清华大学化工原理_zyxt作业习题2

化工原理(下) 教学日历

任课教师：余立新yulixin@ 6278-9238(H), 62788777(O)

第1周

1. 气液平衡数据的获取：请给出任意一个二元体系的汽液平衡数据，给出出处及获取该数

据的途径, 并分析用精馏方法分离该体系时可能具有的特点。

2. 分析简单蒸馏过程：分析是否可以用简单蒸馏的方法从7%(质量分数)的乙醇发酵液制得

75%(质量分数)的医用酒精？如果可以, 最多可以得到多少？

3. 某两组分混合液100kmol，其中易挥发组分的摩尔分数为0.4, 在101.33kPa下进行平衡蒸

馏，最终所得液相产物中易挥发组分的摩尔分数为0.3，试求所得汽相产物的量和组成。

假设该体系为理想体系，相对挥发度为3.0。定性分析如果将操作压力降低（即改为真空操作），那么两相产物的量和组成会如何变化？

第2周

1. 用逐板计算法，图解法和简捷法计算如下精馏任务所需的理论板数和进料位置。

请设计一分离苯-甲苯溶液的连续精馏塔，料液含苯0.5，要求馏出液中含苯0.97，残液中含苯低于0.04 (均为摩尔分数)，泡点加料时温度为多少，回流比取为最小回流比的1.5倍，最小回流比与塔釜浓度要求有关吗？苯与甲苯的相对挥发度平均可以取2.5，可以用恒摩尔流假设。

* 思考: 计算过程中如果板数出现小数, 该怎样理解和处理？

第3周

1.某常压连续精馏塔, 共有15块塔板(不包括再沸器), 用于精馏甲醇水溶液。进料中含有甲

醇40%(质量百分数，下同)，要求馏出液中含甲醇98%，釜残液中含甲醇2%。假定实际操作为泡点进料，回流液为饱和液体，回流比为最小回流比的1.5倍。

试确定(1) 画出精馏系统的流程图；(2) 进料温度；(3) 试求该塔的全塔板效率；(4) 若进料甲醇的组成下降为30%，为达到相同的分离任务，应该采用何种措施(要求尽量定量说明)。

2. An equimolar mixture of benzene and tolune is to be separated in a sieve plate tower at the rate

of 100kmol/h at 1 atm atmosphere. The overhead product must contain at least 98 mole percentage benzene. The feed is saturated liquid. A tower is available containing 24 plates.

Feed may be introduced either on the 11th or the 17th plate from the top. The maximum vaporization capacity of the reboiler is 120 kmol/h. The plates are about 50% efficient. How many moles per hour of overhead product can be obtained from this tower?

第4周

预习讨论题：一精馏塔直径已经确定，有40块实际板，正常操作时全塔效率在50%左右。

用来分离苯和四氯化碳的混和液，常压下连续操作，进料量恒定，料液中含四氯化碳

0.60(摩尔分数, 下同), 要求塔底釜残液中四氯化碳含量不高于0.20。试问塔顶产品中四

氯化碳的含量最高可以达到多少?

第5周

1. 一精馏塔直径已经确定, 有40块实际板, 正常操作时全塔效率在50%左右。用来分离苯

和四氯化碳的混和液，常压下连续操作，进料量恒定，料液中含四氯化碳0.60(摩尔分数, 下同), 要求塔底釜残液中四氯化碳含量不高于0.20。试问塔顶产品中四氯化碳的含量最高可以达到多少?

2.试针对以下问题推出自己的看法:

某精馏塔一直稳定操作. 忽一日, 加热蒸汽系统突然出现了故障(压力降低), 使得上升蒸汽量下降为原来的80%。在进料量, 加料热状态以及回流比不变的条件下, 问塔顶和塔底的产量和组成有什么变化？

说法1: 由于精馏段理论级数不变, R不变(精馏段操作线斜率不变), 所以塔顶组成不变.

由于进料状态没有变化, 所以精馏段和提馏段操作线的交点不变;

由于提馏段的理论板数不变, 所以塔底的组成亦不变.

由于进料量和塔顶塔底组成没有变化, 所以根据物料衡算塔顶和塔底的出料亦不变.

? 这就奇怪了. 难道原来的蒸汽用量一直用多了不成?!

说法2: 根据V=(R+1)D, 由于R不变, V的下降使得D变小, 此时W要变大.

矛盾: 说法1和说法2的矛盾出在哪里呢? 应该怎样变化呢?

第6周

1.在填料塔中用水吸收混合气中的氨, 气体与水并流接触. 气体的流量为1000 m3/h (标准),

含氨0.01(摩尔分数),塔内的平均温度为25︒C, 总压为常压, 此条件下氨在相间的平衡关系为Y=0.93X.

(1)试给出该吸收过程的流程示意图;

(2)如用水量为5 m3/h, 水中不含氨, 求氨的最高吸收率;

(3)如用水量为10 m3/h, 水中不含氨, 求氨的最高吸收率;

(4)如用水量为5 m3/h, 水中含氨5kg/1000kg水, 求氨的最高吸收率;

(5)定性判断填料层内的温度分布;

(6)如果改为逆流, 则最高吸收率会有何变化?

2.200 m3/h(28︒C,101.3kPa)的空气-氨气混合气, 用水吸收其中的氨, 使氨含量由0.05降到

0.004(均为摩尔分数). 现有一填料塔, 塔径为0.3米, 填料层高度为3.5米, 填料为25×

25×3mm的瓷环, 问该塔是否适用? 如果可用, 则用水量需要多大?

在28︒C,101.3kPa时, 相平衡关系符合亨利定律, Y=1.44X;