化工原理大题答案.doc

第一章 蒸馏
7.对习题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（以上均为易挥发组分的摩尔分率），回流比为2.5，试求产品的流量，精馏段的下降液体流量和提馏段的上升蒸汽流量。假设塔内气液相均为恒摩尔流。
解： ①产品的流量
由物料衡算 FxF = WxW + DxD
D + W = F 代入数据得
W = 60.44 kmol/h
∴ 产品流量 D = 100 – 60.44 = 39.56 kmol/h
②精馏段的下降液体流量L
L = DR = 2.5×39.56 = 98.9 kmol/h
③提馏段的上升蒸汽流量V'
40℃进料q = 1.08
V = V' + （1-q）F = D（1+R）= 138.46 kmol/h
∴ V' = 146.46 kmol/h

8.某连续精馏操作中，已知精馏段 y = 0.723x + 0.263；提馏段y = 1.25x – 0.0187
若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比。
解：露点进料 q = 0
即 精馏段 y = 0.723x + 0.263 过（xD ，xD）∴xD = 0.949
提馏段 y = 1.25x – 0.0187 过（xW ，xW）∴xW = 0.0748
精馏段与y轴交于[0 ，xD/（R+1）] 即 xD/（R+1）= 0.263
∴R = 2.61
连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为（0.5345 ，0.6490）
∴ xF = 0.649

11.用一连续精馏塔分离由组分A¸B组成的理想混合液。原料液中含A 0.44，馏出液中含A 0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最回流比为1.63，试说明原料液的热状况，并求出q值。
解：在最回流比下，操作线与q线交点坐标（xq ，yq）位于平衡线上；且q线过（xF ，xF）可以计算出q线斜率即 q/(1-q)，这样就可以得到q的值
由式1-47 Rmin = [(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/（α-1）代入数据得
1.63 = [(0.957/xq)-2.5×(1-0.957)/(1-xq)]/（2.5-1）
∴xq = 0.366 或xq = 1.07（舍去）
即 xq = 0.366 根据平衡关系式y = 2.5x/（1 + 1.5x） 得到yq = 0.591
q线 y = qx/（q-1）- xF/（q-1）过（0.44，0.44），（0.366，0.591）
q/（q-1）= （0.591-0.44）/（0.366-0.44）得 q = 0.67
∵ 0 < q < 1 ∴ 原料液为气液混合物
15.在连续操作的板式精馏塔中分离苯-甲苯的混合液。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，试计算三层中较低的两层的单板效率EMV 。
操作条件下苯-甲苯混合液的平衡数据如下：
x 0.26 0.38 0.51
y 0.45 0.60 0.72
解：假设测得相邻三层板分别为第n-1层，第n层，第n+1层
即 xn-1 = 0.28 xn = 0.41 xn+ 1 = 0.57 根据回流条件 yn+1 = xn
∴ yn = 0.28 yn+1 = 0.41 yn+2 = 0.57
由表中所给数据 α = 2.4
与第n层板液相平衡的气相组成 yn* = 2.4×0.41/（1+0.41×1.4）= 0.625
与第n+1层板液相平衡的气相组成 yn+1* = 2.4×0.57/（1+0.57×1.4）= 0.483
由式1-51 EMV = （yn-yn+1）/（yn*-yn+1）
可得第n层板气相单板效率 EMVn = （xn-1-xn）/（yn*-xn）
= （0.57-0.41）/（0.625-0.41）
= 74.4％
第n层板气相单板效率 EMVn+1 = （xn-xn+1）/（yn+1*-xn+1）
= （0.41-0.28）/（0.483-0.28）
= 64％
第2章 吸收

12.在吸收塔中用请水吸收混合气体中的SO2，气体流量为5000m3（标准）/h，其中SO2占10％，要求SO2的回收率为95％。气，液逆流接触，在塔的操作条件下，SO2在两相间的平衡关系近似为Y* = 26.7X，试求：
（1） 若取用水量为最小用量的1.5倍，用水量应为多少？
（2） 在上述条件下，用图解法求所需理论塔板数；
（3） 如仍用（2）中求出的理论板数，而要求回收率从95％提高到98％，用水量应增加到多少？
解：（1）y2 = y1（1-η）= 0.1×（1-0.95）= 0.005
Y1 = 0.1/0.9 = 0.111 Y2 = 0.005/（1-0.005）= 0.005
（L/V）min=（Y1-Y2）/X1* = （Y1-Y2）/（Y1/26.7）
= （0.111-0.005）×26.7/0.111
= 25.50
（L/V）=1.5（L/V）min= 38.25
惰性气体流量： V = 5000×0.9/22.4 = 200.89
用水量 L = 38.25×200.89 = 7684kmol/h
（2）吸收操作线方程 Y = （L/V）X + Y2 代入已知数据
Y = 38.25X + 0.005
在坐标纸中画出操作线和平横线，得到理论板数NT = 5.5块

14．在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的H2S，进塔气相中含H2S（体积）2.91％要求吸收率不低于99％，操作温度300Ｋ，压强101.33kPa，平衡关系为Y* = 2X，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H2S浓度为0.013kmol(H2S)/kmol(溶剂)
已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.015kmol/(m2·s)，气相体积吸收总系数为0.000395 kmol/(m3·s·kPa)。求所需填料蹭高度。
解：y2 = y1（1-η）=0.0291×0.01 = 0.000291
Y2 = y2 = 0.000291 Y1 = 0.0291/（1-0.0291）= 0.02997
ΔYm = [（Y1-Y1*）-Y2]/ln[（Y1-Y1*）/Y2]
= [（0.02997-0.013×2）-0.000291]/ln[（0.02997-0.013×2）/0.000291]
= 0.0014
∴ΝOG =（Y1-Y2）/ΔYm = （0.02997-0.000297）/0.0014 = 21.2
HOG = V/(KYaΩ) = 0.015/（0.000395×101.33）
= 0.375
H =ΝOG × HOG = 21.2×0.375 = 7.9m

第五章 干燥

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