化工原理第五章精馏答案

1、五蒸馏习题解答1解：作x-y图及t-x(y)图,作图依据如下： / xA = (p-p B0)/(pA0-pB0)；yA=pA0冷A/p以 t=90 C 为例,xa=/=yA=1008 X760=计算结果汇总：t C90100110120130x10y10(1+10(2) 用相对挥发度计算x-y值：y= a x/1+( -1)x 式中 a =a=1/2( 1+ a2) a=A0/pB0a1=760/= ; 2=3020/760=二 aM=1/2( 1+ a2)=1/2+=y=(1+,y-x图,t-x(y)图如下：由此计算x-y值亦列于计算表中21题附图2解：(1) 求泡点：在泡点下两组分的蒸汽

2、分压之和等于总压P,即:P A + pB= pA0XA+XB0XB=p求泡点要用试差法，先P A0=mmHg pB0=mmHg设泡点为87 Cigp A0=igp B0=X +x =595 600mmHg泡点为87C ,气相平衡组成为y=p A/p=pa0xa/P= 600=(2)求露点：露点时，液滴中参与甲苯组成应符合下列关系：X A+XB = 1或pA/p A0+pB/pB0 = 1式中p A= X760=304mmHg;p b= X760=456mmHg(103+=求露点亦要用试差法，先设露点为103C，则:lg Pa0： p A0=mmHglgp B0=pB0=mmHg于是：304/+

3、456/=%残液量求取：W/D=F/D-1=1/= W=(V-L)=(850-670)=kmol/h8解：(1)求D及W,全凝量VF=D+WFxf =Dxd +Wxwxf =,xd =,xw =(均为质量分率)F=100Kg/h,代入上两式解得：W=Kg/hD=Kg/h;由恒摩尔流得知 :F78+92)=V78+92)注意 :如用质量百分数表示组成 ,平均分子量 M m=1/(aA /M A +aB/M B)解得 V=87Kg/h 由 于塔顶为全凝器 ,故上升蒸汽量 V 即为冷凝量 , (2) 求回流比 RV=D+L L=V-D=Kg/hR=L/D=( 因为 L 与 D 的组成相同 ,故亦即为

4、摩尔比 )(3) 操作线方程 . 因塔只有精馏段 ,故精馏段操作线方程为yn+1 =RX n /(R+1)+X D /(R+1)式中 XD 应为摩尔分率XD =( XD /MA)/XD /MA+(1-XD )/M B =78)/78+92)= yn+1=+= +操作线方程为 ：yn+1 = +9 解 ：y=R/(R+1)X+X D /(R+1)R=+ R=3XD /(3+1)=XD =q=+ q=(1) R/(R+1)=(2) XD /(R+1)=(3) q/(q-1)=(4) +=+(5)0q1xq = 原料为汽液混合物+= + X10 解 :(1) 进料平均分子量 :求精馏段上升蒸汽量 V

5、和下降的液体量 L,提馏段上升蒸汽量 V和下降的液体量 L.MmX= 78+X92=F=1000/=Kmol/hFxF =DxD +WxW F=D+WX=DX + D=Kmol/hW=Kmol/hR=L/D, L=X=Kmol/hV=(R+1)D= X=Kmol/h平均气化潜热 r=30807X+33320X=KJ/Kmol从手册中查得Xf =时泡点为95C ,则：q=r+cp(95-20)/r=+75)X/= L=L+qF=+ X=Kmol/hV=V-(1-q)F=+=XKmol/h(2) 求塔顶全凝器热负荷及每小时耗水量 .Qc=Vr r= X30804+33320 XKJ/Kmol Qc

6、=X=KJ/h 耗水量 Gc=(50-20)=Kg/h(3) 求再沸器热负荷及蒸汽耗量 . 塔的热量衡算QB+QF +QR=Qv+QW +QLQB=Qv+QW +QL-QF -QR该式右边第一项是主要的,其它四项之总和通常只占很小比例,故通常有 :QbQv=V -IvIv=(r+Cpt)=+=XKJ/Kmol QB=X=KJ/hKgF/cm 2下蒸汽潜热 r=522Kcal/Kg=522X18=KJ/Kmol蒸汽需量为 GvGv =QB/r=h= xi8=Kg/h(4) 提馏段方程 y=Lx/(L-W)-Wx W /(L-W)= 解 : 提馏段 : ym+1=(1)=Lx M /V-Wx W

7、/V, L=L+qF=RD+FV=(R+1)DW=F-D,精馏段: yn+1 =Rxn /(R+1)+xD /(R+1)= + (2)q 线:XF =(3)将(3)代入 (1)得出: ym+1 = X代入=x+ ,xD =12 解 :(1) y1=xD =,=+ x1=,yw =3)(3+1)+(3+1)=,= Xxw +,xw =,(2) D=100W=(Kmol/h)求 R,x D,xW/ R=精馏段操作线斜率为 R/(R+1)=13 解 :(1)提馏段方程 y=Lx/(L-W)-Wx W/(L-W)= 精馏段操作线截距为xd/(R+1)=XD =提馏段操作线与对角线交点坐标为y=x=x

8、WxW = xW(2)饱和蒸汽进料时 ,求取进料组成将 y=+xw =y=联立求解 ,得 x=,y=因饱和蒸汽进料 ,q 线为水平线 ,可得原料组成 y=xF= 14 解:(1) y i=XD =,xi=(4-3 =,(2) y2=1 x(1 + 1)+2=(3) xD =xF =,yD =2+2=15 解:(1)FxF=Vyq+Lxq=(1/3)y q+(2/3)xq y q = /(1+(2). xq=yq=Rmin=(x D-yq)/(y q-xq)=R=D=X=w=456789柞；W/V=V=(R+1)D=xW=(Fx F-Dx D)/W=L=L+qF=+(2/3) y=(L/V)x-

9、WxL=RD=X =;V=V-(1-q)F=3=X16 解:精馏段操作线方程a)x=(i+yn+1 =3/4xn + 平衡线方程y=a x/1+(提馏段操作线方程y=其计算结果如下： N010由计算结果得知：理论板为10块(包括釜),加料板位置在第五块;17解：D/F=(x F -XW )/(x D -XW )= )/ )=解得:XW =精馏段操作线方程：yn+1 =(R/(R+1)x n +XD /(R+1)= + 平衡线方程:y= a x/(1+( -a)x)=3x/(1+2x) 或:x=y/( - a a1)y)=y/(3-2y) 交替运用式(1),(2)逐板计算：(2)XD =y 1=

10、.X1=;y2=,X2=； y3=,X3=00.40.&0.81.0 *XW-119题附图V=+1)=hL=L+qF=RD+F= +100=h 由图读得 ：yW =, xW-1=20 解：(1) 原料为汽液混合物 ,成平衡的汽液相组成为x ,y平衡线方程 y=ax/1+( -a1)x=(1+ (1 )q 线方程 (q=2/(1+2)=2/3) 则(2)y=q/(q-1)x-x F /(q-1)=-2x+ 联解(1),(2)两式,经整理得 ：-2x+=(1+解知 ,x=y=(2) Rmin=(x d -ye)/(ye-xe)=解：因为饱和液体进料 ,q=1ye=aX1+( -a)xe= (1+

11、=Rmin=(x D -ye)/(ye-X e)=R=XRmin =Nmin=lg(XD /(1-XD )(1-XW )/xw )/lg a =lg(0. 95/0. 05)/=x=(R-R min)/(R+1)=Y=(N-N min)/(N+1) Y= /(N+1)=解得N= 取15块理论板(包括釜) 实际板数 ： N=(15-1)/+1=21( 包括釜 )求加料板位置 ,先求最小精馏板数(Nmin)精=lgX D /(1-x D ) (-XF )/XF /lg a=ig /=N 精 /N=(N min )精 /Nmin N 精=N(N min)精/N min = =则精馏段实际板数为 =取

12、 11 块 故实际加料板位置为第 12 块板上 .22 解：(1)由 y= a x/1+( -1)x=(1+作 y-x 图由于精馏段有侧线产品抽出,故精馏段被分为上 ,下两段 , 抽出侧线以上的操作线方程式yn+1 =Rxn /(R+1)+xD /(R+1)=2/3xn + (1)V=L+D 1+D 2Vys+1=Lx s+D1xD1+D 2xD2 ;ys+1=Lx s/V +(D 1xD1+D2xD2)/V=Lxs/(L+D 1+D2)+(D 1xD 1+D2xD2)/(L+D 1+D2); L=L 0-D2, 则 :侧线下操作线方程推导如下 以虚线范围作物料衡算ys+i=(L 0-D2)x

13、s/(L 0-D2+D1+D2) +(Dixd 1+D2XD 2)/(L 0-D2+D 1+D2) =(R-D 2/D1)xs/(R+1)+(x D1+ D2XD2/D1)/(R+1)(R=L 0/D1)将已知条件代入上式，得到：ys+1=+(2)用图解法，求得理论塔板数 为(5-1)块，见附图.23解：根据所给平衡数据作x-y图.精馏段操作线yn+1 =Rx n /(R+1)+x d /(R+1)=/+1)+1)=+q线方程与q线：料液平均分子量：M m= + X18=甲醇分子汽化潜热：r=252 32 =KJ/Kmol水的分子汽化潜热：r=552 8 =KL/Kmol 料液的平均分子汽化潜

14、热X22题附图Xr= + 冷KL/Kmol料液的平均分子比热Cp = x=KL/Kmol -C q=r+Cp(ts-t F )/r=+(78-20)/=q 线斜率 q/(q-1)=1/13/0.13=提馏段操作线方程与操作线：由于塔釜用直接蒸汽加热，故提馏段操作线过横轴上(XW ,0) 点汙是在x-y图上，作出三条线, 用图解法所得理论板数为块，可取8块(包括釜).24解：对全塔进行物料衡算：F1+F2=D+WF1XF1 +F2XF2 = Dx d +Wx w100 -200 =D+W= Rmin=R=+/=/Xw= Emv=解：由图可知：该板的板效率为Emv=(y 1-y )/(y 1*-y

15、W)从图中看出,y1=xD =,关键要求y1*与yw .由已知条件 Dxd /FxF = D/F= =作系统的物料衡算：Fx F =Dxd +Wx WF=D+W联立求解：XF =Dxd /F+(1-D/F)x w= +XW习题27附图解得XW =因塔釜溶液处于平衡状态，故yW = axv /1+( -1)XW = (+ yW与X1是操作线关系.yn+1 =LX n /V-Wx W /V=Fx n /D-Wx w/D =Fx n /D-(F-D)x W /D=Fx n /D-(F/D-1)x w yn+1 =Xn /(1/=当 yn+1 =yw 时,Xn =X1X1=(y w +/=+/=与X1

16、成平衡气相组成为y1*y1*=aX1+( a1)X1= 1+ Emv=解：10beQE0Q 吒 U,4M IQ 贰,相当于一个提馏塔.(1)精馏段有两层理论板,XD =,X F =,用试差法得精馏段操作 线ac,与x=x F =线交于d.提馏段有两层理论板，从点d开始再 用试差法作图，得提馏段操作线 bd,得：XW =xd/(R+1)=100=D+WF=D+W Fxf =Dx d +Wx w100 =DX+W/00 =h,W=hxw = /W= 00 R= xd /(R+1)= q = 1Xq =查图得 yq =Rmin =(XD -yq )/(y q -Xq )=在y-x图中绘图得Nt =1

17、5-1=14块(未包括釜),N加料=第6块理论板Np=14/=20块(不包括釜)Np精=5/=,取8块,.第九块为实际加料板可用措施：加大回流比,XD t ,x J , n = t(2)改为冷液进料，Nt =Dxd =Fxf -Wx w =Fxf -(F-D)x w =150 X150-D) MD=h W=F-D=h(2) NtXD =,xw =,q=1,XD /(R+1)=+1)=a, b,q线:xf=、q=1, q线为垂线。作图得:Nt =12-1=11,不含釜,Nf =7 (3)液气比精馏段：L/V=R/(R+1) =+1)=提馏段：L7V=(L+qF)/(L+qF-W)或 V=V ,L

18、=RDL/V=(RD+F)/(R+1)D)= X+150)/x=(4)由于再沸器结垢，则 Qb J ,V J ,.Rxb J若要求维持Xd不变，应提高再沸器加热蒸汽的压力ps,及时清除污垢31解：(1)R=时,XD ,xw各为多少？ 由题知，当塔板为无穷时：R=R min =,对泡点进料,30题附图Rmin =(XD -ye)/(ye-Xe)Xe=XF =,ye=aX1+( -a)Xe= a f/1+( 于是:(XD /Fxf =Dx d +Wx wXF =Dxd /F+(1-D/F)x w由题知D/F=代入上式，解得Xw =,(2)R=时，求 XD ,xw .由题知，当塔板为无穷多时，R=R

19、min =-a)xF=2 X1+=解得：XD =Rmin =(X D-ye)/(y e-Xe)同理求得XD =,代入物料衡算式XF =Dxd /F+(1-D/F)x w=X=XWXW =,不成立.题附图故操作线与平衡线应取XW =0处相交，即:XW =0 ；Fxf =Dx d +Wx w/ XD =Fx F /D= X/=此时精馏段与提馏段操作线示意图如上：3132解:(1) XF =yq =,; Xq =yq/( -( a1)yq)=(3-2 x Rmin =(X D-yq)/(yq-Xq)=F=D+WR=2x=Fxf =Dx d +Wx w=+D=W=L=RD=X =L=L=V=V=V-F

20、=y=(2)精馏段操作线y=(L/V)x+Dx D /V=x+ Xy=+或 y=Rx/(R+1)+x D /(R+1)=+=+y1=XD =X1=y1/(3-2 yX=(3-2 Xy2= X+=应维持R不变，此时V=F=1此时 D=V/(R+1)=1/+1)=即D/F应改为XW=(Fx F-Dx D)/W=33解：q=(r+(80-20)C p)/r=(40000+60100X40000=W=L+qF=X 100=115D=F+S-W=100+50-115=35Fxf =Dx d +Wx wy=(L/s)x-(W/S)x W =y2与XW成平衡/. y2=3xwX1=y2/+xw =y1=3x

21、1= =XD100 X) 2=35 +115xwXW =XD =n =35 X (1000 X34解：作精馏段物料衡算，得精馏段操作线方程:yi=、 XD=yn+1 =(R/(R+1)x n+XD/(R+1) 将 X0=、代人上述方程：=(R/(R+1)+(R+1)解得： R=操作线：截距 Xd/(R+1)=*1)=作精馏段操作线ac再就q=1,XF=作进料线。从y1、xo开始作梯级，共得 6块理论板。35解：Xn =对第 n 块板：E mL =(Xn-1-Xn)/(Xn-1-Xn*)=；yn=ax71+( -a)Xn*=2x n*/(1+Xn*)对第 n 板作物料衡算：100 X+100 =

22、100 X(2xn7 ( 1+Xn*) )+100 汽 Xn*) 解得： Xn*=Xn= =yn=2 (1+=FxF=DxD+Wx WVy1=Dx D+Lx L2yi=x D+xL(1)(2)(3)(3)36 解： 作全塔总物料衡算： F=D+W 作全塔易挥发组分物料衡算： 作分凝器易挥发组分物料衡算： 因为： V=2D L=D ，(3)式： 相平衡方程：XD=ax. /1+ ( a-1 ) XL即：=/1+ () XL解得：xl=；代人(3)式：2yi=+,得yi = yi=yw=代人平衡方程：=/1+ () XW 解得： XW=代人( 2)得： D=F(XF-XW)/(XD-XW)= Km

23、ol/h, W=h 汽化量：V=2X = Kmol/h37 解：(1) 精馏段操作线方程：yn+1=(R/(R+1)X n+XD/(R+1) =(4/(4+1)X+(4+1)=+提馏段操作线方程：y=(L /V-(W )/XV )WXD/F=(x f-xw)/(xd-xw)=/=t wc=因为q=1,所以：L/V=(L+F)/(R+1)D=R(D/F)+1/(R+1)D/F=(4 +1)/(4+1) =(W/V)xW=(F-D)/(R+1)DxW=(1-D/F)/(R+1)D/FxW=/(5 =所以： y=(2)yq=ax/1+( -a) XF =2 +(2-1)=若平衡点在进料口处：Rm/(

24、Rm*1)=4/(4+1)=(x D-yq)/(xD-xF)=/ t Dx=不可能在进料口平衡。在塔顶平衡：即 xD=1D/F= (xF-xW) /(xD-xW)=;/(1-xW)=解得 xW= 故不可能。在塔底平衡：即 xW=0XDmax=FXXF/D=38 解：(1 )饱和水蒸气用量 S=V=V= ( R+1 ) D= , ( q=1 )y1=XD=Emv=(y 1-y2)/(y1*-y2)=/+=1)Vy2=Lx 1+Dx D勺2=%1+DXD=+ 整理得：=2)整理得：联解( 1)、(2)式得： X1=(2) F+S=D+W;S=V=; F+=D+W(3)(4)即F+=WFXxf=DX

25、xd+W xw式( 3)代人( 4)消去 W 得：D/F=(xF-xW)/(xD+=解：(1) n =Dx)/(Fxf)= xd(xf-xw)/( xf(xd-xw )=XD t xd =D/F= nx/x d= x= D=0.64F=64Kmol/h, W=36Kmol/h(2) 该塔只有提馏段，又 q=1, L=F,V=D, 故( L/V ) =F/D操作线方程：yn+i=(F/D)x n-(W/D)x w=(100/64)x n-(36/64)XNtts时，可获得 XDmaxq=1. q线是垂线交平衡线上ye点ye=ax心+( a-1)XF)=(3 X1+2 X此值是否最大值必须校验，由

26、于F, V不变，二D , W不变xW=(xF-(D/F)x D)/ (W/F)= 当 xW =0,夹点在塔底 xDmax=(F/D)xF=40 解：(1) F1XF1+F2XF2=DXD+W XW1 x+x=+F1+F2=D+W1+=D+W/ D=s W=sL=RD=s LffyV=L+D=s=L+qiFi=s V =V=s=(L /V )x d+(Dxfi)/V =X + XX/ y = +q线交点落在平衡线上)(2) 若夹紧点在第一进料口处(第一段操作线与xq1=yq1=3X(1+2 X=R m=(x)-yqi )/(y q1 -Xql)=若夹紧点在第二进料口处:yq2= Xq2=yq2/

27、( -( a1)yq2)=(3-2=解得： Rm =L=RD=2D=1L =L+qF=2+(1)(2)x2=x3=x4=共需四块理论板(2)设操作线上端与平衡线相交x=+y1=y2=y3=y4= x Dy=x D(2)(3)(1)x=y/( a a1)y)=y/(3- 2y) Fxf=Dxd+Wxw xd+xw=1联立求得Xd=即Ntts，塔顶浓度为42 解：全回流条件下，操作线方程为. yn= xn-1= yn+1= xn= 已知 xn-1=xn=xn+1=由平衡数据线性插值得到yn+1= xnyn+2= xn+1=xn*=xn+1yn =yn+1 =yn- yn+1) /( yn*- yn

28、+1)* En+1，v=( y n+1- yn+2) /( y n+1*- y n+2) 将已知数据带入上述相应公式，得到En,vEn,L =(x n-1- xn)/(x n-1- x n*)*En+1 ，L =( x n- xn+1)/(x n- x n+1 )En,L =En+1， L=En,v = En+1 ，v =解：先由精馏段操作线方程求得R和XD，再任意假设原料液流量F，通过全塔物料衡算求得D、W及XW，而后即可求出提馏段操作线方程。Emv1 可由默夫里效率定义式求得。1 提馏段操作线方程解得解得其中由精馏段操作线方程知RR=0.75XpR 10.20XD=设原料液流量F=100kmol/hD=xi00=40kmol/hW=60kmol/hF