化工原理第五章 精馏 答案

五蒸馏习题解答

1解:

(1)作x-y图及t-x(y)图,作图依据如下:

∵x A=(p-p B0)/(p A0-p B0); y A=p A0×x A/p

以t=90℃为例,x A=/=

y A=1008×760=

t℃90100110120130

x10

y10

(1+10

(2)用相对挥发度计算x-y值:

y=αx/[1+(α-1)x]

式中α=αM=1/2(α1+α2)

∵α=p A0/p B0

α1=760/= ;α2=3020/760=

∴αM=1/2(α1+α2)=1/2+=

y=(1+

由此计算x-y值亦列于计算表中,y-x图,t-x(y) 图如下:

1 题附图

2解:

(1)求泡点:

在泡点下两组分的蒸汽分压之和等于总压P,即:p A+p B=p A0x A+x B0x B=p求泡点要用试差法,先设泡点为87℃

lgp A0= p A0==[mmHg]

lgp B0= p B0==[mmHg]

×+×=595≈600mmHg

∴泡点为87℃,气相平衡组成为

y=p A /p=p A 0x A /P=×600= (2)求露点:

露点时,液滴中参与甲苯组成应符合下列关系: x A +x B =1或p A /p A 0+p B /p B 0=1 式中 p A =×760=304[mmHg]; p B =×760=456[mmHg]

求露点亦要用试差法,先设露点为103℃,则:lgp A 0= (103+= ∴p A 0=[mmHg]

lgp B 0= ∴p B 0=[mmHg] 于是 :

304/+456/=<1

再设露点为102℃,同时求得p A 0=; p B 0= 304/+456/=≈1 故露点为102℃,平衡液相组成为 x A =p A /p A 0=304/= 3解:

(1)x A =(p 总-p B 0)/(p A 0-p B 0) =(p 总-40)/ ∴p 总= y A =x A ·p A 0/p=×= (2)α=p A 0/p B 0=40= 4解: (1) y D =

αD =(y/x)A /(y/x)B =(y D

⎰

-1

2

x x x

y dx

: F=D+W

Fx F =Dx D +Wx W 已知x F =,x D =,x W =,解得:

D/F=(x F -x W )/(x D -x W )=回收率 Dx D /Fx F =×=% 残液量求取:

W/D=F/D-1=1/=

∴W==(V-L)=(850-670)=[kmol/h] 8解:

(1) 求D 及W,全凝量V F=D+W

Fx F =Dx D +Wx W

x F =,x D =,x W =(均为质量分率) F=100[Kg/h],代入上两式解得:

D=[Kg/h]; W=[Kg/h]

由恒摩尔流得知:

F78+92)=V78+92)

[注意:如用质量百分数表示组成,平均分子量M m=1/(a A/M A+a B/M B)]

解得V=87[Kg/h] 由于塔顶为全凝器,故上升蒸汽量V即为冷凝量,

(2) 求回流比R

V=D+L ∴L=V-D==[Kg/h]

R=L/D==(因为L与D的组成相同,故亦即为摩尔比)

(3) 操作线方程.

因塔只有精馏段,故精馏段操作线方程为

y n+1 =Rx n /(R+1)+x D /(R+1)

式中x D应为摩尔分率

x D =( x D /M A)/[x D /M A+(1-x D )/M B]

=78)/78+92)=

∴y n+1=+= +

操作线方程为:y n+1 = +

9解:

y=[R/(R+1)]x+x D /(R+1)

(1) R/(R+1)= R=+ R==3

(2) x D /(R+1)= x D /(3+1)= x D =

(3) q/(q-1)= q=+ q==

(4) +=+ '+= '+×

'=× x q '=

(5)0

10解:

(1) 求精馏段上升蒸汽量V和下降的液体量L,提馏段上升蒸汽量V'和下降的液体量L'.进料平均分子量: Mm=×78+×92=

F=1000/=[Kmol/h]

Fx F =Dx D +Wx W

F=D+W

×=D×+

∴D=[Kmol/h]

W=[Kmol/h]

R=L/D, ∴L=×=[Kmol/h]

V=(R+1)D=×=[Kmol/h]

平均气化潜热r=30807×+33320×=[KJ/Kmol]

从手册中查得x F =时泡点为95℃,则:

q=[r+cp(95-20)]/r=+×75)/=

∴L'=L+qF=+×=[Kmol/h]

V'=V-(1-q)F=+×=[Kmol/h]

(2) 求塔顶全凝器热负荷及每小时耗水量.

Qc=Vr

∴r=×30804+33320×=[KJ/Kmol]

∴Qc=×=[KJ/h]

耗水量Gc=(50-20)=[Kg/h]

(3) 求再沸器热负荷及蒸汽耗量.

塔的热量衡算

Q B+Q F +Q R=Q v+Q W +Q L

Q B=Q v+Q W +Q L-Q F -Q R

该式右边第一项是主要的,其它四项之总和通常只占很小比例,故通常有: Q B≈Q V=V·I v

Iv=(r+Cpt)=+×=[KJ/Kmol]

∴Q B=×=[KJ/h]

[KgF/cm2]下蒸汽潜热r=522Kcal/Kg=522××18=[KJ/Kmol]

∴蒸汽需量为G v

G v =Q B/r==h

=×18=[Kg/h]

(4) 提馏段方程y=L'x/(L'-W)-Wx W /(L'-W)=解:

提馏段: y m+1’=’(1)

=L'x M'/V'-Wx W /V',

L'=L+qF=RD+F

V'=(R+1)D

W=F-D,

精馏段: y n+1 =Rx n /(R+1)+x D /(R+1)

= + --------(2)

q线:x F = --------------(3)

将(3)代入(1)得出:

y m+1=×代入(2)

=×+ ,

x D =

12解:

(1) y1=x D =,

=+

x1=,

y W =3×(3+1)+(3+1)=,

=×x W +,x W =,

(2) D=100 W==(Kmol/h)

13解:

(1) 求R,x D,x W

精馏段操作线斜率为R/(R+1)= ∴R=