陕西科技大学过程装备与控制工程化工原理期末考试复习之化工原理复习

专题1萃取

1.一定温度下测得的A、B、S三元物系的平衡数据如本题附表所示。（1）绘出溶解度曲线

和辅助曲线；（2）查出临界混溶点的组成；（3）求当萃余相中XA=20%时的分配系数灯和选

择性系数/；（4）在1000kg含30%A的原料液中加入多少kgS才能使混合液开始分层？（5）

对于第（4）项的原料液，欲得到含36%A的萃取相E,试确定萃余相的组成及混合液的总组

成。

例1附表A、B、S三元物系平衡数据（质量分数）

编号1234567891011121314

07.9152126.23033.836.53942.544.5454341.6

E相

/908274.267.561.155.850.345.741.433.927.521.716.515

XA02.557.51012.515.017.5202530354041.6

R相

-Vs55.055.15.25.45.65.96.26.67.58.910.513.515

解：（1）溶解度曲线和辅助曲线由题给数据，可绘出溶解度曲线LPJ,由相应的联结

线数据，可作出辅助曲线JCP,如本题附图所示。

（2）临界混溶点的组成辅助曲线与溶解度曲线的交点P即为临界混溶点，由附图可读出

该点处的组成为

心=41.6%,%=43.4%,公=15.0%

（3）分配系数3和选择性系数〃根据萃余相中心=20%,在图中定出R1点，利用辅助曲线

定出与之平衡的萃取相E1点，由附图读出两相的组成为

E相九=39.0%/B=19.6%

R相=20096=73.4%

A

例1附图

分配系数为

,九39.0.,

kA=—=---=195n

“猫20.0

fc=^L=1^1=0.267

及小73.4

选择性系数为

3L95

。=7.303

VkB0.267

（4）使混合液开始分层的溶剂用量根据原料液的组成在AB边上确定点F,联结点F、

S,则当向原料液加入S时，混合液的组成点必位于直线FS上。当S的加入量恰好使混合液

的组成落于溶解度曲线的H点时，混合液即开始分层。分层时溶剂的用量可由杠杆规则求得,

即

卫―0833

FHS96

所以$=0旧833尸=0.0833x100。=83.3kg

（5）两相的组成及混合液的总组成根据萃取相中心=36%,在图中定出E2点，由辅助曲

线定出与之呈平衡的R2点。由图读得

=17.0%；=77.0%(xs=6.0%

R2E2线与FS线的交点M即为混合液的总组成点，由图读得

以=23.5%,心=55.5%,=21.0%

五、（20分）某混合物含溶质A为40%,稀释剂B为60%,拟用单级萃取进行分离，要求

萃取液中含A的浓度X°A不超过20%,某操作温度下，溶解度曲线如图，分配系数kA=l,

试求：

（1）此单级萃取所需的溶剂比S/F为多少？萃余率RXA°/FXFA为多少？此时选择性系数B为

多少？

（2）若降低操作温度，使两相区域增大为如图虚线所示，假设分配系数kA不变，溶剂比

S/F不变，试分析萃取相、萃取液、萃余相、萃余液中A的浓度和过程的选择性系数

如何变化？

专题2蒸播

在乙醇和水的混和液中，乙醇的质量为15kg,水为25kg。求乙醇和水分别在混和

液中的质量分数、摩尔分数和该混和液的平均摩尔质量。

解：（1）质量分数

已知加乙醉=15kg,加水=25kg

—==0-375。分）

m15+25

。水=1-^^=1-0.375=0.625（1分）

（2）摩尔分数

♦乙」0.375

r..=___".酩___=_____46____—Ain（2分）

乙肝°乙酹十°水0.3750.625,

W玄4618

x水=1一%乙醇=1-0.19=0.81（1分）

（3）混和液的平均摩尔质量

A/,“=加乙醉xx乙醉+〃水xx水=46x0.19+18x0.81=23.32kg/kmol（2分）

试题:

若苯一甲苯混和液在45℃时沸腾，外界压力味20.3kpa。已知在45c时，纯苯的

饱和蒸气压/茉=22.7切“，纯甲苯的饱和蒸气压/甲恭=7.63八求其气液相的平

衡组成。

解：（1）平衡时苯的液相组成XQ气相组成y笨

p-p°甲笨20.3-7.612.7……八、

蕊=（—=------------=——=0.84（2分）

*夕°茶一0°甲第22.7-7.615.1

而，才=正“才=也、0.84=0.94（1分）

“p小20.3

（2）平衡时，甲苯在液相和气相中的组成分别为x甲不和y甲笨

x甲琴=1一*范=1一0-84=016（1分）

＞甲策=1—＞范=1—0.94=0.06（1分）

试题：

苯一甲苯理想溶液在总压为101.3kpa下，饱和蒸气压和温度的关系如下：在85c

时，p°於=116.9kpa,2°甲笨=46kpa；在105℃时，p°采=204.2kpa,。。甲琴=86kpa。

求：（1）在85℃和105℃时该溶液的相对挥发度及平均相对挥发度；（2）在此总

压下，若85℃时，x茉=0.78,用平均相对挥发度值求y*

解：（1）在85℃时：%=与±=8^=2.54（1分）

p甲苯46

704?

在105℃时：％="吆=2.37（1分）

286

平均相对挥发度%,=幺*=254+237=246（1分）

22

（2）用求y恭（85℃时）

_%“•海2.46x0.78

=0.897（2分）

''、1+（a一%落1+1.46x0.78

试题：

在连续精微塔中分离含苯50%（质量百分数，下同）的苯一甲苯混和液。要求储

出液组成为98%,釜残液组成为1%（均为苯的组成）。求：甲苯的回收率。

解：（1）把已知的质量分数换算成摩尔分数

M¥=78,M件=92

50/78

进料组成:=0.541（1分）

50/78+50/92

98/78

微出液组成:0.983（1分）

―98/78+2/92

1/78

釜残液组成:0/012（1分）

―1/78+99/92

（2）求D、W

取F=100kmol/h为计算基准，（1分）由全塔物料衡算可得:

F=D+W,及F-XF=DXD+W-XW（2分）联立两式可得:

D=F（xF-x,）=100（0.541-0.012）=5448kmo|/h。分）

XD-X%0.983-0.012

W=F-D=100-54.48=45.52kmol/h（1分）

（3）求甲苯回收率〃w，即是求釜残液中难恢复组分的回收率（釜残液中难挥发

组分的量与其在原料液中的量之比）:

45.52（1-002）x100%

97.98%（2分）

100（1-0.541）

试题：

在一两组分连续精微塔中，进入精储段中某层理论板n的气相组成yn+i为0.75,

从该板流出的液相组成Xn为0.65（均为摩尔分数），塔内气液比V/L=2,物系的相

对挥发度a为2.5,求：（1）从该板上升的蒸气组成yn；（2）流入该板的液相组成

Xn-1；（3）回流比R。

解：（1）求yn可用气液平衡方程由a、Xn求出yn

2.5x0.65

=0.823（2分）

yn

1+（£Z-I）xn1+1.5x0.65

（3）求R

由二=工一=,（1分）可解出：2R=R+1,R=1（1分）

VR+12

（2）求xn-i

①由精微段操作线方程州M=—勺与+丸，得0.75=：X0.65+#

7?+17?4-122

解出XD=0.85（2分）

②因心=_LX〃T+-上,代入已知量得

R+lR+\

0.823=-x„,+^,解出1=0.796（2分）

22

试题：

在连续精微塔中分离某两组分混合物。已知原料液流量为100kmol/h,组成为0.5

（易挥发组分摩尔分数，下同），饱和蒸气进料；懦出液组成为0.98,回流比R为

2.6,若要求易挥发组分回收率为96%,求：（1）储出液的摩尔流量D；（2）提福

段操作线方程。

解：（1）求D

据易挥发组分回收率可求出D

D•x__

——2=0.96,可得0.98。=0.96x100x0.5,解出D=48.98kmol/h（2分）

F-xF

（2）提储段操作线方程

先求L,W,x„；已知饱和蒸气进料q=0

Q）L=RD=2.6x48.98=127.35kmol/h（1分）

②展尸-0=100-48.98=51.02kmol/h（1分）

③由『Xf=。、+匕%（1.5分）可得

100x0.5-48.98x0.98

=F.XF-D.XI）==Q039。

wW51.02

④提偏段操作线方程为：q=0

L+qFW127.3551.02

L+qF-WX，n~L+qF-WX'v~127.35-51.02X，n-127.35-51.02''

即ym+i=1-668x,„-0.026（4分）

某连续操作精微塔，分离苯一甲苯混和液，原料中含苯45%,储出液中含苯95%,

残液中含甲苯95%（以上均为摩尔分数）。塔顶全凝器每小时全凝28000kg蒸汽,

液体在泡点下回流。提微段回流液量为470kmol/h,原料液于泡点进料。求：（1）

釜残液和馈出液的流量（W和D）；（2）回流比R

解：（1）求釜残液流量W,储出液流量D

①M*=78,M甲第=92。泡点进料q=l,此时V=V，，V即等于全凝器冷凝蒸汽

且,,G28000八、

量，故T%z=----=-----（2分）

此,顶朋》顶

式中“顷=78X0.95+92X(1-0.95)=78.7kg/kmol(1分)

28000I./八、

V==355.8kmol/h（1分）

78.7

②由提偏段物料衡算可求出W

W=L'-V'=L'-V=470-355.8=114.2kmol/h（1分）

③由全塔物料衡算求D

F=D+W

F-xF-D-xD+JV-（2分）式中，XF=0.45,XD=0.95

0=1—0.95=0.05,W=114.2kmol/h

联立求解：F=D+114.2

0.45F=0.95D+l14.2X0.05可解出D=91.4kmol/h及F=205.6kmol/h（2分）

（2）求R

cLV-D355.8-91.4

R=—=-----=2.89（2分）

DD91.4

试题：

在某两组分连续精微塔中，已知原料液流量为788kmol/h,泡点进料；储出液组成

为0.95（易挥发组分摩尔分数，下同），釜残液组成为0.03；回流比R为3,塔顶

回流液量为540kmol/ho

求：（1）精偏段操作线方程；（2）提储段操作线方程及提微段回流液量U

答案与评分标准

解：（1）精微段操作线方程

将已知量R=3,XD=0.95代入精储段操作线方程可得:

RxD30.95

K----Xn-----=Xn

+17?+1"R+13+1----3+1

%=0.75乙+0.238（3分）

（2）提谯段操作线方程及提储段回流液量

①已知R=3,L=540kmol/h,可得。=人=理=180kmol/h（1分）

R3

②由全塔物料衡算：F=D+W,可得W=F—D=788—180=608kmol/h（l分）

③泡点进料q=l,提储段回流液量V=L+qE=L+E=540+788=1328（1分）

④提储段操作线方程为：

rw

笫,+1'=77-记》/一77-苏0（2分）代入已知量得：

L—WL—VV

,1328,608„„„

y„,=-----------------------x0.03即

m++1l1328-608m1328-608

Z„+I'=L844XJ-0.02533（2分）

试题：

某双组分连续精偏塔，原料液流量为20kmol/h,塔顶产品量为7.78kmol/h,泡点进

料，回流比为1.92,求：（1）精微段及提储段的回流液量；（2）精储段及提储段

的上升蒸汽量。

解：（1）精偏段及提储段的回流液量（L及LD

①精储段回流液量L

L=RD=1.92X7.78=14.94kmol/h（1分）

②提储段回流液量U

泡点进料q=l,f=L+qF=14.94+20=34.94kmol/h（2分）

（2）精储段及提储段的上升蒸汽量（V及V，）

①精微段上升蒸汽量V

V=L+D=14.94+7.78=22.72kmol/h（2分）

②提镭段上升蒸汽量V，，q=l

V'=V+（q-l）F=V=22.72kmol/h（1分）

在泡点进料下，某两组分连续精微塔的操作线方程为：

1、精微段：y=0.723x+0.263

2、提储段：^=1.25x-0.0187

求：（1）回流比；（2）储出液；（3）釜残液的组成；（4）原料液的组成。

答案与评分标准

解：（1）求回流比R

由精偏段操作线方程y=0.723x+0.263可知：

=0.723（1分）即0.723（7?+1）=H,尺一0.723火=0.723

解出R=2.61（1分）

（2）储出液组成XD

=0.263（1分）代入R=2.61,得x。=（/?+1）x0.263=3.6lx0.263,

xD=0.95（1分）

（3）求“，因均为提微段操作线与对角线交点的横坐标，故联立两线方程：

y=x=x„,

^=1.25x-0.0187（2分）解出X.=1.25x犷-0.0187,%=0.075（1分）

（4）求原料液组成XF，泡点进料q=l,此时两操作线交点的横坐标即XF

y=0.723号+0.263

J=L25XF+0.0187（2分）BP0.723xF+0.263=1.25xF-0.0187,解出

0.263+0.0187

XF=0.535（1分）

1.25-0.723

试题：

有一相对挥发度平均值为3的两组分理想溶液，在泡点温度下进入连续精储塔。

进料组成为0.6（摩尔分数，下同），储出液组成为0.9；回流比为1.5,全塔效率

为0.5o求（1）用逐板计算法求精微段所需要的理论板数NT将；（2）计算精微段

所需的实际板数Np精。（假设塔顶为全凝器）

答案与评分标准

解：（1）用逐板计算法求NT将。已知XF=0.6,XD=0.9,R=1.5,a=3。

①求精微段操作线方程：

y“+i=—x“+^-。代入已知量得：%=-L5—x“+”9=0.6x“+0.36（A）

n+lR+l"R+l"+,1.5+11.5+1

（2分）

②气液平衡方程：

由歹=1X、可得X=----p--r—=----K----r（B）（2分）

l+（＜z-l）xy+—y）ay+3（1—y）

③因假设塔顶为全凝器，故有8。=乂=0.9（1分）代入（B）式可求出xi，

-----：-----=0.75（1分）将项=0.75代入（A）式可求出y2,

%+3（1-必）0.9+3x0.1

y2=0.6%1+0.36=0.6x0.75+0.36=0.81（1分）再将9=0.81代入（B）式求出

X2，x,=—————=0.587Vx尸（XF=0.6）（1分），故可知第二块理论板为加

20.81+3x0.19

料板，精储段所需理论板数NT赭=2—1=1块（层）（1分）

（2）求精库段所需的实际板数NP精，已知ET=50%,

N附、=^.=—=2（1分）

唏ET0.5

试题：

在一双组分连续精微塔中，已知精储段操作线方程为y=0.715x+0.271；q线方程

为y=2.81x-0.91,求：（1）回流比及进料热状况参数；（2）储出液及原料液组成;

（3）若回流比为3,测得从精微段第二层塔板下降液体的组成为0.82（摩尔分数,

下同），从第三层塔板上升的蒸气组成为0.86,则此时的储出液组成又为多少？

答案与评分标准

解：（1）求回流比R和进料热状况参数q

①由精馀段操作线方程：乂用=工-相+儿知：（L5分）

R+lR+1

』-=0.715,可得火-0.715火=0.715,得R=2.51（1.5分）

R+1

②由q线方程；y=—乙》一三•知：（1.5分）

q-Iq-I

-^=2.81,得：2.811一g=2.81,得q=L55（1.5分）

q-i

（2）求谯出液组成XD，原料液组成XF，

①由精微段操作线方程得：二屋=0.271,X。=0.271x3.51=0.951（1.5分）

②由q线方程得:三-=0.91,xF=0.91x（1.55-1）=0.501（1.5分）

9一1

（3）若R，=3,精微段X2=0.82,y3=0.86,求XD'

由精微段操作线方程得：为=上吃+二，代入已知量：

R+lR'+\

0.86-3x0.82=工，得喑=0.98(2分)

44

在连续精幅塔中分离两组分理想溶液。已知原料液组成为0.6（摩尔分数，下同）,

储出液组成为0.9,釜残液组成为0.02。泡点进料。（1）求每获得Ikmol/h储出液

时的原料液用量F；（2）若回流比为L5,它相当于最小回流比的多少倍？（3）假

设原料液加到加料板上后，该板的液相组成仍为0.6,求上升到加料板上的气相组

成。（物系的平均相对挥发度为3）

答案与评分标准

解：（1）求当D=1kmol/h时F为多少?已知xF=0.6,xD=0.9,xw=0.02,D=1kmol/h,

由全塔物料衡算可得：F=D+W=\+W

F-xF=D-XD^W-xw（2分）代入已知量可得：

06(1+%)=1x0.9+0.02乎可求出(0.6-0.02)沙=0.9-0.6=0.3,

解出W=0.52kmol/h,F=1.52kmol/ho（2分）

（2）求R/Rmin，已知a,”=3

①泡点进料q=l,则Xq=XF=0.6（1分），②由气液平衡方程:

二许多3x0.6

=0.818（2分）

%1+（%,T瓦1+2x06

X。一九0.9-0.818

③求Rmin，K"in=0.376（2分）

为一〜0.818-0.6

④求R/Rmin，火/凡.=上三=3.99（倍）（1分）

0.376

（3）求上升到加料板上的气相组成。因加料板是提饵段第一层板，故所求量为y2’

==1.5x1=1.5kmol/h（1分）泡点进料q=l,已知F=L52kmol/h,W

=0.52kmol/h,xw=0.02,X['=0.6

L+qF%

②提镭段操作线方程为:y，n+'~L+qF-W'Xm~L+qF-W代入已知量:

1.5+1.52,0.52x0.02

----------------------------------•X即几+J=1.208x,“'-0.00416（3分）

1.5+1.52-0.52-----1.5+1.52-0.52

③所求歹2'=1.208为'-0.00416=1.208x0.6-0.00416=0.721（1分）

试题：

在连续精储塔内分离两组分理想溶液，塔顶为全凝器。进料量为100kmol/h,其组

成为0.5（摩尔分数）。塔顶易挥发组分的回收率为90%,精储段操作线方程为

y=0.8%=0.19o求：（1）镭出液的组成XD和流量D；（2）釜残液的组成与和流

量W。

答案与评分标准

解：由题给：F=100kmol/h,xF=0.5,小生=0.9

F*xF

（1）求XD和D

①由精馀段操作线方程：北+|=旦％+」①（2分）与题给方程比较可知：

火+1R+\

-^-=0.8,可得R—0.8火=0.8,得R=4（1分）

R+\

②由精储段操作线方程知二=0.19,代入R=4,得：

R+1

=0.19x（4+l）=0.95（1分）

③把F=100kmol/h,XF=0.5,XD=0.95代入可得:

Dx0.9F0.9x100x0.5__,,_〜八、

----2n=0.9,D=-------------------=47.37kmol/h（2分）

F-xFxD0.95

（2）求以和W

可由全塔物料衡算得：

F^D+W100=47.37+%

F-xF=D-xD-\-W-xw（2分）100x0.5=47.37x0.95+W-xw

解出/=100-47.37=52.63kmol/h

刈=（50—45）/〃=/^=0.095（2分）

在一常压连续精微塔中，分离某两组分理想溶液。原料液组成为0.4(摩尔分数，

下同)，储出液组成为0.95。操作回流比为最小回流比的1.5倍，进料热状况参数

q为1.2。操作条件下物系的平均相对挥发度a,,为2；塔顶采用全凝那，计算精饰

段自塔顶向下的第二层理论板上升蒸汽的组成y2o

答案与评分标准

解：已知XF=0.4,XD=0.95,R=1.5Rmin，q=l.2,am=2,求y2

(1)求Rmin

①求气液平衡方程：尸、=二(A)(1.5分)

1+—\)x1+x

②q线方程：八之"一言=3、一36x-2（B）（1.5分）

2x

③联立解（A）、（B）两式，可解出6x〃-2=—j即6xJ+2x“-2=0,

q]+/q"

解出〜=2+1224X6X（2）=*=0434；㈡分）

q2x612

%=6%—2=6x0.434—2=0.604（1分）

④求Rmin包N=0.95-0.604=2.04（2分）

yq-xq0.604-0.434

(2)求实际回流比RR=L5Rmi,1.5x2.04=3.06（1分）

(3)求y2

RxD3.060.95BII

①精僧段操作线方程:儿+1----x“+—=-------x„+-------，即

火+1'R+\3.06+13.06+1

y„+1=0.754x„+0.234（2分）

②求力、xi塔顶采用全凝器，故弘=均=0.95（1分）

2r（）95

气液平衡方程：乂=上一得0.95+0.95%=2/得玉=士父=0.905（1分）

11+x,11.05

③求y2

x,与y2符合精微段操作线方程：

y2=0.754x,+0.234=0.754x0.905+0.234=0.916（1分）

在常压操作的连续精镭塔中分离含苯0.46（摩尔分数）的苯一甲苯混和液。已知

原料液的泡点为92.5℃,苯的汽化热为390KJ/kg,甲苯的汽化热为361KJ/kg。求

以下各种情况下的q值：（1）进料温度为20℃的冷液体；（2）饱和液体进料；（3）

饱和蒸气进料。

解：（1）20C的冷液体进料下的q值

①原料液的平均汽化热rm

rrx+rx

n,=A-AB-BMA=78，MB=92（1分）

LU=0.46X78X390+0.54X92X361=31930KJ/Kmol（1分）

②原料液的平均比热容Cp.m

进料温度为20℃,料液泡点为92.5C,平均温度为酊=工（20+92.5）=56.25℃（1

分）2

查出在56.25C时,苯的Cp为1.81KJ/（kg「C）,甲苯的Cp为1.82KJ/（kg「C）（1分）

所以=0.46x78x1.81+0.54x92x1.82=155.4KJ/（kmol-℃）（1分）

③求q：对于冷液体进料有：

上上=上文=3193。+155.4x（92.5-2。）=1353（3分）

IV-ILr31930

（2）饱和液体进料

据其定义可知：At=O,4=2=1（1分）

r

（3）饱和蒸气进料

据定义知：q=0（1分）

用一连续精微塔分离由组分A、B所组成的理想混和液。原料中含易挥发组分A

为0.45（摩尔分数，下同），镭出液中含组分A为0.96。在操作条件下，溶液的平

均相对挥发度为2.3,最小回流比为1.65。求：（1）q值；（2）说明原料液的进料

热状况。

答案与评分标准

解：（1）求q值

由Rmin的定义可知：平衡线与精微段操作线的交点也必然是q线与平衡线的交点

ax2.3x

①气液平衡方程：y(A)(1.5分)

1+(tz—l)xl+1.3x

②精谯段操作线方程:

R+_凡"：+1.650.96

xv---------XH-----------

火+1R+14加+1+11.65+11.65+1

得y=0.623x+0.362(B)(2分)

23x

③联立(A)(B)两式得：0.632%+0.362=.",整理得:

q1+1.3%

0.623%+0.362+0.8lx/+0.471%=2.3%

0.8反；一1.21%+0.362=0,可得:

1.21-J(-1.21)2-4x0.81x0.362

=0.414(3分)

q2x0.81

yg=0.623%+0.362=0.623x0.414+0.362=0.620(1分)

④由q线方程：歹=-^》一旦，代入已知量招，X",打，得：

夕一］q-1

0.620=4x0.414-些，整理得：0.62q-0.41的=0.62-0.45

q-\q-\

得q=0.825（2.5分）

（3）因q=0.825,在0〜1之间，故进料热状况为气液混合物。（1分）

在一连续精偏塔内分离某两组分理想溶液。已知进料组成为0.5（摩尔分数，下同）,

釜残液组成为0.05；塔顶采用全凝器，操作回流比为最小回流比的1.777倍；操作

条件下物系的平均相对挥发度为2.303；精储段操作线方程为y=0.72x+0.275。求

（1）塔顶易挥发组分的回收率为）;（2）进料热状况参数q。

答案与评分标准

解：（1）求％,:

①求回流比R和储出液组成xD0

精馀操作线方程为：兄M=U-X,,+上（2分）

R+\R+\

由精储段操作线方程知：」一=0.72,整理得火-0.727?=0.72

7?+1

得R=2.571（1分）

②求0/斤：

由全塔物料衡算：\F=D+W

Y

F-xr-D-xD+W-xw（2分）

整理得,1="n+丝W

JFF

DW

iX=—X+—X

FrDrW

将工=i_2代入下式得：与=2乙一2%+即，可得：

FFFF

0.5-0.05

=0.4828（2分）

0.982-0.05

DX0.4828x0.982

③牝-----Dx100%=--------------x100%=94.82%（1分）

FxF0.5

（2）求q

R2.571,.，、八、

①-----=------=1.447（1分）

1.7771.777

xD-y_0.982

②凡mq1.447（1.5分）

y「Xqyq-xq

2.303XX"

③由气液平衡方程知人________________q（1.5分）

l+（（z-l）x

9l+1.3O3xX?

联立以上两式且整理得：（1.447Xg+0.982）（1+1.303%）=5.635%

即1.885x；_2.91演+0.982=0

2.91-7（-2.91）2-4x1.885x0.982_2,91-1.03

得乙=0.5（2分）

2x1.8852x1.885

④因乙=丹=0.5,所以进料为饱和液体，则q=l（1分）

试题：

在某连续操作的板式精微塔中，分离两组分理想溶液。原料液流量为lOOkmol/h,

组成为0.3（易挥发组分的摩尔分数，下同），泡点进料。储出液组成为0.95,塔

顶易挥发组分的回收率为95%。操作回流比为3,图解所需理论板数为20（不包

括再沸塔）。全塔效率为50%,空塔气速为0.8m/s,板间距为0.4m,全塔平均操

作温度为60℃,平均压强为101.33kPao求：（1）塔的有效高度Z；（2）塔径D塔。

答案与评分标准

解：（1）求塔的有效高度Z

N

①实际塔板数NP="='=40（1分）

ET0.5

②塔的有效高度Z=（Np—l）〃r=（40-1）x04=15.6m（1分）

（2）求塔径D塔

①求D已知塔顶易挥发组分的回收率%,=95%,

=^£.=0.95（1.5分）已知产=100kmol/h,x。=0.95,xF=0.3,代入

F-xF

c0.9577-x0.95x100x0.32,

可求出DD=-----------工F=------------------=30kmol/h（1.5分）

xD0.95

②求V及Vs

因泡点进料,q=l,则K=P=（R+1）0=（3+1）x30=120kmol/h（1分）

上升蒸气体积流量为:

22.4/T-po22.4x120（273+60）101.33

3（分）

-------X-------3600-273-X101.33=0.911m/s3

3600TQ・p

③塔径为:

D塔=、牛=、4x0.911=^j=i20m,（计算出塔径正好符合标准，不必圆整

VTillV7Tx0.8

了）（2分）

试题：

常压操作的连续精储塔，分离含苯为0.44（摩尔分数，下同）的苯一甲苯混和液。

原料液流量为175kmol/h,微出液组成为0.975,釜残液组成为0.0235。操作回流

比为3.5；加热蒸气绝压为200KPa,冷凝液在饱和温度下排出，再沸器热损失为

1.0X106KJ/ho塔顶采用全凝器，泡点下回流；冷却水进、出冷凝器的温度分别为

25c和35℃,冷凝器的热损失可略。进料热状况参数为1.362。苯和甲苯的汽化热

分别为389KJ/kg和360KJ/kg,冷却水的平均比热容可取4.187KJ/（kg•℃）。求:

（1）全凝器的热负荷Qc和冷凝水消耗量Wc；（2）再沸器的热负荷QB和加热蒸

汽消耗量Who

答案与评分标准

解：（1）求Qc和Wc

①求D和W

[F^D+W代入已知量（产=。+〃=175

[F-XF=D-XD+W-XW（2分）[175x0.44=0.9750+0.0235%

整理：77=0.975（175-%）+0.0235%；170.6-0.952^=77

解出％=98.3kmol/h,D=76.7kmol/h（2分）

②P=（R+1）。=（3.5+l）x76.7=345kmol/h（1分）

[fOT'=K+（7-1）F=345+（1.362-l）x175=408kmol/h（1分）

③冷凝器的热负荷QcM米=78kg/kmol

由于塔顶储出液儿乎为纯苯，且泡点回流，则

IVvLfn-I,LUn=r不«=389x78=30340KJ/kmol（1分）

而Qc=V^VD—4。）=345x30340=1.05xl07KJ/h（1分）

④冷却水消耗量Wc

5

Wc=——笔~r=l"xl07=2.5x10kg/h（2分）

6,（4-J4.187（35-25）

（2）求QB和Wh

M甲苯二92kg/kmol

①同样，因釜残液儿乎为纯甲苯，故/可取为纯甲苯的汽化热，

lvw-Ilw=而笨'=360x92=33120kg/kmol（1分）

②。8=广（/~一/〃,,）+。£=408x33120+1.0x1（）6=145x1（）7KJ/h（1.5分）

③求Wh

由附录查出绝压为200KPa时水的汽化热为2205KJ/kg（0.5分）

巾QH1.45X10,­、„八、

W=——=-------=6576kg/h（1分）

hr2205

试题：

含苯0.45（摩尔分率）的苯一甲苯混和溶液，在101.33KPa下的泡点温度为94℃,

此混和液的平均下摩尔比热容为167.5KJ/（kmol•℃）,平均千摩尔汽化热为30397

kg/kmol,求该混和液在55c时的q值及q线方程。

解：（1）因55℃＜混和液的泡点94℃,故进料为冷液体（1分）

（2）对于混和液的q值可用下列计算式：（据q值定义可得来）

厂+C儿，)=—几—=]+167.5(94-55)“2]5(3分)

q

30397.6

（3）q线方程为

1.2150.45

---------------X

1.215-1---1.215-1

整理得：y=5.65x-2.09(2分)

15,某精微塔用以分离A组分（易挥发组分）和水的混合物，已知XF=0.5（摩尔分率，下同）,

XD=0.95,xw=0」，回流比尺=1.5,泡点回流，饱和液体进料，塔顶采用全凝器，塔底用饱和水

蒸汽直接加热，物系相对挥发度a=2.25,

试求：（1）离开塔顶第二块理论板的汽相浓度；

（2）塔顶采出率D/F。

饱和水蒸汽

（1）精镭段操作线方程为:

Rx1.50.95

----xH----D-——xH-----=0.6x+0.38

R+l"R+\2.52.53分

%==0.95

2分

0.95

0.894

”(aT)K2.25-1.25x0.95

2分

y=0.6Xj+0.38=0.6x0.894+0.38=0.916

22分

(2)

F+S=D^W

<FXF=DXD+Wxw

S=K=(H+l)O+(q-1庐

«Fx().5=r)xO.95+^xO.l

S=*2.5Z)+(1-12

D

0.36

解之得:F

9-2操作线方程

有如图的精微流程，以回收二元理想混合物中的易挥发组A。塔I和塔II的回流比都是3,

加料、回流均为饱和液体。

已知：XF=0.6,XD=09,XB=0.3,XT=0.5（均为摩尔分数），F=100kmol/h»整个流程可使易挥

发组分A的回收率达90%«试求：（1）塔II的塔釜蒸发量；（2）写出塔I中间段（F和T之间）

的操作线方程。

习题9-2附图1

思路分析：（1）求塔II的塔釜蒸发量，即塔H的提馀段上升蒸汽流量。求解思路见下:

%=%=(4+1)7-►

F+T=D+B

D.□

Fxr+TXT=DXD+BXBF

r/=DXD/FXF-------►

（2）求塔I中间段（F和T之间）的操作线方程，实际上就是确定F与-T之间任意两板间的

两相组成关系，由操作方程的知识可知，可在塔F与T间的任一板与塔顶或塔底或整个II塔

间列轻组分的物料衡算式求取。FtF

解：（1）塔U的塔釜蒸发量

据已知轻组分的回收率代入数据有

0.9。

0.9

0.6x100

解得：D=60kmol/h

对I塔作物料衡算

F+T=D+B

FXF+TXT^DXD+BXB

即100+7=60+8

100x0.6+Q.5T=60x0.9+0.38

解得7^=30kmol/hB=70kmol/h

对n塔V2=(7?2+1)T=(3+1)x30=120kmol/h

沅=%_(1一q?)B=%=120kmol/h

(2)塔I中间段(F利T之间)的操作线方程

【方法一】在F与T间的任一板与I塔顶作物料衡算

FXF+V'yn+X=DXD+L'xn

因/=1,所以

v'=v={R,+1)D=(34-1)x60=240kmol/h

L'=L+qiF=RiD+qlF=3x60+lxW0=280kmol/h

28060x0.9-100x0.6

习题9-2附图2

［方法二】在F与T间的任•板与II塔作物料衡算

畋w+&L以

_L'Wxw

K+i=它“--—

Wxw=0.=0.1x100x0.6=6kmol/h

9-3间接蒸汽加热、泡点进料时的设计型计算Dt口

在•常压精储塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶采用全凝器，泡点回流，塔底间接蒸汽加热。

原料处理量为4000kg/h,组成为0.4（苯的质量分数，下同），要求塔顶储出液组成为0.96,

苯的回收率不低于98%,泡点进料。已知体系的相对挥发度a=2.5,实际回流比为最小回流比,

的1.5倍。已知苯、甲苯的摩尔质量分别为78.11kg/kmol和92.13kg/kn»k试求：⑴塔顶

产品量。（kmol/h）、塔底残液量做kmol/h）及组成xw：⑵自塔顶算起的彘二桢M下降液体中

苯的组成；（3）离开最后一块塔板的液体中苯的组成；（4）因长期操作，再沸器内结垢，试问对

塔顶、塔底产品质量有何影响？写出分析过程（假设此时F、D、