发布时间 : 星期六 文章化工原理答案更新完毕开始阅读
由相平衡方程 y2?
2x2 得x2=0.85 1?x217、用常压连续精馏塔分离苯－甲苯混合液。已知原料液流量100kmol/h，组成为0.40，馏出液及釜液组成分别为0.95和0.03（均为摩尔分数），进料温度为40℃，塔顶全凝器，泡点回流，R=3.0，塔釜为间接蒸汽加热，加热蒸气压力为300kPa（绝压），若忽略热损失，试求：（1）加热蒸汽用量；（2）冷却水用量（设冷却水进出口温差为15℃）
解：由全塔物料衡算
D?xF?xW0.40?0.03F??100?40.22kmol/h
xD?xW0.95?0.03查得 xF=0.40时，泡点温度ts=96℃，而进料温度tF=40℃，故为冷进料。 查ts=96℃时苯、甲苯的汽化潜热为 rA=389.4KJ/kg rB=376.8KJ/kg
则rm=0.4×389.4×78+0.6×376.8×92=32950kJ/kmol 查
96?40?68℃下 CPA=CPB=1.88kJ/（kg. ℃） 2则 CPm=0.4×1.88×78+0.6×1.88×92=162.4kJ/（kmol. ℃） 所以q?CPm(ts?tF)?rm162.4?(96?40)?32950??1.28
rm32950精馏段上升蒸汽量 V=（R+1）D=（3+1）×40.22=160.88kmol/h
提馏段上升蒸汽量 V=V+（q-1）F=160.88+（1.28-1）×100=188.88kmol/h 塔釜和塔顶分别按纯甲苯和苯计算：
（1）查xw=0.03时ts=109.3℃，对应的汽化潜热rB=380kJ/kg 则QB=VrB=188.88×380×92=6.6×106kJ/h
又查300kPa（绝压）下饱和水蒸气的汽化潜热r=2168.1kJ/kg，则塔釜加热蒸汽消耗量
‘
‘‘
QB6.6?106WB???3.04?103kg/h
r2168.1（2）查xD=0.95时，ts
‘’
=81.2℃ ，对应的汽化潜热rc=400kJ/kg
则Qc=Vrc=160.88×400×78=5.02×106kJ/h
冷却水消耗量
Qc5.02?106Wc???7.99?104kg/h
Cpc(t2?t1)4.187?15
18、在连续精馏塔中分离苯－甲苯混合液。在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为0.28、0.41和0.57，试求三层板中较低两层板的液相单板效率。操作条件下苯－甲苯混合液的平均相对挥发度可取2.5。
解：已知x1=0.57 、x2=0.41 、x3=0.28 又全回流时操作线方程为
y2=x1 、y3=x2 、y4=x3
故y2=0.57 、y3=0.41 、y4=0.28 由相平衡方程式
*2.5x2y2??0.57*1?(2.5?1)x2
y3?2.5x?0.41*1?(2.5?1)x3*3
**得到 x2?0.35 x3?0.22
由式 （6-46）
EmL2?EmL3
x1?x20.57?0.41??0.73*x1?x20.57?0.35
x2?x30.41?0.28???0.68*x2?x30.41?0.2219、试计算习题14中精馏塔的塔径和有效高度。已知条件如下：
（1）进料量为100kmol/h；
（2）塔釜压力为114kPa，对应温度为102℃，塔顶为常压，温度为66.2℃，塔釜间接蒸汽加热；
（3）全塔效率55％，空塔气速为0.84m/s，板间距为0.35m。 解：由习题14得知 xF=0.35 、xD=0.95 、xW=0.05 ，泡点进料，R=1.42 由全塔物料衡算
F=D+W 100=D+W
FxF=DxD+WxW 100×0.35=0.95D+0.05W 解之 D=33.3kmol/h
V=V=（R+1）D=（1.42+1）×33.3=80.59kmol/h
‘
102?66.2?84.1℃ 2114?101.3所以平均操作压力为?107.7kPa
222.4VTP22.4?80.59?(273?84.1)?101.30Vg???0.617m3/s3600T0P3600?273?107.7因全塔平均温度为
Di?4Vg?u?4?0.617?0.97m3.14?0.84
圆整为1000mm
由于习题14已求出NT=7 所以NP=NT/E=7/0.55=12.7≈13 Z=（NP-1）HT=（13-1）×0.35=4.2m
20、试计算习题19中冷凝器的热负荷、冷却水的消耗量以及再沸器的热负荷、加热蒸汽的消耗量。已知条件如下：
（1）忽略冷凝器热损失，冷却水的进出口温度分别为25℃和35℃；
（2）加热蒸汽的压力为232.2kPa，冷凝液在饱和温度下排出，再沸器的热损失为有效传热量的12％。
解：塔顶可近似按纯甲醇计算，则查塔顶66.2℃下，rA=1130kJ/kg 由式（6-38）
QC=VrA=80.59×1130×32=2.91×106kJ/h
Qc2.91?106 Wc???6.95?104kg/h
Cpc(t2?t1)4.187?(35?25)塔釜可近似按水计算，则查塔釜102℃下，rB=2252kJ/kg 由式（6-40）
QB=VrB+QL=80.59×18×2252×1.12=3.66×106kJ/h 查加热蒸汽232.2kPa下，汽化潜热为2191.8kJ/kg，则
‘
QB3.66?106Wh???1670kg/h
rh2191.8
21、在连续精馏塔中分离二硫化碳－四氯化碳混合液。原料液在泡点下进入塔内，其流量为4000kg/h、组成为0.3（摩尔分数，下同）。馏出液组成为0.95，釜液组成为0.025。操作回流比取最小回流比的1.5倍，操作压强为常压，全塔操作平均温度为61℃，空塔气速为0.8m/s，塔板间距为0.4m，全塔效率为50％。试求：（1）实际板层数；（2）两产品质量流量；（3）塔径；（4）塔的有效高度。
解：
习题6－21附图
（1）由y-x相图中q线与平衡线的交点坐标为 xq=xF=0.3 ，yq=0.54 则 Rmin?xD?yqyq?xq?0.95?0.54?1.71
0.54?0.3R=1.5Rmin=1.5×1.71=2.57 所以精馏段操作线的截距
xD0.95??0.266 R?12.57?1在图中作出精馏段操作线和提馏段操作线，见附图。 得出 NT=12-1=11块 NP= NT /E=11/0.5=22块 （2）解法一：
因 MF=0.3×76+0.7×154=130.6kg/kmol
F=4000 /130.6=30.63kmol/h 由全塔物料衡算
F=D+W 30.63=D+W
FxF=DxD+WxW 30.63×0.3=0.95D+0.025W 解之D=9.11kmol/h W=21.52kmol/h 又 MD=0.95×76+0.05×154=79.9kg/kmol MW=0.025×76+0.975×154=152.05kg/kmol