化工原理答案
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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)
W
D F Wx Dx Fx W D F +=+= 由题意得:F=4000,x F =0.3,x W =0.5,88.0%100=⨯=F
D D Fx Dx η代入上式得 故 943.01120
3.0400088.0/112028804000/288005.03.0400012.0=⨯⨯===-===⨯⨯D Fx x h
kg D h
kg W W
F D D η 下面用摩尔分数表示
h kmol x D /36.14760.9741120D 974.0154/057.076/943.076/943.0=⨯==+=
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 /kJ 27.167618
6.0324.01823006.0186.0324.03211504.0r =⨯+⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯= 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: 65.572403.75=+=
m t ℃ 查平均温度下甲醇比热为65kJ/kg·K
溶液平均比热为
K kg kJ ∙=⨯+⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯=/35.318
6.0324.01818.46.0186.0324.03265.24.0cp 最后由热状态参数q 定义得:
07.127
.167627.1676)403.75(35.3=+-⨯=+∆=r r
t c 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
Fx F =Dx D +Wx W
代入题中所给数据得:04.0D 10095.0D 4.0100⨯-+⨯=⨯)(
解得: D=39.56kmol/h
则:W=100-39.56=60.44kmol/h
L=RD=2.5×39.56=98.9 kmol/h
h /kmol 46.13856.3915.21)D (R V =⨯+=+=)(
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q q q
D min x -y y -x R =
气液平衡曲线 q
q x 11x y )(-+=αα 将题中所给数据xD=0.957,Rmin=1.63和α=2.5带入两式,
q q
q q q
x -x 5.11x 5.2x 5.11x 5.2-957.0++=1.63 解得:x q =0.366 y q =0.591 所以
04.2366.044.0591.044.0x -x y -y 1-q q q F q F -=--== 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88.0x 95.0x y 0D 0===, 由相平衡方程知:000x 11x y )(-+=
αα 即)
(188.0188.095.0-+=αα 解得α=2.59
由x 1用相平衡方程求得y 1
907.079
.059.1179.059.2x 11x y 111=⨯+⨯=-+=)(αα 由精馏段操作线方程求操作回流比R ,
D 01x 1
R 1x 1R R y +++= 95.01R 188.01R R 907.0⨯++⨯+= 解得 R=1.593
最小回流比由下式求得
q q q
D x -y y -x Rmin = 因q=1 故x q =x F =0.5
721.05.059.115.059.2x 11x y y F F F q =⨯+⨯=-+=
=)(αα 故036.15
.0721.0721.095.0Rmin =--= (2)原料液流量F 由回收率知
96.05.0F 95.0100Fx Dx F D =⨯⨯= 解得 F=198kmol/h
吸 收
7.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H = 1.995kmol/(m 3·kPa),气膜吸收系数 k G =
1.55×10-5 kmol/(m 2·s·kPa),液膜吸收系数 k L =
2.08×10-5 kmol/(m 2·s·kmol/m 3)。试求总吸收系数K G ,并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。
解:由1/K G = 1/k G + 1/Hk L 可得总吸收系数