天津大学化工原理第二版下答案1

13．在具有侧线采出的连续精馏塔中分离两组分理想溶液，如本题附图所示。原料液流量为100 kmol/h，组成为0.5（摩尔分数，下同），饱和液体进料。塔顶馏kmol/h，组成xD1为0.98，釜残液组成为0.05。从精馏的饱和液体。物系的平均相对挥发度为2.5。塔顶为全流比为3.0，试求（1）易挥发组分的总收率；（2）中

解：（1）易挥发组分在两股馏出液中的总收率 可得

出液流量qn,D为20 段抽出组成xD2为0.9凝器，泡点回流，回间段的操作线方程。 由全塔的物料衡算，

?A?qn,DxD1?qn,D2xD2qn,FxF?100%

qn,D2的计算如下

qn,F?qn,D1?qn,D2?qn,W

及

习题13附图

qn,FxF?20?0.98?0.9qn,D2?0.05?100?20?qn,D2?

整理上式，得到

0.85qn,D2?26.4

则 qn,D2?31.06kmol/h于是 ?A?

20?0.98?31.06?0.9?100%?95.1%

100?0.5（2）中间段的操作线方程 由s板与塔顶之间列易挥发组分的物料衡算，得

qn,Vsys?1?qn,Lsxs?qn,DxD1?qn,D2xD2 （1）

式中 qn,Vs?(R?1)qn,D1?(4?20)kmolh?80kmolh

qn,Ls?Rqn,D1?qn,D2??3?20?31.06?kmol/h?28.94kmol/h

将有关数值代入式（1）并整理，得到

ys?1?0.362xs?0.5944

14．在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。该物系的平均相对挥发度为2.5。原料液组成为0.35（易挥发组分的摩尔分数，下同），饱和蒸气加料。已知精馏段操作线方程为y = 0.75x+0.20，试求（1）操作回流比与最小回流比的比值；（2）若塔顶第一板下降的液相组成为0.7，该板的气相默弗里效率EMV1。

解：（1）R与Rmin的比值 先由精馏段操作线方程求得R和xD，再计算Rmin。 由题给条件，可知 R?0.75 R?1解得 R?3

xD?0.20(R?1)?0.2?4?0.8

对饱和蒸气进料，q = 0，yq = 0.35

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xq?yqyq??(1?yq)?0.35?0.1772

0.35?2.5(1?0.35)Rmin?xD?yqyq?xq?0.8?0.35?2.604

0.35?0.1772则

R3??1.152 Rmin2.604（2）气相默弗里效率 气相默弗里效率的定义式为

EM,V?y1?y2 （1） *y1?y2式中 y1?xD?0.8

y2?0.75x1?0.20?0.75?0.7?0.20?0.725

y1*??x12.5?0.7??0.8537

1?(??1)x11?1.5?0.7将有关数据代入式（1），得

0.8?0.725EM,V??0.583?58.3%

0.8537?0.72515．在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，原料液流量为100 kmol/h，组成为0.5（易挥发组分的摩尔分数，下同），饱和蒸气进料。馏出液组成为0.95，釜残液组成为0.05。物系的平均相对挥发度为2.0。塔顶全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。塔釜的汽化量为最小汽化量的1.6倍，试求（1）塔釜汽化量；（2）从塔顶往下数第二层理论板下降的液相组成。

解：先求出最小回流比，再由最小回流比与最小汽化量的关系求得qn,Vmin。液相组成x2可用逐板计算得到。 （1）塔釜汽化量 对于饱和蒸汽进料q = 0，yF = 0.5，Rmin可用下式计算，即

Rmin?1??xD1?xD?1?2?0.951?0.95???1???1?2.7 ??????1?yF1?yF?2?1?0.51?0.5?qn,Vmin?(Rmin?1)qn,D

而 qn,D?qn,FxF?xW?100?0.5?0.05kmol/h?50kmol/h xD?xW0.95?0.05则 qn,Vmin?(2.7?1)?50kmol/h?185 kmol/h

qn,V?min?qn,Vmin?(1?q)qn,F?(185?100)kmol/h?85 kmol/h

qn,V??1.6qn,V?min?(1.6?85)kmol/h?136 kmol/h

qn,V?min也可由提馏段操作线的最大斜率求得，即

qn,L?minqn,V?minxq??yq?xWxq?xW

0.5?0.3333

0.5?2?0.522

即

qn,V?min?qn,Wqn,V?min?0.5?0.05?1.588

0.3333?0.05将qn,W = 50 kmol/h代入上式，解得

qn,V?min?85kmol/h

（2）第2层理论板下降液相组成x2 逐板计算求x2需导出精馏段操作线方程。

qn,V??(R?1)qn,D?(1?q)qn,F?(R?1)?50?100?136

解得 R?3.72

xR3.720.95y?x?D?x??0.788x?0.2013

R?1R?14.724.72塔顶全凝器 y1?xD?0.95

y10.95x1???0.9048

y1??(1?y1)0.95?2?0.05y2?0.788?0.9048?0.2013?0.9143

x2?0.9143?0.8421

0.9143?2(1?0.9143)16．某制药厂拟设计一板式精馏塔回收丙酮含量为0.75（摩尔分数，下同）水溶液中的丙酮。原料液的处理量为30 kmol/h，馏出液的组成为0.96，丙酮回收率为98.5%。塔顶全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。试根据如下条件计算塔的有效高度和塔径。

进料热状况 饱和液体 总板效率 61％ 操作回流比 2 全塔平均压力 110 kPa 理论板层数 17.0 全塔平均温度 81 ℃ 板间距 0.40 m 空塔气速 0.82 m/s 解：由题给条件，可得

0.985qn,FxF0.985?30?0.75qn,D??kmol/h?23.09kmol/h

xD0.96qn,V?qn,V??(R?1)qn,D?3?23.09kmol/h?69.3kmol/

NP?NT17.0??27.88ET0.61取28

（1）塔的有效高度

E?(NP?1)HT?(28?1)?0.4m?10.8m

（2）塔径 精馏段和提馏段气相负荷相同，则

D?式中 qV,V?4qV,Vπu 22.4qn,VTp022.4?69.3?(273?81)?101.333?ms?0.5151m3s

3600T0p3600?273?110于是 D?4?0.5151m?0.894m

0.82π根据系列标准，选取塔径为900 mm。

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17．在连续精馏中分离A、B、C、D、E（按挥发度降低顺序排列）五组分混合液。在所选择流程下，C为轻关键组分，在釜液中组成为0.006（摩尔分数，下同）；D为重关键组分，在馏出液中的组成为0.005。原料液处理量为100 kmol/h，其组成如本题附表1所示。

17题 附表1

组 分 xF

A 0.213

B 0.244

C 0.183

D 0.142

E 0.218

试按清晰分割法估算馏出液、釜残液的流量和组成。

解：由题意，A、B组分在釜残液中不出现，E组分在馏出液中不出现，且xW,C=0.006，xD,D=0.005。作全塔物料衡算，得

qn,F?qn,D?qn,W

qn,D?qn,F(xF,A?xF,B?xF,C)?qn,WxW,C?qn,DxD,D

将有关数据代入上式，解得

qn,D?64.1kmolh 计算结果列于本题附表2。

17题 附表2 组 分 A B C D E Σ qn,Fi/（kmol/h） 21.3 24.4 18.3 14.2 21.8 100 qn,Di/（kmol/h） 21.3 24.4 18.08 0.320 0 64.1 qn,Wi/（kmol/h） 0 0 0.22 13.88 21.8 35.9 xDi 0.3323 0.3807 0.2821 0.005 0 1.0 xWi 0 0 0.006 0.3866 0.6072 1.0

第十一章 固体物料的干燥习题解答

1. 已知湿空气的总压力为100 kPa，温度为50 ℃，相对湿度为40%，试求（1）湿空气中的水汽分压；（

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2）