化工原理答案

1、 蒸馏蒸馏 5、 在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。 已知原料液流量为 4000kg/h， 组成为 0.3（二硫化碳质量分数） ，要求釜液组成不大于 0.05，馏出液回收率为 88%。试求 馏出液的流量和组成，分别以摩尔质量和摩尔分数表示。 解：全塔物料衡算（质量分数表示） WDF WxDxFx WDF 由题意得：F=4000，xF=0.3，xW=0.5，88. 0%100 F D D Fx Dx 代入上式得 故 943 . 0 1120 3 . 0400088 . 0 /112028804000 /2880 05 . 0 3 . 0400012 . 0 D Fx x hk

2、gD hkgW W FD D 下面用摩尔分数表示 hkmol xD /36.14 76 0.9741120 D 974. 0 154/057. 076/943. 0 76/943. 0 18 6 在常压操作的连续精馏塔中分离甲醇 0.4 与水 0.6（均为摩尔分数）溶液，试求以下各种 进料状况下的 q 值。 （1）进料温度为 40（2）泡点进料（3）饱和蒸汽进料 （1） 查得甲醇汽化潜热 1150kJ/kg，水的汽化热为 2300 kJ/kg，故平均汽化热为： kg/kJ27.1676 186 . 0324 . 0 1823006 . 0 186 . 0324 . 0 3211504 . 0

3、r 由题中数据可得 x=0.4 时，溶液泡点温度为 75.3，则平均温度为： 65.57 2 403 .75 m t 查平均温度下甲醇比热为 65kJ/kgK 溶液平均比热为 KkgkJ /35. 3 186 . 0324 . 0 1818. 46 . 0 186 . 0324 . 0 3265. 24 . 0 cp 最后由热状态参数 q 定义得： 07. 1 27.1676 27.1676)403 .75(35. 3 r rtc q p （2） 泡点进料 q=1 （3） 饱和蒸汽进料 q=0 7 对于习题 6 中的溶液，若原料液流量为 100kmol/h，馏出液组成为 0.95，釜液组成为

4、0.04 （摩尔分数） ，回流比为 2.5，试求产品流量，精馏段下降液体流量和提馏段上升蒸气流量。 假设恒摩尔流。 解：对全塔进行物料衡算 F=D+W FxF=DxD+WxW 代入题中所给数据得：04. 0D10095. 0D4 . 0100）（ 解得： D=39.56kmol/h 则：W=100-39.56=60.44kmol/h L=RD=2.539.56=98.9 kmol/h h/kmol46.13856.3915 . 21)D(RV）（ 根据恒摩尔假设 V=V+(q-1)F=138.46+(1.07-1)100=145.46 kmol/h 11 用一连续精馏塔分离由组分 A、B 所组

5、成的理想混合液。原料液中含 A0.44，馏出液中含 A0.957（摩尔分数） 。已知溶液的平均相对挥发度为 2.5，最小回流比为 1.63，试说明原料液 的热状况，并求出 q 值。 解：最小回流比 qq qD min x-y y-x R 气液平衡曲线 q q x11 x y ）（ 将题中所给数据 xD=0.957，Rmin=1.63 和 =2.5 带入两式， q q q q q x- x5 . 11 x5 . 2 x5 . 11 x5 . 2 -957. 0 =1.63 解得：xq=0.366 yq=0.591 所以 04. 2 366. 044. 0 591. 044. 0 x-x y-y

6、1-q q qF qF 则 q=0.671 原料液热状况为汽液混合进料 12 在连续精馏塔中分离某组成为 0.5（易挥发组分摩尔分数）的两组份理想溶液。原料液于 泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器。分凝器向塔内提供回流液，其组成为 0.88，全 凝器提供组成为 0.95 的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为 96%，若测得塔顶 第一层板的液相组成为 0.79，试求： （1）操作回流比和最小回流比； （2）若馏出液量为 100kmol/h，则原料液为多少？ 解： （1）操作回流比和最小回流比 以分凝器为第零块板，则有88. 0 x95. 0 xy 0D0 ， 由相平衡方程知： 0 0

7、 0 x11 x y ）（ 即 ）（188. 01 88. 0 95. 0 解得 =2.59 由 x1用相平衡方程求得 y1 907. 0 79. 059. 11 79. 059. 2 x11 x y 1 1 1 ）（ 由精馏段操作线方程求操作回流比 R， D01 x 1R 1 x 1R R y 95. 0 1R 1 88. 0 1R R 907. 0 解得 R=1.593 最小回流比由下式求得 qq qD x-y y-x Rmin 因 q=1 故 xq=xF=0.5 721. 0 5 . 059. 11 5 . 059. 2 x11 x yy F F Fq ）（ 故036. 1 5 . 07

8、21. 0 721. 095. 0 Rmin （2）原料液流量 F 由回收率知96. 0 5 . 0F 95. 0100 Fx Dx F D 解得 F=198kmol/h 吸吸 收收 7.在在 101.33kPa，27下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气，液两相中的浓度都很 低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数 下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气，液两相中的浓度都很 低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数 H = 1.995kmol/(m3kPa)，气膜吸收系数，气膜吸收系数 kG = 1.5510-5 kmol/(m2skPa)，液膜吸收系数，液膜吸收系数 kL = 2.08

9、10-5 kmol/(m2skmol/m3)。试求总吸收 系数 。试求总吸收 系数 KG，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。 解：由解：由 1/KG = 1/kG + 1/HkL 可得总吸收系数可得总吸收系数 1/KG = 1/1.5510-5 + 1/（1.9952.0810-5） KG = 1.122 10-5 kmol/(m2skPa) 气膜阻力所占百分数为气膜阻力所占百分数为 ：%3 .72%100 10122. 1 1 1055. 1 1 %100 K 1 k 1 5 5 G G 11.在在101.33kPa下用水吸收混于空气中的中的氨。

10、已知氨的摩尔分率为下用水吸收混于空气中的中的氨。 已知氨的摩尔分率为0.1， 混合气体于， 混合气体于40 下进入塔底， 体积流量为 下进入塔底， 体积流量为 0.556m3/s， 空塔气速为， 空塔气速为 1.2m/s。 吸收剂用量为最小用量的。 吸收剂用量为最小用量的 1.1 倍， 氨的吸收率 为 倍， 氨的吸收率 为 95， 且 已 估算 出 塔 内气 相 体 积吸 收 总 系数， 且 已 估算 出 塔 内气 相 体 积吸 收 总 系数 KY的 平均 值 为的 平均 值 为 0.1112kmol/( m3s).在操作条件下气液平衡关系为在操作条件下气液平衡关系为 Y*=2.5X，试求塔径

11、及填料层高度。，试求塔径及填料层高度。 解： （解： （1）塔径）塔径 D=m768. 0 2 . 1 556. 04 u Vs4 （2）填料层高度）填料层高度 由题意知由题意知 Y1=1111. 0 1 . 01 1 . 0 ，Y2=Y1（1- A ）=0.11110056. 0)95. 01 ( 所以所以 72. 2 0 6 . 2 1111. 0 0056. 01111. 0)( )( 2 1 21 min X m Y YY V L 72. 247. 21 . 1)( 1 . 1)( min V L V L 则脱吸因子则脱吸因子 S=956. 0 72. 2 6 . 2 L mV 气相总

12、传质单元气相总传质单元 NOG 72.13956. 0 0056. 0 1111. 0 )956. 01 (ln 9561 1 Y-Y Y-Y S1ln S1 1 * 22 * 21 S）（ 气相总传质单元高度气相总传质单元高度 381. 0 768. 0 4 10001112. 0 40273315. 8 ) 1 . 01 (556. 0101330 2 ）（ Ky V HOG 填料层填料层 Z=HOG NOG=13.72*0.385=5.23m 干干 燥燥 5.采用如图所示的废气循环系统干燥湿物料，已知数据标于附图中。假设系统热损失可以忽 略，干燥操作为等焓干燥过程。试求 1）新鲜空气的消

13、耗量；2）进入干燥器的湿空气的温 度及焓（3）预热器的加热量。 解：在 H-I 图上示意空气状态变化，由 t0、H0定 A 点，由 t2、H2定 C 点。因绝干废气量与 绝干新气体量之比为 3:1，利用杠杆规则链接 AC，使得 3 1 MA MC ，则 M 点为进入预热器前 的混合点，由 M 点做等湿线与过 C 点做等焓线相交于 B 点，MB 为预热过程，BC 为等焓 过程。 根据杠杆原则求得混合点 M 的湿度和焓分别为 2 .44t 0529. 02490t0529. 088. 101. 176.180 IH H2490tH88. 101. 1t II m/kJ76.180145.224 4

14、 3 62.50 4 1 I 4 3 I 4 1 I /kJ145.2240672. 02790500672. 088. 101. 1 H2490tH88. 101. 1I m/kJ62.5001. 024902501. 088. 101. 1 H2490tH88. 101. 1I kg/kg0529. 00672. 0 4 3 01. 0 4 1 H 4 3 H 4 1 Hm m m mm mmmm mm 3 20m 3 2222 3 0000 20 解得 ）（ 带入和将前面计算的 ）（ 求得可由 绝干空气 绝干空气）（ ）（ 绝干空气）（ ）（ 绝干气水 m （1） 新鲜空气消耗量 L0

15、h/2788)01. 01 (2760)1 ( /2760 01. 00672. 0 896.157 /kg896.15705263. 025. 0800X-XGW h/kg8002 . 011000w1GG /kg05263. 0 05. 01 05. 0 w1 w 2X /kg25. 0 2 . 01 2 . 0 w1 w X 00 02 21 11 2 2 1 1 1 湿干气 绝干气 ）（）（ 绝干料）（）（ 绝干料 绝干空气 kgHLL h HH W L h kg kg （2） 进入干燥器湿空气的温度和焓 由于为等焓干燥，所以进入干燥器前湿空气焓等于离开干燥器的焓，即 I1=I2=224.125kJ/m3绝干空气 而进入干燥器前湿空气的湿度等于离开干燥器时候的湿度，即