食工原理9-13章习题答案-冯骉

食工原理答案

第九章 多级分离操作

9-1 正庚烷（A）和正辛烷（B）的饱和蒸气压数据如下：

t/℃ 98.4 105.0 110.0 115.0 120.0 125.6

pA0/kPa 101.3 125.3 140.0 160.0 180.0 205.3

pB0/kPa 44.4 55.6 64.5 74.8 86.0 101.3

试在总压101.3kPa下计算气液平衡组成，并作出t-x-y图。

解： xA=(p-pB0)/(pA0-pB0) yA=pA0xA/p 计算得下表：

t/℃ 98.4 105.0 110.0 115.0 120.0 125.6

xA 100 65.6 48.7 31.1 16.3 0

yA 100 81.1 67.4 49.1 28.9 0

9-2 在常压下将某二元混合液其易挥发组分为0.5（摩尔分数，下同），分别进行闪蒸和简单蒸馏，要求液

化率相同均为1/3，试分别求出釜液和馏出液组成，假设在操作范围内气液平衡关系可表示为：y=0.5x+0.5。

解：（1）闪蒸 y=qx/(q-1)-xF/(q-1) （1）

y=0.5x+0.5 （2）

由（1）得： y=-0.5x+0.75 （3）

由（2）与（3）得：-0.5x+0.75=0.5x+0.5 x=0.75-0.5=0.25

解得x=xW=0.25 y=0.5×0.25+0.5=0.625

（2）简单蒸馏 因为液化率为1/3，故若原料液为1kmol，则W=1/3kmol ln(F) W0.50.5xW 1dxdx1dx 2ln ln3 1.0986 y* xxW0.5x 0.5 x0.5xWx 10.5 1xWxF

(xW-1)/(-0.5)=1.732 xW-1=-0.866 xW=0.134

由 F=1kmol，W=1/3kmol 可得D=2/3kmol

1×0.5=xW×(2/3)+(1/3)×0.134 xD=0.683

9-3 在连续操作的常压精馏塔中分离乙醇水溶液，每小时于泡点下加入料液3000kg，其中含乙醇30%(质量分数，下同)，要求塔顶产品中含乙醇90%，塔底产品中含水99%。试求：塔顶、塔底的产品量(分别用kg/h，kmol/h表示)。

解： F'=3000 kg/h xF'=0.3 xD'=0.9

F'=D'+W' F’xF'=D'xD'+W'xW'

3000=D'+W' 3000×0.3=D'×0.9+W×0.01

D'=977.5 kg/h W'=3000-977.5=2022.5kg/h

xD=(90/46)/(90/46+10/18)=0.779 xF=(30/46)/(30/46+70/18)=0.144

xW=(1/46)/(99/18+1/46)=0.004 MF=0.144×46+(1-0.144)×18=22.03kg/kmol

MD=0.78×46+0.22×18=39.84kg/kmol MW=0.004×46+0.996×18=18.11kg/kmol

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D=D’/MD=977.5/39.84=24.54kmol/h W=2022.5/18.11=111.68kmol/h

解： F'=3000kg/h xF'=0.03 xD'=0.9

F'=D'+W' F’xF'=D'xD'+W'xW'

3000=D'+W' 3000×0.03=D'×0.9+W×0.01

D'=67.42kg/h W'=3000-67.42=2932.58kg/h

xD=(90/46)/(90/46+10/18)=0.779 xF=(3/46)/(3/46+70/18)=0.012

xW=(1/46)/(99/18+1/46)=0.004 MF=0.012×46+(1-0.012)×18=18.34kg/kmol

MD=0.78×46+0.22×18=39.84kg/kmol MW=0.004×46+0.996×18=18.11kg/kmol

D=D’/MD=977.5/39.84=1.69kmol/h W=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。

解： R/(R+1)=0.723 R-0.723R=0.723 R=2.61

xD/(R+1)=0.263 xD=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-0.0187 x=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错误！未找到引用源。=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。

解：（1）F=D+W FxF=DxD+WxW 100=D+W 100×0.5=D×0.95+W×0.05

得：D=50 kmol/h W=50kmol/h

（2）L=RD=1.8×50=90 kmol/h L'=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?

(93-20)]/31900=1.362 解： q=[rm+cp(t泡-t冷)]/rm=[31900+158×

x 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0

y 0 0.217 0.385 0.517 0.625 0.714 0.789 0.854 0.909 1.0

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。

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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，相对挥发度错误！未找到引用源。=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。 解：

n-1 （1）D=90kmol/h V=180kmol/h q=3/5

200=100kmol/h yn V'=V-(1-q)F=180-(1-3/5)×

n F+V’=D+W FxF=DxD+WxW

y0 xn=xW 得 W=200+100-90=210kmol/h

200×0.5=90×0.9+210xW xW=0.0905

（2）ym+1'=Wxm'/V'-WxW/V'=210xm'/100-210×0.0905/100=2.1xm'-0.19

（3）yW=错误！未找到引用源。xW/[1+(错误！未找到引用源。-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，平均相对挥发度错误！未找到引用源。=3（恒摩尔流假定成立）。求：（1）操作线方程；（2 …… 此处隐藏：19093字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……