第五章作业及答案

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1、图4-12FxFy1DxDwV’ywL’x2V’y2Lx14—96饱和汽态的氨—水混合物进入一个精馏段和提馏段各只有1块理论塔板的精馏塔分离，进料中的氨组成为0．001（摩尔分数），进料量为1。塔顶回流为饱和液体，回流量为1.3。塔底再沸器产生的汽相量为。若操作范围内氨—水溶液的汽液平衡关系可表示为。求塔顶、塔底的产品组成。分析：如图4—8，作全塔物料衡算，对塔顶、塔底产品与进料板作物料衡算时，可将进入该板的气相组成与塔顶产品组成相联系。对提馏塔板作物料衡算时，可将离开该板的气相组成与经再沸器入塔的蒸汽组成相联系。将上述3种物料衡算关系与相平衡关系相配合，即可使此

2、题得解。解：已知当露点进料时则由全塔轻组分物料衡算得：(a)再将，以及由板1的气相衡算（y2'为进入精馏段板1的混合汽组成，y2为第2块塔板上升气相组成）整理成代入精馏段板1的物料衡算式则有化简得(b)再代入提馏段板2的物料衡算式则有化简得(c)因(b)等于(c),则有（d）联立(a),(d)二式，则塔顶产品组成（氨的摩尔分数）塔底产品组成（氨的摩尔分数）（思考一下：是否可以根据1板的物料衡算找到y2'、y2的关系，然后结合两段的操作线方程及相平衡方程计算）4—97某连续精馏操作分离二元混合溶液，已知操作线方程为：精馏段提馏段若进料时，原料为气液相各占一半的混合态

3、，求塔顶及塔底产品产率及回流比。分析：若求产品产率，必须确定塔顶产品、塔底产品和进料的组成（有产率计算公式决定）。将精馏段操作线方程、提馏段操作线方程分别与对角方程联立，即可确定塔顶，塔底组成。而进料板组成可由两个操作线方程与进料方程联解求得解：联解　　　及　　　得塔顶产品组成　　再联解　及得塔底产品组成部分　　　再联解　及得　　　,将此代入线方程，且由题巳知解得　由全塔物料衡算式及全塔轻组分物料衡算式塔顶产品产率塔底产品产率　由精馏段操作线方程斜率解得用一精馏塔分离二元理想混合物，塔顶为全凝器冷凝，泡点温度下回流，原料液中含轻组分0.5(摩尔分数，下同)，操作回

4、流比取最小回流比的1.4倍，所得塔顶产品组成为0.95，釜液组成为0.05．料液的处理量为100．料液的平均相对挥发度为３，若进料时蒸气量占一半，试求：（1）提馏段上升蒸气量；（2）自塔顶第2层板上升的蒸气组成。分析：欲解提馏段的蒸气量，须先知与之有关的精馏段的蒸气量。而又须通过才可确定。可见，先确定最小回流比，进而确定是解题的思路。理想体系以最小回流比操作时，两操作线与进料方程的交点恰好落在平衡线上，所以只须用任一操作线方程或进料方程与相平衡方程联立求解即可。解：（１）由相平衡方程及进料方程联立解得　　＋＋１＝０取则R=再由物料衡算方程及解得（2）已知由相平衡关

5、系再由精馏段操作线方程解得（逐板计算）4—99某二元混合液的精馏操作过程如图4—9。已知组成为的原料液在泡点温度下直接加入塔釜内，工艺要求塔顶产品的组成为0.75，（以上均为轻组分A的摩尔分数），塔顶产品采出率D/F为1:2，塔顶设全凝器，泡点回流。若操作条件下，该物系的a为3.0，回流比R为2.5，求完成上述分离要求所需的理论板数（操作满足恒摩尔流假设）。MD,xDW,xWF,xF,q图4-9分析：因题中未给平衡相图，只可考虑逐板计算法求理论板数。当料液直接加入塔釜时，应将塔釜视作提馏段，然后分段利用不同的操作线方程与相平衡方程交替使用计算各板的气液相组成，直至

6、时止。MD,xDW,xWF,xF,q图4-9解：由,,代入物料平衡方程及联立解得=0.34整理精馏段操作线方程(a)而相平衡方程整理成（b）交替利用(a)(b)两式逐板计算由代入(b)得代入(a)得代入(b)整理提馏段操作线方程由则y=即(c)将代入(C)得-代入（b）得故包括塔釜在内共需3块理论塔板。4-101在常压精馏塔分离双组分理想溶液100Kmol/h。组成为0.5（轻组分A的摩尔分数，下同）的料液在泡点温度下加入塔内。塔顶蒸气先在分凝器中部分冷凝至泡点回流，其组成为0.88，余下末冷凝部分经全凝器后作为产品，组成为0.95．已测得离开塔顶第1层理论板的液

7、相组成为0.796，塔顶轻组分回收率为96%,塔釜间热蒸气加热。试求算：(1)该操作条件下的回流比和釜液组成；(2)若用图解法求得理论板数为9，又知全塔效率为70%,塔内实际塔板数为多少？分析：前已述及，分凝器相当于１块理论板，利用分凝器内气液相平衡关系即可确定上升的蒸气组成,而与回流液组成恰好又是操作线关系，利用此操作线方程即可顺利解出回流比。另外确定塔内实际板数时，应注意用图解法求出的理论板数中是包括了起理论板作用的分凝器和塔釜两块“虚拟板”的。解：(1)回流比与釜液组成由于分凝器中末凝气相组成又知自分凝器入塔的回流液组成由相平衡方程即　解得再由相平衡方程得则

8、精馏段操作