化工原理答案

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x F ；（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

5.01

-=-q q

故q =1/3 又675.01

=--

q x F

故x F =0.675（1-q ）=0.675×（1 -1/3）=0.45 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 y q = -0.5x q +0.675

y q =0.8x q +0.18 联立求解 x q =0.373 y q =0.489

12、用逐板计算习题10中泡点进料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 x F =0.4 、x D =0.95 、R =2.6

设塔顶为全凝器，故y 1=x D =0.95

由平衡关系 y 1=0.46x 1+0.545=0.95 得 x 1=0.88 由精馏段操作线方程

26.072.06

.395.06.36.2111+=+=+++=

+n n D n n x x R x x R R y 得 y 2=0.72×0.88+0.26=0.89

又 0.46x 2+0.545=0.89 得 x 2=0.75 同理 y 3=0.72×0.75+0.26=0.80 又 0.46x 3+0.545=0.80 得 x 3=0.55

y 3=0.72×0.55+0.26=0.66 又 0.46x 4+0.545=0.66

得 x 4=0.25

∴ 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N T

在y-x 相图上找出x W =0.06 、x F =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

26.06

.395

.016.295.01==+=+R x D 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N T =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

习题6－13附图

习题6－14附图

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 线与平衡线交点坐标为

x q =0.35 、y q =0.70

由式（6-36）得

71.035

.025

.035.070.070.095.0min ==--=

--=

q

q q D x y y x R

R =2R min =2×0.71=1.42

由精馏段操作线截距

39.042

.295

.01==+R x D 与a 点连接，作出精馏段操作线ab 。 ab 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

x q =0.50 y q =0.71

由式（6-36）得

14.150

.071.071

.095.0min =--=

--=

q

q q D x y y x R

吉利兰图中横坐标

40.06

.314

.16.21min =-=+-R R R

由吉利兰图中读得纵坐标32.02

min

=+-T T N N N

由例6-2知 αm =2.46 由式（6-34a ）

53.5139

.047.2146.2lg ]

06.094.005.095.0lg[1lg )]1)(1lg[(min

≈=-=-⨯=---=m W W D D x x x x N α

所以

32.02

5

=+-T T N N 解之N T =8（不包括再沸器）

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α＝2.0，若操作回流比R =1.5R min ，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x

x

x x y +=-+=

12)1(1αα ①

由q 线方程8.035

.04.05.05.111-=-=---=

x x q x x q q y F ② 式①②联立求解，得到交点坐标 x q =0.484 、y q =0.652 由式（6-36）得

77.1484

.0652.0652

.095.0min =--=

--=

q

q q D x y y x R

R =1.5R min =1.5×1.77=2.66

精馏段操作线方程为

26.073.066

.395.066.366.211+=+=+++=

x x R x x R R y D 用逐板计算法：

因塔顶为全凝器，则 y 1=x D =0.95 由平衡线方程 1

1

112x x y += 得x 1=0.905 由精馏段操作线方程

92.026.0905.073.026.073.012=+⨯=+=x y