化工原理第二版夏清贾绍义课后习题解答带图 下载本文

6.在常压操作的连续精馏塔中分离喊甲醇与说.6(均为摩尔分率)的溶液,试求以下各种进料状况下的q值。(1)进料温度40℃;(2)泡点进料;(3)饱和蒸汽进料。 常压下甲醇-水溶液的平衡数据列于本题附表中。

温度t 液相中甲醇的 气相中甲醇的 温度t 液相中甲醇的 气相中甲醇的 ℃ 摩尔分率 摩尔分率 ℃ 摩尔分率 摩尔分率 100

解:(1)进料温度40℃

℃时,甲醇的汽化潜热r1 = 825kJ/kg 水蒸汽的汽化潜热r2 = kg

℃时 ,甲醇的比热 CV1 = (kg·℃)

水蒸汽的比热 CV2 = (kg·℃)

查附表给出数据 当xA = 时,平衡温度t = ℃ ∴40℃进料为冷液体进料

即 将1mol进料变成饱和蒸汽所需热量包括两部分

一部分是将40℃冷液体变成饱和液体的热量Q1,二是将℃饱和液体变成气体所需要的汽

化潜热Q2 ,即 q = (Q1+Q2)/ Q2 = 1 + (Q1/Q2) Q1 = ×32××()= kg

Q2 = 825××32 + ××18 = kJ/kg

∴q = 1 +(Q1/Q2)= (2)泡点进料

泡点进料即为饱和液体进料 ∴q = 1 (3)饱和蒸汽进料 q = 0

7.对习题6中的溶液,若原料液流量为100kmol/h,馏出液组成为,釜液组成为(以上均为易挥发组分的摩尔分率),回流比为,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 FxF = WxW + DxD

D + W = F 代入数据得 W = kmol/h

∴ 产品流量 D = 100 – = kmol/h ②精馏段的下降液体流量L L = DR = × = kmol/h ③提馏段的上升蒸汽流量V' 40℃进料q =

V = V' + (1-q)F = D(1+R)= kmol/h ∴ V' = kmol/h

8.某连续精馏操作中,已知精馏段 y = + ;提馏段y = –

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 = + 过(xD ,xD)∴xD =

提馏段 y = – 过(xW ,xW)∴xW =

精馏段与y轴交于[0 ,xD/(R+1)] 即 xD/(R+1)= ∴R =

连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为( ,) ∴ xF =

9.在常压连续精馏塔中,分离苯和甲苯的混合溶液。若原料为饱和液体,其中含苯(摩尔分率,下同)。塔顶馏出液组成为,塔底釜残液组成为,回流比为,试求理论板层数和加料板位置。苯-甲苯平衡数据见例1-1。

解: 常压下苯-甲苯相对挥发度α=

精馏段操作线方程 y = Rx/(R+1)= 2x/3 + 3 = 2x/3 +

精馏段 y1 = xD = 由平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 得

x1 = 再由精馏段操作线方程 y = 2x/3 + 得 y2 = 依次得到x2 = y3 =

x3 = y4 =

x4 = ∵x4 ﹤ xF = < x3

精馏段需要板层数为3块 提馏段 x1'= x4 =

提馏段操作线方程 y = L'x/(L'-W)- WxW/(L'-W) 饱和液体进料 q = 1

L'/(L'-W)= (L+F)/V = 1 + W/(3D) 由物料平衡 FxF = WxW + DxD

D + W = F 代入数据可得 D = W

L'/(L'-W)= 4/3 W/(L'-W)= W/(L+D)= W/3D = 1/3 即提馏段操作线方程 y' = 4x'/3 – 3 ∴y'2=

由平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 得 x'2 = 依次可以得到y'3= x'3 =

y'4= x'4 =

y5= x5 =

∵ x'5 < xW = < x4'

∴ 提馏段段需要板层数为4块

∴理论板层数为 n = 3 + 4 + 1 = 8 块(包括再沸器) 加料板应位于第三层板和第四层板之间

10.若原料液组成和热状况,分离要求,回流比及气液平衡关系都与习题9相同,但回流温度为20℃,试求所需理论板层数。已知回流液的泡殿温度为83℃,平均汽化热为×10kJ/kmol,平均比热为140 kJ/(kmol·℃)

解:回流温度改为20℃,低于泡点温度,为冷液体进料。即改变了q的值 精馏段 不受q影响,板层数依然是3块

提馏段 由于q的影响,使得 L'/(L'-W)和 W/(L'-W)发生了变化 q = (Q1+Q2)/ Q2 = 1 + (Q1/Q2)

Q1= CpΔT = 140×(83-20)= 8820 kJ/kmol Q2= ×10kJ/kmol

∴ q = 1 + 8820/×104)=

L'/(L'-W)=[V + W - F(1-q)]/[V - F(1-q)]

= [3D+W- F(1-q)]/[3D- F(1-q)] ∵D = W,F = 2D 得 L'/(L'-W)= (1+q)/+q)=

W/(L'-W)= D/[3D- F(1-q)]= 1/(1+2q)= ∴ 提馏段操作线方程为 y = -

x1'= x4 = 代入操作线方程得 y2' = 再由平衡关系式得到 x2'= 依次计算y3' = x3'= y4' = x4'= y5' = x5'=

∵ x5'< xW = < x4'

4

4

''