第一章蒸馏.doc

第一章蒸馏
12在连续精馏塔中分离某种组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同）的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率96％。若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79，试求：（1）操作回流比和最小回流比；（2）若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少？
解：（1）在塔顶满足气液平衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 代入已知数据
0.95 = 0.88α/[1 + 0.88(α-1)] ∴α= 2.591
第一块板的气相组成 y1 = 2.591x1/（1 + 1.591x1）
= 2.591×0.79/（1 + 1.591×0.79）= 0.907
在塔顶做物料衡算 V = L + D
Vy1 = LxL + DxD
0.907（L + D）= 0.88L + 0.95D ∴ L/D = 1.593
即回流比为 R = 1.593
由式1-47 Rmin = [(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/（α-1）泡点进料 xq = xF
∴ Rmin = 1.031
（2）回收率DxD/FxF = 96％得到
F = 100×0.95/（0.5×0.96）= 197.92 kmol/h
15.在连续操作的板式精馏塔中分离苯-甲苯的混合液。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，试计算三层中较低的两层的单板效率EMV 。
操作条件下苯-甲苯混合液的平衡数据如下：
x 0.26 0.38 0.51
y 0.45 0.60 0.72
解：假设测得相邻三层板分别为第n-1层，第n层，第n+1层
即 xn-1 = 0.28 xn = 0.41 xn+ 1 = 0.57 根据回流条件 yn+1 = xn
∴ yn = 0.28 yn+1 = 0.41 yn+2 = 0.57
由表中所给数据 α = 2.4
与第n层板液相平衡的气相组成 yn* = 2.4×0.41/（1+0.41×1.4）= 0.625
与第n+1层板液相平衡的气相组成 yn+1* = 2.4×0.57/（1+0.57×1.4）= 0.483
由式1-51 EMV = （yn-yn+1）/（yn*-yn+1）
可得第n层板气相单板效率 EMVn = （xn-1-xn）/（yn*-xn）
= （0.57-0.41）/（0.625-0.41）= 74.4％
第n层板气相单板效率 EMVn+1 = （xn-xn+1）/（yn+1*-xn+1）
= （0.41-0.28）/（0.483-0.28）= 64％
17题、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 ，yq=0.54
则
R=1.5Rmin=1.5×1.71=2.57
所以精馏段操作线的截距

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=0.3×76+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+WwW 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

第二章吸收
9.在逆流操作的吸收塔中，于101.33kPa，25℃下用清水吸收 混合气中的CO2，将其浓度从2％降至0.1％（体积）。该系统符合亨利定律。亨利系数Ｅ=5.52×104kPa。若吸收剂为最小理论用量的1.2倍，试计算操作液气比L/V及出口组成X。
解：⑴ Y1 = 2/98 =0.0204， Y2 = 0.1/99.9 = 0.001
m = E/P总 = 5.52×104/101.33 = 0.0545×104
由 （L/V）min= （Y1-Y2 ）/X1* = （Y1-Y2 ）/（Y1/m） = （0.0204-0.001）/（0.0204/545）= 518.28
L/V = 1.2（L/V）min = 622
由操作线方程 Y = （L/V）X + Y2-（L/V）X2 得 出口液相组成
X1 = （Y1-Y2 ）/（L/V）= （0.0204-0.001）/622 = 3.12×10-5
⑵ 改变压强后，亨利系数发生变化，及组分平衡发生变化，导致出口液相组成变化
m‘ = E/P总’ = 5.52×104/10133 = 0.0545×10-5
（L/V）‘ = 1.2（L/V）min’ = 62.2
X1‘ = （Y1-Y2 ）/（L/V）’= （0.0204-0.001）/62.2 = 3.12×10-4
13题

14．在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的H2S，进塔气相中含H2S（体积）2.91％要求吸收率不低于99％，操作温度300Ｋ，压强101.33kPa，平衡关系为Y* = 2X，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H2S浓度为0.013kmol(H2S)/kmol(溶剂)
已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.015kmol/(m2·s)，气相体积吸收总系数为0.000395 kmol/(m3·s·kPa)。求所需填料蹭高度。
解：y2 = y1（1-η）=0.0291×0.01 = 0.000291
Y2 = y2 = 0.000291 Y1 = 0.0291/（1-0.0291）= 0.02997
ΔYm = [（Y1-Y1*）-Y2]/ln[（Y1-Y1*）/Y2]
= [（0.02997-0.013×2）-0.000291]/ln[（0.02997-0.013×2）/0.000291] = 0.0014
∴ΝOG =（Y1-Y2）/ΔYm = （0.02997-0.000297）/0.0014 = 21.2
HOG = V/(KYaΩ) = 0.015/（0.000395×101.33）= 0.375
H =ΝOG × HOG = 21.2×0.375 = 7.9m