06化工原理第六章习题答案.pdf

6 1 苯 A 和甲苯 B 的饱和蒸气压数据为 C 0 t 苯的饱和蒸气压 kPa A p 甲苯的饱和蒸 气压kPa B p 80 2 84 1 88 0 92 0 96 0 100 104 108 110 4 101 33 113 59 127 59 143 72 160 52 179 19 199 32 221 19 233 05 39 99 44 4 50 6 57 6 65 66 74 53 83 33 93 93 101 33 根据上表数据作kPa33 101下苯和甲苯溶液的xyt 图及xy 图 此溶液服从拉乌 尔定律 解 00 0 BA B A PP PP x A A A x P P y 0 C 0 t A x A y 80 2 84 1 88 0 92 0 96 0 100 104 108 110 4 1 0 0 823 0 659 0 508 0 376 0 256 0 155 0 058 0 1 0 0 925 0 83 0 72 0 596 0 453 0 304 0 123 0 80859095100105110 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 x y t 0C 0 00 20 40 60 81 0 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 y x 6 2 利用习题 6 1 的数据 1 计算相对挥发度 2 写出平衡方程式 3 算出xy 的一系列平衡数据与习题 1 作比较 答 1 44 2 2 x x y 44 1 1 44 2 解 0 0 B A P P C 0 t A x A y 80 2 84 1 88 0 92 0 96 0 100 104 108 110 4 2 53 2 56 2 52 2 50 2 44 2 40 2 39 2 36 2 30 1 0 0 823 0 659 0 508 0 376 0 256 0 155 0 058 0 1 0 919 0 825 0 716 0 595 0 456 0 309 0 131 0 44 2 2 30 2 36 2 39 2 40 2 44 2 50 2 52 2 56 2 53 2 x x x x y 44 1 1 44 2 11 由 计算所得的一系列y x值与习题 6 1 之值很接近 6 3 将含 24 摩尔分数 下同 易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中 要求馏出液含 95易挥发组分 釜液含 3易挥发组分 送至冷凝器的蒸气量为 1 hkmol850 流入精馏塔的回流液量为 1 hkmol670 试求 1 每小时能获得多少kmol的馏出液 多少kmol的釜液 2 回流比 D L R 为多少 答 1 hkmol180 D 1 hkmol6 608 W 72 3 R 解 DLV 1 hkmol180670850 LVD 72 3 180 670 D L R WWDF 180 WDF WxDxFx 即 03 018018095 024 0 FF 解得 1 hkmol6 788 F 1 hkmol6 6081806 788 DFW 6 4 有 1 hkg10000 含物质 A 摩尔质量为 1 kmol8kg7 3 0 质量分数 下同 和含物质 B 摩尔质量为 1 kmol0kg9 7 0的混合蒸气自一连续精馏塔底送入 若要求 塔顶产品中物质 A 的组成为95 0 釜液中物质 A 的组成为01 0 试求 1 进入冷凝器底 蒸气流量为多少 以摩尔流量表示 2 回流比R为多少 答 1 1 hkmol116 V 2 96 1 R 解 WDF WDF WxDxFx 1 hkg1 3085 D 956 0 90 05 0 78 95 0 78 95 0 D x 33 0 90 7 0 78 3 0 78 3 0 F x 53 7890044 0 78956 0 D M 11 869067 07833 0 F M 1 hkmol116 11 86 10000 V 1 hkmol28 39 53 78 1 3085 D 96 1 1 28 39 116 1 1 D V RDRV 6 5 某连续精馏塔 泡点加料 已知操作线方程如下 精馏段172 0 8 0 xy 提馏段018 0 3 1 xy 试求原料液 馏出液 釜液组成及回流比 答 38 0 f x 86 0 d x 06 0 W x 4 R 解 精馏段操作线的斜率为8 0 1 R R 4 R 精馏段操作线的截距为172 0 1 R xD 86 0 D x 提馏段操作线在对角线的坐标为 WW xxy 018 0 3 1 WW xx 06 0 W x 泡点进料 q线为垂直线 两操作线交点的横坐标为 F x 172 0 8 0 F xy 018 03 1 F xy 38 0 F x 6 6 要在常压操作的连续精馏塔中把含4 0苯及6 0甲苯的溶液加以分离 以便得到 含 0 95 苯的馏出液和04 0 苯 以上均为摩尔分数 的釜液 回流比为3 泡点进料 进料 量为 1 hkmol100 求从冷凝器回流入塔顶的回流液的流量及自釜升入塔底的蒸气的流量 答 1 hkmol68 118 L 1 hkmol24 158 V 解 由WDF WDF WxDxFx 解得 1 hkmol56 39 04 095 0 04 0 4 0 100 WD WF xx xx FD 1 hkmol68 11856 393 RDL 1 hkmol24 15856 394 1 DRVV 6 7 在连续精馏塔中将甲醇 30 摩尔分数 下同 的水溶液进行分离 以便得到含 甲醇 95的馏出液及 3的釜液 操作压力为常压 回流比为0 1 进料为泡点液体 试求 理论板数及加料位置 常压下甲醇和水的平衡数据如下 C 0 t 液相中甲醇的摩尔分数 气相中甲醇的摩尔分数 100 96 4 93 5 91 2 89 3 87 7 84 4 81 7 78 0 75 3 73 1 71 2 69 3 67 6 66 0 65 0 64 5 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 15 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0 95 0 100 0 0 0 13 4 23 4 30 4 36 5 41 8 51 7 57 9 66 5 72 9 77 9 82 5 87 0 91 5 95 8 97 9 100 0 答 6 8 T N块板进料 解 D xx D xy 在xy 图上得a点 精馏段截距475 0 11 95 0 1 R xD 在xy 图上得c点 连接ac得精馏段操作线 过 F xx 做垂直线与精馏段操作线的交点d 当 W xx 时 提馏段操作线 W xy 对角线上b点 在平衡线与操作线间作梯级 塔内理论板数为八块 加料板为第六块 图略 6 8 用一连续精馏塔分离苯 甲苯混合液 原料中含苯4 0 要求塔顶馏出液中含苯 97 0 釜液中含苯02 0 以上均为摩尔分数 若原料液温度为C250 求进料热状态参 数q为多少 若原料为气液混合物 气液比为4 3 q值为多少 答 35 1 q 57 0 q 解 44 0 92 6 078 4 0 78 4 0 BBAA AA F MM M x 泡点为C95 r ttcpr r hhr hH hH q bFF 查得 1 kmolkJ2 30724 苯 r 1 kmolkJ32200 甲苯 r 1 kmolkJ7 316096 04 0 甲苯苯 rrr 平均温度 C60 2 9525 查得C60 苯的比热为 11 KkmolkJ5 143 cp 甲苯的比热为 11 KkmolkJ3 169 cp 11 KkmolkJ1 1595 1696 05 1434 0 p c 35 1 7 31609 2595 1 1597 31609 q 气液混合物 57 0 7 4 汽化率q 6 9 某液体混合物含易挥发组分65 0 摩尔分数 下同 以饱和蒸汽加入连续精馏 塔中 加料量为 1 hkmol50 残液组成为04 0 塔顶产品的回收率为 99 回流比为3 试求 1 塔顶 塔底的产品流量 2 精馏段和提馏段内上升蒸汽及下降液体的流量 3 写出精馏段和提馏段的操作线方程 5 117 625 125 5 167 125 8 875 41 VLVWD 03 0 07 1 1925 0 75 0 hkmol 625 125 1 xyxyL以上单位均为 解 根据回收率的定义有 F D Fx Dx 又 WDF WxDxFx 1 F W Fx Wx 则 1 hkmol125 8 04 0 99 0 1 65 0 50 1 W F x Fx W 1 hkmol875 41125 8 50 WFD 根据回流比的定义DLR 有 1 hkmol625 125875 413 RDL 又 1 hkmol5 167875 41 13 1 DRDLV 因为进料为饱和蒸气0 q 所以提馏段上升蒸气和下降的液流量如下 1 hkmol5 11750 01 5 167 1 FqVV 1 hkmol625 125500625 125 qFLL 由回收率定义得 77 0 875 41 99 0 65 0 50 D Fx x F D 精馏段操作线方程为 1925 0 75 0 13 77 0 13 3 11 xx R x x R R y D 即1925 0 75 0 xy 提馏段操作线方程为 125 8 625 125 04 0 125 8 125 8 625 125 625 125 x WL Wx x WL L y W 即03 0 07 1 xy 6 10 一常压操作的精馏塔用来分离苯和甲苯的混合物 已知进料中含苯5 0 摩尔分 数 下同 且为饱和蒸汽进料 塔顶产品组成为9 0 塔底产品组成为03 0 塔顶为全凝 器 泡点回流 原料处理器为 1 hkmol10 系统的平均相对挥发度为5 2 回流比是最小 回流比的166 1倍 试求 1 塔顶 塔底产品的流量 2 塔釜中的上升蒸汽流量 3 塔顶第二块理论板上升蒸汽的组成 82 0 hkmol 15 7 6 4 4 5 2 1 yVWD 解 WDF WDF WxDxFx 1 hkmol6 4 03 0 9 0 5 09 0 10 WD FD xx xxF W 1 hkmol4 56 410 WFD 0 q 5 0 Fq xy qq qD xy yx R min 又 5 0 15 2 1 5 2 1 1 q q q q q x x x x y 286 0 q x 则87 1 286 0 5 0 5 09 0 min R 1 minmin hkmol5 154 5 187 1 1 DRV 1 minminmin hkmol5 5105 15 1 FVFqVV 塔釜中的上升蒸汽流量 1 min hkmol15 7 5 53 13 1 VV 塔顶上升蒸汽量 1 hkmol15 17 FVV DRV 1 18 2 1 4 5 15 17 1 D V R 塔顶第一块板下降液体组成 理论板 1 x为 9 0 15 2 1 5 2 1 1 1 1 1 1 1 x x x x xy D 783 0 1 x 塔顶第二块理论板上升的蒸汽组成 2 y为 82 0 118 2 9 0 783 0 118 2 18 2 11 12 R x x R R y D 6 11 某二元混合物含易挥发组分4 0 摩尔分数 下同 用精馏方法加以分离 所 用精馏塔具有7块理论板 不包括釜 塔顶装有全凝器 泡点进料与回流 在操作条件下 该物系平均相对挥发度为47 2 要求塔顶组成为9 0 轻组分回收率为 90 试求 1 为达到分离要求所需要的回流比为多少 2 若料液组成因故障降为3 0 馏出率FD 及回流比与 1 相同 塔顶产品组 成及回收率有何变化 3 若料液组成降为3 0 但要求塔顶产品组成及回收率不变 回流比应为多少 答 4 6 96 72 0 3 3 RxR d 解 本题由于理论板数已定 要确定各操作参数属操作型计算 需采用试差法计算 根据回收率和物料衡算可计算出 4 0 9 0 4 09 0 D F x x F D 0667 0 4 01 9 04 04 0 1 F D x F D x x DF W 由于 D x W x F x及q均为已知 先设一R值 则平衡线与操作线如下 平衡线 x x y 47 1 1 47 2 精馏线 1 9 0 111 R x R R R x x R R y D 加料线 4 0 F xx 提馏线 WFRD Wx x WFRD FRD y W F D R x F D x F D R F D R W 1 1 1 1 1 4 0 0667 0 4 01 1 4 0 14 0 R x R R 将平衡线与操作线绘在yx 图上 在两线间作梯级得理论板数N 如果 7 N 则应增大回流比 否则反之 重复计算 如果7 N 但 W xx 8 此 时应稍微增大回流比R值 直到 8 x稍小于和等于 W x为止 根据上述过程经试差作图得理论板数 图略 此时3 3 R 7 N 0667 0 8 W xx 即所求回流比为3 3 由于料液组成的改变 在馏出率及回流比均与 相同的情况下 塔顶 塔底产品 组成均要发生改变 先设一塔顶组成 D x 由物料衡算得 W x 根据 D x W x F x q R及FD 作操作线 在操作线与平衡线间作梯级 如果7 N则降低 D x 否则反之 重 复计算直到7 N W xx 8 时为止 经图解试差得 72 0 D x 图略 则02 0 4 01 72 0 4 03 0 1 F D x