马后炮化工论坛-第5讲练习
马后炮化工技术论坛_基于ASPEN PLUS模拟生物质气流床气化工艺过程
［ｏ］／［Ｃ］＝丝唑≮譬易蛊警巡巡
２模拟结果与讨论
２．１不同气化原料的气流床气化结果分析 ２．１．１气化温度随［０］／［ｃ］的变化关系
由图２可知，无论是生物质原料直接气化还是 使用热解后的半焦气化，其气化温度都随［０］／［ｃ］ 的增加而升高。从图中可以看出：在相同的［Ｏ］／ ［Ｃ］下，热解后半焦的气化温度明显高于生物质原 料的气化温度且热解终温越高，得到的半焦的气化 温度也越高。在气流床气化工艺中，气化温度能达 到１０００℃以上。对于生物质原料气化，气化温度要 达到１０００℃以上，［Ｏ］／［ｃ］约为１．６５。而对于几种 半焦气化，［Ｏ］／［Ｃ］在约１．０时气化温度就可达 １０００℃以上，且在相同［０］／［ｃ］下，半焦比生物质原 料更利于燃烧和气化，从而使产生的热量增加，气化 温度升高。
本文采用慢速热解方法将生物质中的氧元素脱 除以达到提高能量密度的目的，进而提高合成气的
热值。借助ＡｓＰＥＮ舢ｓ过程模拟软件，构建了生物
质气流床气化炉工艺流程计算模型，考察了热解作 为生物质气化前处理工艺的可行性，进而为工艺条 件的确定提供理论基础。
１ 生物质气流床气化过程描述
１．１生物质气流床气化工艺
图７空气预热温度对气化温度、合成气
热值及冷煤气效率的影响
Ｆｉｇ．７雎＆ｔ ｏｆ ｍｅ时魄ｔｅｄ ａｉｒ ｔ伽畔胁鹏ｏｎ她ｇａｓｉ６ｃ撕ｏｎ
ｔ咖ｐｅ翔￡ｕｒｅ，ｈｅａｔ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｂｉｏｓｙｌｌｇａｓ ａｎｄ ｃｏｌｄ ｇ鹅ｅｍｃｉｅｎｃｙ
万方数据
太 阳能 学报
２８卷
化工原理第五章习题及答案学习资料
A、N/>N;E、N/=N;
C、N/VN;D、判断依据不足。
2、 对某双组分理想物系，当温度t=80C时，PA°106.7kpa，PB40kpa，液相
摩尔组成Xa0.4，则与此液相组成相平衡的汽相组成yA为。B
A、0.5;B、0.64;C、0.72;D、0.6
3、恒摩尔流假定主要前提是两组分的分子汽化潜热相近，它只适用于理想物 系。此
变化前、后塔的操作线
Z
y
A
y
Z
X
X
X
附图1
附图2
附图3
10、精馏塔塔顶某理论板上汽相的露点温度为右、液相的泡点温度为t2，塔底
某理论板上汽相的露点温度为t3、液相的泡点温度为t4，试按从大到小顺序将 以上4个温度排列如下：。tqt3>t2鮎
11、 简单蒸馏的主要特点是。
间歇、不稳定、分离程度不高
12、 测得在精馏塔操作中，离开某块理论板的两股物流的组成分别为0.82和
多；
D、液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时 发生。
10、 对于某理想溶液的平衡蒸馏，若维持进料量F、物料温度tF、蒸发室压强
P不变，而将物料浓度Xf增加，贝U气相馏出物组成Xd，气相馏出物量
D。C、A
A、变大B、变小C、不变D不确定
11、 精馏塔设计时，若F、Xf、Xd、X、V均为定值，将进料热状态从q=1变 为q>1，则设计所需理论板数。B
18、对于二元理想溶液，x-y图上的平衡曲线离对角线越近，说明该物
系。不容易分离
19、在精馏塔设计中，若Xf、Xd、R、q、Xw相同，则直接蒸汽加热与间接蒸汽
加热相比，Nt,间Nt,直；—D。>,>
马后炮化工论坛-第五章
马后炮化工论坛-第五章----3c00aedc-7166-11ec-b063-7cb59b590d7d5-1换热网络综合问题的定义的定义及目标是什么？换热器网络综合问题是确定设备投资最小、运行费用最小、能满足工艺要求的换热器网络结构。
它能满足各工序物流的工艺要求（从初始温度到目标温度），具有良好的灵活性、可控性和可操作性。
5-2换热网络的设计工作一般包括哪些步骤？换热网络的设计步骤：（1）选择工艺流股和公用工程流股;（2）确定经济合理的夹点温差和用电消耗；（3）综合出初步的候选换热网络；（4）将候选网络优化为最佳换热网络；（5）对换热器进行详细设计;（6）仿真计算、技术经济评价和系统可操作性分析。
如果您对结果不满意，请返回步骤（2），直到您满意为止。
不同的综合方法，体现在（2）、（3）步。
5-3换热网络综合方法的特点是什么？（1）启发式经验规则法：不能保证一次得到最优解，可以以此为基在此基础上，逐步优化。
（2）夹点技术法：以热力学原理和分析方法为基础，以最小能耗为主要目标。
对于给定的网络恢复温差，为了达到能耗最小的目标，能量不允许跨越夹点，因此初始网络可能有更多的单元；为了获得投资成本最低的网络，有必要减少单元数量，从而产生能量交叉（3）数学规划法：建立换热网络综合的最优化数学模型，计算量大，它适用于在计算机上求解。
（4）人工智能算法（遗传算法）：计算简单，对问题性质无太多限制，广泛的适用性和其他优势。
它适用于不可微、不连续、非线性、非凸、多峰等复杂优化问题。
5-4根据t-h图综合换热网络是以什么为目标的？其综合步骤如何？以最小的传热面积为目标。
①搜集物流数据,流量、温度、比热容、汽化热等；②构造冷、热物流的组合曲线；③ 调整冷热物流组合曲线，使最小传热温差不小于规定值；④划分温度间隔区间，进行物流匹配。
具体方法说明：（1）构造组合曲线（2）划分物流匹配的温度区间（3）对应的换热网络热容量流量301520初始温度443423293目标温度333303408热负荷330018002300c2403534132400冷热组合曲线：最小传热温差为20℃时的总组合曲线：(最小传热温差的最优值：16.5℃)针尖温度：热：100℃clod:80℃5-6如何理解夹具设计方法的三个基本原则和可行性规则？握把设计方法的基本原则：(1)应该避免有热流量通过夹点；（夹点处热通量为0.）（2）避免在临界点以上引入公用设施冷却物流；（夹点上方有一个散热器，因此需要增加热力设施。
马后炮化工——煤化工基础知识
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3、化学的基本概念
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• 化学（chemistry）是研究物质的组成、结构、性质、 以及变化规律的科学。 • 世界是由物质组成的，化学则是人类用以认识和 改造物质世界的主要方法和手段之一，它是一门 历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会 文明的重要标志。 • 化学”一词，若单从字面解释就是“变化的科学” 之意。化学如同物理皆为自然科学之基础科学。
5、什么是化学反应的条件？
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• 指化学反应所必须或可提高反应速率的方法，如： 加热（△），点燃，高温，电解，紫外线或催化剂 等。 • 活化能：定义为反应启始或自然发生所需的最低能 量。愈高的活化能表示反应愈难以启始，反应速率 也因此愈慢。 • 反应温度：温度提升将加速反应，因为愈高的温度 表示有愈多的能量，使反应容易发生。
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化工基础知识
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1、化学工业的基础原料
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• 化学工业的重要基础原料是化石能源（煤、石油 和天然气）。 • 世界能源发展的历史表明，化学工业的发展是在 不断适应能源结构的变化而相应地调整原料路线， 以此得到自力更新的发展。 • 时至今日，由于全世界石油的大涨价才唤醒人们， 使人们不得不承认世界已进入了能源多元化结构 的时代。
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26 • 轴功率即原动机传动泵轴上的功率，用符号N表示。 效率是泵的有效功率与轴功率之比，效率的表达 式为
• • • Ne η（％）＝——— N
• 原动机轴与泵轴连接存在机械损失，所以原动机 功率通常比轴功率大。
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马后炮化工技术论坛_精馏讲义
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一、蒸馏基本原理 １、蒸馏概述 ２、拉乌尔定律 二、精馏 １、精馏概述 ２、精馏原理 ３、精馏过程 ４、物料衡算 ５、板式塔 １、蒸馏概述 、 （１） 蒸馏的原理 利用混合物在一定压力下各组分相对挥发度 （沸点 沸点）的不同进行分离的一种单元操作。
沸点 易挥发组分——低沸点组分 难挥发组分——高沸点组分 （２）蒸馏及精馏的分离依据 ） 液体均具有挥发成蒸汽的能力，但各种液体的挥发性各不相同。
习 惯上，将液体混合物中的易挥发组分Ａ称为轻组分，难挥发组分Ｂ则称为 重组分。
将液体混合物加热至泡点以上沸腾使之部分汽化必有ｙＡ＞ｘＡ； 反之将混合蒸汽冷却到露点以下使之部分冷凝必有ｘＢ＞ｙＢ。
上述两种情 况所得到的气液组成均满足： ｙＡ ｘＡ ＞ ｙ Ｂ ｘＢ 部分汽化及部分冷凝均可使混合物得到一定程度的分离，它们均是 籍混合物中各组分挥发性的差异而达到分离的目的，这就是蒸馏及精馏 分离的依据。
蒸馏及精馏的分离依据 原料液 加 热 器 减 压 阀 塔顶产品 ｙＡ Ｑ ｘＡ 闪 蒸 罐 ｙ Ａ ＞ ｘＡ 或 ｙＡ ｘＡ ＞ ｙ Ｂ ｘＢ 塔底产品 （３）蒸馏的分类 ） 简单蒸馏 平衡蒸馏 （闪蒸） 按蒸馏方式 较易分离的物系或对 分离要求不高的物系 难分离的物系 恒沸蒸馏 特殊精馏 萃取蒸馏 水蒸汽蒸馏 很 难 分离 的 物系 或 用 普 通方 法 难以 分 离的物系 精馏 常压 按操作压强 加压 一般情况下多用常压 常压下不能分离或达不到分离要求 减压 双组分 混合物中组分 多组分 间歇 按操作方式 连续 ２、两组分理想物系的汽液平衡－拉乌尔定 、两组分理想物系的汽液平衡 拉乌尔定 律 １、汽液相平衡关系式拉乌尔定律 、汽液相平衡关系式 拉乌尔定律 ｐＡ ＝ ｏ ｐＡｘＡ ＝ ０ ｐＡｘ ｏ ０ ｐＢ ＝ ｐＢ ｘＢ ＝ ｐＢ （１？ ｘ） ｏ ｏ ｐＡ ， ｐＢ 手册中查 平衡温度下纯组分的饱和蒸汽压力 Ｘ溶液中组分的摩尔分数 当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和 ｏ Ｐ ＝ ｐＡ ＋ ｐＢ ＝ ｐｏ ｘ ＋ ｐＢ （１？ ｘ） Ａ ｏ Ｐ？ Ｐ Ｂ Ｐｏ ？ Ｐｏ Ａ Ｂ ∴ｘ ＝ ｐＡ ｐｏ ——由拉乌尔定律表示的气液平衡关系 Ａ 由拉乌尔定律表示的气液平衡关系 ｙ＝ ＝ ｘ Ｐ Ｐ 二、精馏 １、精馏概述 、 平衡蒸馏以及简单蒸馏只能使混合液得到部分分离。
马后炮化工论坛_2011三井化学杯第五届大学生化工设计竞赛指导书
马后炮化⼯论坛_2011三井化学杯第五届⼤学⽣化⼯设计竞赛指导书⼤学⽣化⼯设计竞赛“三井化学杯”第五届⼤学⽣化⼯设计竞赛参赛指导书2011年5⽉竞赛规则1.参赛者为全⽇制在校本科⽣。
以团队形式参赛，每队5⼈，设队长1⼈。
每位学⽣只允许参加⼀⽀代表队，⿎励学⽣多学科组队参赛。
2.参赛队伍根据竞赛命题和要求完成设计，提交设计作品的电⼦⽂档和书⾯⽂档，分赛区参加初赛。
设计⼯作必须由参赛队员完成，每⽀参赛队只能提交⼀份作品。
3.竞赛分为预赛和决赛两个阶段。
预赛分华东、华南、华西、华北、华中、东北和西南七个赛区进⾏，参赛作品经赛区初赛评审委员会初审，遴选出各赛区的优秀作品参加赛区决赛，进⾏⼝头报告和现场答辩，由赛区决赛评审委员会与参赛学⽣代表共同评选获奖作品，并从赛区决赛队中甄选出参加全国总决赛的32⽀参赛队。
4.全国总决赛将在重庆市重庆⼤学举⾏，参赛队要提交设计作品⽂档并进⾏⼝头报告和现场答辩，由总决赛评审委员会与参赛学⽣代表共同评选获奖队伍。
5.各参赛队必须在规定时间内提交参赛作品，并在指定的时间和地点参加报告会，缺席者作⾃动放弃处理。
6.每个赛区从未⼊围全国总决赛的队伍中评选出全国竞赛三等奖和优秀作品奖若⼲名，颁发获奖证书。
7.全国总决赛评选出全国竞赛特等奖⼀名，⼀等奖七名、⼆等奖⼆⼗四名，颁发获奖证书。
8.参赛作品的著作权归该参赛队所有，参赛学校拥有在学校教学中⽆偿使⽤参赛作品的权利。
如参赛作品的设计内容申请专利，则专利申请⼈为参赛队所属学校，发明⼈可为相关参赛队成员及指导教师。
9.竞赛委员会将制作每届竞赛的获奖作品光盘，提供给国内⾼校作为教学参考资料。
竞赛委员会拥有获奖作品光盘的出版权。
10.本规则解释权归⼤学⽣化⼯设计竞赛委员会。
11.竞赛有关问题可向竞赛秘书组咨询，秘书组联系⽅法见⼤学⽣化⼯设计竞赛⽹站/doc/2214475872.html。
竞赛设计任务书⼀、设计题⽬鉴于我国的⾃然资源条件，减少烃原料化⼯对⽯油资源的过度依赖，是我国经济和社会可持续发展所⾯临的⼀项重要任务。
化工基本知识第五章精馏答案解析
五蒸馏习题解答1解:(1)作x-y图及t-x(y)图,作图依据如下:∵x A=(p-p B0)/(p A0-p B0); y A=p A0×x A/p以t=90℃为例,x A=(760-208.4)/(1008-208.4)=0.6898y A=1008×0.6898/760=0.9150 计算结果汇总:(2)用相对挥发度计算x-y值:y=αx/[1+(α-1)x]式中α=αM=1/2(α1+α2)∵α=p A0/p B0α1=760/144.8=5.249 ;α2=3020/760=3.974∴αM=1/2(α1+α2)=1/2(5.249+3.974)=4.612y=4.612x/(1+3.612x)由此计算x-y值亦列于计算表中,y-x图,t-x(y) 图如下:1 题附图2解:(1)求泡点:在泡点下两组分的蒸汽分压之和等于总压P,即:p A+p B=p A0x A+x B0x B=p求泡点要用试差法,先设泡点为87℃lgp A0=6.89740-1206.350/(87+220.237)=2.971p A0=102.971=935.41[mmHg]lgp B0=6.95334-1343.943/(87+219.337)=2.566p B0=102.566=368.13[mmHg]935.41×0.4+368.13×0.6=595≈600mmHg∴泡点为87℃,气相平衡组成为y=p A/p=p A0x A/P=935.41×0.4/600=0.624(2)求露点:露点时,液滴中参与甲苯组成应符合下列关系: x A+x B=1或p A/p A0+p B/p B0=1 式中p A=0.4×760=304[mmHg]; p B=0.6×760=456[mmHg]求露点亦要用试差法,先设露点为103℃,则:lgp A0=6.8974-120.635/(103+220.237)=3.165∴p A0=1462.2[mmHg]lgp B0=6.95334-1343.943/(103+219.337)=2.784∴p B0=608.14[mmHg]于是:304/1462.2+456/608.14=0.96<1再设露点为102℃,同时求得p A0=1380.4; p B0=588.84304/1380.4+456/588.84=0.995≈1故露点为102℃,平衡液相组成为x A=p A/p A0=304/1380.4=0.223解:(1)x A=(p总-p B0)/(p A0-p B0)0.4=(p总-40)/(106.7-40)∴p总=66.7KPay A=x A·p A0/p=0.4×106.7/66.7=0.64 (2)α=p A0/p B0=106.7/40=2.674解:(1) y D=?αD =(y/x)A/(y/x)B=(y D /0.95)/((1-y D )/0.05)=2y D =0.974(2) L/V D =?∵V=V D +L(V/V D )=1+(L/V D )V0.96=V D 0.974+L0.95(V/V D )0.96=0.974+(L/V D )0.95(1+L/V D )0.96=0.974+(L/V D )0.95(L/V D )=1.45解:简单蒸馏计算: lnW 1/W 2=⎰-12x x xy dxW 2=(1-1/3)W 1=2/3W 1;y=0.46x+0.549,x 1=0.6,代入上式积分解得: 釜液组成:x 2=0.498,馏出液组成:W D x D =W 1x 1 -W 2x 2(1/3W 1)x D =W 1×0.6-(2/3W 1)×0.498 ∴x D =0.804 6解:Fx F =Vy+Lx ∴0.4=0.5y+0.5x --------(1) y=αx/(1+(α-1)x)=3x/(1+2x) --------(2) (1),(2)联立求解,得y=0.528,x=0.272回收率=(V ·y)/(Fx F )=0.5×0.528/0.4=66% 7.解:F=D+W Fx F =Dx D +Wx W已知x F =0.24,x D =0.95,x W =0.03,解得:D/F=(x F -x W )/(x D -x W )=(0.24-0.03)/(0.95-0.03)=0.228 回收率 Dx D /Fx F =0.228×0.95/0.24=90.4%残液量求取:W/D=F/D-1=1/0.228-1=3.38∴W=3.38D=3.38(V-L)=3.38(850-670)=608.6[kmol/h]8解:(1) 求D及W,全凝量VF=D+WFx F =Dx D +Wx Wx F =0.1,x D =0.95,x W =0.01(均为质量分率)F=100[Kg/h],代入上两式解得:D=9.57[Kg/h]; W=90.43[Kg/h]由恒摩尔流得知:F(0.1/78+0.9/92)=V(0.95/78+0.05/92)[注意:如用质量百分数表示组成,平均分子量M m=1/(a A/M A+a B/M B)] 解得V=87[Kg/h] 由于塔顶为全凝器,故上升蒸汽量V即为冷凝量,(2) 求回流比RV=D+L ∴L=V-D=87-9.57=77.43[Kg/h]R=L/D=77.43/9.57=8.09(因为L与D的组成相同,故8.09亦即为摩尔比)(3) 操作线方程.因塔只有精馏段,故精馏段操作线方程为y n+1 =Rx n /(R+1)+x D /(R+1)式中x D应为摩尔分率x D =( x D /M A)/[x D /M A+(1-x D )/M B]=(0.95/78)/(0.95/78+0.05/92)=0.961∴y n+1=8.09x n/9.09+0.961/9.09=0.89x n +0.106操作线方程为:y n+1 =0.89x n +0.1069解:y=[R/(R+1)]x+x D /(R+1)(1) R/(R+1)=0.75 R=0.75R+0.75 R=0.75/0.25=3(2) x D /(R+1)=0.2075 x D /(3+1)=0.2079 x D =0.83(3) q/(q-1)=-0.5 q=-0.5q+0.5 q=0.5/1.5=0.333(4) 0.75x+0.2075=-0.5x+1.5x F0.75x q'+0.2075=-0.5x q '+1.5×0.441.25x q '=1.5×0.44-0.2075=0.4425 x q '=0.362(5)0<q<1 原料为汽液混合物10解:(1) 求精馏段上升蒸汽量V和下降的液体量L,提馏段上升蒸汽量V'和下降的液体量L'. 进料平均分子量: Mm=0.4×78+0.6×92=86.4F=1000/86.4=11.6[Kmol/h]Fx F =Dx D +Wx WF=D+W11.6×0.4=D×0.97+(11.6-D)0.02∴D=4.64[Kmol/h]W=6.96[Kmol/h]R=L/D, ∴L=3.7×4.64=17.17[Kmol/h]V=(R+1)D=4.7×4.64=21.8[Kmol/h]平均气化潜热r=30807×0.4+33320×0.6=32313.6[KJ/Kmol]从手册中查得x F =0.4时泡点为95℃,则:q=[r+cp(95-20)]/r=(32313.6+159.2×75)/32313.6=1.37 ∴L'=L+qF=17.17+1.37×11.6=33.1[Kmol/h]V'=V-(1-q)F=21.8+0.37×11.6=26.1[Kmol/h](2) 求塔顶全凝器热负荷及每小时耗水量.Qc=Vr∴r=0.97×30804+33320×0.03=30879.5[KJ/Kmol]∴Qc=21.8×30879.5=673172.7[KJ/h]耗水量Gc=673172.7/4.18(50-20)=5368.2[Kg/h](3) 求再沸器热负荷及蒸汽耗量.塔的热量衡算Q B+Q F +Q R=Q v+Q W +Q LQ B=Q v+Q W +Q L-Q F -Q R该式右边第一项是主要的,其它四项之总和通常只占很小比例,故通常有: Q B≈Q V=V·I vIv=(r+Cpt)=30879.5+159.2×8.2=43933.9[KJ/Kmol]∴Q B=21.8×43933.9=957759.02[KJ/h]2.5[KgF/cm2]下蒸汽潜热r=522Kcal/Kg=522×4.18×18=39275.3[KJ/Kmol]∴蒸汽需量为G vG v =Q B/r=957759.02/39275.3=24.4Kmol/h=24.4×18=39.04[Kg/h](4) 提馏段方程y=L'x/(L'-W)-Wx W /(L'-W)=1.26x-0.00511解:提馏段: y m+1’=1.25x M’-0.0187---------(1)=L'x M'/V'-Wx W /V',L'=L+qF=RD+FV'=(R+1)DW=F-D,精馏段: y n+1 =Rx n /(R+1)+x D /(R+1)=0.75x n +0.25x D --------(2)q线:x F =0.50 --------------(3)将(3)代入(1)得出:y m+1=1.25×0.5-0.0187=0.606,代入(2)0.606=0.75×0.5+0.25x D ,x D =0.92412解:(1) y1=x D =0.84,0.84=0.45x1+0.55x1=0.64,y W =3×0.64/(3+1)+0.84/(3+1)=0.69,0.69=0.45×x W +0.55,x W =0.311,(2) D=100(0.4-0.311)/(0.84-0.311)=16.8(Kmol/h),W=100-16.8=83.2(Kmol/h)13解:(1) 求R,x D,x W精馏段操作线斜率为R/(R+1)=0.723 ∴R=2.61提馏段方程y=L'x/(L'-W)-Wx W/(L'-W)=1.25x-0.0187精馏段操作线截距为x D/(R+1)=0.263 ∴x D =0.95提馏段操作线与对角线交点坐标为y=x=x W x W =1.25 x W -0.0187 ∴x W =0.0748(2)饱和蒸汽进料时,求取进料组成将y=0.723x+0.263y=1.25x-0.0187联立求解,得x=0.535,y=0.65* * 因饱和蒸汽进料,q线为水平线,可得原料组成y=x F=0.6514解:(1) y1=x D =0.9,x1=0.9/(4-3×0.9)=0.692,(2) y2=1×0.692/(1+1)+0.9/2=0.796(3) x D =x F =0.5, y D =0.5/2+0.9/2=0.715解:(1) Fx F=Vy q+Lx q0.45=(1/3)y q+(2/3)x qy q =2.5x q /(1+1.5x q)∴x q=0.375 y q=0.6(2) Rmin=(x D-y q)/(y q-x q)=(0.95-0.6)/(0.6-0.375)=1.56R=1.5Rmin=2.34D=0.95×0.45/0.95=0.45 W=1-0.45=0.55x W=(Fx F-Dx D)/W=(0.45-0.45×0.95)/0.55=0.041L=RD=2.34×0.45=1.053; V=(R+1)D=1.503L'=L+qF=1.053+(2/3)×1=1.72; V'=V-(1-q)F=1.503-1/3=1.17y'=(L'/V')x'-Wx W/V'=1.72/1.17x'-0.55×0.041/1.17=1.47x'-0.019316解:* * 精馏段操作线方程y n+1 =3/4x n +0.24平衡线方程y=αx/[1+(α-1)x]=2.5x/(1+1.5x)提馏段操作线方程y=1.256x-0.01278其计算结果如下:N0x y1 0.906 0.962 0.821 0.923 0.707 0.864 0.573 0.775 0.462 0.706 0.344 0.5677 0.224 0.4198 0.128 0.2689 0.065 0.14810 0.029 0.069由计算结果得知:理论板为10块(包括釜), 加料板位置在第五块；17解:D/F=(x F -x W )/(x D -x W )=(0.52-x W )/(0.8-x W )=0.5解得:x W =0.24精馏段操作线方程:y n+1 =(R/(R+1))x n +x D /(R+1)=0.75x n +0.2 --------(1) 平衡线方程:y=αx/(1+(α-1)x)=3x/(1+2x)或:x=y/(α-(α-1)y)=y/(3-2y) --------(2)交替运用式(1),(2)逐板计算:x D =y1=0.8 .x1=0.571;y2=0.628,x2=0.360;y3=0.470,x3=0.228<x W=0.24∴共需N T=3块(包括釜).18解:q=0,x D =0.9,x F =0.5,x W =0.1,R=5,精馏段操作线方程:y n+1=Rx n/(R+1)+x D/(R+1)=5x n/(5+1)+0.9/(5+1)=0.833x n+0.15图解:得理论板数为11块(不包括釜),包括釜为12块18题附图19解:(1) F=D+WFx F =Dx D +Wx WD=F(x F -x W )/(x D -x W )=100(0.3-0.015)/(0.95-0.015)=30.48 Kmol/h=30.5 Kmol/hW=F-D=69.50 Kmol/h(2) N T及N F =?x D =0.95、x W =0.015、q=1、R=1.5；x D /(R+1)=0.38作图得:N T =9-1=8(不含釜)进料位置: N F =6(3)L’,V’,y W及x W-1 19题附图∵q=1,V'=V=(R+1)DV'=30.5(1.5+1)=76.25Kmol/hL'=L+qF=RD+F=1.5×30.5+100=145.8Kmol/h由图读得:y W =0.06, x W-1=0.0320解:(1) 原料为汽液混合物,成平衡的汽液相组成为x ,y平衡线方程y=αx/[1+(α-1)x]=4.6x/(1+3.6x) --------- (1)q线方程(q=2/(1+2)=2/3)则y=[q/(q-1)]x-x F /(q-1)=-2x+1.35 ---------- (2)联解(1),(2)两式,经整理得:-2x+1.35=4.6x/(1+3.6x)7.2x2 +1.740x-1.35=0解知,x=0.329y=0.693(2) Rmin=(x D -y e)/(y e-x e)=(0.95-0.693)/(0.693-0.329)=0.70621解:因为饱和液体进料,q=1y e=αx e/[1+(α-1)x e]=2.47×0.6/(1+1.47×0.6)=0.788R min=(x D -y e)/(ye-x e)=(0.98-0.788)/(0.788-0.6)=1.02R=1.5×R min=1.53N min=lg[(x D /(1-x D ))((1-x W )/x W )]/lgα=lg[(0.98/0.02)(0. 95/0. 05)]/lg2.47= 7.56x=(R-R min)/(R+1)=(1.53-1.02)/(1.53+1)=0.202Y=(N-N min)/(N+1) Y=0.75(1-x0.567)∴(N-7.56)/(N+1)=0.75(1-0.2020.567) 解得N=14.5 取15块理论板(包括釜)实际板数: N=(15-1)/0.7+1=21(包括釜)求加料板位置,先求最小精馏板数(N min)精=lg[x D /(1-x D )×(1-x F )/x F ]/lgα=lg[0.98/0.02·0.4/0.6]/lg2.47=3.85N精/N=(N min)精/N min∴N精=N(N min)精/N min=14.5×3.85/7.56=7.4则精馏段实际板数为7.4/0.7=10.6取11块故实际加料板位置为第12块板上.22解:(1) 由y=αx/[1+(α-1)x]=2.4x/(1+1.4x) 作y-x图由于精馏段有侧线产品抽出,故精馏段被分为上,下两段, 抽出侧线以上的操作线方程式: y n+1 =Rx n /(R+1)+x D /(R+1)=2/3x n +0.3 ----------- (1)侧线下操作线方程推导如下:以虚线范围作物料衡算V=L+D1+D2Vy s+1=Lx s+D1x D1+D2x D2 ;y s+1=Lx s/V +(D1x D1+D2x D2)/V=Lxs/(L+D1+D2)+(D1x D1+D2x D2)/(L+D1+D2);L=L0-D2, 则:y s+1=(L0-D2)x s/(L0-D2+D1+D2)+(D1x D1+D2x D)/(L0-D2+D1+D2)2=(R-D2/D1)x s/(R+1)+(x D1+D2x D2/D1)/(R+1)(R=L0/D1)将已知条件代入上式,得到:y S+1=0.5x+0.416(2) 用图解法,求得理论塔板数为（5-1）块,见附图.22题附图23解:根据所给平衡数据作x-y图.精馏段操作线y n+1 =Rx n /(R+1)+x D /(R+1)=1.5x n /(1.5+1)+0.95/(1.5+1)=0.6x n +0.38q线方程与q线:料液平均分子量:M m=0.35×+0.65×18=22.9甲醇分子汽化潜热:r=252×32×4.2=33868.8[KJ/Kmol]水的分子汽化潜热:r=552×18×4.2=41731.2[KL/Kmol] 23题附图料液的平均分子汽化潜热:r=0.35×33868.8+0.65×41731.2=38979.4[KL/Kmol]料液的平均分子比热Cp=0.88×22.9×4.2=84.6[KL/Kmol·℃]q=[r+Cp(ts-t F )]/r=[38979.4+84.6(78-20)]/38979.4=1.13q线斜率q/(q-1)=1/13/0.13=8.7提馏段操作线方程与操作线：由于塔釜用直接蒸汽加热,故提馏段操作线过横轴上(x W ,0)一点,于是在x-y图上,作出三条线,用图解法所得理论板数为7.6块,可取8块(包括釜).24解:对全塔进行物料衡算:F1+F2=D+W ----------(1)F1x F1+F2x F2=Dx D +Wx W100×0.6+200×0.2=D×0.8+W×0.02100=0.8D+0.02W -----------(2)由式(1) W=F1+F2-D=100+200-D=300-D代入式(2)得:D=120.5Kmol/hL=RD=2×120.5=241kmol/hV=L+D=241+120.5=361.5Kmol/h在两进料间和塔顶进行物料衡算,并设其间液汽流率为L",V",塔板序号为s.V''+F1=D+L''V''y s+1"+F1x F1=L''xs''+Dx Dy s+1=(L''/V'')xs''+(Dx D -F1x F1)/V''L''=L+q1F1=241+1×100=341Kmol/hV''=V=361.5y s+1"=(341/361.5)x s''+(120.5×0.8-100×0.6)/361.5y s+1"=0.943x s''+0.125解:对于给定的最大V',V=(R+1)D,回流比R愈小,塔顶产品量D愈大,但R 需满足产品的质量要求x D》0.98, 故此题的关键是求得回流比R.由题已知加料板为第14层,故精馏段实际板数为13层,精馏段板数为:13×0.5=6.5取苯-甲苯溶液相对挥发度为α=2.54用捷算法求精馏段最小理论板数(N min)精=ln[0.98/0.02-0.5/0.5]/ln2.54=4.175y=[N精馏段-(N min)精]/(N精馏段+1)=(6.5-4.175)/(6.5+1)=1.31由y=0.75(1-x0.567)x=(1-Y/0.75)(1/0.567)=0.392=(R-R min)/(R+1)∴R=(0.392+R min)/(1-0.392)R min=(x D -y e)/(y e-x e)对泡点进料x e=x F =0.5y e=αx/[1+(α-1)x]=2.54×0.5/(1+1.54×0.5)=1.27/1.77=0.72∴R min=(0.98-0.72)/(0.72-0.5)=0.26/0.22=1.18∴R=(0.392+1.18)/(1-0.392)=1.572/0.608=2.59∴D=V/(R+L)=2.5/(2.59+1)=0.696[Kmol/h]故最大馏出量为0.696[Kmol/h]26解:求n板效率: Emv =(y n -y n+1 )/(y n*-y n+1 ),因全回流操作,故有y n+1 =x n ,y n =x n-1与x n成平衡的y n*=αx n /[1+(α-1)x n ]=2.43×0.285/(1+1.43×0.285)=0.492 于是: Emv=(x n-1 -x n )/(y n*-x n )=(0.43-0.285)/(0.492-0.285)=0.7求n+1板板效率:Emv=(y n+1-y n+2)/(y n+1*-y n+2)=(x n-x n+)/(y n+1*-x n+1 )y’n+1 =2.43×0.173/(1+1.43×0.173)=0.337∴Emv=(0.285-0.173)/(0.337-0.173)=0.68327解:由图可知:该板的板效率为Emv=(y1-y )/(y1*-y W)从图中看出,y1=x D =0.28,关键要求y1*与y W .由已知条件Dx D /Fx F =0.8∴D/F=0.8×0.2/0.28=0.57作系统的物料衡算: Fx F =Dx D +Wx WF=D+W联立求解: x F =Dx D /F+(1-D/F)x W0.2=0.57×0.28+(1-0.57)x W解得x W =0.093 习题27附图因塔釜溶液处于平衡状态,故y W =αx W /[1+(α-1)x W ]=2.5×0.093/(1+1.5×0.093)=0.204y W与x1是操作线关系.y n+1 =L'x n /V'-Wx W /V'=Fx n /D-Wx W/D =Fx n /D-(F-D)x W /D=Fx n /D-(F/D-1)x W∴y n+1 =x n /0.57-(1/0.57-1)0.093=1.75x n -0.07当y n+1 =y W时,x n =x1∴x1=(y W +0.07)/1.75=(0.204+0.07)/1.75=0.157与x1成平衡气相组成为y1*y1*=αx1/[1+(α-1)x1]=2.5×0.157/(1+1.5×0.157)=0.318 ∴Emv=(0.28-0.204)/(0.318-0.204)=66.8%28解:(1)精馏段有两层理论板,x D=0.85,x F=0.5,用试差法得精馏段操作线ac,与x=x F=0.5线交于d.提馏段有两层理论板,从点d开始再用试差法作图,得提馏段操作线bd，得：x W =0.17x D/(R+1)=0.103R=0.85/0.103-1=7.25F=D+W Fx F =Dx D +Wx W100=D+W100×0.5=D×0.85+W×0.17得D=48.5Kmol/hV'=V=(R+1)D=8.25×48.5=400Kmol/h 28题附图(2)此时加入的料液全被气化而从塔顶排出,其组成与原料组成相同,相当于一个提馏塔. 29解:(1)D=η,Fx F /x D =0.9×100×0.4/0.92=39.13Kmol/h,W=60.9Kmol/hx W =0.1Fx F /W=0.1×100×0.4/60.9=0.0656∵q=1 ∴x q =0.4 查图得y q =0.61R min=(x D -y q )/(y q -x q )=(0.92-0.61)/(0.61-0.4)=1.48R=1.5×1.48=2.2 x D /(R+1)=0.92/3.2=0.29在y-x图中绘图得N T =15-1=14块(未包括釜),N加料=第6块理论板N p=14/0.7=20块(不包括釜) N p精=5/0.7=7.14,取8块,∴第九块为实际加料板(2) 可用措施:(1)加大回流比,x D↑,x W↓,η=↑(2)改为冷液进料,N T <N T' q=1, N T =const ∴x D↑q约为const,下移加料点,x D↑.29题附图30解:(1)Dx D /Fx F =0.922; Dx D =0.922×150×0.4=55.32Dx D =Fx F -Wx W =Fx F -(F-D)x W =55.32150×0.4-(150-D)×0.05=55.32D=56.4Kmol/h W=F-D=93.6Kmol/hx D =55.32/56.4=0.981(2) N T及N F (进料位置)x D =0.981,x W =0.05,q=1,x D /(R+1)=0.981/(2.43+1)=0.286a(0.981,0.981), b(0.05,0.05)q线: x F=0.4、q=1, q线为垂线。
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第5讲传热模块与压力模块
5.1 在由氯气和乙烯生产氯乙烯的过程中，从高温裂解炉出口的物流中含有58300 lb/h的HCl，100000 lb/h的氯乙烯，105500 lb/h的1,2-二氯乙烷，温度为500℃，压力为26atm。
在进入精馏工序之前，要通过冷却和冷凝使该物流温度降至6℃，压力降至12atm。
设该过程以三步完成：（1）26atm下在换热器1中冷却至露点温度；（2）经由一阀门绝热膨胀到12atm；（3）12atm下在换热器2中冷却至6℃。
试确定每个换热器的热负荷和冷却曲线。
注意两个换热器中的压降均不可忽略。
（换热器）
5.2 液态氧储存在温度为－298℉、压力为35psia的氧气储槽内。
现欲用本将该液态氧以100 lb/s的流量升压至300psia。
储槽中液面比泵高出10ft，从储槽到泵吸入口的摩擦损失和加速度损失均忽略不计。
设泵的效率为80％，试用ProII计算：
（１）BHp；
（２）泵出口处氧的温度；
可获得的NPSH（泵进口液体压力与该处液体蒸气压的差值）。
（泵）
5.3 某流量为5000kmol/h、温度为25℃、压力为1500kPa的天然气物流含甲烷90%，乙烷7%，丙烷3%。
现将该气体通过一阀门绝热膨胀至压力为300kPa。
若用以下的设备代替上述阀门，试用过程模拟软件确定气体出口温度和回收的功率：
（１）等熵的膨胀透平；
等熵效率为75%的膨胀透平。
（膨胀机）
5.4 过热蒸汽压力为800psia，温度为600℉，流量为100000 lb/h，现拟通过膨胀将其压力降为150psia。
试用模拟软件计算下述三种情况的出口温度、相态和回收的Hp：
（１）绝热膨胀阀；
（２）等熵膨胀的透平；
等熵效率为75%的膨胀透平。
（膨胀机）。