石油化學工程原理課后習題答案-資料下載頁

　　

【正文】 、液相組成將如何變化？解：冷凝氣相量的1/3時， 根據物料衡算方程：和相平衡方程： 帶入數據聯立方程得 整理方程得： 解方程得 若冷凝量增加時，從相圖中可以看出，氣相組成增大，液相組成亦增大。78 在常壓下，（摩爾分率，下同）的甲醇水溶液。若原料流量為，。試求塔頂產品、塔底產品的流量及精餾段內液相、氣相流量。認為塔內氣、液相符合恒摩爾流假設。解：已知，, 列全塔物料衡算方程： 帶入數據： 解得： 精餾段氣、液相流量： 79 每小時將15000kg含苯40%的苯甲苯溶液，在連續精餾塔中進行分離。，%的苯，釜液中含苯不超過2%（以上均為質量%）。苯的相對分子質量為78，甲苯的相對分子質量為92。⑴試求餾出液和釜液的流量及組成，用及摩爾分率表示；⑵，試求精餾段操作線方程，并指出斜率及截距各為多少？⑶若進料為泡點液體，試求提餾段操作線，并寫出斜率及截距各為多少？解：先將質量分率化為摩爾分率： 進料： 塔底： 進料摩爾數： ⑴由于 則 列全塔物料衡算方程： 帶入數據： 解得： 塔頂組成： ⑵精餾段操作線方程： 。 ⑶進料為泡點進料q=1，則： 提餾段操作線方程： 。710 在一連續精餾塔中，已知精餾段操作線方程為，q線方程為：。試求：⑴回流比；⑵餾出液組成xD；⑶當進料組成時，適宜進料板上液相組成為多少？⑷進料熱狀況q值為多少？（組成均為摩爾分率）解：⑴根據所給精餾段操作線方程 將其與方程式對應 則有 可解得：R=3 ⑵根據可得: ⑶進料位置即為精餾段操作線與q線的交點，即： 解方程得： 。 ⑷已知q線方程為，根據 則有： 可解得 711 某精餾塔內有兩塊理論板，塔頂裝有全凝器，塔底裝有再沸器（見題圖）。原料為氨和水蒸氣的混合物，（摩爾分率），原料在兩塊理論板中間進入塔內，塔頂氣相在全凝器中冷凝至飽和液體，其中一部分作為塔頂產品，一部分作為塔頂回流。塔底液體在再沸器中部分氣化，其中氣相返回塔底，液相則作為塔底殘液從再沸器抽出。已知：進料為飽和氣相，塔底回流量L=，由再沸器返回塔底的氣相量V’=，相平衡關系為。試求：⑴從每塊理論板流下的液體量；⑵塔頂及塔底產物的組成。解：⑴根據恒摩爾流假設理論： 在第一塊理論板上: 在第二塊理論板上： 。 ⑵塔頂組成： 根據相平衡 在第一塊理論板處列物料衡算方程： 整理方程得： ① 在第二塊理論板處列物料衡算方程： 整理方程得： ② 在塔底部分列物料衡算方程： 整理方程得： ③ 聯立①②③得：, 塔頂或由總物料衡算： 帶入數據： 解得：712 擬設計一連續精餾塔處理某二元混合物。原料為氣液相摩爾數相等的氣液兩相混合物，（輕組分摩爾分率，下同），相對揮發度為2。試計算以下兩種情況下的最小回流比。⑴；⑵。解：已知，則可得出相平衡方程： q線方程： q線與相平衡線相交，交點為，則聯立兩方程 可解得 具有最小回流比時的精餾段操作線即點與點的連線，此時有 ⑴當時， ⑵當時，713 。進料為氣相量占1/3（摩爾分率）的氣液兩相混合物。（以上均為質量分率）。試求：⑴原料中氣相及液相的組成；⑵最小回流比。解：先將質量分率化為摩爾分率： 進料： 塔底： 相平衡方程： ⑴根據相平衡方程及物料衡算可求出進料的氣液組成： 可解得： ⑵由于，則q線方程為： q線與相平衡線的交點： 可解得： 則最小回流比714 若例77的精餾塔在常壓下操作，在題示范圍內，可取平均相對揮發度為，泡點液體進料，回流比R=4。試求精餾段和提餾段各需要多少塊理論塔板？解:, , 相平衡方程： 作圖，（包括塔釜）。715 以簡捷計算法解上題。解：已知,, 相平衡方程： 用簡捷算法求理論塔板數： 由于q=1，即，代入相平衡方程得 則最小回流比 根據吉立蘭方程： 由 得 精餾段： 。或 716 為測定塔內某種塔板的效率，在常壓下對苯甲苯物系進行全回流精餾。待操作穩定后，測得相鄰三層塔板的液體組成分別為：,。從這三個數據可以得到什么結果？解：對于全回流操作，操作線方程為 則相應的: 氣相單板效率：由平衡方程： 得各液相組成的平衡氣相組成為： 則板效率： 液相單板效率：由得 則各氣相組成的平衡液相組成為： 則板效率： 從結果中可以看出，對于同一塊塔板來說其液相和氣相默弗里板效率并不一定相等；對于不同塔板來說其液相或氣相默弗里板效率也并不一定相等。717 在常壓下，（摩爾分率，下同）的甲醇水混合物進行連續精餾。塔頂產品及塔釜殘液中甲醇組成分別為：。若回流比為2，進料為泡點液體。試求全塔效率。甲醇水的相平衡數據見題75。解：由圖75的平衡數據做相圖，畫梯級圖求理論塔板： 已知：， ， （不包括塔釜） 全塔效率：718 在常壓連續精餾塔中分離苯甲苯混合物。(質量分率，下同)。原料流量為1500kg/h。試求：⑴塔頂及塔底產品的流量kmol/h；⑵求下列各進料狀態下所需的理論塔板數及適宜進料位置。①泡點液體進料；②20℃的過冷液體進料；③進料中氣體量占2/3（摩爾比）的氣液兩相進料。解：先將質量分率化為摩爾分率： 進料： 塔頂： 塔底： 進料摩爾數： ⑴列全塔物料衡算方程： 帶入數據： 解得： ⑵用簡捷算法求理論塔板數： ①泡點進料，q=1，則 根據吉立蘭方程： 由 得 精餾段： ②20℃過冷液體：已知在操作條件下，原料液的比熱 原料液的汽化潛熱： 根據吉立蘭方程： 精餾段： ③的氣液兩相進料，則 根據吉立蘭方程： 精餾段： 也可以用圖解法計算： ①（不包括塔釜）。 ②（不包括塔釜）。 ③（不包括塔釜）。 719 （摩爾分率，下同）。進料量為5000kg/h。試計算飽和液體進料時：⑴所需的理論塔板數；⑵冷凝器及再沸器的熱負荷。t，℃xyt，℃xy00 塔頂條件下各組分的汽化潛熱分別為：正庚烷31717kJ/kmol；乙苯36008kJ/kmol。操作條件下各組分的液相平均比熱分別為：(kmolK)；(kmolK)。解：⑴可用作圖法求理論塔板數： 已知，， 作圖可得出理論塔板數為9塊（包括塔釜）見上頁。 簡捷算法：t，℃xyαt，℃xyα00 得 根據吉立蘭方程： 由 得 ⑵由物料衡算方程求塔頂塔底流量： 帶入數據： 解得： 冷凝器熱負荷： 再沸器熱負荷： 720 在精餾塔的操作中，若進料量及塔底再沸器熱負荷不變，而進料組成因故降低，試分析塔頂產品組成如何變化？可采取什么措施使不變？解：若進料量及塔底再沸器熱負荷不變，而降低，由于塔設備一定，即塔板數不變，則由相圖中可看出降低。若要提高可采用增大回流比R，降低進料口位置。721 有A、B、C、D四種組分組成的理想溶液，其中A、B兩種組分含量少且揮發度相近，D具有腐蝕性。試設計合理的精餾流程使其分離開（簡述理由）。解：應首先從塔底將具有腐蝕性的D分出，減少其對后繼設備的腐蝕。再將易分離的C從塔底分離，最后分離含量少且揮發度相近的A和B，這樣可以減少高塔的塔徑。722 某液相混合物的組成為：、（均為摩爾分率）。、液相平衡溫度為95℃，試分別用相平衡常數法及相揮發度法計算與液相組成相平衡的氣相組成。可近似認為該物系為理想物系。95℃時各組分的飽和蒸汽壓數據如下表：解：⑴相平衡常數法：組分苯甲苯鄰二甲苯飽和蒸汽壓，kPa 則 根據，在泡點下與液相組成相平衡的氣相組成： ⑵用相對揮發度法： 由 得： 723 三組分混合液在下面條件下進行精餾：泡點進料、進料量為，塔頂餾出物及釜液流量分別為及。求該精餾塔的最少理論塔板數。操作條件下的有關數據如下表（組成為摩爾分率）：組成XFXDαi3142231解：各組分在各處的組成：123Σ進料量1進料組成塔頂量塔頂組成塔底量塔底組成 如以1為輕關鍵組分，3為重關鍵組分，則 如以1為輕關鍵組分，2為重關鍵組分，則 724 在上題中以組分1為輕關鍵組分，組分2為重關鍵組分。試用恩德伍德公式計算達到上述分離要求時的最小回流比。解：用恩德伍德公式計算最小回流比，以1為輕關鍵組分，2為重關鍵組分， 則，， 根據恩德伍德公式 代入數據： 在間試差，得(或) 代入 得725 某石油餾分的組成如下表，現將該石油餾分進行常壓精餾，（摩爾分率，下同）。試計算塔頂產品及塔底產品中各組分的組成為多少？組分nC4nC5nC6nC7nC8nC9nC10摩爾分率解：以nC7為重關鍵組分，nC6為輕關鍵組分，進行清晰分割計算。（以100mol做為進料基準量）nC4nC5nC6nC7nC8nC9nC10Σ進料量100進料組成塔頂量000D塔頂組成000塔底量00W塔底組成00 根據和D+W=F=100 得D= W=。計算結果列表如下：nC4nC5nC6nC7nC8nC9nC10Σ進料量100進料組成塔頂量000塔頂組成000塔底量00塔底組成00726 試簡要說明為何在原油蒸餾塔中，恒摩爾流假設完全不成立？答：原油是一個復雜的混合物，各組分之間的性質差異較大，即為非理想物系。即使在同一物系中，分子量也可以有很大的差異，它們之間的汽化潛熱相差很多，這使得恒摩爾流假設在原油蒸餾塔中完全不適用。第八章 吸 收81 100克純水中含有2克，試以摩爾比表示該水溶液中的組成。解：水的摩爾數： 的摩爾數： 摩爾比：82 含3%（體積）的混合氣體，在填料塔中為水所吸收。試求氨溶液的最大濃度。塔內絕對壓力為。在操作條件下，氣液平衡關系為，式中：p—氣相中的氨的分壓，；x—液相中氨的摩爾分率。解： 則 83 于、27℃下用混于空氣中的甲醇蒸汽。甲醇在氣液兩相中的濃度很低，平衡關系服從亨利定律。已知溶解度系數，氣膜吸收系數，液膜吸收系數。試求吸收總系數和氣膜阻力在總阻力中所占的分率。解：