化工原理第9章习资料

1、第 9 章习题解答9-1苯甲苯混合液采用板式精馏塔进行连续精馏分离，已知在全回流操作条件下测得自第 11 板至第 13板上流下的液相组成依次为0.618， 0.433 和 0.305，各塔板上物系的平均相对挥发度依次为2.51，2.47 和 2.39。试求第12 板与第 13板以气相组成表示的默弗里板单板效率。解：根据全回流过程的特点，可知全回流时的操作线为：yn 1xn由精馏过程的相平衡方程，可得：ynn xn1)xn1 (n由题意，得：y1 2x1 1 0. 6 1 8 , y 1 3x1 2 0. 4 3 3y,1 4 x 1 3 ；0. 3 0 5112.51,122.47,132.39 。则可求得与离开第12 板与第 13 板的液体组成相平衡的气相组成分别为：y*1 2x 1 22.470.4330.653121(1)x121(2.471)0.43312y13*1(1 3x 1 312.390.3050.512131)x13(2.391)0.305因此所求第12 板与第 13 板以气相组成表示的默弗里板单板效率分别为：Emv12ynyn1y12y130.6180.43384.

2、1%yn*yny12*y130.6530.4331Emv13ynyn1y13y140.4330.30561.8%yn*yny13*y140.5120.30519-2. 在一年产10000 t 93% （质量分率，下同）乙醇的常压精馏塔，进料为35%的酒精溶液，泡点进料与回流，此塔选用筛板塔，塔釜xw1% ，试设计和计算以下项目：（ 1） 最小回流比与适宜回流比；（ 2） 精馏段与提馏段的数值方程；（ 3） 理论塔板数与加料板位置；（ 4） 塔效率与实际塔板数。解：（ 1）由题意，知乙醇（A ）与水（ B）的摩尔质量分别为：M A46.07g / mol, M B18.02g / mol 。将题目中的质量分率换算为摩尔分率，可得：0.35xF46.070.17400.350.6546.0718.020.93x D46.070.83870.930.0746.0718.020.01x W46.070.003940.010.9946.0718.02A(0.8387,0.8387)EC(0.1740,0. 3069)D (0,0.296)xDRmin1B(0.00394,0.00394)xWxF

3、xD习题 9-2 附图 1采出率为：DxFxw0.17400.00394FxDxw0.83870.20370.00394进料平均分子量为：M xF M A (1xF )M B（）18.02 22.87kg / kmol0.1740 46.07 1 0.1740取一年工作时间为300 天，则摩尔进料量为：1000093%1030.04481kmol / sF30024360022.8735%塔顶产品采出量为：DDF 0.20370.044819.12910 3 kmol / sF塔釜液采出量为： WFD0.044819.129 10 30.03568 kmol/ s由于乙醇 -水体系属于非理想溶液， 根据乙醇 -水二元体系的汽液平衡数据得出yx 曲线，利用平衡挟点通过做图法（附图1）可求得纵轴截距为：xD0.296Rmin1故所求的最小回流比为：Rmin1.833取操作回流比为Rmin 的 1.8倍，则所求回流比为： R1.8Rmin 1.8 1.833 3.30圆整后取适宜回流比为R=4.0 。（ 2）由题意，精馏段操作线的数值方程为：yn 1RxnxD44 xn0.83870.8xn

4、0.1677R1R 114 1因泡点进料，所以进料热状态参数q=1。此时提馏段操作线的数值方程为：RD F xF D xFFyn 1wR D xD1 xwn(R 1)DnR 1(R 1)DR 141110.2037 xn0.20370.003941.7818xn 3.0804 10 34141（ 3）由于泡点进料满足： xqxF0.1740则精馏段与提馏段操作线的交点C 的坐标为：（ 0.1740， 0.3069）。根据梯级法做图（图略）可知，所求的理论塔板数为13，其中第11 块塔板为加料板。（ 4）根据精馏塔内的温度分布，可知乙醇 -水体系精馏塔顶的温度为 99.1，塔釜温度为 78.2，则操作的算术平均温度为 88.65。查表得该平均温度下乙醇与水的粘度为：A 0.37mPa s,B 0.32mPa s则平均粘度为：Li xi0.320.1740.37(10.174)0.3613mPa s平均相对挥发度为：塔顶塔釜1.083 11.933.595则有：3.5950.36131.299LmPa s查 Oconnell关联图 9-9，可得塔效率为： ET=46.5% 。则所求的实际塔

5、板数为：NT13块 )N P30(ET0.4659-3. 采用 F1 型浮阀精馏塔在常压下分离苯甲苯混合液，已知操作条件下精馏段的工艺参数为：气体体积流量Vs=0.686m 3/s，气体平均密度 V=2.65kg/m 3 ；液体体积流量Ls=0.00175m 3/s，液体平均密度 L=803kg/m 3，液体平均表面张力 =0.020N/m ，试设计和计算筛板塔的下列项目：（ 1） 液泛气速和塔径；（ 2） 溢流堰和降液管；（ 3） 塔板布置；（ 4） 板压降及流体力学校核；（ 5） 负荷性能图校核。解：（ 1）由题意，根据式（9-29）可得两相的流动参数为：Ls ( L )0.50.001758030.0444Vs V0.6862.65初选板间距为H T=0.4m，取板上层液高度为 hl50mm。则有：H T hl0.4 0.0500.350m查 Smith 关联图 9-16，可得0.02N/m 时的关联系数值 C0.02 0.074。因液相表面张力0.020 N / m ，故无需进行 修正，即： CC0.02 0.074由式（ 9-30）可求出液泛气速umax 为：umaxCLV0

6、.074803 2.651.29m / sV2.65取泛点百分率为75%，则空塔气速ul 为：ul0.75umax0.75 1.290.965m / s由式（ 9-31）计算塔径为：Vs0.686D0.7850.952m0.785ul0.965按照标准塔径圆整为D=1m 。此时的塔截面积为：ATD 2240.785m实际空塔气速为： ulVs0.686AT0.874m / s0.785实际泛点百分率为：ul0.874umax100% 67.8%1.29符合设计要求，故上述计算有效。（ 2）溢流堰采用弓形单溢流管，平直形溢流堰。取堰长： l w=0.7D=0.70 1=0.70m2/3堰上液层高度可利用2.84LhFrancis 式（ 9-32）计算： howE1000lw由于Lh0.00175360015.4，查图 9-17 知液流收缩系数为： E=1.03。2.50.702.5lw2.840.0017536002how3由此可以得到清液高度：10001.030.0127 m0.70由 hlhwhow ，则溢流堰的堰高为：hwhlhow0.0500.01270.0373m取溢流堰的高度为：hw37mm弓形降液管的宽度W d 根据式（ 9-35）可得：WdDl w ctg sin 1 l w10.70ctgsin 1 0.700.143m22

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