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1、1第六章 蒸 馏11、在连续精馏操作中，已知精馏段操作线方程及 q 线方程分别为 y=0.8x+0.19；y= -0.5x+0.675,试求：（1）进料热状况参数 q 及原料液组成 xF；（2）精馏段和提馏段两操作线交点坐标。解：由 q 线方程 y= -0.5x+0.675 知故 q=1/35.01又 故 xF=0.675（1-q）=0.675（ 1 -1/3）=0.4567.qxF因为精馏段操作线与提馏段操作线交点也是精馏段操作线与 q 线的交点，所以yq= -0.5xq+0.675yq=0.8xq+0.18 联立求解 xq=0.373 yq=0.48912、用逐板计算习题 10 中泡点进料
2、时精馏段所需理论板层数。在该组成范围内平衡关系可近似表达为 y=0.46x+0.545解：由习题 10 知 xF=0.4 、x D=0.95 、R=2.6 设塔顶为全凝器，故 y1=xD=0.95由平衡关系 y1=0.46x1+0.545=0.95 得 x1=0.88由精馏段操作线方程 26.07.6395.0.211 nnDnn xxRxy得 y2=0.720.88+0.26=0.89又 0.46x2+0.545=0.89 得 x2=0.75同理 y3=0.720.75+0.26=0.80又 0.46x3+0.545=0.80 得 x3=0.55y3=0.720.55+0.26=0.662又
3、 0.46x4+0.545=0.66 得 x4=0.25xF 精馏段理论板层数为 3 层，第四层为进料板。13、在常压连续精馏塔中分离苯甲苯混合液。若原料为饱和液体，其中含苯 0.5（摩尔分数，下同） ，塔顶馏出液组成为 0.95，釜液组成为 0.06，操作回流比为 2.6。试求理论板层数和进料板位置。平衡数据见例 6-2 表。解：用图解法求 NT在 y-x 相图上找出 xW=0.06 、 xF=0.50 、x D=0.95 ，对应点为 c、e、a 。由回流比 R=2.6 得精馏段操作线截距 26.0395.16.20xD在图中确定 b 点，并连接 ab 为精馏段操作线。已知原料为饱和液体，故
4、 q=1 ，q 线为 e 点出发的一条垂直线，与精馏段操作线交于 d 点，连接 cd 为提馏段操作线。绘阶梯数为 9，故 NT=8（不包括再沸器） 。由图可知第五块为进料板。14、在常压下用连续精馏塔分离甲醇水溶液。已知原料液中甲醇含量为 0.35（摩尔分数，下习题 613 附图习题 614 附图3同）馏出液及釜液组成分别为 0.95 和 0.05，泡点进料，塔顶为全凝器，塔釜为间接蒸汽加热，操作回流比为最小回流比的 2 倍。求（1）理论板层数及进料板位置；（2）从塔顶向下第二块理论板上升的蒸汽组成。平衡数据见习题 10。解：（1）根据第 10 题的平衡数据作出 y-x 图，由图中可知 q 线
5、与平衡线交点坐标为xq=0.35 、y q=0.70由式（6-36）得 71.035.2.07.95min qDxyRR=2Rmin=20.71=1.42由精馏段操作线截距 与 a 点连接，作出精馏段操作线 ab。9.42.1Dab 与 q 线交于 d，连接 cd 即为提馏段操作线。绘出阶梯数为 8，故理论板层数为 8（包括再沸器） ，进料板为第 6 块（2）图中查得从塔顶第二块板上升的蒸汽组成为 0.93 。15、用简捷法求算习题 13 中连续精馏塔所需的理论板层数。解：由习题 13 图中读得 q 线与平衡线交点坐标为xq=0.50 yq=0.71由式（6-36）得 14.50.79min
6、qDxyR吉利兰图中横坐标 0.6.32minR由吉利兰图中读得纵坐标 .inTN由例 6-2 知 m=2.46由式（6-34a ）453.19.047246.2lg0591lg)(1min mWDxN所以 解之 NT=8（不包括再沸器）32.05T与习题 13 结果一致。16、一常压操作的连续精馏塔中分离某理想溶液，原料液组成为 0.4，馏出液组成为 0.95（均为轻组分的摩尔分数） ，操作条件下，物系的相对挥发度 2.0，若操作回流比 R=1.5Rmin，进料热状况参数 q=1.5，塔顶为全凝器，试计算塔顶向下第二块理论板上升的气相组成和下降液体的组成。解：由相平衡方程式 xy12)(1由
7、 q 线方程 8.035.4.0qxF式联立求解，得到交点坐标xq=0.484 、y q=0.652由式（6-36）得 7.148.0652.9min qDxyRR=1.5Rmin=1.51.77=2.66精馏段操作线方程为 26.073.6.950.321xxxyD用逐板计算法：因塔顶为全凝器，则 y1=xD=0.95由平衡线方程 得 x1=0.9052由精馏段操作线方程 92.06.95.07326.073.12 xy5由相平衡方程 得 x2=0.8521y17、用常压连续精馏塔分离苯甲苯混合液。已知原料液流量 100kmol/h，组成为 0.40，馏出液及釜液组成分别为 0.95 和 0
8、.03（均为摩尔分数） ，进料温度为 40，塔顶全凝器，泡点回流，R=3.0，塔釜为间接蒸汽加热，加热蒸气压力为 300kPa（绝压） ，若忽略热损失，试求：（1）加热蒸汽用量；（2）冷却水用量（设冷却水进出口温差为 15）解：由全塔物料衡算 kmol/h2.4013.0954FxDW查得 xF=0.40 时，泡点温度 ts=96，而进料温度 tF=40，故为冷进料。查 ts=96时苯、甲苯的汽化潜热为rA=389.4KJ/kg rB=376.8KJ/kg则 rm=0.4389.478+0.6376.892=32950kJ/kmol查 下 CPA=CPB=1.88kJ/（kg. ）682409
9、则 CPm=0.41.8878+0.61.8892=162.4kJ/（kmol. ）所以 28.132950)46(.1)( mFsrtq精馏段上升蒸汽量 V=（R+1）D=（3+1）40.22=160.88kmol/h提馏段上升蒸汽量 V=V+（q-1 ）F =160.88+（1.28-1 ）100=188.88kmol/h塔釜和塔顶分别按纯甲苯和苯计算：（1）查 xw=0.03 时 ts=109.3，对应的汽化潜热 rB=380kJ/kg则 QB=VrB=188.8838092=6.6106kJ/h又查 300kPa（绝压）下饱和水蒸气的汽化潜热 r=2168.1kJ/kg，则塔釜加热蒸汽
10、消耗量kg/h104.3.21683rWB（2）查 xD=0.95 时，t s=81.2 ，对应的汽化潜热 rc=400kJ/kg则 Qc=Vrc=160.8840078=5.02106kJ/h6冷却水消耗量 hkgtCQWpc /109.7518.402)( 462 18、在连续精馏塔中分离苯甲苯混合液。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，试求三层板中较低两层板的液相单板效率。操作条件下苯甲苯混合液的平均相对挥发度可取 2.5。解：已知 x1=0.57 、x 2=0.41 、x 3=0.28又全回流时操作线方程为y2=x1 、y 3=x2 、y 4=x
11、3故 y2=0.57 、y 3=0.41 、y 4=0.28由相平衡方程式41.0)5.2(17.*332*2xy得到 0*2x.由式 （6-46） 68.02.410735.*323122 xEmL19、试计算习题 14 中精馏塔的塔径和有效高度。已知条件如下：（1）进料量为 100kmol/h；（2）塔釜压力为 114kPa，对应温度为 102，塔顶为常压，温度为 66.2，塔釜间接蒸汽加热；（3）全塔效率 55，空塔气速为 0.84m/s，板间距为 0.35m。解：由习题 14 得知 xF=0.35 、x D=0.95 、x W=0.05 ，泡点进料， R=1.42由全塔物料衡算F=D+
12、W 100=D+W7FxF=DxD+WxW 1000.35=0.95D+0.05W解之 D=33.3kmol/hV=V=（R +1） D=（1.42+1）33.3=80.59kmol/h因全塔平均温度为 1.842.610所以平均操作压力为 kPa703m97.084.1364 /sm617.0.123)(5.60.2 3uVDPTgig圆整为 1000mm由于习题 14 已求出 NT=7所以 NP=NT/E=7/0.55=12.713Z=（N P-1）H T=（13-1）0.35=4.2m20、试计算习题 19 中冷凝器的热负荷、冷却水的消耗量以及再沸器的热负荷、加热蒸汽的消耗量。已知条件如
13、下：（1）忽略冷凝器热损失，冷却水的进出口温度分别为 25和 35；（2）加热蒸汽的压力为 232.2kPa，冷凝液在饱和温度下排出，再沸器的热损失为有效传热量的 12。解：塔顶可近似按纯甲醇计算，则查塔顶 66.2下，r A=1130kJ/kg由式（6-38）QC=VrA=80.59113032=2.91106kJ/hkg/h1095.)23(187.409)( 42 tWpc塔釜可近似按水计算，则查塔釜 102下，r B=2252kJ/kg由式（6-40）QB=VrB+QL=80.591822521.12=3.66106kJ/h查加热蒸汽 232.2kPa 下，汽化潜热为 2191.8kJ
14、/kg，则kg/h1608.293hBrW8习题 621 附图21、在连续精馏塔中分离二硫化碳四氯化碳混合液。原料液在泡点下进入塔内，其流量为 4000kg/h、组成为 0.3（摩尔分数，下同） 。馏出液组成为 0.95，釜液组成为0.025。操作回流比取最小回流比的 1.5 倍，操作压强为常压，全塔操作平均温度为 61，空塔气速为 0.8m/s，塔板间距为 0.4m，全塔效率为 50。试求：（1）实际板层数；（2）两产品质量流量；（3）塔径；（4）塔的有效高度。解：（1）由 y-x 相图中 q 线与平衡线的交点坐标为 xq=xF=0.3 ，y q=0.54则 71.3054.9min qDx
15、yRR=1.5Rmin=1.51.71=2.57所以精馏段操作线的截距 26.0157.9xD在图中作出精馏段操作线和提馏段操作线，见附图。得出 NT=12-1=11 块NP= NT /E=11/0.5=22 块（2）解法一：因 MF=0.376+0.7154=130.6kg/kmolF=4000 /130.6=30.63kmol/h由全塔物料衡算F=D+W 30.63=D+WFxF=DxD+WxW 30.630.3=0.95D+0.025W解之 D=9.11kmol/h W=21.52kmol/h又 MD=0.9576+0.05154=79.9kg/kmol9MW=0.02576+0.975154=152.05kg/kmol所以 D=9.1179.9=727.89kg/hW=
