化工原理答案

得到 由式 (6-46)

19、试计算习题1４中精馏塔得塔径与有效高度。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 、xＤ=0、95 、xＷ=０、05 ,泡点进料,R=1、42 由全塔物料衡算

F=D＋Ｗ 1０0＝D+W

ＦxF=DxＤ+ＷxW 1０0×0、３5＝0、95Ｄ+0、05W

解之 D=３3、3ｋmol/ｈ

Ｖ=V‘=（Ｒ＋1)D=(1、42+1)×33、3=80、5９kmｏl／h

因全塔平均温度为℃ 所以平均操作压力为

Vg?Di?22.4VTP22.4?80.59?(273?84.1)?101.30??0.617m3/s3600T0P3600?273?107.74Vg?u?4?0.617?0.97m3.14?0.84

圆整为1000ｍm 由于习题14已求出ＮT=7

所以ＮP=NＴ／E=7/0、55=１2、7≈13 Z=(ＮP-1)HＴ=(13-1)×０、３5=4.2m

20、试计算习题19中冷凝器得热负荷、冷却水得消耗量以及再沸器得热负荷、加热蒸汽得消耗量。已知条件如下：

(1)忽略冷凝器热损失,冷却水得进出口温度分别为25℃与35℃;

(2)加热蒸汽得压力为2３2、2kＰａ,冷凝液在饱与温度下排出,再沸器得热损失为有效传热量得12％。

解:塔顶可近似按纯甲醇计算,则查塔顶６6.2℃下,rA＝11３0kJ/ｋg

由式（6－38)

QC=VrA=８0、59×1130×3２=2、91×106kＪ／h

塔釜可近似按水计算,则查塔釜102℃下,ｒＢ＝２252kJ/kｇ 由式（６-40）

ＱB=ＶrB+QＬ=80、5９×18×２2５２×1、12=3、66×10kJ／ｈ 查加热蒸汽23２、2kPa下，汽化潜热为2191、8ｋJ/kｇ，则

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得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)塔得有效高度。

解:

习题6－21附图

‘

６

(１)由y－ｘ相图中q线与平衡线得交点坐标为 xｑ＝ｘF=0、３ ,ｙq=0、５４ 则

R=1、５Rmin＝1、５×1、７1=２、57 所以精馏段操作线得截距

在图中作出精馏段操作线与提馏段操作线，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、3×７6+0、7×1５4=13０.6kｇ/kmol

F=40０0 ／130、６＝30、６3kｍol／h

由全塔物料衡算

Ｆ=Ｄ+W 30、63＝D+W

FｘF＝DｘD+WｘＷ 30、63×０、３＝0、95D+0、025W 解之D=9、11kｍol／h Ｗ=21、52ｋmｏl/h 又 MD=0、95×76+0、05×154=79.9kg／kmol

MW=0、0２5×76＋0、９7５×154=152．0５ｋｇ／ｋmol 所以 D=9、11×７9、9=７2７．8９kg/ｈ W=21、52×152、０5=327２.12kg/h 解法二:

各部分组成以质量分数表示

F=D+W ４000=Ｄ+W

FwF=ＤｗD+ ４０000×0、175=0、90４D＋0、012５W 解之 D＝729kｇ/h W＝327１kg/ｈ (3)因为泡点进料,故q=1 Ｖ＝V

V＝(R+１)Ｄ＝(2、57+1)×９、１1=3２、５２kmoｌ/ｈ

由式(６-49) m

圆整为700mｍ。 (4) 由式(6-47）

Ｚ=(NP－１)ＨT＝（２2-1)×０、4=8.4m

22、求习题2１中冷凝器得热负荷与冷却水得消耗量以及再沸器得热负荷与加热蒸气得消耗量。假设热损失可以忽略。已知条件如下：

(1)塔内各处得操作温度为:进料62℃、塔顶47℃、塔釜75℃。回流液与馏出液温度为４0℃。

（２)加热蒸气表压强为１00kPａ,冷凝水在饱与温度下排出。 (3)冷却水进出口温度分别为２５℃与３0℃。 解:

（1) 塔顶近似按CS2,因塔顶泡点温度ts=47℃,而回流液与馏出液温度tL=40℃, 查4７℃ rＡ＝３５０ｋJ/kg

‘

47+４0/２＝43.5℃下 CPA=0、98kJ/ｋg

Qc＝（R+1）D[rＡ＋ ＣPＡ(ts－tＬ)］=（2、５7+1)×72７、89×[0、98×(47－40)+350] =9、3×105kJ／h

（2）塔釜可近似按ＣCl4,查７５℃下rB=195kJ/kg 又V＝V

‘

ＱB=V‘rB=（2、57+1)×7２7、89×19５=5、07×１0５ ｋJ/h

查 饱与水蒸气10１、33+100=２01、3３kPa(绝压)下，r=2205kJ／kg