新版化工原理习题答案第九章蒸馏.docx
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新版化工原理习题答案第九章蒸馏
第九章蒸馏
1.在密闭容器中将A、B两组分的理想溶液升温至82℃,在该温度下,两组分的饱和蒸气压分别为pA*=kPa
及p*B=kPa,取样测得液面上方气相中组分A的摩尔分数为。
试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。
解:
本题可用露点及泡点方程求解。
pA*pA*p总pB*107.6p总-41.85
yAxA**0.95
p总p总pApBp总107.641.85
解得p总=99.76kPa
p总pB
pA*pB*
99.7641.85
107.641.85
0.8808
本题也可通过相对挥发度求解
pA107.6
p*B41.85
由气液平衡方程得
2.571
0.95
0.952.57110.95
0.8808
p总=p*AxAp*B1xA107.60.880841.8510.8808kPa99.76kPa
2.试分别计算含苯(摩尔分数)的苯—甲苯混合液在总压100kPa和10kPa的相对挥发度和平衡的气相组
成。
苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压和温度的关系为
lgpA6.032
lgpB*6.078式中p﹡的单位为
1206.35t220.24
1343.94t219.58kPa,t的单位为℃。
苯—甲苯混合液可视为理想溶液。
(作为试差起点,100kPa和10kPa
对应的泡点分别取94.6℃和31.5℃)
解:
本题需试差计算
(1)总压p总=100kPa
*得p*A
155.37kPa
初设泡点为
lgpA*
94.6℃,则
1206.35
2.191
6.032
94.6220.24
同理lgpB*
1343.94
6.078
1.80
p*B
63.15kPa
94.6219.58
10063.15
xA
0.3996
0.4
155.3763.15
或p总=0.4155.370.663.15kPa100.04kPa
pA*155.37
p*B63.15
2.460.4
1
(1)x11.460.4
0.6212
2)总压为p总=10kPa
通过试差,泡点为31.5℃,p*A=,p*B=
17.02
5.313
3.203
3.2030.4
12.2030.4
0.681
随压力降低,α增大,气相组成提高。
3.在100kPa压力下将组成为(易挥发组分的摩尔分数)的两组分理想溶液进行平衡蒸馏和简单蒸馏。
原料液处理量为100kmol,汽化率为。
操作范围内的平衡关系可表示为y0.46x0.549。
试求两种情况下易挥发
组分的回收率和残液的组成。
解:
(1)平衡蒸馏(闪蒸)
依题给条件
q10.440.56
q
q1
xF
q1
0.560.55
x
0.5610.561
1.251.273x
由平衡方程y0.46x0.549
联立两方程,得y=,x=
nD0.44nF0.44100kmol=44kmol
nDy100%nFxF
2)简单蒸馏
440.735
1000.55
100%
58.8%
nD44kmol
nW56kmol
nF1000.55dx
lnFln
nW56xWyx
即
解得
0.5798
xW=
yxF
10.5490.54xW
ln
0.540.5490.540.55
nW
xFxW
nD
0.55
0.550.3785
44
0.7683
440.7683
1000.55
100%
61.46%
简单蒸馏收率高(%),釜残液组成低()4.在一连续精馏塔中分离苯含量为(苯的摩尔分数,下同)苯—甲苯混合液,其流量为100kmol/h。
已知馏出液组成为,釜液组成为,试求
(1)馏出液的流量和苯的收率;
(2)保持馏出液组成不变,馏出液最大可能
的流量。
qn,DxDqn,FxF
500.95
100%500.95100%95%
1000.5
解:
(1)馏出液的流量和苯的收率
qn,Dqn,FxFxW1000.50.05kmolh50kmolhxDxW0.950.05
2)馏出液的最大可能流量
当ηA=100%时,获得最大可能流量,即
qn,Dmax
qn,FxF1000.5kmol/h52.63kmol/h
xD0.95
5.在连续精馏塔中分离A、B两组分溶液。
原料液的处理量为尔分数,下同),饱和液体进料,要求馏出液中易挥发组分的回收率为的流量和组成;
(2)若操作回流比为,写出精馏段的操作线方程;解:
(1)馏出液的流量和组成
由全塔物料衡算,可得
100kmol/h,其组成为(易挥发组分A的摩96%,釜液的组成为。
试求
(1)馏出液3)提馏段的液相负荷。
qn,WxW1
0.96
100
0.45kmol/h1.8kmol/h
qn,W
1.8
kmol/h=kmol/h
n,W
0.033
qn,D
qn,Fq
n,W
100
54.55kmol/h=kmol/h
43.2
xD
45.45
2)精馏段操作线方程
RxD
yx
R1R1
3)提馏段的液相负荷
2.65
x
3.65
0.95050.726x0.2604
3.65
qn,Lqn,Lqqn,F
Rqn,D
qn,F2.6545.45100kmol/h220.4kmol/h
6.在常压连续精馏塔中分离A、B两组分理想溶液。
进料量为60kmol/h,其组成为(易挥发组分的摩尔分数,下同),原料液的泡点为92℃。
要求馏出液的组成为,釜液组成为,操作回流比为。
试求如下三种进料热状态的q值和提馏段的气相负荷。
40℃冷液进料;饱和液体进料;饱和蒸气进料。
原料液的汽化热为
(1)
(2)
(3)
已知:
解:
由题给数据,可得
371kJ/kg,比热容为kJ/(kg?
℃)。
qn,D
xFxW
qn,F
xDxW
600.460.04kmol/h27.39kmol/h
0.960.04
qn,W
6027.39kmol/h32.61kmol/h
1)40
℃冷液进料
q1
cPtbtF
r
q值可由定义式计算,即
1.8292401.255
371
VR1qn,D
qF
2.8127.3911.25560kmol/h119.4kmol/h
2)饱和液体进料
此时
n,D
3.8
27.39kmol/h104.1kmol/h
(3)饱和蒸气进料VVqn,F三种进料热状态下,最小。
q=0
60kmol/h44.1kmol/h
104.1
由于q的不同,提馏段的气相负荷(即再沸器的热负荷)有明显差异。
饱和蒸气进料V′
qn,DxD0.96qn,FxF0.961000.45kmol/h43.2kmol/h
7.在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。
原料液流量为50kmol/h,要求馏出液中易挥发组分的收
率为94%。
已知精馏段操作线方程为y=+;q线方程为y=2-3x。
试求
(1)操作回流比及馏出液组成;
(2)
进料热状况参数及原料的总组成;(3)两操作线交点的坐标值xq及yq;(4)提馏段操作线方程。
解:
(1)操作回流比及馏出液组成由题给条件,得
R0.75及xD0.238
R1R1
解得R=3,xD=
2)进料热状况参数及原料液组成由于
q3及xF2
q11q
解得q=(气液混合进料),xF=
(3)两操作线交点的坐标值xq及yq联立操作线及q线两方程,即
y0.75x0.238
y23x
解得xq=及yq=
(4)提馏段操作线方程其一般表达式为
qn,Lqn,W
yxxW
qn,Vqn,V
式中有关参数计算如下:
qn,D
Aqn,FxF0.94
0.952
500.5kmol/h
xW
xD
1Aqn,FxF
10.94500.5
qn,W
25.32
qqn,F
324.680.75
24.68kmol/hqn,Wqn,Fqn,D5024.68kmol/h=kmol/h
0.0592
50kmol/h=kmol/h
111.54
qn,L
111.5425.32kmol/h=kmol/h
25.32x0.05921.294x0.01739
86.2286.22
8.在连续精馏塔中分离苯—甲苯混合液,其组成为(苯的摩尔分数,下同),泡点进料。
要求馏出液组成为,釜残液组成为。
操作回流比为,平均相对挥发度为,试用图解法确定所需理论板层数及适宜加料板位置。
解:
由气液平衡方程计算气液相平衡组成如本题附表所示。
习题8附表
y2.46x011.46x
习题8附图
在x–y图上作出平衡线,如本题附图所示。
由已知的xD,xF,xW在附图上定出点a、e、c。
精馏段操作线的截距为xD0.950.271,在y轴上定
R12.51出点b,连接点a及点b,即为精馏段操作线。
过点e作q线(垂直线)交精馏段操作线于点d。
连接cd
即得提馏段操作线。
从点a开始,在平衡线与操作线之间绘阶梯,达到指定分离程度需11层理论板,第5层理论板进料。
9.在板式精馏塔中分离相对挥发度为2的两组分溶液,泡点进料。
馏出液组成为(易挥发组分的摩尔分数,下同),釜残液组成为,原料液组成为。
已测得从塔釜上升的蒸气量为93kmol/h,从塔顶回流的液体量为kmol/h,泡点回流。
试求
(1)原料液的处理量;
(2)操作回流比为最小回流比的倍数。
解:
(1)原料液的处理量由全塔的物料衡算求解。
对于泡点进料,q=1
qn,Vqn,VR1qn,D93kmol/h
qn,Dqn,Vqn,L
9358.5kmol/h=kmol/h
qn,Wqn,Fqn,D
0.6qn,F0.9534.5
qn,F34.50.05
解得qn,F56.45kmol/h
2)R为Rmin的倍数
93R134.5R=
对于泡点进料,Rmin的计算式为
xD
xF
(1xD)
1xF
0.952(10.95)
0.610.6
1.333
于是
1.7
1.275
1.333
10.在常压连续精馏塔内分离苯—氯苯混合物。
已知进料量为85kmol/h,组成为(易挥发组分的摩尔分数,
下同),泡点进料。
塔顶馏出液的组成为,塔底釜残液
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