化工原理答案(3)

（1）釜液组成；

（2）馏出液量（kmol/h）。

解：（1）如图所示。

y1 D D,x F,Fx L x 1 yW W W

y1?xD?0.6

x1?y1??(??1)y1'?0.65.8?4.8?0.6?0.205 （5分）

L?F,V?V?D

'yW??LV''x1?WxWV'?FDx1?FxF?DxDD

100D?0.205?9.5D100?0.3?D?0.6D

?0.6? （1） （5分）

又 yW??xW1?(??1x)W??5.8xW?14xW.8 （2）

且 D?F(xF?x)WxD?xW10?0(0?.3xW0.6?xW5.8xW1?4.x8W?)?30x100W0.6?xW9?.53?0 （3）

将式2、3代入式1得： ?0.6?(?0x.W61xW00

)6解之得：xW?0.0914 xW?0.39（舍去）

（2）将xW?0.0914代入式3得： D?41.0k1mol/ h （5分） 3、（15分）

在常压连续精馏塔内分离苯和甲苯混合液，混合液的流量为1000kmol/h，其中含苯40%，要求塔顶馏出液中含苯90%，塔釜残液中含苯2%（均为摩尔分率）。泡点进料，塔顶冷凝器为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，取回流比为最小回流比的1.5倍。全塔平均相对挥发度为

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2.5。试求：

（1）塔顶与塔底产品量D、W； （2）回流比R；

（3）从上往下数的塔内第二块理论板上升气体组成；

（4）若在塔操作中，将进料状态改为饱和蒸汽进料，而保持F、R、D、xF不变，此时能否完成分离任务？为什么？ ?F?D?W解：（1） ??D?FxF?Dx 即 ?

100?0.4?D?0.9?W?0.02WWx? （3分）

?100?D?W解之得：??D=43.2kmol/h?W=56.8kmol/h｛2｝泡点进料，xe?xF?0.4 ye?xD?yeye?xe?xe1????1?xe?2.5?0.41?1.5??0.62 50.4Rmin??0.9?0.6250.625?0.4?1.22 （3分）

R?1.5?Rmin?1.5?1.22?1.83（3）精馏段操作线方程： yn?1?y1?xD?0.9 x1?RR?1xn?xDR?1?1.83xn?2.830.9?0.65x?n2.830.3 18y1??(??1)y1?0.92.?5?0.78 31?.50.9y2?0.65x1?0.318?0.65?0.783?0.318?0.827 （4分）

（4）F、R、D不变，而进料状态由饱和液体改为饱和蒸汽时，q?，故V???R?1?D

??q?1?F随q?而?，

L?V??V??WV??1?WV??，提馏段塔板分离能力?，xW必?，又由全塔物

料衡算可知，xD?。可见不能完成分离任务。 （5分） 4、（15分）

由一层理论板与塔釜组成的连续精馏塔，每小时向塔釜加入含甲醇40%（摩尔分率）的甲醇水溶液100kmol，塔顶采用全凝器，塔釜间接蒸汽加热，回流比R=3，要求塔顶馏出液组成xD=0.84，在操作条件下的平衡关系为y?0.45x?0.55，求：

（1）塔釜组成x；

（2）每小时能获得的馏出液量D。 解：（1）y1?xD?0.84 x1?y1?0.550.84?0.55??0.64 4 （4分）

0.450.45RR?1x1?xDR?1?34?0.644?0.844?0.693 （4分）

y2? 12

xW?y2?0.550.45?0.693?0.550.45?0.318 （3分）

(2) D?5、（15分）

F(xF?xW)xD?xW?100?(0.4?0.318)0.84?0.318?15.7kmol/h （4分）

组成为xF?0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中气液摩尔比为1?2，塔顶，塔顶易挥发组分回收率为95%，回流比R?1.5Rmin，塔xD?0.95（以上均为摩尔分率）

釜间接蒸汽加热，相对挥发度??2.5，试求： (1)原料中汽相和液相组成； (2)列出提馏段操作线方程；

解：(1)设原料中汽相组成为ye，液相组成为xe，则

2?1y??3e3xe?xF? ? 将xF?0.45，??2.5代入得：

?xe?ye?1?(??1)xe??2?1y??3e3xe?0.45? ?解之得：xe?0.375 ye?0.6 （5分）

2.5xe?ye?1?1.5xe??(2) q?23 Rmin?xD?yeye?xeDF?0.9?50.6?0.6?1.55 6R?1.5Rmin?1.5?1.556?2.334 0.3750.450.?95?0.95?DxDFxF?0.95 ??0.9?5xFxD? .450DxDFxF''?WxWFxF?1

WxWFxF?1?DxDFxF?0.0 5 （5分）

LV?RD?qF(R?1)D?(q?1)F0.05FxFR?(R?1)?DFDF?q??(q?1)2.334?0.45?3.334?0.45?(?23?1)?0.0193 ?1)23?1.47

WxWV'?0.05xF(R?1)DF?(q?1)0.05?0.453.334?0.45?(23(R?1)D?(q?1)F?提馏段操作线方程为：y?LV''x?WxWV'?1.47x?0.0193 （5分）

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6、（15分）

在一连续常压精馏塔中分离某理想混合液，xD?0.94，XW=0.04。已知此塔进料q线方程为y?6x?1.5y，采用回流比为最小回流比的1.2倍，混合液在本题条件下的相对挥发度为2，求：

（1）精馏段操作线方程。

（2）若塔底产品W＝150kmol/h，求进料量F和塔顶产品量D。 （3）提馏段操作线方程。 解：（1）由q线方程 ?qq?1?6,xFq?1?1.5?q?1.2,xF?0.3联立方程 y?2x1?x与 y?6x?1.5

得 xq?0.333,yq?0.5Rmin?xD?yqyq?xq?0.94?0.50.5?0.333?2.635

R?1.2Rmin?1.2?2.635?3.162

y?RR?1x?xDR?1?0.76x?0.226 （5分）

?F?D?W（2）?

Fx?Dx?WxDW?FD=60.94kmol/h F=210.94kmol/h （5分） （3）

V???R?1?D??q?1?F?60.94?4.162??1.2?1??210.94?285.8kmol/hL??L?qF?RD?qF?60.94?3.162?1.2?210.94?445.8kmol/h

y??L?V?x?wxWV??1.507x?0.0203 （5分）

7、（15分）

一常压连续操作的精馏塔，用来分离苯和甲苯混合物。混合物含苯0.6摩尔分率，以100Kmol/h流量进入精馏塔，进料状态为气液各占50%摩尔数，操作回流比为最小回流比的

1.5倍；要求塔顶馏出液组成为0.95(苯的摩尔分率，下同)，塔底釜液组成为0.05。在操作条件下，苯和甲苯的相对挥发度为2.5。试求： （1）塔顶和塔底产品量； （2）最小回流比；

（3）精馏段操作线方程； （4）提馏段操作线方程。

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?F?D?W解：（1）由 ??D?FxF?Dx

WWx?100?(0.6?0.5)0.95?0.05?61.11kmol/h

得D?F(xF?xW)xD?xWW?F?D?100?61.11?38.89kmol/h （4分）

（2）由题可知：q?0.5

q线方程为：y?0.5xxF0.5?1?0.5?1

y??x?1.2 ①

平衡线方程为：y??x1?(??1)x

y?2.5x1?1.5x ②

令①=②并化简得：1.5x2?1.7x?1.2?0 求得q线与平衡线交点：

xq?0.492，yq?0.708

?RxD?yq0.95?0.708min?y q?x?q0.708?0.492?1.12 （3）R?1.5Rmin?1.5?1.12?1.68

ynxDn?1?Rx(R?1)?(R?1)?1.68xn0.951.68?1?1.68?1 yn?1?0.627xn?0.354（4）L'?L?qF?RD?0.5F?1.68?61.11?0.5?100?152.66

V'?V?(q?1)F?D(R?1)?(0.5?1)?100?113.77V

'yxmm?1?LV'?WxWV'?152.66xm0.05?38.89113.77?113.77

ym?1?1.34xm?0.017 8、（15分）

一连续精馏塔，泡点进料。已知操作线方程如下： 精馏段 y?0.8x?0.1 7

15

5分）

3分）3分）（ （

（

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