.40.50.60.70.80.91.000.1150.2140.3810.5130.6210.7110.7870.8520.9080.9571.0習(xí)題8附圖在x–y圖上作出平衡線，如本題附圖所示。習(xí)題8附圖由已知的xD，xF，xW在附圖上定出點a、e、c。精餾段操作線的截距為，在y軸上定出點b，連接點a及點b，即為精餾段操作線。過點e作q線（垂直線）交精餾段操作線于點d。連接cd即得提餾段操作線。從點a開始，在平衡線與操作線之間繪階梯，達(dá)到指定分離程度需11層理論板，第5層理論板進(jìn)料。9．在板式精餾塔中分離相對揮發(fā)度為2的兩組分溶液，泡點進(jìn)料。餾出液組成為0.95（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），釜殘液組成為0.05，原料液組成為0.6。已測得從塔釜上升的蒸氣量為93kmol/h，從塔頂回流的液體量為58.5kmol/h，泡點回流。試求（1）原料液的處理量；（2）操作回流比為最小回流比的倍數(shù)。解：（1）原料液的處理量由全塔的物料衡算求解。對于泡點進(jìn)料，q=1kmol/h=34.5kmol/h則解得kmol/h（2）R為Rmin的倍數(shù)R=1.70對于泡點進(jìn)料，Rmin的計算式為于是10．在常壓連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯—氯苯混合物。已知進(jìn)料量為85kmol/h，組成為0.45（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），泡點進(jìn)料。塔頂餾出液的組成為0.99，塔底釜殘液組成為0.02。操作回流比為3.5。塔頂采用全凝器，泡點回流。苯、氯苯的汽化熱分別為30.65kJ/mol和36.52kJ/mol。水的比熱容為4.187kJ/(kg?℃)。若冷卻水通過全凝器溫度升高15℃，加熱蒸汽絕對壓力為500kPa（飽和溫度為151.7解：由題給條件，可求得塔內(nèi)的氣相負(fù)荷，即對于泡點進(jìn)料，精餾段和提餾段氣相負(fù)荷相同，則（1）冷卻水流量由于塔頂苯的含量很高，可按純苯計算，即（2）加熱蒸汽流量釜液中氯苯的含量很高，可按純氯苯計算，即11．在常壓連續(xù)提餾塔中，分離兩組分理想溶液，該物系平均相對揮發(fā)度為2.0。原料液流量為100kmol/h，進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q=1，餾出液流量為60kmol/h，釜殘液組成為0.01（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)），試求（1）操作線方程；（2）由塔內(nèi)最下一層理論板下降的液相組成x′m。解：本題為提餾塔，即原料由塔頂加入，因此該塔僅有提餾段。再沸器相當(dāng)一層理論板。（1）操作線方程此為提餾段操作線方程，即式中kmol/hkmol/h＝40kmol/h則（2）最下層塔板下降的液相組成由于再沸器相當(dāng)于一層理論板，故x′m與y′W符合操作關(guān)系，則提餾塔的塔頂一般沒有液相回流。12．在常壓連續(xù)精餾塔中，分離甲醇—水混合液。原料液流量為100kmol/h，其組成為0.3（甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），冷液進(jìn)料（q=1.2），餾出液組成為0.92，甲醇回收率為90％，回流比為最小回流比的3倍。試比較直接水蒸氣加熱和間接加熱兩種情況下的釜液組成和所需理論板層數(shù)。甲醇—水溶液的t–x–y數(shù)據(jù)見本題附表習(xí)題12附表溫度t℃液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)溫度t℃液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.01.078.00.300.665解：（1）釜液組成由全塔物料衡算求解。①間接加熱②直接水蒸氣加熱關(guān)鍵是計算R。由于q=1.2，則q線方程為在本題附圖上過點e作q線，由圖讀得：xq=0.37，yq=0.71于是顯然，在塔頂甲醇收率相同條件下，直接水蒸氣加熱時，由于冷凝水的稀釋作用，xW明顯降低。所需理論板層數(shù)在x–y圖上圖解理論板層數(shù)附圖1附圖2習(xí)題12附圖①間接加熱精餾段操作線的截距為由xD=0.92及截距0.323作出精餾段操作線ab，交q線與點d。由xW=0.0425定出點c，連接cd即為提餾段操作線。由點a開始在平衡線與操作線之間作階梯，NT=5（不含再沸器），第4層理論板進(jìn)料。②直接蒸汽加熱圖解理論板的方法步驟同上，但需注意xW=0.0172是在x軸上而不是對角線上，如本題附圖所示。此情況下共需理論板7層，第4層理論板進(jìn)料。計算結(jié)果表明，在保持餾出液中易揮發(fā)組分收率相同條件下，直接蒸汽加熱所需理論板層數(shù)增加。且需注意，直接蒸汽加熱時再沸器不能起一層理論板的作用。習(xí)題13附圖習(xí)題13附圖13．在具有側(cè)線采出的連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液，如本題附圖所示。原料液流量為100kmol/h，組成為0.5（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和液體進(jìn)料。塔頂餾出液流量qn,D為20kmol/h，組成xD1為0.98，釜殘液組成為0.05。從精餾段抽出組成xD2習(xí)題13附圖習(xí)題13附圖解：（1）易揮發(fā)組分在兩股餾出液中的總收率由全塔的物料衡算，可得qn,D2的計算如下及整理上式，得到則于是（2）中間段的操作線方程由s板與塔頂之間列易揮發(fā)組分的物料衡算，得（1）式中將有關(guān)數(shù)值代入式（1）并整理，得到14．在常壓連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液。該物系的平均相對揮發(fā)度為2.5。原料液組成為0.35（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和蒸氣加料。已知精餾段操作線方程為y=0.75x+0.20，試求（1）操作回流比與最小回流比的比值；（2）若塔頂?shù)谝话逑陆档囊合嘟M成為0.7，該板的氣相默弗里效率EMV1。解：（1）R與Rmin的比值先由精餾段操作線方程求得R和xD，再計算Rmin。由題給條件，可知解得對飽和蒸氣進(jìn)料，q=0，yq=0.35則（2）氣相默弗里效率氣相默弗里效率的定義式為（1）式中將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1），得15．在連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液，原料液流量為100kmol/h，組成為0.5（易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和蒸氣進(jìn)料。餾出液組成為0.95，釜殘液組成為0.05。物系的平均相對揮發(fā)度為2.0。塔頂全凝器，泡點回流，塔釜間接蒸汽加熱。塔釜的汽化量為最小汽化量的1.6倍，試求（1）塔釜汽化量；（2）從塔頂往下數(shù)第二層理論板下降的液相組成。解：先求出最小回流比，再由最小回流比與最小汽化量的關(guān)系求得qn,Vmin。液相組成x2可用逐板計算得到。（1）塔釜汽化量對于飽和蒸汽進(jìn)料q=0，yF=0.5，Rmin可用下式計算，即而則也可由提餾段操作線的最大斜率求得，即即將qn,W=50kmol/h代入上式，解得（2）第2層理論板下降液相組成x2逐板計算求x2需導(dǎo)出精餾段操作線方程。解得塔頂全凝器16．某制藥廠擬設(shè)計一板式精餾塔回收丙酮含量為0.75（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）水溶液中的丙酮。原料液的處理量為30kmol/h，餾出液的組成為0.96，丙酮回收率為98.5%。塔頂全凝器，泡點回流，塔釜間接蒸汽加熱。試根據(jù)如下條件計算塔的有效高度和塔徑。進(jìn)料熱狀況飽和液體總板效率61％操作回流比2全塔平均壓力110kPa理論板層數(shù)17.0全塔平均溫度81板間距0.40m空塔氣速0.82m/s解：由題給條件，可得取28（1）塔的有效高度（2）塔徑精餾段和提餾段氣相負(fù)荷相同，則式中于是根據(jù)系列標(biāo)準(zhǔn)，選取塔徑為900mm。17．在連續(xù)精餾中分離A、B、C、D、E（按揮發(fā)度降低順序排列）五組分混合液。在所選擇流程下，C為輕關(guān)鍵組分，在釜液中組成為0.006（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）；D為重關(guān)鍵組分，在餾出液中的組成為0.005。原料液處理量為100kmol/h，其組成如本題附表1所示。17題附表1組分ABCDExF0.2130.2440.1830.1420.218試按清晰分割法估算餾出液、釜殘液的流量和組成。解：由題意，A、B組分在釜殘液中不出現(xiàn)，E組分在餾出液中不出現(xiàn)，且xW,C=0.006，xD,D=0.005。作全塔物料衡算，得將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，解得計算結(jié)果列于本題附表2。17題附表2組分ABCDEΣ/（kmol/h）21.324.418.314.221.8100/（kmol/h）21.324.418.080.320064.1/（kmol/h）000.2213.8821.835.90.33230.38070.28210.00501.0000.0060.38660.60721.0下課啦，咱們來放松一下，講個小故事吧:活動目的：教育學(xué)生懂得“水”這一寶貴資源對于我們來說是極為珍貴的，每個人都要保護(hù)它，做到節(jié)約每一滴水，造福子孫萬代。

活動過程：

1.主持人上場，神秘地說：“我讓大家猜個謎語，你們愿意嗎？”大家回答：“愿意！”

主持人口述謎語：

“雙手抓不起，一刀劈不開，

煮飯和洗衣，都要請它來?！?/p>

主持人問：“誰知道這是什么？”生答：“水！”

一生戴上水的頭飾上場說：“我就是同學(xué)們猜到的水。聽大家說，我的用處可大了，是真的嗎？”

主持人：我宣布：“水”是萬物之源主題班會現(xiàn)在開始。

水說：“同學(xué)們，你們知道我有多重要嗎？”齊答：“知道?！?/p>

甲：如果沒有水，我們?nèi)祟惥蜔o法生存。

小熊說：我們動物可喜歡你了，沒有水我們會死掉的。

花說：我們花草樹木更喜歡和你做朋友，沒有水，我們早就枯死了，就不能為美化環(huán)境做貢獻(xiàn)了。

主持人：下面請聽快板《水的用處真叫大》

竹板一敲來說話，水的用處真叫大；

洗衣服，洗碗筷，洗臉洗手又洗腳，

煮飯洗菜又沏茶，生活處處離不開它。

栽小樹，種莊稼，農(nóng)民伯伯把它夸；

魚兒河馬大對蝦，日日夜夜不離它；

采煤發(fā)電要靠它，京城美化更要它。

主持人：同學(xué)們，聽完了這個快板，你們說水的用處大不大？

甲說：看了他們的快板表演，我知道日常生活種離不了水。

乙說：看了表演后，我知道水對莊稼、植物是非常重要的。

丙說：我還知道水對美化城市起很大作用。

2.主持人：水有這么多用處，你們該怎樣做呢？

（1）（生）：我要節(jié)約用水，保護(hù)水源。

（2）（生）：我以前把水壺剩的水隨便就到掉很不對，以后我一定把喝剩下的水倒在盆里洗手用。

（3）（生）：前幾天，我看到了學(xué)校電視里轉(zhuǎn)播的“水日談水”的節(jié)目，很受教育，同學(xué)們看得可認(rèn)真了，知道了我們北京是個缺水城市，我們再不能浪費水了。

（4）（生）：我要用洗腳水沖廁所。

3.主持人：大家談得都很好，下面誰想出題考考大家，答對了請給點掌聲。

（1）（生）：小明讓爸爸刷車時把水龍頭開小點，請回答對不對。

（2）（生）：小蘭告訴奶奶把洗菜水別到掉，留沖廁所用。

（3）一生跑上說：主持人請把手機借我用用好嗎？我想現(xiàn)在就給姥姥打個電話，告訴她做飯時別把淘米水到掉了，用它沖廁所或澆花用。（電話內(nèi)容略寫）

（4）一生說：主持人我們想給大家表演一個小品行嗎？

主持人：可以，大家歡迎！請看小品《這又不是我家的》

大概意思是：學(xué)校男廁所便池堵了，水龍頭又大開，水流滿地。學(xué)生甲乙丙三人分別上廁所，看見后又皺眉又罵，但都沒有關(guān)水管，嘴里還念念有詞，又說：“反正不是我家的?！?/p>

旁白：“那又是誰家的呢？”

主持人：看完這個小品，你們有什么想法嗎？誰愿意給大家說說？

甲：剛才三個同學(xué)太自私了，公家的水也是大家的，流掉了多可惜，應(yīng)該把水龍頭關(guān)上。

乙：上次我去廁所看見水龍頭沒關(guān)就主動關(guān)上了。

主持人：我們給他鼓鼓掌，今后你們發(fā)現(xiàn)水龍頭沒關(guān)會怎樣做呢？

齊：主動關(guān)好。

小記者：同學(xué)們，你們好！我想打擾一下，聽說你們正在開班會，我想采訪一下，行嗎？

主持人：可以。

小記者：這位同學(xué)，你好！通過參加今天的班會你有什么想法，請談?wù)労脝幔?/p>

答：我要做節(jié)水的主人，不浪費一滴水。

小記者：請這位同學(xué)談?wù)労脝幔?/p>

答：今天參加班會我知道了節(jié)約每一滴水要從我們每個人做起。我想把每個廁所都貼上“節(jié)約用水”的字條，這樣就可以提醒同學(xué)們節(jié)約用水了。

小記者：你們談得很好，我的收獲也很大。我還有新任務(wù)先走了，同學(xué)們再見！

水跑上來說：同學(xué)們，今天我很高興，我“水伯伯”今天很開心，你們知道了有了我就有了生命的源泉，請你們今后一定節(jié)約用水呀！讓人類和動物、植物共存，迎接美好的明天！

主持人：你們還有發(fā)言的嗎？

答：有。

生：我代表人們謝謝你，水伯伯，節(jié)約用水就等于保護(hù)我們?nèi)祟愖约骸?/p>

動物：小熊上場說：我代表動物家族謝謝你了，我們也會保護(hù)你的！

花草樹木跑上場說：我們也不會忘記你的貢獻(xiàn)！

水伯伯：（手舞足蹈地跳起了舞蹈）……同學(xué)們的笑聲不斷。

主持人：水伯伯，您這是干什么呢？

水伯伯：因為我太高興了，今后還請你們多關(guān)照我呀！

主持人：水伯伯，請放心，今后我們一定會做得更好！再見！

4.主持人：大家歡迎老師講話！

同學(xué)們，今天我們召開的班會非常生動，非常有意義。水是生命之源，無比珍貴，愿同學(xué)們能加倍珍惜它，做到節(jié)約一滴水，造福子孫后代。

5.主持人宣布：“水”是萬物之源主題班會到此結(jié)束。

6.活動效果：

此次活動使學(xué)生明白了節(jié)約用水的道理，浪費水的現(xiàn)象減少了，宣傳節(jié)約用水的人增多了，人人爭做節(jié)水小標(biāo)兵

活動目的：教育學(xué)生懂得“水”這一寶貴資源對于我們來說是極為珍貴的，每個人都要保護(hù)它，做到節(jié)約每一滴水，造福子孫萬代。

活動過程：

1.主持人上場，神秘地說：“我讓大家猜個謎語，你們愿意嗎？”大家回答：“愿意！”

主持人口述謎語：

“雙手抓不起，一刀劈不開，

煮飯和洗衣，都要請它來?！?/p>

主持人問：“誰知道這是什么？”生答：“水！”

一生戴上水的頭飾上場說：“我就是同學(xué)們猜到的水。聽大家說，我的用處可大了，是真的嗎？”

主持人：我宣布：“水”是萬物之源主題