2009-2010年下半年考题

四、(20分) 某二元混合物在连续精馏塔中分离，饱和液体进料，进料量为100 kmol/h ，组成为0.5，塔顶馏出液组成为0.9，釜残液组成为0.05（以上均为易挥发组分的摩尔分率），相对挥发度为3，回流比为最小回流比的2倍。

塔顶全凝器，泡点回流。

塔釜间接蒸汽加热。

求：
（1）精馏段操作线方程；（2）进入第一层理论板的气相组成（由塔顶向下数）；
（3）提馏段内汽相摩尔流量。

解：（1）泡点进料，1=q ，5.0==F q x x
75.05
.0215.03)1(1=⨯+⨯=-+=q q q x x y αα （2分） 6.05.075.075.09.0min =--=--=
q q q
D x y y x R （2分） 2.16.022m in =⨯==R R （2分）
1
2.19.012.12.111+++=+++=x R x x R R y D 41.0545.0+=x y （2分） （2） 塔顶全凝器，泡点回流，所以9.01==D x y （2分）
75.09
.0239.0)1(111=⨯-=--=y y x αα （2分） 82.041.075.0545.041.0545.012=+⨯=+=x y （2分）
（3）全塔总物料衡算 W D F Wx Dx Fx W
D +=+=F
W D W
D 05.09.05.0100001+=⨯+=
解得D=52.94Kmol/h （4分）
又因饱和液体进料 1=q h k m o l D R D V V /5.11694.52)12.1()1(L =⨯+=+=+==' （2分）
五、(20分)拟在填料吸收塔内回收混合气体的溶质。

混合气体由两股气体汇合后由塔底送入，一股气体的摩尔流量为54 kmol/h ，溶质的摩尔分率为0.07；另一股的摩尔流量为54 kmol/h ，溶质的摩尔分率为0.015，要求总回收率不低于85%，吸收剂为纯水，在20℃及101.33 kPa 的压强下从塔顶送入塔内。

操作条件下亨利系数E=279 kPa ，空塔气速为0.5 m/s ，K Y a=28.8 kmol/(h •m 3)， 液气比为最小液气比的1.3倍，求：
（1）出塔液相浓度（摩尔比）及塔径；
（2）气相总传质单元高度、总传质单元数及填料高度。

［解］（1）混合后气体摩尔浓度为：
0425.054
54015.05407.054y =+⨯+⨯=m 混合气体的摩尔比浓度为： 0444.00425.010425.01=-=
m Y 出塔气体浓度为：00666.00444.015.0)85.01(12=⨯=-=m Y Y （2分） 物系的相平衡常数：753.233.101279===
P E m （1分） 最小液气比：34.20753.20444.000666.00444.0)(2121min =--=--=X m
Y Y Y V L
液气比：04.334.23.1)(3.1m in =⨯==V
L V L 0124.0)00666.00444.0(04
.310)(2121=-⨯+=-+=Y Y L V X X （5分） 混合气的摩尔流量为： s V /m 721.0273
202734.22360054543'=+⨯⨯+= m u V D S 355.15.014.3721.044=⨯⨯==
π≈1.4m （2分） （2）混合气中惰性气体流量：h kmol /4.103)0425.01()5454(V =-⨯+=
m a K V H Y OG 49.2355.14
14.38.284.1032
=⨯⨯=Ω= （3分） 03414.00124.0753.21*
1=⨯==mX Y 00753.22*2=⨯==mX Y 00833.0000666.003414.00444.0ln )000666.0()03414.00444.0(ln )()(*2
2*1
1*22*11=-----=-----=∆Y Y Y Y Y Y Y Y Y m 531.400833
.000666.00444.021=-=∆-=m OG Y Y Y N （5分） m N H Z OG OG 3.11531.449.2=⨯== （2分）
六、(10分）某种湿物料在干燥器中经历等焓干燥，湿物料的流量为1Kg/s ，初始湿基含水量为3.5%，干燥产品的湿基含水量为0.5%。

空气状况为：初始温度25℃、湿度为0.005 kg 水/kg 绝干空气，经预热后进干燥器的温度为140℃，离开干燥器的温度为60℃。

【注：H t H 2490)88.101.1(I ++=】
试求：（1）水分蒸发量Ｗ；
（2）绝干空气消耗量L （Kg 绝干空气/s ）。

解：（1）（4分）水分蒸发量W
已知G 1=1kg/s ，w 1=3.5%，w 2=0.5%，则
G c =G 1（1-w 1）=1（1-0.035）=0.965kg/s 0363.0035
.01035.01111=-=-=w w X 00503.0005
.01005.01222=-=-=w w X
W =G c （X 1-X 2）=0.965×（0.0363-0.00503）=0.0302kg 水/s （4分）
（2）（6分）空气消耗量L 、单位空气消耗量l
因空气在干燥器内经历等焓过程，21I H H I =
所以：2221112490)88.101.1(2490)88.101.1(H t H H t H ++=++
其中，C t ︒=1401，C t ︒=602，
通过预热器湿度不变，即005.001==H H ，由上式得 （2分）
0363.02490
6088.16001.1005.02490140)005.088.101.1(2=+⨯⨯-⨯+⨯⨯+=H （2分） 965.0005.00363.00302.00212=-=-=-=
H H W H H W L kg 绝干空气/s （2分）。