食工原理答案第912章解Word格式.docx
《食工原理答案第912章解Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《食工原理答案第912章解Word格式.docx（49页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
xD'
xW'
3000=D'
3000×
0.3=D'
×
0.9+W×
0.01
D'
=977.5kg/hW'
=3000-977.5=2022.5kg/h
xD=（90/46）/（90/46+10/18）=0.779xF=（30/46）/（30/46+70/18）=0.144
xW=（1/46）/（99/18+1/46）=0.004MF=0.144×
46+（1-0.144）×
18=22.03kg/kmol
MD=0.78×
46+0.22×
18=39.84kg/kmolMW=0.004×
46+0.996×
18=18.11kg/kmol
D=D’/MD=977.5/39.84=24.54kmol/hW=2022.5/18.11=111.68kmol/h
=3000kg/hxF'
=0.03xD'
0.03=D'
=67.42kg/hW'
=3000-67.42=2932.58kg/h
xD=（90/46）/（90/46+10/18）=0.779xF=（3/46）/（3/46+70/18）=0.012
xW=（1/46）/（99/18+1/46）=0.004MF=0.012×
46+（1-0.012）×
18=18.34kg/kmol
D=D’/MD=977.5/39.84=1.69kmol/hW=2932.58/18.11=161.93kmol/h
9-4某精馏塔操作中，已知操作线方程为精馏段y=0.723x+0.263，提馏段y=1.25x-0.0187，若原料以饱和蒸汽进入精馏塔中，试求原料液、精馏段和釜残液的组成和回流比。
R/（R+1）=0.723R-0.723R=0.723R=2.61
xD/（R+1）=0.263xD=0.63×
（2.61+1）=0.95
提馏段操作线与对角线交点坐标为：
y=x=xW故xW=0.0748
由两操作线交点得：
0.723x+0.263=1.25x-0.0187x=0.535
y=0.723×
0.535+0.263=0.65∴xF=y=0.65（因q=0，q线为水平线）
9-5用一连续精馏塔分离二元理想溶液，进料量为100kmol/h，易挥发组分xF=0.5，泡点进料，塔顶产品xD=0.95，塔底釜液xW=0.05（皆为摩尔分数），操作回流比R=1.8，该物系的平均相对挥发度=2.5。
求：
（1）塔顶和塔底的产品量（kmol/h）；
（2）提馏段下降液体量（kmol/h）；
（3）分别写出精馏段和提馏段的操作线方程。
（1）F=D+WFxF=DxD+WxW
100=D+W100×
0.5=D×
0.95+W×
0.05
得：
D=50kmol/hW=50kmol/h
（2）L=RD=1.8×
50=90kmol/hL'
=L+qF=90+1×
100=190kmol/h（q=1）
（3）yn+1=Rxn/（R+1）+xD/（R+1）=0.643xn+0.340
ym+1’=L’xm'
/（L’-W）-WxW/（L’-W）=1.357xm'
-0.0179
9-6在常压连续精馏塔中，分离某二元混合物。
若原料为20℃的冷料，其中含易挥发组分0.44（摩尔分数，下同），其泡点温度为93℃，塔顶馏出液组成xD为0.9，塔底釜残液的易挥发组分xW为0.1，物系的平均相对挥发度为2.5，回流比为2.0。
试用图解法求理论板数和加料板位置，（已知原料液的平均汽化潜热rm=31900kJ/kmol，比热容为cp=158kJ/kmol）。
若改为泡点进料，则所需理论板数和加料板位置有何变化？
从中可得出什么结论?
q=[rm+cp（t泡-t冷）]/rm=[31900+158×
（93-20）]/31900=1.362
x00.10.20.30.40.50.60.70.81.0
y00.2170.3850.5170.6250.7140.7890.8540.9091.0
xD/（R+1）=0.9/（2+1）=0.3
由图解得共需7.4块（包括再沸器）理论板，从塔顶算起第3块理论板为加料板。
若q=1，则同法作图知：
理论板数为8块（包括再沸器），从塔顶算起第4块理论板为加料板。
9-7某精馏塔分离易挥发组分和水的混合物，qF=200kmol/h，xF=0.5（摩尔分数，下同），加料为气液混合物，气液摩尔比为2：
3，塔底用饱和水蒸汽直接加热，离开塔顶的气相经全凝器，冷凝量1/2作为回流液体，其余1/2作为产品，已知qD=90kmol/h，xD=0.9，相对挥发度=2，试求：
（1）塔底产品量qW和塔底产品组成xW；
（2）提馏段操作线方程式；
（3）塔底最后一块理论板上升蒸汽组成。
n-1
（1）D=90kmol/hV=180kmol/hq=3/5
ynV'
=V-（1-q）F=180-（1-3/5）×
200=100kmol/h
nF+V’=D+WFxF=DxD+WxW
y0xn=xW得W=200+100-90=210kmol/h
200×
0.5=90×
0.9+210xWxW=0.0905
（2）ym+1'
=Wxm'
/V'
-WxW/V'
=210xm'
/100-210×
0.0905/100=2.1xm'
-0.19
（3）yW=xW/[1+（-1）xW]=2×
0.0905/（1+0.0905）=0.166
9-8在常压连续提馏塔中分离某理想溶液，qF=100kmol/h，xF=0.5，饱和液体进料，塔釜间接蒸汽加热，塔顶无回流，要求xD=0.7，xW=0.03，平均相对挥发度=3（恒摩尔流假定成立）。
（1）操作线方程；
（2）塔顶易挥发组分的回收率。
（1）恒摩尔流：
F=L'
，V'
=V=DFV
全塔物料衡算F=W+DD
FxF=DxD+WxW
W=29.9kmol/hD=70.1kmol/hL’V’
ym+1'
=L’xm'
=1.427xm'
-0.0128V’
（2）=DxD/FxF=70.1×
0.7/（100×
0.5）=98.1%L’W
9-9在连续精馏塔中分离某理想溶液，易挥发组分组成xF为0.5（摩尔分数，下同），原料液于泡点下进入塔内，塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品，塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为98%，若测得塔顶第因一层理论板的液相组成为0.79。
（1）操作回流比是最小回流比的多少倍？
（2）若馏出液流量为100kmol/h，则原料液流量为多少？
（1）xD=0.95=y0x0=0.88
=y（1-x）/[x（1-y）]=0.95×
0.12/（0.88×
0.05）=2.59
q=1xq=xF=0.5
yq=xq/[1+（-1）xq]=2.59×
0.5/（1+1.59×
0.5）=0.721
Rmin=（xD-yq）/（yq-xq）=（0.95-0.721）/（0.721-0.5）=1.03
x1=0.79y1=x1/[1+（-1）x1]=2.59×
0.79/（1+1.59×
0.79）=0.907
由分凝器作物料衡算得：
（R+1）D×
0.907=RD×
0.88+D×
0.95
0.907R＋0.907=0.88R+0.95R=1.59
R/Rmin=1.59/1.03=1.55
（2）=DxD/FxF=0.980.98=100×
0.95/（F×
0.5）F=193.9kmol/h
9-10在常压精馏塔中分离苯—甲苯混合物，进料组成为0.4（摩尔分数，下同），要求塔顶产品浓度为0.95，系统的相对挥发度为2.5。
试分别求下列三种情况下的最小回流比：
（1）饱和液体；
（2）饱和蒸气；
（3）气液两相混合物，气液的摩尔比为1：
2。
（1）xq=0.4yq=xq/[1+（-1）xq]=2.5×
0.4/[1+（2.5-1）×
0.4]=0.625
Rmin=（xD-yq）/（yq-xq）=（0.95-0.625）/（0.625-0.4）=1.44
（2）yq=0.4xq=yq/[-（-1）yq]=0.4/[2.5-（2.5-1）×
0.4]=0.2105
Rmin=（xD-yq）/（yq-xq）=（0.95-0.4）/（0.4-0.2105）=2.9
（3）q=2/3xF=0.4q线：
yq=qxq/（q-1）-xF/（q-1）=1.2-2xq
与yq=xq/[1+（-1）xq]=2.5xq/（1+1.5xq）联立解得
xq=0.3262yq=0.5476
Rmin=（xD-yq）/（yq-xq）=（0.95-0.5476）/（0.5476-0.3262）=1.86
9-11在连续操作的板式精馏塔中分离某理想溶液，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，已知该物系的相对挥发度=2.5。
试求三层板中较低两层的单板效率（分别用气相板效率和液相板效率表示）。
因全回流，故：
y2=x1=0.57y3=x2=0.41
y2*=2.5×
0.41/（1+1.5×
0.41）=0.635
y3*=2.5×
0.28/（1+1.5×
0.28）=0.493
EMV2=（y2-y3）/（y2*-y3）=（0.57-0.41）/（0.635-0.41）=0.711
EMV3=（0.41-0.28）/（0.493-0.28）=0.61
x2*=y2/[-（-1）y2]=0.57/（2.5-1.5×
0.57）=0.347
x3*=0.41/（2.5-1.5×
0.41）=0.218
EML2=（x1-x2）/（x1-x2*）=（0.57-0.41）/（0.57-0.347）=0.716
EML3=（0.41-0.28）/（0.41-0.218）=0.677
9-12有两股二元溶液，摩尔流量比F1：
F2=1：
3，浓度各为0.5和0.2（易挥发组分摩尔分数，下同），拟在同一塔内分离，要求馏出液组成为0.9，釜液组成为0.05，两股物料均为泡点，回流比为2.5。
试比较以下两种操作方式所需的理论板数：
（1）两股物料先混合，然后加入塔内；
（2）两股物料各在适当位置分别加入塔内。
平衡关系见下表：
y00.2170.3820.5170.6250.7140.7850.8540.9091.0
（1）xF=（1/4）×
0.25+（3/4）×
0.2=0.275
xD/（R+1）=0.9/（2.5+1）=0.9/3.5=0.257
若二股料混合后再加入塔内，则所需理论板数图解得11.5块（包括再沸器）。
（2）二股料分别加入，将精馏塔分三段：
yn+1=Rxn/（R+1）+xD/（R+1）
b1=xD/（R+1）=0.257b2=（DxD-F1xF1）/[（R+1）D]
第二条操作线斜率：
ys+1'
'
=（L+F1）xs/[（R+1）D]+（DxD-F1xF1）/[（R+1）D]
F1+F2=D+WF1xF1+F2xF2=DxD+WxW
取F1=100kmol/hF2=300kmol/h
yn+1'
=L’/（L’-W）xn'
-WXW/（L'
-W'
）
400=D+W50+300×
0.2=0.9D+0.05W
W=294.1kmol/h,D=105.9kmol/h
b2=（DxD-F1xF1）/[（R+1）D]=（105.9×
0.9-100×
0.5）/（3.5×
105.9）=0.122
从图可作图求出理论板数为9块（包括再沸器）
从上述计算结果可得出：
当达到同样的分离程度，分批量分别从适当位置加入比两股料混合后一起加入，所需的理论板数少，即设备投资费用少。
9-13用常压连续精馏塔分离某理想溶液，相对挥发度为2.5，泡点进料，料液含易挥发组分0.5（摩尔分数，下同），要求xD=0.9，xW=0.1，回流比为2，塔顶气相用全凝器至20℃后再回流，回流液泡点83℃，比热容140kJ/（kmol.K），汽化热3.2×
104kJ/kmol。
求所需理论板数。
设F=100kmo解得D=50kmol/hW=50kmol/h
因R=2L=RD=2×
50=100kmol/h
q'
=[r+cp（ts-t）]/r=[3.2×
104+140（83-20）]/（3.2×
104）=1.28
离开第一层板的液体流量为：
L"
=Lq'
=1.28×
100=128kmol/h
进入第一板的气体流量为：
V=L"
+D=128+50=178kmol/h
精馏段操作线方程为：
yn+1=L”x括再沸器），从第4块理论板加料。
9-14提馏塔是只有提馏段的塔，今有一含氨5%（摩尔分数）的水溶液，在泡点下进入提馏塔顶部，以回收氨。
塔顶气体冷凝后即为产品。
要求回收90%的氨，塔釜间接加热，排出的釜液中含氨小于0.664%，已知操作范围内平衡关系可近似用y=6.3x表示。
（1）所需理论板数；
（2）若该塔由若干块气相默弗里板效率均为0.45的实际板组成，问需几块实际塔板；
（3）该塔的总效率。
（1）设F=1kmol/hDxD/FxF=0.9
F=D+WW=F-DFxF=DxD+WxW
0.05=DxD+（F-D）×
0.006640.05-0.9×
0.05=（1-D）×
0.00664
1-D=0.753D=0.247kmol/h
0.247xD/0.05=0.9xD=0.182
由恒摩尔流假设：
V’=DL’=FW=F-D
故操作线：
y’m+1=L’x’m/V’-WxW/V’=x’m/0.247-0.753×
0.00664/0.247=4.04858x’m-0.02
逐板计算：
y1=xD=0.182x1=y1/6.3=0.0289
y2=4.04858x1-0.02=0.097x2=y2/6.3=0.0154
y3=4.04858x2-0.02=0.0423x3=y3/6.3=0.00671
故约需3块理论板（含再沸器）。
（2）设操作线为：
y’m+1=ax’m-b
与（y’m-y’m+1）/（mx’m-y’m+1）=EmV联立得：
y’m+1=ay’m/（a-EmVa+EmVm）-EmVmb/（a-EmVa+EmVm）=0.8y’m-0.0112
yW=mxW=6.3×
0.00664=0.04183
而y1=xD=0.182y2=0.1344
y3=0.09632y4=0.06586y5=0.0415<
yW故NP=4块
（3）ET=NT/NP=2/4=0.5
9-15某常压连续精馏塔每小时制取55%的醋酸200kg，原料液为醋酸水溶液，含醋酸31%，泡点进料，被蒸出的水中含有2%的醋酸，回流比为4，试求理论板数。
以上所有浓度均为质量分数，常压下醋酸水溶液的平衡数据如下（含水质量分数）：
x'
/%4102030405060708090
y'
/%6.816.129.641.852.862.070.077.085.092.5
将质量分数换算成摩尔分数：
x0.1220.270.4550.5880.690.7690.8330.8860.930.968
y0.1960.390.5840.7050.7890.8450.8860.9180.950.976
xF=（69/18）/（69/18+31/60）=0.88xD=（98/18）/（98/18+2/60）=0.994
xW=（45/18）/（45/18+55/60）=0.73xD/（R+1）=0.994/（4+1）=0.199
由图可知，NT=11（包括再沸器），在第9块板进料。
9-16在常压下以连续泡罩精馏塔分离甲醇—水混合液，料液中含甲醇30%，残液中含甲醇不高于2%，馏出液含甲醇95%（以上均为摩尔分数），已知：
每小时得馏出液2000kg，采用的回流比为最小回流比的1.8倍，进料为饱和液体。
（1）板效率为40%时所需的塔板数及进料板位置；
（2）加热蒸汽压力为1.5atm（表压）时的蒸汽消耗量；
（3）塔的直径和高度。
给出平衡数据如下，空塔速度取1m/s（x—液相中甲醇的摩尔分数，y—气相中甲醇的摩尔分数，t—温度）。
t/℃x/%y/%t/℃x/%y/%
1000.00.075.30.400.729
96.40.020.13473.10.500.779
93.40.040.23471.20.600.825
91.20.060.30469.30.700.870
89.20.080.36567.60.800.915
87.70.100.41866.00.900.958
84.40.150.51765.00.950.979
81.70.200.57964.51.01.0
78.00.300.665
（1）从图读出：
xq=xF=0.3，yq=0.665
Rmin=（xD-yq）/（yq-xq）=（0.95-0.665）/（0.665-0.3）=0.780
R=1.8×
0.780=1.41xD/（R+1）=0.95/（1.41+1）=0.394
作图可知理论板数NT=8（含再沸器）实际板数NR=7/0.4=17.5≈18块
从塔顶开始算起，第NR1=5.2/0.4=13块为加料板
（2）MD=0.95×
32+0.05×
18=30.34kg/kmolD=2000/30.34=65.92kmol/h
V'
=V=（R+1）D=2.41×
65.92=158.87kmol/h
再沸器内的溶液可近似看作水，其潜热为2258kJ/kg，加热蒸汽的汽化潜热r'
=2185.4kJ/kg
G=V'
r/r’=158.87×
2258×
18/2185.4=2955kg/h
（3）xD=0.95tD=65℃xW=0.02tW=96.4℃，故平均温度为80.7℃
qv=22.4×
158.87×
（80.7+273）/（273×
3600）=1.2825m3/s
DT=（4qv/u）0.5=（1.2825/0.785×
1）0.5=1.28m
取板间距0.3m，（因不易发泡）则H=18×
0.3=5.4m
9-17在30℃时测得丙酮（A）—醋酸乙酯（B）—水（S）的平衡数据如下表（均以质量分数表示）。
（1）在直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线及辅助曲线；
（2）已知混合液是由醋酸乙酯（B）20kg，丙酮（A）10kg，水（S）10kg组成，求两共轭相的组成及量。
丙酮（A）—醋酸乙酯（B）—水（S）平衡数据：
醋酸乙酯（萃余相）水相（萃取相）
丙酮（%）醋酸乙酯（%）水（%）丙酮（%）醋酸乙酯（%）水（%）
096.53.507.492.6
4.891.04.23.28.488.5
9.485.65.06.08.086.0
13.580.56.09.58.382.2
16.677.26.212.89.278.0
20.073.07.014.89.875.4
22.470.07.617.510.272.3
27.862.010.221.211.867.0
32.651.013.426.415.058.6
（1）见附图
（2）含丙酮25%，水25%，见M点。
E点：
丙酮19.5%，水69%，醋酸乙酯11.5%
R点：
丙酮27%，水9.5%，醋酸乙酯63.5%
由丙酮的物料衡算：
E×
0.195+（40-E）×
0.27=10
E=10.7kgR=40-E=29.3kg
9-18在上题的物系中，若
（1）当萃余相中xA=20%时，分配系数kA和选择性系数；
（2）于100kg含35%丙酮的原料中加入多少kg的水才能使混合液开始分层；
（3）要使
（2）项的原料液处于两相区，最多能加入多少kg水；
（4）由12kg醋酸乙酯和8kg水所
升级会员 