化工原理习题下册

第一章蒸懦1某连续精储操作分离二元混合溶液，已知操作线方程为；'精储段y=0.8CR十0.16提馆段y=1.40,¥-0.02•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Q•分析：若求产品产率，必须确定塔顶产品,塔底产品和进料的组成。将精偏段操作线方程、提憎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。而进料组成可由两个操作线方程与进料方程联解求得解：联解y=0.80.1-♦.0.16及y=K得塔顶产品组成小二才=（）.80再联解tv=I.4Qv-0.02及y=jc得塔底产品组成部分xw=x=0.05再联解. v=0.S0x+0.16及J=1.4O.v-0.02得X=0.3y=0.4

将此代入q线方程，且由题巳知0.4=xF=0.35解得由全塔物料衡算式0.5-10.5-1及全塔轻组分物料衡算式 F”=Dx将此代入q线方程，且由题巳知0.4=xF=0.35解得由全塔物料衡算式0.5-10.5-1及全塔轻组分物料衡算式 F”=Dxjy+泯卬知塔顶产品产率塔底产品产率_0.35-0.05-0.80-0.05=04=40%WF-D—=一-=1-04=0.6=60%FF由精制段操作线方程斜率=0.80解得R=4R+\2用一精福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0.51摩尔分数，下同),操作回流比取最小回流比的L4倍，所得塔顶产品组成为0.95,釜液组成为0.05.料液的处理量为100勿心〃才.料液的平均相对挥发度为3,若进料时蒸气量占一半，试呆：(1)提馈段上升蒸气量： (2)自塔顶第2层板上升的蒸气组成a•分析：欲解提馅段的蒸气量V",须先知与之有关的精馆段的蒸气量V。而V又须通过K=(K+1)。才可确定。可见,先确定最小回流比R2进而确定R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。解；（1）由相平衡方程ax及进料方程y= -= 1+(。-1)工1+2/联立解得再由物料衡算方程q-q-\0.5-10.5 ,x--——-=-x.+l

qo.5-iq—2+J4+8V3-1QA-7 = =U.JO/43x—^—=0.6331+2%士」二竺3句23m,ny「Xq0.63-037R=1.421.722F=D^WFxr=Dxw+Wxw解得D=50br&!hW=F-D=50kmol//?解得V-(7?+l)Q=(1.722+1)50=136\kmol!hV=V-(l-q)F=V-O.5F=1361-50=86.次机o〃h<2）己知Y=必=0.95由相平衡关系V!=0.86a-(a-V}yx再由精储段操作线方程解得RR+l1.722+14。.86+3在一连续精馈塔中分离二元理想混合液。原料液为饱和液体，其组成为0.5,要求塔顶馆出液组成不小于0.95,釜残液组成不大于0.05（以上均为轻组分A的摩尔分数）,塔顶蒸汽先进入一分凝器，所得冷凝液全部作为塔顶回流，而未慑的蒸气进入全凝器，全部冷凝后作为塔顶产品。全塔平均相对挥发度为25操作回流的二L5R.当播出液流量为1。。UnciJh时，试求;塔顶第1块理论板上升的蒸汽组成；提储段上升的气体量.•分析：因为出分凝器的冷凝液乙与未液化的蒸气V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刀（声自全凝器出来的产品组成X。不同。解；（I）解；（I）由平衡方程及泡点进料时，=0.51十3-1)〜1+15x0.5xn~~Yq 0.95—0.714 =Ij-0.714-0.5~.，qq/e=1.57?min=1.65RxDy= xH 精储段操作线方程R+1 k+1精储段操作线方程=L65^095=o623丫十0.3582.65 2.65再由平衡方程及 =0.95

再由平衡方程OCX再由平衡方程OCX\+(<SZ—1).¥得 %=q=095t= = °'95 =0884“a-(a-l)y02,5-⑶0,95 ,代人精情段操作线方程X=O.623xo4-0.358=0.909⑵由v=v_Q_q)F当泡点进料时，q=J则Vf=V=(R^l)D=2.65xl(X)=265RM/〃4在常压精镭干塔分离双组分理想溶液.组成为0,5（轻组分A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冷凝至泡点回流，其组成为0.88,余下末冷凝部分经全凝器后作为产品，组成为0.95.已测得离开塔顶第1层理论板的液相组成为0.796,塔顶轻组分回收率为96%,塔釜间热蒸气加热。试求算土•（1）该操作条件下的回流比和釜液组成；42）若用图解法求得理论板数为9,又知全塔效率为70%,塔内实际塔板数为多少？分析：前己述及，分凝器相当于3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?'］，而/与回流液组成七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e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“虚拟板”的.

解之(1)回流比与釜液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，〕=*/>=895

xo，〕=*/>=895

xo=0.88.Vo=a%I+(a-l)x0解得a=2,591再由相平衡方程得1+(c—l)Xj2.591x0.796 … =解得a=2,591再由相平衡方程得1+(c—l)Xj2.591x0.796 … =U.911+1.591x0.796则精阳段操作线方程为R7i=Fh।XD♦+I091解得R=\.\]由全塔物料衡算方程产=D+W及,、7尸工尸0.96x100x0.5=50.5kmol/hD=' = . =50.5kmol/hxD 0.95代入物料衡算方程解得W=F-Z>=1(X)-50.5=495km〃Hi代入物料衡算方程解得%=0.0409=0.041(2)实际塔板数

5—连续精tg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0.84和0.70,相邻上层塔板的液相组成为0.力，而相邻下层塔板的气相组成为0.78(以上均为轻组分A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0.46。若已知塔顶与塔底产量比为2/3,试求；精储段操作线方程；提镭段操作线方程。分析：将精储段操作线方程中的回流比和塔顶产品组成确定后，方程的形成就一定。而这两个参数可由题中所给出的相邻3层板的气液相组成建立的两个操作线方程联立解出。同理，将提镭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.解；精储段操作线方程依精储段操作线方程 Y二R.刈匕小一•+13-+1将该板和上层板的气液相组成代人有0.83=再将该板和下层板的气液相组成代人有x0.77+°78=岛x（）.70+—（bi

A十1联立(a).(b)解得则将储段操作线方程为笈=2.0xD=0.950.953），=21+095叫「LA-qF-W(2)提4S段操作缱方程 L+qF叫「LA-qF-W提慵度操作线方程的通式为………4构q=1(泡点进料I L+D+WWa= JC 上一L+Dm工+D转化上式为尺+1+印尺+1+印D-%——即用4I2_046—1中3-0,95-0.46T)_国产-xw叩刈2_046—1中3-0,95-0.46将有关数据代入8〉，则提谭段操作线方程为xOJ32+)43/2.3/2xOJ32+1x-2+l3y=4.5a—0.195-6连续精馏塔分离二元理想混合液，组成为的料液在泡连续精馏塔分离二元理想混合液，组成为0.4的料液在泡点温度下入塔，塔顶采用全凝器，点温度下入塔，塔顶采用全凝器，回流比为最小回流比的2倍，要求塔顶产品组成达到0.85,塔底产品组成不大于要求塔顶产品组成达到，0.1,系统的相对挥发度为2.786,试求自釜上第1块塔板，系统的相对挥发度为，试求自釜上第1流下的液相组成。流下的液相组成。--分析：由己知的塔底产品组成求解出釜入塔的蒸气组成，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系，可见，整理推导出该操作线是解题的关键。由于条件可见，整理推导出该操作线是解题的关键。不足，不足，无法用全塔物料衡算求解D、F、L,故提馏段操作线的斜率需用其它法确定。馏段操作线的斜率需用其它法确定。解：当泡点进料时，当泡点进料时，q=1贝1Jxe=xF=0.4axe2.786x0.4==0.65ye=1+(a-1xe1+1.786x0.4最小回流比xD-ye0.85-0.65Rmin===0.8ye-xe0.65-0.4贝1J再由精馏段操作线方程R=2Rmin=1.6xDRy=x+R+1R+11.60.85=x+=0.615x+0.3272.62.6将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线方程，得交点座标代入精馏段操作线方程得交点座标xq=xF=0.4yq=0.615xq+0.327=0.573由点(xw,xw和(xq,yq确定提馏段操作线的斜率而提馏段操作线方程为L'yq-xW0.573-0.1===1.577'0.4-0.1xq-xWVL‘WL'L’-