11年化工原理试题及答案

二 2 一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为 3m，直径为 252mm。水以 0.7m/s的 流速在管内流过，并从 17被加热到 37。流量为 1.25kg/s、温度为 72烃 的饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为 315kJ/kg。已测 得：蒸气冷凝传热系数 0=800W/(m2)，管内侧热阻为外侧的 40%，污垢热阻 又为管内侧热阻的 70%，试核算：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为 基准） ；（2）换热管的总根数；（3）换热器的管程数。计算时可忽略管壁热 阻及热损失，水的比热为 4.18kJ/(kg) 解 ： （1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准） ，S 1； 由题意知，水以 0.7m/s的流速在管内流过，欲求 S1，需先知道每程的管子 数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。 两流体交换的热量为： kwrWQh394152. 又 ， ，)(tCpcCgJpc/8. 则 sktc /713.)3(1.42 单管内水的流量为： skgudWc /243.0.02.785.1 每 程 所 需 管 子 数 为 ： .19243.01cn 取 每 程 管 子 数 为 20， 则 每 程 所 能 提 供 的 传 热 外 表 面 积 为 ： 211 71.405.l mdSo (2) 换热管的总根数； 由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。 motKQ 由题给数据， CmW oooo2/.476)8014.7801.(1).4.( Ctt 25.3721ln)()(ln21 则任务所需的传热外表面积为： 27.185.4762.039mtKQSmo lnd 换热管总根数为： 4.793025.18lSo 取 n (2)换 热 器 的 管 程 数 。 由 题 意 管 程 数 为 ： 41nNt 3 在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为 20 和 110。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为 45和 40， 使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况 下，冷却水出口温度降至 38，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传 热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温 度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（ 水 空气 ） （4）冷却水流量加大后， 换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 解： 使用初期 使用一年后 110 40 110 2T 45 20 38 20 （1）空气出口温度 2T 题意可得：使用初期 mphpc tKSTCWtQ)()(2112 （1） 使用一年后 phpc tt )()(2112 （2） 两式相比（2）/（1） ，得 )045(38)401()0(2 T 则： =59.62T （2）总传热系数 K/ CttT tm 2.546.397ln.206.59381ln).()( .36l05l)()(211 方程(2)式/(1)式，得： 故 2.54)24(K%0.K （3）冷热流体的出口温度 2Tt及 一年后 （3）mphpc tSTCWtQ )()(211 （4）K2 方程（4）式/（3） ，得： 201ln)()(2.54038)(6.591022 TttT 整理前半式的方程 （5）22179.Tt 又因 ， ， 故 空 气水 空 气K1空空 K 由等比定理 20ln)()(2.5496.510)()(2 TttT 则 .42lnTt 整理得， （6）2153t 联立（5）和（6） ，可得： ， Ct4.9CT5.72 （4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ tm 3.65.780ln.205.71ln).()4.90( 则 4.136mtQ 5 有一换热器，管内通 90的热流体，膜系数 为 1100 ，管外有某1Cmw2/ 种液体沸腾，沸点为 50，膜系数 为 5800 。试求以下两种情况下22/ 的壁温：（1）管壁清洁无垢 ；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为 0.005wCm/2 解：忽略管壁热阻，并假设壁温为 wT （1） 当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得： 21tTw58019wT 则 Cw4.56 （2） 同理 021RtTw05.8109wT 则 CTw84 由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。 6 流量为 2000kg/h 的某气体在列管式换热器的管程流过，温度由 150降至 80；壳程冷却用水，进口温度为 15，出口温度为 65，与气体作逆流流动， 两者均处于湍流。已知气体侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜 系数，管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计，气体平均比热为 1.02kJ/kg，水的比热为 4.17kJ/kg，不计温度变化对比热的影响，试求： （1）冷却水用量；（2）如冷却水进口温度上升为 20，仍用原设备达到相同 的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？（3）此时的出口水温将为多少？ （4）此时的冷却水用量为多少？ 解：（1）冷却水用量； )()(2112TCWtQphpc )805.0567.4 kgc/8 （2）如冷却水进口温度上升为 20，仍用原设备达到相同的气体冷却程度， 此时对数平均温差为多少？ 原情况 miiphpc tStKTCWtQ )()(2112 (1) 新情况 iiphpc ttt )()(2112 (2) 因 ， ， 换热器与气体的情况未变， 空 气水 空 气K 则 ， 故 QiiiiS mt Ctm752)180()651( 2ttt 则 ， （ 2， 则 用算术平均值合适）Ct602 1tmt 对新情况下的热量进行衡算， )8015(2.0)6(7.4WQ 故 hkgWc/85 7在套管换热器中用 120的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的 流量为 4000kg/h，比热容为 1.9kJ/(kg)，温度从 30升至 60。蒸汽冷 凝传热系数为 1104W/(m2)，换热管内侧污垢热阻为 4104 m2/W，忽 略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为542mm 的钢管，有效 长度为 12m。试求：（1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为 2204kJ/kg） ；（2）管 内苯的对流传热系数 i；（3）当苯的流量增加 50%、但其他条件维持不变时， 苯的出口温度为若干？（4）若想维持苯的出口温度仍为 60应采取哪些措施？ 作出定量计算。 解：（1）饱和蒸汽流量； hkJtCWrQpch /1028.)360(9.14)( 512 hkgrh /.035. （2）管内苯的对流传热系数 i； 212112 lnln)()( tTSKtTSKttCQ oomopc （ 整理得 （1）pcoWSKtT21ln 2036.12054. mLdSo 5.6lnl21tT )/(420.03.9145. 2CkwKo （2）ioisodR1 504405.42i )/(82Cmwi （3）苯的流量增加 50%，苯的出口温度为若干 )/(1.8095).1()5.( 28080 Cmwii 将其代入（2）式得 )/732Ko 代入（1）式得 34.019.54063.12lnt 解得 Ct.562 （4）若想维持苯的出口温度仍为 60应采取哪些措施？作出定量计算。 （a） 将管子加长， 由（1）式得 pcoWSK405.623ln 24.7.3109.1. mSo dLo 5)4/(.)/( （b） 提高加热蒸气压强（温度） 34.019.54062.63lnT 解得 C1 8 一废热锅炉，由 252锅炉钢管组成，管外为水沸腾，温度为 227，管内 走合成转化气，温度由 575下降到 472。已知转化气一侧 i=300W/m2K， 水侧 o=10000W/m2K，钢的导热系数为 45W/mK，若忽略污垢热阻，试求： (1)以内壁面为基准的总传热系数 Ki; (2)单位面积上的热负荷 q(W/m2); (3)管内壁温度 TW及管外壁温度 Ti; (4)试以计算结果说明为什么废热锅炉中转化气温度高达 500左右仍可使用钢 管做换热管。 解：（1）K i 025.1023.4531d bKimiii 所以 Wi 2/.89 （2）q mitSKQ 5.293.82745ln)()7(2.89it 2/./.40mkW （3） 管内壁温度 TW 及 管外壁温度 Ti 因为 012712 75SbSimiWi 251072345.2130 75iiWTT 由上述方程可解出 ， CW8.7Ci. （4）由计算结果可知，钢管的内外壁温度接近水侧沸腾的温度，即接近于热阻 小的一侧流体的温度。尽管废热锅炉中转化气温度高达 500左右，而钢管的 温度小于 238，故仍可在此高温下使用钢管做换热管。 10 现有一逆流冷却器，用冷水冷却油，使油温从 420K 降到 370K，水进口温 度为 285K，出口温度为 310K。设油和水的流率、进口温度保持不变，将冷却 器长度增加一倍（其它尺寸不变） ，求油及水的出口温度。 解： 420K 370K 5.972)8370()140(mt 310K 285K 对体系进行热量恒算， mpwpo tKSCWC)285310()37042( 所以， popopo CKSCt 95.107)74( （1） pwpwKSCKS9.3)285310(.7 （2） 冷却器长度增加一倍后， 420K T2 t2 285K 假设： 135221ttm 则 mpwpo tKStCWTC)8()40(22 所以， （3）)40(135)( 22tTStKpopom （4）)85()85(22tCtpwpw （1）=（3） 1.95= 20)135(Tt （5） （2）=（4） 3.9= 85)(22tt （6） 解（5）和（6）方程，得： T2 =341.74K t2 =324.13K 87.9513.401t 74.674.31 2， 则 用算术平均值合适。mt 。 13 热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为 钢管，导热系数m5.2 。冷水在管内湍流流动，给热系数 ，热气在KmW/45 KmW21/0 环隙中湍流流动，给热系数 。不计垢层热阻，试求：KmW22/50 （1） 管壁热阻占总热阻的百分数； （2） 内管中冷水流速提高一倍，总传热系数 有何变化？ （3） 内隙中热气体流速提高一倍，总传热系数 有何变化？ 解： （1） 11212lndK = 150.l4050 = mW2/3.48 总热阻 W1K 管壁热阻 02.5ln4.ln21d = Km/.65 管壁热阻分率为%3.0102. （2） 8.uKmW 23.01.01 /148.K 253 /0.49026.48. 增加 %3.9 （3） Km28.028.02 /1.75 WK25/1.8.6.1 增加 .9348 由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高 K 值，强化传热，应 在 小处着手。 三 三、计算 1 某填料塔用水吸收混合气中丙酮蒸汽。混合气流速为 V=16kol/ ，操作)(2mh 压力 P=101.3kPa。已知容积传质系数 ，)/(6.43hkmolay ，相平衡关系为 （式中气相分压 的单位是)/(6.3mhkolaL AAcp2Ap kPa，平衡浓度单位是 ） 。求：（1）容积总传质系数 及传质单元高3/kl aKy 度 ；（2）液相阻力占总传质阻力的百分数。OGH 解： （1）由亨利定律 xHcExPMmxyMcm0456.3.1624/3/hkmolakLx kolcMx /075.26.1043 =akKxykmolh/182 333/9.54mhol)(21.06aVHyOG （1） 液相阻力占总阻力的百分数为： %1.5.0182.75/3Kkmyx 2 低含量气体逆流吸收，试证： 21lnyLmVNOG 式中 为塔底的吸收推动力； 为塔顶的吸收推动ey11 ey22 力。 证明：由物料衡算得： )(22yLVx 低浓度吸收 mye )(22yLmVxye 2212 22)(ln1)(1121212mxyLVLmVdydyLmVxNyyyeOG )()(212x 11xy 得 2121lnlnyLmVLmVNOG 3 某填料吸收塔用含溶质 的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采0.2x 用液气比 L/V=3，气体入口质量分数 回收率可达 。已知物系的1.y90. 平衡关系为 y=2x。 今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至 ，试求：35.02x （1） 可溶组分的回收率 下降至多少？ （2） 液相出塔摩尔分数 升高至多少？1x 解： （1） 01.)9(0.)(12 y 673/VLmA )1ln(21AmxyNOG = 38.567.02.01.)67.l(.0 当 上升时，由于 不变， 不变2xHOG 也不变，即OGN/ 67.0235.01)67.1ln(.038.52y2y87.01.312 （3） 物料衡算 )()(2121xLyV x = 0325)03.(3 4 有一填料吸收塔，在 28及 101.3kPa，用清水吸收 200m3/h氨-空气混合气 中的氨，使其含量由 5%降低到 0.04%（均为摩尔%） 。填料塔直径为 0.8m，填料 层体积为 3 m3，平衡关系为 Y=1.4X，已知 Kya=38.5kmol/h。问（1）出塔氨水 浓度为出口最大浓度的 80%时，该塔能否使用？（2）若在上述操作条件下，将 吸收剂用量增大 10%，该塔能否使用？（注：在此条件下不会发生液泛） 解：（1） 05631Y 042Y 惰性气体流量 hkmolV/9.7).1(742 036151mX 031.8.11X hkolYL /4.0.).52(9.7)(21 16.3.4106.X 4.2Y 038.ln21m mYKVZma 74.6038.785.03)26(9)(1 该塔现有填料层高度 Z2 因为 所以该塔不适合。Z （2）吸收剂用量增大 10%时 hkmolL/67.143. hkmolXXYV /67.140).523(9)(121 074. 0142.7.45263.11 mY 02 0387.4.12lnm mYKVZma 6.50387.785.03)6(9)( 221 因为 所以该塔适合。Z 5 一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分 A。已知操作条件下气相总传 质单元高度为 1.5m，进塔混合气组成为 0.04（A 的摩尔分率，下同） ，出塔尾 气组成为 0.0053，出塔水溶液浓度为 0.0128，操作条件下平衡关系为 Y=2.5X。试求：（1）液气比为最小液气比的多少倍？（2）所需填料层高度？ （3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度降至 0.0033，求此时填料层 高度为若干米？ 解：（1）液气比为最小液气比的多少倍? 04171Y 05312Y 928X 804.2017.53/21VL 18.25./17.3/)/(1221min mYX 则 86.804)/(inVL (2）所需填料层高度？ OGNHZ 92.04./52/mS 1.5 892.053.0417)892.ln(012SmXYSNOG 故 NHZOG65 (3) 此条件下的填料层高度。 03112Y 52.7 892.031.047)892.ln(012 SmXYSOG NHZOG.5. 7某逆流操作的吸收塔，用清水洗去气体中的有害组分。已知该塔填料层总高 度为 9m，平衡关系 Y=1.4X，测得气体进、出口浓度 Y1=0.03，Y 2=0.002，液体 出口浓度 X1=0.015（均为摩尔比） 。试求：（1）操作液气比 L/V；（2）气相总 传质单元高度 HOG， （3）如果限定气体出口浓度 Y2=0.0015，为此拟增加填料层 高度，在保持液气比不变的条件下应增加多少？ 解：（1）操作液气比 L/V； 87.105.3/21XYVL （2）气相总传质单元高度 HOG， 因 OGNZ 749.0./LmVS 04.6 749.02.3)749.01ln(21XYSOG 故 5./OGNZH （ 3） ？ 由 题 意 知 =0.0015 其它条件不变，则 不变2Y 5.1OGH 新情况下的传质单元数为： 98.6 749.015.3)749.01ln(21 SmXYSNOG 故 mZNHOG47.9.10.86 8某厂吸收塔填料层高度为 4m，用水吸收尾气中的有害组分 A，已知平衡关系 为 Y=1.5X，塔顶 X2=0，Y 2=0.004，塔底 X1=0.008，Y 1=0.02，求： （1）气相总传质单元高度； （2）操作液气比为最小液气比的多少倍； （3）由于法定排放浓度 Y2必须小于 0.002，所以拟将填料层加高，若液气流量 不变，传质单元高度的变化亦可忽略不计，问填料层应加高多少？ 解:（1）气相总传质单元高度 01.8.51.XY 02Y57.4.ln.)2(ln)()(211 Ym 7.205.1mOGYN mZH4.1/ （2）操作液气比为最小液气比的多少倍 因为 X2=0，故 208./21XYVL 2.15.04./)/(1221minm 则 67.)/(inVL （3） ？Z 则02.2Y02.1Y02X 4/ 121XVL 09.1 所以 0135.9.51.1 XY 0382.02.15ln.)(ln)()(212 Ym 7.4038.1mOGN mHZ.614 所以 7.2.6 四 4 如图所示，用泵将水从贮槽送 至敞口高位槽，两槽液面均恒定不 变，输送管路尺寸为833.5mm， 泵的进出口管道上分别安装有真空 表和压力表，真空表安装位置离贮 槽的水面高度 H1为 4.8m，压力表 安装位置离贮槽的水面高度 H2为 5m。当输水量为 36m3/h时，进水 管道全部阻力损失为 1.96J/kg， 出水管道全部阻力损失为 4.9J/kg，压力表读数为 2.452105Pa，泵的效率为 70%， 水的密度为 1000kg/m3，试求： （1）两槽液面的高度差 H为多少？ （2）泵所需的实际功率为多少 kW？ （3）真空表的读数为多少 kgf/cm2？ 解 ： （1）两槽液面的高度差 H 在压力表所在截面 2-2与高位槽液面 3-3间列柏努利方程，以贮槽液面为 基准水平面，得： 32,3222 fhpugpug 其 中 ， , u3=0, p3=0, kJhf/9.432, p2=2.452105Pa, H2=5m, u2=Vs/A=2.205m/s 代 入 上 式 得 ： 7498194.8.95 H H1 H2 （2）泵所需的实际功率 在贮槽液面 0-0与高位槽液面 3-3间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水 平面，有： 30,32020 fe hpugHWpugH 其 中 ， , u2= u3=0, p2= p3=0, H0=0， kJhf /9.86430, H=29.4m 代 入 方 程 求 得 ： We=298.64J/kg， skgVs /16 故 ， =70%， wNse wNe27.4 （3）真空表的读数 在贮槽液面 0-0与真空表截面 1-1间列柏努利方程，有： 10,1 21020 fhpugHpugH 其 中 ， , H0=0， u0=0, p0=0, H1=4.8m, u1=2.205m/skJhf/96.10, 代 入 上 式 得 ， 2 21/5. 5.)96.5.841.(cmkgf Pap 5 两敞口贮槽的底部在同一水平面上,其间由一内径 75mm 长 200m 的水平管和局部阻力系数为 0.17 的全开闸阀彼此相 连，一贮槽直径为 7m，盛水深 7m，另一贮槽直径为 5m，盛 水深 3m，若将闸阀全开，问大罐内水平将到 6m 时，需多长 时间？设管道的流体摩擦系数 。02. 解：在任一时间 t 内，大罐水深为 H，小罐水深为 h 大罐截面积= ，465.38741m 小罐截面积= ，229 当大罐水面下降到 H 时所排出的体积为： ，465.38)7(Vt 这时小罐水面上升高度为 x； 所以 Hx 96.1723.19/)(. 而 h672.3 在大贮槽液面 1-1与小贮槽液面 2-2间列柏努利方程，并以底面为基准水 平面，有： 21,22121 fhgpuzgpuz 其 中 大 气 压 ， u为 管 中 流 速 ，021 21 ， HzHz96.7 2 2210, 7.)05.1.0()( uggudlhf 代入方程得： 2769.2uH .1u 若在 dt 时间内水面从 H 下降 H-dH，这时体积将变化为-38.465dH，则： dHt465.3872./).69.2)075.(4（ 故 13.0.72./).1(84382ddt（） sH t4.95346.1379.085.126731.8551675.067 6 用泵将 20水从敞口贮槽送 至表压为 1.5105Pa 的密闭容 器，两槽液面均恒定不变，各部 分相对位置如图所示。输送管路 尺寸为1084mm 的无缝钢管， 吸入管长为 20m，排出管长为 100m（各段管长均包括所有局 部阻力的当量长度） 。当阀门为 3/4 开度时，真空表读数为 42700Pa，两测压口的垂直距离 为 0.5m，忽略两测压口之间的 阻力，摩擦系数可取为 0.02。试 求： (1)阀门 3/4 开度时管路的流量 (m3/h)； 16m 3m (2)压强表读数（Pa） ； (3)泵的压头（m） ； (4)若泵的轴功率为 10kW，求泵的效率； (5)若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析其原因。 解：（1）阀门 3/4 开度时管路的流量(m 3/h)； 在贮槽液面 0-0与真空表所在截面 1-1间列柏努利方程。以 0-0截面为基 准水平面，有： 10,121020 fhgpuzgpuz 其 中 ， , 21 212110, 04.8.9.uudlhf z0=0， u0=0, p0=0（ 表 压 ） , z1=3m, p1=-42700Pa（ 表 压 ） 代 入 上 式 ， 得 ： u1=2.3m/s， Q= hu/6542 (2)压强表读数（Pa） ； 在压力表所在截面 2-2与容器液面 3-3间列柏努利方程。仍以 0-0截面为 基准水平面，有： 32,32322 fhgpuzgpuz 81.923.0.105.610.532 解 得 ， p2=3.23105Pa（ 表 压 ） （3）泵的压头（m） ； 在 真 空 表 与 压 力 表 所 在 截 面 间 列 柏 努 利 方 程 ， 可 得 ，HgzHf8.37 081.9042723.5)( 551212 （ 4） 泵 的 有 效 功 率 %87.6/ 687.1023 5.102NekwQ故 （5） 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄露。 7 如图所示输水系统，已知管路总长度 （包括所有当量长度，下同）为 100m，压 力表之后管路长度为 80m，管路摩擦系数 为 0.03，管路内径为 0.05m，水的密度为 1000kg/m3，泵的效率为 0.8，输水量为 H=20m H1=2m 15m3/h。求：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；（2）泵轴功率，kw；（3）压 力表的读数，Pa。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg； 由题意知， smAVus /12.)405.36(2 则 kgJudlhf /.3522 （2）泵轴功率，kw； 在贮槽液面 0-0与高位槽液面 1-1间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水 平面，有： 10,12020 fe hpugHWpugH 其 中 ， , u0= u1=0， p1= p0=0（ 表 压 ） , H0=0， H=20mkJhf/1.35 代 入 方 程 得 ： kgJhgfe /3528.9 又 skVs /743605 故 ， =80%， wWNese.1 kwNe72.1 五 2用一精馏塔分离二元液体混合物，进 料量 100kmol/h，易挥发组分 xF=0.5， 泡点进料，得塔顶产品 xD=0.9，塔底釜 液 xW=0.05（皆摩尔分率） ，操作回流比 R=1.61，该物系平均相对挥发度 =2.25，塔顶为全凝器，求： (1)塔顶和塔底的产品量（kmol/h） ； (2)第一块塔板下降的液体组成 x1为多 少； (3)写出提馏段操作线数值方程； (4)最小回流比。 B R A H R R t s 解：（1）塔顶和塔底的产品量（kmol/h） ； F=D+W=100 （1） （2）50.105.9. FxWD 上述两式联立求解得 W=47.06kmol/h D=52.94kmol/h （2）第一块塔板下降的液体组成 x1为多少； 因塔顶为全凝器， 1)(xyD 80.925.0)1(1 x （3）写出提馏段操作线数值方程； 17.34.6.)(DRV 2.8509521FqL 则 017.34. 17.3.381 mmWxxVy （4）最小回流比。 泡点进料，q=1, 5.Fq 692.052.1)(1qqxy 83.69.0minqDyR 3一精馏塔，原料液组成为 0.5（摩尔分率） ，饱和蒸气进料，原料处理量为 100kmol/h，塔顶、塔底产品量各为 50kmol/h 。已知精馏段操作线程为 y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶全凝器，泡点回流。试求： （1） 塔顶、塔底产品组成； （2） 全凝器中每小时冷凝蒸气量； （3） 蒸馏釜中每小时产生蒸气量 （4） 若全塔平均 =3.0，塔顶第一块塔板默弗里效率 Eml=0.6，求离开塔顶 第二块塔板的气相组成。 解：（1）塔顶、塔底产品组成； 因 ， R=5 又 ， 83.0)1(R 15.0)(RxD90.Dx 由物料衡算 WDFxx 得 1.05/)9.05.1(W （2）全凝器中每小时冷凝蒸气量； V=（ R+1） D=300kmol/h （3）蒸馏釜中每小时产生蒸气量； q=0， V=V - F=300 -100=200kmol/h （4）求离开塔顶第二块塔板的气相组成。 ， 6.011xEDmV 11)(xyxD 75.0923.)(1y 故 6.075.91x8.01x 825.01.83.2y 4在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热， 平均相对挥发度为 2.47，饱和蒸汽进料。已知进料量为 150kmol/h，进料组成 为 0.4（摩尔分率） ，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。试求： （1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成；（2）精馏段操作线方程；（3）提馏段操 作线方程；（4）回流比与最小回流比的比值；（5）若全回流操作时，塔顶第 一块塔板的气相默弗里板效率为 0.6，全凝器液相组成为 0.98，求由塔顶第二 块板上升的气相组成。 解：（1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成； 由 （a）DFx97.0 （b）W1()(5 F=D+W+150 （c） （d）604.5FDxx 联立（a） 、 （ b） 、 （c ）和（ d）求解得： W=87.3kmol/h， D=62.7kmol/h xW=0.0206， xD=0.928 （2）精馏段操作线方程； 1856.0.11 nnnRy （3）提馏段操作线方程； VWxLym1 饱和蒸气进料，故 q=0 ， FR)1(DRL 则 01.534.1)()(1 mWmm xxDy （4）回流比与最小回流比的比值； q=0， qDxyRmin .Fqxy 由 得 qq)1(215.0q ， 86.25.049minR 4.minR （5）求由塔顶第二块板上升的气相组成。 ， .21yEV 而 全回流时， 11)(x12xy211 47.)(yxy ， 代入上式可得： 980y 963.02y 5在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。 进料量为 1000kmol/h，含苯 0.4，要求塔顶馏出液中含苯 0.9（以上均为摩尔 分率） ，苯的回收率不低于 90%，泡点进料，泡点回流。已知=2.5，取回流比 为最小回流比的 1.5倍。试求：（1）塔顶产品量 D、塔底残液量 W及组成 xw；（2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）提馏段操作线方程； （5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成为多少？（6）若改用饱和蒸汽进 料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数为多少？ 解：（1）塔顶产品量 D、塔底残液量 W及组成 xw； 由 ，得： FAx hkmol/409.10 W=F- D=1000-400=600kmol/h 又由物料衡算 WDFx 得 067./)9.04.10( Wx （2）最小回流比； 泡点进料，q=1, .Fq 625.045.12)(1Qqxy .6.09minqDyR (3) 精馏段操作线方程； 83.15.in 318.064.1 nDnn xRxy (4) 提馏段操作线方程； 283.2)(V 173041FqL 则 03512 6.27mmWxxVy （5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成 152.067.1)( wwxy 由操作线方程 35.my 得 01xw 76.1 （6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数又为多少。 饱和蒸气进料， q=0， 4.0Fqxy 由 得 Qqy)1(21.0qx 63.21.049min qDxyR 因 ， 故 inTN 6 用一连续精馏塔分离苯-甲苯混合溶液，原料液中含苯 0.40，塔顶馏出液中 含苯 0.95（以上均为摩尔分率） 。原料液为气液混合进料，其中蒸汽占 1/3（摩 尔数比） 。苯-甲苯的平均相对挥发度为 2.5，回流比为最小回流比的 2倍，试 求： （1） 原料液中汽相及液相的组成； （2） 最小回流比； （3） 若塔顶采用全凝器，求从塔顶往下数第二快理论板下降的液体组成。 解：（1）设原料液液相组成为 ，汽相组成为 （均为摩尔分率）FxFy4.0Fx 则 （1）4.0312Fyx （2）F5. 联立（1）式和（2）式，可得： 36.0Fx548.0Fy （2） qDxyRmin 因 q=2/3， （3）1qxF （4）xy5.2 联立（3）和（4） 可得： 36.0q58.0qy 所以 812.436.058.9minR （3）精馏段操作线方程为 R=21.8=3.6 207.83.06495311 nDnn xxRxy 95.01D 则 11.2xy84.01x 由 得 207.83.12xy 89.02y 25.9.071.x 7 有某平均相对挥发度为 3 的理想溶液，其中易挥发组分的组成为 6