化工原理学习指导第6章蒸馏计算题答案

1、化工原理学习指导第6章蒸计算题答案6-31某二元混合物蒸汽，其中轻、重组分的摩尔分数分别为0.75和0.25,在总压为300kPa 条件下被冷凝至40,所得的汽、液两相达到平衡。求其汽相摩尔数和液相摩尔数之比。 已知轻、重组分在40C时的蒸汽压分别为370kPa和120kPao.P-Pti 300-120P Pa 370x0.720 八斛：两相中，x = : / b = 0.720 v = 1A = 1Aa= 0.888/武-/雄 370-120p p 300设汽相摩尔量为V,液相摩尔量为L,总量为凡则F = V + LFxf = + Lx1 K.r4s V Ap - A 0.75 - 0.72 cc.r由以上两式可得：= 0.217L y 一与 0.8880.75事实上，汽液平衡体系中，两相的摩尔量比值服从杆杠定律。6-32苯和甲苯组成的理想溶液送入精储塔中进行分离，进料状态为汽液共存，其两相组成分别如下：均=05077, yF= 0.720Io用于计算苯和甲苯的蒸汽压方程如下:馆 P： =6.03112111 + 220.8lg Pb =6.08013451 + 219.5其中压强

2、的单位为Pa,温度的单位为试求：（1）该进料中两组份的相对挥发度为多少?（2）进料的压强和温度各是多少？（提示：设进料温度为92）斛：（1）混合物中两组分的相对挥发度：a = -=（h72（）1 /. -5（）77 = 2.49l-yF/ l-xF 1-0.7201/ 1-0.5077（2）设进料温度为92C,则lg Pa =6.0311211=2.I692+220.81g 或=6.080-134592+219.5= 1.762尺=144.38kPapg =57.83kPa由此求得体系的相对挥发度为：。，=& =巴空= 2.496 pB 57.83其值与（1）中所求相对挥发度足够接近，故可认为进料温度为92C。体系总压为：p =+ 式1 -.）= 144.38x0.5077+57.83x（1-0.5077）=101.77kPa6-33 连续精储塔分离二元理想混合溶液，已知某层塔板上的气、液相组成分别为0.83和0.70,与之相邻的上层塔板的液相组成为0.77,而与之相邻的下层塔板的气相组成为0.78（以上均为轻组分A的摩尔分数，下同）。塔顶为泡点回流，进料为饱和液体，其组成为0.46,

3、 塔顶与塔底产量之比为2/3。试求：（1）精馀段操作线方程；（2）提储段操作线方程。 解：（1）精溜段操作线方程：y向=工4十二-将该板和上层板的汽液相组成代入有：0.83 = 90.77 +2（a）H + 1/? + 1再将该板和下层板的汽液相组成代入有：O,78 = o.7O+2（b）A + l R + l联解（a）, （b）两式可得：R = 25, xD =0.98 则精谭段的操作线方程为：- = 0.714.x-+0.28（2）提馀段操作线方程：v +,= r m+I L-W m L-WL=L+qF, F = D+W, q = （泡点进料），代入上式可得：L + O + WI依 w m川=L+D m _ L+ -A + 1 + W/O W/D/ D _ xp -xw2 _ 0.46-xwW7 - xD - xF3 - 0.98-0.46可得 xw =0.113。将有关数据代入式可得提馀段操作线方程为：y = 1.429x-0.0486-34如图所示，用精用塔分离二元混合物，塔顶有一分凝器和一个全凝器。分凝器引出的 液相作为回流液，引出的气相进入全凝器，全凝器引出的饱和液相作为塔

4、顶产品。泡点进料, 进料量为180kmol/h,其组成为0.48（轻组分的摩尔分数，下同）。两组分的相对挥发度为2.5 ,习题6-34附图回流比为2.00要求塔顶产品浓度为0.95,塔底产品 浓度为0.06,求（1）分凝器和全凝器的热负荷分别 是多少？ （2）再沸器的热负荷是多少？ （3）理论 上再沸器的最低热负荷是多少？已知塔顶蒸汽冷凝 相变焰为22100kJ/kmol,塔底液体汽化相变始为 24200 kJ/kmol解：求冷凝器和再沸器的热负荷，首先求出两者中的冷凝量和汽化量,全凝器冷凝量= 8kmm1全凝器热负荷：Qd = 84.94x 22100= 1.88x106 kJ/li分凝器冷凝量：L = RQ = 2.()x 84.94= 1699kmol/h分凝器热负荷：。乙=Lr = 169.9x22100=3.75xI06kJ/kmol(认为分凝器中的蒸汽和全凝器中的蒸汽冷凝潜热近似相等)(2)再沸器蒸发量：V* = V-(1= V = (/? + 1)D = 3.0x84.94 = 254.82kmoL1i再沸器热负荷：Qb = V1 r* = 254.82 x 24200=

5、 6.17 x 106 kJ/h(3)在产品产量和纯度要求一定的情况下，再沸器的热负荷取决于回流比R越小则热 负荷越小。所以，再沸器的最小热负荷与最小回流比对应。饱和液体进料，最小回流比可计 算如下：1 xD a(l-.xD f I Po.95 2.5 X (1-0.95)1 一4 mi ”11与 1-Xp J 2.5-1 Lo.481-0.48 JVmin =+ D。= 2.16x84.94 = 183.47kmol/hOB.min =Vmin = 183.47x 24200= 4.44x 106 kJ/li6-35某二元连续精饰塔，操作回流比为2.8,操作条件下体系平均相对挥发度为245。原料 液泡点进料，塔顶采用全凝器，泡点回流，塔釜采用间接蒸汽加热。原料液、塔顶储出液、 塔釜采出液浓度分别为0.5、0.95. 0.05 (均为易挥发组分的摩尔分数)试求：(1)精馀段操 作线方程；(2)由塔顶向下数第二板和第三板之间的汽、液相组成：(3)提溜段操作方程;(4)由塔底向上数第二和第三块板之间的汽、液相组成。解：精饰段操作线方程：，=白、+言rW；-黑y =0.737x+0.25(2

6、)由相平衡方程可得:Vi = X)= 0.95 X =7 = 0.886力。1 2.45-(2.45-l)yjy2 = 0.737a)+ 0.25 = 0.903 x2 =2.45-(2.45-l)y2=0.7923 = 0.737x2 +0.25 = 0.834(3)提馈段操作线方程推导：L=L+qF = L+F = RD+F U = 丫一(1一如尸=V =(H + 1)Ol依 wRD + F(F-Dw RD/F + 1(1-D/F)(R + l)。, 依 + 1)-(R + l)/尸 (R + l)D/FD Ap Ay0.5-0.05=().5F xD -xw 0.95-0.05g、i2.8x0.54-1(1-0.5) c” ，今所以 v = ：x- x 0.05 = 1.263x-().0132(2.8 + l)x0.5(2.8 + l)x0.5Lv = - x-V9Vy = 1.263X-0.0132（4）由提馀段操作线方程可得一=5铲 .。5 J = KW=0】4Q J W。 y-2 = i +（；%M=26 匕6-36用常压连续操作的精储塔分离苯和甲苯混合液，已知进料含苯0

7、.6 （摩尔分数），进料 状态是汽液各占一半（摩尔数），从塔顶全凝器中送出的播出液组成为含苯0.98（摩尔分数）, 已知苯一甲苯系统在常压下的相对挥发度为2.5。试求：（1）进料的气、液相组成：（2）最 小回流比。解：（1） xf=0.6,进料状态为汽液各占一半（摩尔数）作易挥发组分的质量衡算：0.6/= + ），22又有相平衡方程：v = 2-l + 1.5x联立求解，得x = 0.49, y = 0.71o所以，进料的液相组成为0.49,汽相组成为0.71。（2） g = O,5, q线方程为：y = x-!, y = -x + 1.2q- qT联立求解y = 2和y = f + L2,可得交点坐标为.% =0.49 , yq =0.71l + 1.5x所以：2,=常温心 yq -xq 0.71-0.496-37在常压连续精馀塔中分离二元理想混合物。塔顶蒸汽通过分凝器后，3/5的蒸汽冷凝成 液体作为回流液，其浓度为0.86。其余未凝的蒸汽经全凝器后全部冷凝，并作为塔顶产品送 出，其浓度为0.9（以上均为轻组分的摩尔分数）。若已知操作回流比为最小回流比的1.2倍, 泡点进料，试求：（

8、1）第一块板下降的液体组成：（2）原料液的组成。解（1）回流比：= - = 1.5D 2V5由相平衡关系 = = /瞥一 = 0.9a = 1.4651 + （0-1卜0 l + （a-l）x0.86由精溜段操作线方程得：y, = x0+!xD =-LLxO.86+-21L = 0.876R+l R+l 1.5 + 11.5 + 1由相平衡方程犷缶;可求得内=0.828（2）原料液的组成因为 R = L2Rmin，所以 Rmin =125当采用泡点进料时，4=1,即 =与点“25% = l + (aq联立求解(a)、(b)式,可得% =0.758yq =0.821所以与=.% =0.758w6-38某二元混合物含易挥发组分为0.15 （摩尔分数，下同）, 以饱合蒸汽状态状态加入精饰塔的底部（如附图所示），加料量为100kmol/h,塔顶产品组成为0.95,塔底产品组成为0.05.已知操作条件下体系平均相对发度为2.5。试求:习题6.38附图（1）该塔的操作回流比：（2）由塔顶向下数第二层理论板上的液相浓度解：（1）全塔质量衡算：9=壬亲=盥藁=D = 0.111F = lLlkmoWi根据恒摩尔流假定，塔内上升蒸汽量应等于进料量，即V=F=100kmol/lic由V =（R + 1）0可得：T = *T = 8.（2）操作线方程为：y = .V4.R + 1xn 80.95,=+ =0.889.V+ 0.106r+1 8+1 8+10.95a-Q-孤 2.5-1.5x0.95= 0.884甲t ya1 X17ywn?Ixw习题6-39附图y2 =0,889可 +0.106 = 0.892广、=892=0.768a 一()”2.5-1.5x 0.8926-39 lkmol/s的饱和蒸汽态的氨-水混合物进入一个精储段和 提储段各有1块理论塔板（不包括塔釜）的精僧塔，进料中包 的组成为0.001 （摩尔分数）。塔顶回流为饱和液体，回流量为 1.3kmol/so塔底再沸器产生的汽相量为0.6kmol/Sa若操作范 闱内缎-水溶液的汽液平衡关系可表示为y=L26x,求塔顶、塔 底的产品组成。解：参见本题附图，该塔共有包括塔釜在内的三块理论板。F = lkmol/s V = 0.6kmol/s饱和蒸汽进料，则卜=丫，+尸= L6kmol/sL

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