化工原理答案

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