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）WDFWxDxFxWDF由题意得：F=4000，xF=0.3，xW=0.5，88.0%100FDDFxDx代入上式得故943.011203.0400088.0/112028804000/288005.03.0400012.0DFxxhkgDhkgWWFDD下面用摩尔分数表示hkmolxD/36.14760.9741120D974.0154/057.076/943.076/943.0186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2300kJ/kg，故平均汽化热为：kg/kJ27.1676186.0324.01823006.0186.0324.03211504.0r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mt℃查平均温度下甲醇比热为65kJ/kg·K溶液平均比热为KkgkJ/35.3186.0324.01818.46.0186.0324.03265.24.0cp最后由热状态参数q定义得：07.127.167627.1676)403.75(35.3rrtcqp（2）泡点进料q=1（3）饱和蒸汽进料q=07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+WFxF=DxD+WxW代入题中所给数据得：04.0D10095.0D4.0100）（解得：D=39.56kmol/h则：W=100-39.56=60.44kmol/hL=RD=2.5×39.56=98.9kmol/hh/kmol46.13856.3915.21)D(RV）（根据恒摩尔假设V’=V+(q-1)F=138.46+(1.07-1)×100=145.46kmol/h11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qqqDminx-yy-xR气液平衡曲线qqx11xy）（将题中所给数据xD=0.957，Rmin=1.63和α=2.5带入两式，qqqqqx-x5.11x5.2x5.11x5.2-957.0=1.63解得：xq=0.366yq=0.591所以04.2366.044.0591.044.0x-xy-y1-qqqFqF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88.0x95.0xy0D0，由相平衡方程知：000x11xy）（即）（188.0188.095.0解得α=2.59由x1用相平衡方程求得y1907.079.059.1179.059.2x11xy111）（由精馏段操作线方程求操作回流比R，D01x1R1x1RRy95.01R188.01RR907.0解得R=1.593最小回流比由下式求得qqqDx-yy-xRmin因q=1故xq=xF=0.5721.05.059.115.059.2x11xyyFFFq）（故036.15.0721.0721.095.0Rmin（2）原料液流量F由回收率知96.05.0F95.0100FxDxFD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/(m3·kPa)，气膜吸收系数kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数kL=2.08×10-5kmol/(m2·s·kmol/m3)。试求总吸收系数KG，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。解：由1/KG=1/kG+1/HkL可得总吸收系数1/KG=1/1.55×10-5+1/（1.995×2.08×10-5）KG=1.122×10-5kmol/(m2·s·kPa)气膜阻力所占百分数为：%3.72%10010122.111055.11%100K1k155GG11.在101.33kPa下用水吸收混于空气中的中的氨。已知氨的摩尔分率为0.1，混合气体于40℃下进入塔底，体积流量为0.556m3/s，空塔气速为1.2m/s。吸收剂用量为最小用量的1.1倍，氨的吸收率为95％，且已估算出塔内气相体积吸收总系数KY的平均值为0.1112kmol/(m3·s).在操作条件下气液平衡关系为Y*=2.5X，试求塔径及填料层高度。解：（1）塔径D=m768.02.1556.04uVs4（2）填料层高度由题意知Y1=1111.01.011.0，Y2=Y1（1-A）=0.11110056.0)95.01(所以72.206.21111.00056.01111.0)()(2121minXmYYYVL72.247.21.1)(1.1)(minVLVL则脱吸因子S=956.072.26.2LmV气相总传质单元NOG72.13956.00056.01111.0)956.01(ln95611Y-YY-YS1lnS11*22*21S）（气相总传质单元高度381.0768.0410001112.040273315.8)1.01(556.01013302）（KyVHOG填料层Z=HOGNOG=13.72*0.385=5.23m干    燥 5.采用如图所示的废气循环系统干燥湿物料，已知数据标于附图中。假设系统热损失可以忽略，干燥操作为等焓干燥过程。试求1）新鲜空气的消耗量；2）进入干燥器的湿空气的温度及焓（3）预热器的加热量。解：在H-I图上示意空气状态变化，由t0、H0定A点，由t2、H2定C点。因绝干废气量与绝干新气体量之比为3:1，利用杠杆规则链接AC，使得31MAMC，则M点为进入预热器前的混合点，由M点做等湿线与过C点做等焓线相交于B点，MB为预热过程，BC为等焓过程。根据杠杆原则求得混合点M的湿度和焓分别为2.44t0529.02490t0529.088.101.176.180IHH2490tH88.101.1tIIm/kJ76.180145.2244362.5041I43I41I/kJ145.2240672.02790500672.088.101.1H2490tH88.101.1Im/kJ62.5001.024902501.088.101.1H2490tH88.101.1Ikg/kg0529.00672.04301.041H43H41Hmmmmmmmmmmm320m322223000020解得）（带入和将前面计算的）（求得可由绝干空气绝干空气）（）（绝干空气）（）（绝干气水m（1）新鲜空气消耗量L0h/2788)01.01(2760)1(/276001.00672.0896.157/kg896.15705263.025.0800X-XGWh/kg8002.011000w1GG/kg05263.005.0105.0w1w2X/kg25.02.012.0w1wX0002211122111湿干气绝干气）（）（绝干料）（）（绝干料绝干空气kgHLLhHHWLhkgkg（2）进入干燥器湿空气的温度和焓由于为等焓干燥，所以进入干燥器前湿空气焓等于离开干燥器的焓，即I1=I2=224.125kJ/m3绝干空气而进入干燥器前湿空气的湿度等于离开干燥器时候的湿度，即H1=Hm=0.0529kg水/kg绝干气T1可由I1求出I1=(1.01+1.88H1)+2490H1224.125=（1.01+1.88*0.0529）t1+2490*0.0529解得tm=83.26℃（3）预热器的加热量由于为等焓干燥，干燥器补充热量为零，忽略热损失，因此总消耗热量等于预热器的加热量。包括循环气在内的整个干燥系统的物料衡算，则：Qp=L（I2-I0）=2760（224.125-50.62）=478929kJ/h=133.03kW