化工原理习题解答

1、第6章蒸储6-1.苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压数据为苯的饱和蒸气压pA /kPa甲苯的饱和蒸气压pB/kPa80.2101.3339.9984.1113.5944.488.0127.5950.692.0143.7257.696.0160.5265.66100179.1974.53104199.3283.33108221.1993.93110.4233.05101.33根据上表数据作101.33kPa下苯和甲苯溶液的t y x图及y x图。此溶液服从拉乌Xa解:尔定律。(1)2.44,(2) y2.44x)1 1.44x解：由80.22.531.0184.12.560.8230.91988.

2、02.520.6590.82592.02.500.5080.71696.02.440.3760.5951002.400.2560.4561042.390.1550.3091082.360.0580.131110.42.3000Pa0Pb0，x 2.44x11 x 1 1.44x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,卜同)易挥发组分的某液体混合物送入一连续精储塔中。80.21.01.084.10.8230.92588.00.6590.8392.00.5080.7296.00.3760.5961000.2560.4531040.1550.3041080.

3、0580.123110.400PPb0Pa00TT；yA -xAPA PBP6-2.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y x的一系列平衡数据与习题 1作比较。要求储出液含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 850kmol h 1 ,流入精微塔的回流液量为 670kmol h 1。试求：（1）每小时能获得多少 kmol的储出液？多少kmol的釜液？（2）回流比R 为多少？ D3.72 ）（答：D 180kmol h 1 , W 608.6kmol 解：V L D,D V L 850 670 180kmol h 1 ,670180

4、3.72 ,W 180 W,Fxf Dxd Wxw 即 0.24F0.95 180 F 180 0.03,1 解得：F 788.6kmol h ,W F D 788.6 180 608.6kmol h 1。卜同）6-4.有10000kg h 1含物质A （摩尔质量为78kg kmol 1 ） 0.3 （质量分数, 和含物质B （摩尔质量为90kg kmol 1 ） 0.7的混合蒸气自一连续精微塔底送入。若要求 塔顶产品中物质 A的组成为0.95,釜液中物质A的组成为0.01。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） V 116kmol h 1

5、; （2） R 1.96 ）解：F D W,Fxf Dxd Wxw, D 3085.1kg hXd0.95/780.95 0.050.956,7890Xf0.3/780.3 0.70.33,7890Md0.956 78 0.044 90 78.53,Mf0.33 78 0.67 90 86.11,1000086.113085.178.53116kmol h ,39.28kmol hV116V （R 1）D R 1 1 1.96。D39.286-5.某连续精微塔，泡点加料，已知操作线方程如下:精微段 y 0.8x 0.172提福段 y 1.3x 0.018试求原料液、储出液、釜液组成及回流比。（

6、答：Xf0.38 ； Xd 0.86; Xw 0.06 ； R 4 ）R解：精微段操作线的斜率为一R 0.8 ,R 4；精福段操作线的截距为Xd0.172。R 1Xd 0.86； 提储段操作线在对角线的坐标为:ywx xw ,Xw1.3xw 0.018,Xw0.06；泡点进料，q线为垂直线，两操作线交点的横坐标为xF ,y 0.8xF 0.172,y 1.3xF 0.018,xF0.38。6-6 .要在常压操作的连续精微塔中把含0.4苯及0.6甲苯的溶液加以分离，以便得到含0.95苯的微出液和0.04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100kmol h 1。求从冷凝器

7、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：L 118.68kmol h 1； V 158.24kmol h 1 ）解：由 F D W、 FxFDxd Wxw,解得：D FXW 100 0.4 0.0439.56kmol h 1,xD xW0.95 0.04 1L RD 3 39.56 118.68kmol h ,V V （R 1）D4 39.56 158.24kmol h1。6-7.在连续精微塔中将甲醇 30% （摩尔分数，下同）的水溶液进行分离，以便得到含 甲醇95%的储出液及3%的釜液。操作压力为常压，回流比为 1.0,进料为泡点液体，试求 理论板数及加料位置。常压下甲醇和

8、水的平衡数据如下：液相中甲醇的摩尔分数/%气相中甲醇的摩尔分数/%1000.00.096.42.013.493.54.023.491.26.030.489.38.036.587.710.041.884.415.051.781.720.057.978.030.066.575.340.072.973.150.077.971.260.082.569.370.087.067.680.091.566.090.095.865.095.097.964.5100.0100.0（答：Nt 8; 6块板进料）解：x xD , y xD在y x图上得a点,精微段截距-X 095 0.475, R 11 1在y x图

9、上得c点，连接ac得精微段操作线,过x Xf做垂直线与精微段操作线的交点d ,当x Xw时，提储段操作线 y Xw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.用一连续精储塔分离苯甲苯混合液，原料中含苯 0.4,要求塔顶储出液中含苯 0.97,釜液中含苯0.02 （以上均为摩尔分数），若原料液温度为250C,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 3/4, q值为多少？（答：q 1.35 ; q 0.57 ）A / M A a/M Ab/Mb95 C,r苯30724.2kJ kmol1r甲苯32200kJ kmol ,10.4r苯

10、 0.6r甲苯 31609.7kJ kmol ,25 95 一一0.4/78八F泡点为 查得：0.4/78 0.6/920.44,平均温度：60 C ,211查得60C苯的比热为cp 143.5kJ kmol K ,11甲苯的比热为cp 169.3kJ kmol K , 1- Cp 0.4 143.5 0.6 169.5 159.1kJ kmol K31609.7 159.1（95 25） （ “ q 1.35;31609.7气液混合物：-4q 汽化率 -0.57。6-9.某液体混合物含易挥发组分0.65 （摩尔分数，下同），以饱和蒸汽加入连续精储塔中，加料量为50kmol h 1 ,残液组成

11、为0.04,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）精储段和提储段内上升蒸汽及下降液体的流量；（3）写出精福段和提福段的操作线方程。Dx解：根据回收率的定义有：DxD ,FXf又 FXfDXd WXw,WXw d1，FXf皿 FXf(1)WxwD F W 50根据回流比的定义 R500.65 (1 0.99)18.125kmol h ，0.048.125 41.875kmol hL/D 有:L RD 3 41.875 125.625kmol h_-_1又 V L D (R 1)D(3 1) 41.875 167.5kmol h ,因为进料为饱和蒸气 q

12、0,所以提储段上升蒸气和下降的液流量如下:_1V V (1 q)F 167.5 (1 0) 50 117.5kmol h ,_ 1L L qF 125.625 0 50 125.625kmol h ；由回收率定义得:41.875精微段操作线方程为：Rxdy xR 1 R 13即 y 0.75x 0.1925, 提福段操作线方程为：LWxwy xL W L W3x1077 0.75x3 1125.625X125.625 8.1250.1925,8.125 0.04125.625 8.125Fxf50 0.65 0.99 xD 0.77,D0.5 （摩尔分即 y 1.07x 0.03。6-10 .

13、 一常压操作的精微塔用来分离苯和甲苯的混合物。已知进料中含苯数，下同），且为饱和蒸汽进料。塔顶产品组成为0.9,塔底产品组成为 0.03,塔顶为全凝器,泡点回流。原料处理器为 10kmol h 1 ,系统的平均相对挥发度为 2.5,回流比是最小 回流比的1.166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。解： FD W, FxfF (xD xF )F0,xD xWW 10Dxd Wxw ,10 (0.9 0.5)0.9 0.0314.6kmol h ,RminXDyqxqyqxfyqxq4.6 5.4kmol h 0.5,xqyq

14、r"(1q0.286 ,2.5xq1 (2.5 1)xq则 Rmin0.9 0.5.一1.87 ,0.5 0.286Vmin(RminVminVmin1)D(1.87 1) 5.4 15.5kmol h (1 q)F1VminF 15.5 10 5.5kmol h 塔釜中的上升蒸汽流量：V 1.3Vmin 1.3 5.5塔顶上升蒸汽量V V_ , _.17.15kmol h ；_1F 17.15kmol h ,(RV1)D17.15 15.42.18 ,塔顶第一块板下降液体组成yxd x11 (1)x1（理论板）2.5x1X1为:1 (2.5 1)x1x1 0.783,塔顶第二块理论

15、板上升的蒸汽组成y2为:xd2.18R 12.18 10.7830.92.18 10.82。6-11 .某二元混合物含易挥发组分0.4 (摩尔分数，下同)，用精微方法加以分离，所用精储塔具有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 该物系平均相挥发度为 2.47,要求塔顶组成为 0.9,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0.3,储出率D/F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 0.3,但要求塔顶产品组成及回收率不变，回流比应为多少？(答：R 3.3 , xd 0.72

16、 ,96% , R 6.4)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：DxF0.9 0.4 八， 0.4,F xD 0.9xwXfDFXd0.4 0.4 0.91D1 0.40.0667,由于XD、Xw、Xf及q均为已知。先设一 R值，则平衡线与操作线如下:平衡线:2.47x1 1.47x精福线:R XdX R 1 R 10.9R 1加料线：x xF0.4,提储线：yRD F x RD F WWxwRD F W将平衡线与操作线绘在 x y图上，在两线间作梯级得理论板数N。如果N 7,则应增大回流比，否则反之，重复计算；如果 N 7,

17、但X8 而，此时应稍微增大回流比 R值，直到X8稍小于和等于Xw为止。根据上述过程经试差作图得理论板数(图略)。此时R 3.3, N 7,X8 Xw 0.0667。即所求回流比为 3.3 ;由于料液组成的改变，在储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Xd ,由物料衡算得Xw ,根据Xd、Xw、Xf、q、R及D / F作操作线。在操作线与平衡线间作梯级。如果N 7则降低Xd ,否则反之，重复计算直到N 7, x8 xW时为止。经图解试差得：Xd0.72。（图略）DxF TXd 0.3 04 0.72则 Xw F 0.02,1 D 1 0.4 F与N 7, X8 0.72一致，即为所求。D