发布时间 : 星期三 文章《化工原理II》计算试题 - 答案更新完毕开始阅读
∴ 进料热状态方程为：y?qq?1x?XFq?1??2x?1.2
14、（25分）如图所示，在某常压连续精馏塔中分离A、B混合液。两股进料分别为：
F1=100 kgmol/h, xF1=0.6 (摩尔分率，下同), 饱和液相进料, F2=100 kgmol/h, xF2=0.2， 饱和液相进料,
要求：分离后馏出液中A组分含量不小于0.8，釜液中A的浓度不大于0.02，操作回流比为R=2Rmin，系统相对挥发度α=1.6。试求： （1）塔顶和塔底产品量； （2）操作回流比； （3）精馏段操作线方程；
（4）提馏段气、液相流率及操作线方程；
（5）两进料间中间段的气、液相流率及操作线方程。 解：（1）根据物平：F1+F2=D+W
F1xF1+F2xF2=DxD+WxW 即： 100+100=D+W
100*0.6+100*0.2=D*0.8+W*0.02 ∴ D= 97.44 kmol/h W= 102.56 kmol/h
（2）∵ q1=1 xe=xF1=0.6 ye=αxe/[1+(α-1)xe]=1.6*0.6/[1+(1.6-1)*0.6]=0.706 ∴ Rmin=(xD-ye)/(ye-xe)=(0.8-0.706)/(0.706-0.6)=0.887 R=2Rmin=2*0.887=1.774 （3）精馏段操作线方程：y? 即： y=0.64x+0.288
（4）提馏段气液相负荷：V’’=V=(R+1)D=2.774*97.44=270.30kmol/h
L’’=L+F1+F2=RD+F1+F2=1.774*97.44+100+100=372.86kmol/h 提馏段操作线方程：y?L''L''?Wx?WxWL''?W?372.86372.86?102.56x?102.56*0.02372.86?102.56RR?1x?xDR?1 代数得：
y?1.7741.774?1x?0.81.774?1
即： y=1.379x-0.0076 间段气液相负荷：V’=V=270.30kmol/h
L’=L+F1=RD+F1=1.774*97.44+100=272.86kmol/h F1xF1+V’y=DxD+L’x
y?L'V'x?F1xF1?DxDV'?272.86270.30x?100*0.6?97.44*0.8270.30
中间段操作线方程： y=1.01x+0.066
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15、（20分）用常压精馏塔分离某二元混合物，其平均相对挥发度?=2，原料液流量F=10kmol/h,，饱和蒸汽进料，进料浓度xF=0.5(摩尔分率，下同) ，馏出液浓度xD=0.9,易挥发组分的回收率为90％，回馏比R=2Rmin,塔顶设全凝器，塔底为间接蒸汽加热，求：
（1） 塔顶馏出液及塔底残液量； （2） 第一块塔板流出的液相组成x1; （3） 最小回流比
（4） 精馏段和提馏段各板上升的汽相流率。
（5） 如果塔釜改为直接通入过热蒸汽加热，对操作效果有什么影响。 解： （1）∵ 易挥发组分回收率为90% ∴
DxDFxF?0.9
D?0.910?0.5?0.9
∴ D = 5 kmol/h 由物平得： F = D＋W
∴ W = F-D = 10-5 ＝ 5kmol/h
（2） y1 = xD = 0.9
∵ x1与y1成相平衡关系 ∴ ∴ ∴
y??x1?(??1)x2x11?x1?2x1?x
y1?
?0.92?0.9?0.82x1?y12?y1
（3）饱和蒸汽进料 q = 0 ∵ ye = xF =0.5 ∴ ∵ ∴
xe?ye2?yein?0.52?0.5?0.33
RmRm?1in?yD?yexD?xe?
?2.35Rmin?xD?yeye?xe0.9?0.50.5?0.33
（4）R = 2Rmin = 2*2.35 = 4.70 设精馏段气相流率为V 提馏段气相流率为V’ ∵
LV?RR＋1 L=RD
∴ V = (R+1) D = (4.70+1) * 5 = 28.50 kmol/h
?14 ?
∵ V = V’+(1-q)F
∴ V’= V - (1-q)F = 28.5 – (1-0)*10 = 18.5 kmol/h （5）需要的塔板数增加。
16、（20分）某厂需分离乙苯/苯乙烯二元体系，拟建一座处理能力为16万吨/年处理能力的精馏塔（按年开工时间8000小时计算）。要求该塔塔顶乙苯的回收率不小于94%（以下均为摩尔分率），塔底苯乙烯的回收率不小于95%，塔顶采用全凝器，R=1.2 Rmin。在塔操作的温度压力范围内体系平均相对挥发度为1.45。考虑到苯乙烯组分易于聚合，初步拟订该塔采用规整填料以降低全塔压降。填料制造商提供的规整填料HETP为0.4 m。
1） 如果进料为乙苯的浓度为50%的泡点进料，试求： a. 塔顶、塔底乙苯组成及流量。
b. 试求精馏段和提馏段所需的填料高度。
2） 如果对进料加热并进行闪蒸，闪蒸后的汽液相摩尔比为1：1, 将气相冷凝至泡点后与液相流股分别进入塔内（即两股进料都为泡点进料）， 在分离要求不变的条件下，试求出精馏段、提馏段和两股进料间的填料高度。
解：（1） a. F = 160000000/8000 = 20000 kg/h = 20000/(106+104) = 190.476kmol/h DxD/FxF = 0.94
W(1-xW) /(1-FxF)=0.95
FxF= DxD+ WxW 1= DxD/FxF+WxW/FxF Wxw/FxF = 1- 0.94 = 0.06
W(1?xw)Wxw?0.950.06
求出：xW＝0.0594
W = FxF/xw = 190.476?0.5/0.0594 = 96.2 kmol/h D = F-W = 190.476-96.2 = 94.276 kmol/h xD = FxF/D =190.476?0.5/94.276 = 0.950 b.
ye?Rmin??xe1?(??1)xexD?yeye?xe???xF1?(??1)xF?1.45?0.51?0.45?0.5?0.592
0.95?0.5920.592?0.5?3.891
?0.168
xD1?R?xD1?1.2Rmin?0.951?1.2?3.891 由 xD=0.95 xW=0.0594 并且为泡点进料 xF=0.5 在图上作出精馏段操作线、q线和提馏段操作线，得到:
N理论＝34.8块 N理论＝18块 N理论＝16.8块 （不包括再沸器）
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∴ 填料塔的精馏段高度 h精馏=HETP N精馏理论=0.4×18 =7.2m 提馏段高度 h提馏=HETP N提馏理论=0.4×16.8=6.72m
(2) VF=LF=F/2=65.238kmol/h 且 xD=0.95 xW=0.0594不变 由 xF1F1＋xF2F2=F 即 xF1+xF2=1 和
xF1??xF21?(??1)xF2
可以得到： xF1=0.546 xF2=0.453 ∵ F1为泡点进料
ye'??xe'1?(??1)xe'xD?ye'ye'?xe'??1.45?0.5461?0.45?0.546?0.636
Rmin'?0.95?0.6360.636?0.546?3.512
R=1.2*Rmin=1.2*3.521=4.214
xD1?R'?0.951?4.214?0.182
∴ 可以得到精馏段操作线，与q1线交于一点1。 ?WxwL?F1?F2?W??96.2?0.05944.214?94.276?190.476?96.2 ?0.0116∴ 可以得到提馏段操作线，与q2线交于一点2，连接1、2点即得到中间段操作线:
由图可得：
N理论＝35.8块 N精馏理论＝16块 N精馏理论＝5.4块 N提馏理论＝14.4块 （不包括再沸器）
∴ 填料塔的精馏段高度 h精馏=HETP N精馏理论=0.4×16 = 6.4m 中间段高度 h中间=HETP N中间理论=0.4×5.4 =2.16m 提馏段高度 h提馏=HETP N提馏理论=0.4×14.4 =5.76m
17、用一连续精馏塔分离苯—甲苯混合溶液，原料液中含苯0.50，塔顶采用部分冷凝器，馏出液中含苯0.95，要求全塔苯的回收率大于95%（以上均为摩尔分率），原料液为汽、液混合进料，其中蒸汽占1/3（摩尔分率），苯—甲苯的平均相对挥发度为2.5，回流比为最小回流比的2倍，理论板数与回流比的关系符合Gililland 关联：Y其中
Y?N?NminN?1,X?R?RminR?1?0.75(1?X0.567 )，
试求：（1）原料液中汽相及液相的组成；最小回流比；进料的热状态线；
（2）试求达到该分离任务所需要的理论板数和进料位置；
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