化工原理习题下册（课堂PPT）

1、1第一章蒸馏第一章蒸馏1 某连续精馏操作分离二元混合溶液，已知操作线方程某连续精馏操作分离二元混合溶液，已知操作线方程为：为： 精馏段精馏段 提馏段提馏段 若进料时，原料为气液相各占一半的混合态，求塔顶及塔若进料时，原料为气液相各占一半的混合态，求塔顶及塔底产品产率及回流比。底产品产率及回流比。 分析：若求产品产率，必须确定塔顶产品分析：若求产品产率，必须确定塔顶产品, ,塔底产品和进塔底产品和进料的组成。将精馏段操作线方程、提馏段操作线方程分别料的组成。将精馏段操作线方程、提馏段操作线方程分别与对角方程联立，即可确定塔顶，塔底组成。而进料组成与对角方程联立，即可确定塔顶，塔底组成。而进料组成

2、可由两个操作线方程与进料方程联解求得可由两个操作线方程与进料方程联解求得216. 080. 0 xyxy 80. 0 xxD02. 040. 1xyxy05.0 xxW16. 080. 0 xy02. 040. 1xy3 .0 x4.0y解：联解解：联解 及及得塔顶产品组成得塔顶产品组成 及及 得塔底产品组成部分得塔底产品组成部分再联解再联解 及及 得得,再联解再联解3q21q11qxxqqyF15 . 03 . 015 . 05 . 04 . 0Fx35. 0FxWDFWDFWxDxFx%404 . 005. 080. 005. 035. 0WDWFxxxxFD%606 . 04 . 01F

3、DFFW80.01RR4R将此代入将此代入线方程，且由题巳知线方程，且由题巳知 解得解得由全塔物料衡算式由全塔物料衡算式 及全塔轻组分物料衡算式及全塔轻组分物料衡算式 知塔顶产品产率知塔顶产品产率 塔底产品产率塔底产品产率 由精馏段操作线方程斜率由精馏段操作线方程斜率 解得解得 4 2 2 用一精馏塔分离二元理想混合物，塔顶为全凝器冷凝，用一精馏塔分离二元理想混合物，塔顶为全凝器冷凝，泡点温度下回流，原料液中含轻组分泡点温度下回流，原料液中含轻组分0.5(0.5(摩尔分数，下摩尔分数，下同同) )，操作回流比取最小回流比的，操作回流比取最小回流比的1.41.4倍，所得塔顶产品组倍，所得塔顶产品

4、组成为成为.95.95，釜液组成为，釜液组成为0.050.05料液的处理量为料液的处理量为100100 . .料液的平均相对挥发度为，料液的平均相对挥发度为，若进料时蒸气量占一半，试求：若进料时蒸气量占一半，试求： （1 1）提馏段上升蒸气量；）提馏段上升蒸气量； （2 2）自塔顶第）自塔顶第2 2层板上升的蒸气组成。层板上升的蒸气组成。 分析：欲解提馏段的蒸气量分析：欲解提馏段的蒸气量 VV，须先知与之有关的精馏，须先知与之有关的精馏段的蒸气量段的蒸气量V V 。而。而V V 又须通过又须通过 才可确定。可见，先确定最小回流比才可确定。可见，先确定最小回流比 ，进而，进而确定确定R R 是解

5、题的思路。是解题的思路。 理想体系以最小回流比操作时，两操作线与进料方程的交理想体系以最小回流比操作时，两操作线与进料方程的交点恰好落在平衡线上，所以只须用任一操作线方程或进料点恰好落在平衡线上，所以只须用任一操作线方程或进料方程与相平衡方程联立求解即可。方程与相平衡方程联立求解即可。5xxxxy213) 1(1115 . 05 . 015 . 05 . 011qqFqqxxqxxqqy367. 02134842qx633. 0213qqqxxy23. 137. 063. 063. 095. 0minqqqDxyyxR722. 14 . 1minRR解：（）由相平衡方程解：（）由相平衡方程 及

6、进料方程及进料方程 联立解得联立解得 则则 6WDFWWFWxDxFxhkmolD/50hkmolDFW/50hkmolFVFqVVhkmolDRV/1 .86501 .1365 .0)1 (/1 .13650)1722.1 ()1(95.01Dxy86. 0) 1(111yyx88. 01722. 195. 086. 01722. 1722. 11112RxxRRyD再由物料衡算方程再由物料衡算方程 及及 解得解得 （2）已知）已知 由相平衡关系由相平衡关系 再由精馏段操作线方程解得再由精馏段操作线方程解得 7 3 在一连续精馏塔中分离二元理想混合液。原料液为饱和液体，在一连续精馏塔中分离二

7、元理想混合液。原料液为饱和液体，其组成为其组成为0.50.5，要求塔顶馏出液组成不小于，要求塔顶馏出液组成不小于0.95,0.95,釜残液组成不大于釜残液组成不大于0.05(0.05(以上均为轻组分以上均为轻组分A A的摩尔分数的摩尔分数) )。塔顶蒸汽先进入一分凝器，。塔顶蒸汽先进入一分凝器，所得冷凝液全部作为塔顶回流所得冷凝液全部作为塔顶回流, ,而未凝的蒸气进入全凝器，全部冷而未凝的蒸气进入全凝器，全部冷凝后作为塔顶产品。全塔平均相对挥发度为凝后作为塔顶产品。全塔平均相对挥发度为2.5,2.5,操作回流操作回流比比 。当馏出液流量为。当馏出液流量为 100100 时，试求：时，试求：塔顶

8、第塔顶第1 1块理论板上升的蒸汽组成；块理论板上升的蒸汽组成；提馏段上升的气体量。提馏段上升的气体量。 分析：因为出分凝器的冷凝液分析：因为出分凝器的冷凝液 与未液化的蒸气与未液化的蒸气 成相平衡关系，故分凝器相当一层理论塔板。应注意，自分凝器回成相平衡关系，故分凝器相当一层理论塔板。应注意，自分凝器回流塔内的液相组成流塔内的液相组成 与自全凝器出来的产品组成与自全凝器出来的产品组成 不同。不同。hkmol/0 xDxLV85 . 0qx714. 05 . 05 . 115 . 05 . 2) 1(1qqqxaaxy1 . 15 . 0714. 0714. 095. 0minqqqDxyyxR

9、65.15.1minRR11RxxRRyD358. 0623. 065. 295. 065. 265. 1xx95. 00Dxy 解：（解：（1）由平衡方程及泡点进料时）由平衡方程及泡点进料时 精馏段操作线方程精馏段操作线方程 再由平衡方程及再由平衡方程及 9884. 095. 05 . 15 . 295. 0) 1(000yyx909.0358.0623.001xyFqVV)1 (1qDRVV) 1(hkmol /26510065.2得得 代入精馏段操作线方程代入精馏段操作线方程 (2)由由当泡点进料时，当泡点进料时， 则则 再由平衡方程再由平衡方程xxy)1(195. 00Dxy104 4

10、 在常压精馏干塔分离双组分理想溶液。组成为在常压精馏干塔分离双组分理想溶液。组成为0.50.5（轻组分（轻组分A A的摩尔分的摩尔分数，下同）的料液在泡点温度下加入塔内。塔顶蒸气先在分凝器中部分数，下同）的料液在泡点温度下加入塔内。塔顶蒸气先在分凝器中部分冷凝至泡点回流，其组成为冷凝至泡点回流，其组成为 0.880.88，余下末冷凝部分经全凝器后作为产品，余下末冷凝部分经全凝器后作为产品， 组成为组成为0.950.95 已测得离开塔顶第已测得离开塔顶第1 1层理论板的液相组成为层理论板的液相组成为 0.7960.796，塔顶，塔顶轻组分回收率为轻组分回收率为96%,96%,塔釜间热蒸气加热。试

11、求算：塔釜间热蒸气加热。试求算： (1) (1) 该操作条件下的回流比和釜液组成；该操作条件下的回流比和釜液组成； (2) (2) 若用图解法求得理论板数为若用图解法求得理论板数为9 9，又知全塔效率为，又知全塔效率为70%,70%,塔内实际塔板塔内实际塔板数为多少？数为多少？ 分析：前已述及，分凝器相当于块理论板，利用分凝器内气液相平衡分析：前已述及，分凝器相当于块理论板，利用分凝器内气液相平衡关系即可确定上升的蒸气组成关系即可确定上升的蒸气组成 , ,而而 与回流液组成与回流液组成 恰好又是操作线关系，利用此操作线方程即可顺利解出回流比。恰好又是操作线关系，利用此操作线方程即可顺利解出回流

12、比。另外确定塔内实际板数时，应注意用图解法求出的理论板数中是包括了另外确定塔内实际板数时，应注意用图解法求出的理论板数中是包括了起理论板作用的分凝器和塔釜两块起理论板作用的分凝器和塔釜两块“虚拟板虚拟板”的。的。 1195. 00Dxy88. 00 x000) 1(1xxy88. 0) 1(188. 095. 0591. 291. 0796. 0591. 11796. 0591. 2) 1(1111xxy解：解：(1)回流比与釜液组成回流比与釜液组成 由于分凝器中末凝气相组成由于分凝器中末凝气相组成 又知自分凝器入塔的回流液组成又知自分凝器入塔的回流液组成 由相平衡方程由相平衡方程 解得解得

13、再由相平衡方程得再由相平衡方程得 121101RxxRRyD195.088.0191.0RRR11.1RWDFWDFWxDxFxhkmolxFxDDF/5 .5095.05 .010096.0hkmolDFW/5 .495 .50100041.00409.0Wx107 . 029ENNTP则精馏段操作线方程为则精馏段操作线方程为 解得解得 由全塔物料衡算方程由全塔物料衡算方程 及及 代入物料衡算方程代入物料衡算方程 解得解得 (2) 实际塔板数实际塔板数 13 5 一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某塔板的气、液一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某塔板的气、液相组成分别为相组成分别为0

14、.830.83和和0.700.70，相邻上层塔板的液相组成为，相邻上层塔板的液相组成为0.770.77，而相邻下层塔板的气相组成为而相邻下层塔板的气相组成为0.780.78（以上均为轻组分（以上均为轻组分A A的摩尔的摩尔分数，下同）。塔顶为泡点回流。进料为饱和液体，其组成为分数，下同）。塔顶为泡点回流。进料为饱和液体，其组成为0.460.46。若已知塔顶与塔底产量比为。若已知塔顶与塔底产量比为2/32/3，试求：，试求：精馏段操作线方程；精馏段操作线方程；提馏段操作线方程。提馏段操作线方程。 分析：将精馏段操作线方程中的回流比分析：将精馏段操作线方程中的回流比 和塔顶产品组成和塔顶产品组成

15、确确定后，方程的形成就一定。而这两个参数可由题中所给出的相定后，方程的形成就一定。而这两个参数可由题中所给出的相邻邻3 3层板的气液相组成建立的两个操作线方程层板的气液相组成建立的两个操作线方程 联立解出。联立解出。同理，将提馏段操作线方程中的参数由题中已给的条件变换代同理，将提馏段操作线方程中的参数由题中已给的条件变换代入，方程即可建立。入，方程即可建立。14111RxxRRyDnn177. 0183. 0RxRRD170.0178.0RxRRD0.2R95. 0Dx1295.0122xy95.023xy解：精馏段操作线方程解：精馏段操作线方程依精馏段操作线方程依精馏段操作线方程 将该板和上

16、层板的气液相组成代入有将该板和上层板的气液相组成代入有 (a) (b)， 则则精馏段操作线方程为精馏段操作线方程为 即即 再将该板和下层板的气液相组成代入有再将该板和下层板的气液相组成代入有 联立（联立（a）、（）、（b）解得）解得 151qWqFLWxxWqFLqFLywmm1DLWxxDLWDLwmWmmxRDWxRDWRy1111WDWFxxxxWD46. 095. 046. 032Wx13. 0Wx13. 01223122312xy195. 05 . 43xy（2）提馏段操作线方程）提馏段操作线方程 提馏段操作线方程的通式为提馏段操作线方程的通式为 将将 (泡点进料泡点进料) 转化上式

17、为转化上式为 即即 解得解得 将有关数据代入（将有关数据代入（c），则提馏段操作线方程为），则提馏段操作线方程为 即即 16 6 6 连续精馏塔分离二元理想混合液，组成为连续精馏塔分离二元理想混合液，组成为0.40.4的料液在的料液在泡点温度下入塔，塔顶采用全凝器，回流比为最小回流比泡点温度下入塔，塔顶采用全凝器，回流比为最小回流比的倍，要求塔顶产品组成达到的倍，要求塔顶产品组成达到0.850.85，塔底产品组成不大，塔底产品组成不大于于0.10.1，系统的相对挥发度为，系统的相对挥发度为2.7862.786，试求自釜上第块塔，试求自釜上第块塔板流下的液相组成。板流下的液相组成。 分析：由己知

18、的塔底产品组成求解出釜入塔的蒸气组成，分析：由己知的塔底产品组成求解出釜入塔的蒸气组成，而此组成与要求的釜上塔板的液相组成属提馏段操作线关而此组成与要求的釜上塔板的液相组成属提馏段操作线关系，可见，整理推导出该操作线是解题的关键。由于条件系，可见，整理推导出该操作线是解题的关键。由于条件不足，无法用全塔物料衡算求不足，无法用全塔物料衡算求解解 、 、 ，故提馏段操作线的，故提馏段操作线的斜率需用其它法确定。斜率需用其它法确定。DFL171q4 . 0Fexx65. 04 . 0786. 114 . 0786. 2) 1(1eeexaaxy8 . 04 . 065. 065. 085. 0mineeeDxyyxR6 .12minRR11RxxRRyD327.0615.06 .285.06 .26 .1xx4 . 0Fqxx573. 0327. 0615. 0qqxy 解：当泡点进料时，解：当泡点进料时， 则则 最小回流比最小回流比 则则 再由精馏段操作线方程再由精馏段操作线方程 确定提馏段操作线与精馏段操作线的交点确定提馏段操作线与精馏段操作线的交点代入精馏段操作