第三章--习题-2009-崔

第三章习题6，8，10，13崔群20072020/4/26第三章习题2用芬斯克方程计算附图精馏塔的最少理论板数与非关键组分的分配。[P163,6]⑤验证清晰分割①假设清晰分割→D,W②计算塔顶、塔釜温度③计算各组分平均相对挥发度④Nm=?解题思路：2020/4/26第三章习题3进料组分进料fikmol/h馏出液di釜液wi1C3250025002i-C44004003n-C4(LK)600600－664i-C5(HK)10015100－155n-C52002006n-C640407n-C750508n-C84040求和39303509421[P163,6]解：①假设清晰分割→D,W[P163,6]用清晰分割方法对各组进行分预分配，如下表：2020/4/26第三章习题4塔顶露点tD近似代表塔顶蒸汽温度计算各组分的相对挥发度。最小平衡级（理论板）对应于全回流，R=1，yi=xi计算塔顶馏出液的露点温度1/iiikyd由令t=31℃,已知P=700kPa,查P21图2-1（a）得Ki列于下表。塔顶组分diyiKiyi/Ki1C325000.71251.580.45092i-C44000.11400.670.17013n-C55940.16930.4830.35054i-C5150.00430.200.0215求和350910.9931[P163,6]解：②计算塔顶露点温度[P163,6]tD=31℃2020/4/26第三章习题5塔底tb代表塔底液相温度计算相对挥发度。令t=127℃,已知P=700kPa,查P21图2-1（a）得Ki列于下表。釜液组成kmol/hxwKiyi=Kixi3n-C460.014252.80.03994i-C5850.20191.50.30295n-C52000.47511.270.60346n-C6400.09500.680.06407n-C7500.11880.350.04168n-C8400.09500.200.019求和42111.0714[P163,6]解：③计算塔釜液泡点温度tB[P163,6]2020/4/26第三章习题6假设清晰分割，由塔顶露点计算得t顶=31℃，塔底泡点计算得t底=127℃，P=700kPa，查图得各组分的Ki（列于下表）。31℃127℃31℃127℃diKiKiWiαiHKαiHKαiHK平均1C325001.585.907.93.3935.572i-C4399.50.673.40.4653.352.272.763n-C4(LK)5940.4832.862.4151.872.134i-C5(HK)150.201.5851115n-C56.490.161.27193.50.80.850.826n-C600.0580.68400.290.450.367n-C700.0220.35500.110.230.168n-C800.0090.20400.0450.130.076[P163,6]解：④Nm=?[P163,6]2020/4/26第三章习题757.5)()(2/1141414WD76.2)()(2/1242424WD82.0)5.1/27.1)(2.0/16.0()()(2/12/1545454WD076.0,16.0,36.0847464同理[P163,6]解：计算各组分的相对挥发度[P163,6]列于上表2020/4/26第三章习题837.813.2lg)8515/()6594(lglg/lg平均HLmwdwdN415.220.0483.0)(DLH87.15.18.2)(WLH13.2)87.1415.2()()(2/12/1WLHDLH平均[P163,6]解：④Nm=?[P163,6]用塔顶、底轻重关键组分计算最小理论板：2020/4/26第三章习题9337.814411101.8)57.5(851512500)(1mNwdfW465.0)76.2(851512500)(137.824422mNwdfW49.682.0)8515(182.0)8515(200)8515(1)8515(20037.837.837.85437.8545d[P163,6]解：⑤验证清晰分割14141wwddmN4141wdwdmN[P163,6]1141411145455wddwmN4545wdwdmN545454545454545455555111dwddwddwddwdddwdfmmmmNNNN)(2020/4/26第三章习题10637.837.871092.116.0)8515(116.0)8515(50d937.837.88103076.0)8515(1076.0)8515(40d337.837.837.86437.8646104.136.0)8515(136.0)8515(40)8515(1)8515(40d[P163,6]解：⑤验证清晰分割[P163,6]w2=0.465，d5=6.49代入调整因调整对xi,d，xi,w影响不大，故对塔顶、塔底温度影响不大，故可认为由此而引起的αi变化不大，故可近似认为Nm=8.37不变，只作组分分配。最少理论板数Nm=8.37非关键组分的分配。（见表）2020/4/26第三章习题11[P164,8]8.用精馏塔分离三元泡点混合物，进料量为100kmol/h,进料组成如下：（1）用芬斯克方程计算馏出液流率为60kmol/h以及全回流下，当精馏塔具有5块理论板时，其塔顶馏出液和塔釜液组成。（2）采用1的分离结果用于B和C间分离，用恩特伍德方程确定最小回流比。（3）确定操作回流比为1.2倍最小回流比时的理论板数及进料位置。组成摩尔分率相对挥发度A0.45B0.23C0.412020/4/26第三章习题12解法一已知：N=5块（理论板），F=100kmol/h，D=60kmol/hW=100-60=40kmol/h组分zifiαdiwixi,d，%xi,w，%A0.440539.740.2666.230.65B0.220318.431.5730.723.90C0.44011.8338.173.0595.43Σ1100D=60W=40已知Nm=5和各组分α，用芬斯克方程计算求塔顶馏出液和塔釜液组成。[P164,8]解：（1）用芬斯克方程计算馏出液流率为60kmol/h以及全回流下，当精馏塔具有5块理论板时，其塔顶馏出液和塔釜液组成。[P163,8]2020/4/26第三章习题13NmABABABddWWNmCBCBCBddWWdA+WA=404020NmABABAB4020NmcBcBB已知Nm=5和各组分α，用芬斯克方程计算求塔顶馏出液和塔釜液组成。[P164,8]解：112040mNABBAww4020(1)1CNmCBBWWdC+WC=40wA+wB+wC=404040402020(1)1(1)1BNmNmABCBBB[P163,8]2020/4/26第三章习题1414010202040(1)1(1)1BNmNmABCBBB55()12.863NmAB51()0.00413NmCB[P164,8]解：40400.262020(1)1(1)12.8611.57ANmABBWW上式试算得WB=1.57(上式左边为－8.86×10－5)wC=40-wA-wB=38.17dA=40-wA=39.74dB=20-wB=18.43dC=40-wC=1.83xA,D=66.23%xB,D=30.72%xC,D=3.05%xA,W=0.65%xB,W=3.90%xC,W=95.43%[P163,8]2020/4/26第三章习题15组分zifiαidiwiA0.4405400B0.2203dB20－dBC0.440160-(40+dB)=20-dB40-(20-dB)=20+dBΣ1100D=60W=40[P164,8]解：(1)解法二已知：N=5块（理论板），F=100kmol/h，D=60kmol/hW=100-60=40kmol/h设塔顶馏出物中B组成为dB、A在塔底为0，即可得下表。将B、C组成带入芬斯克方程得：lg()()lgBCmBCddwwN[P163,8]2020/4/26第三章习题1620lg()()202053lg()1BBBBdddd52(20)3243(20)BBBddd240.25401.650BBdd[P164,8]解：解法二dB=18.29wB=20-18.29=1.71dC=1.71wC=40-1.71=38.29校核wA＝？故将wA＝0.28代入重新进行物衡算，再进行计算……直到wA基本不变为止。28.0)1/5(29.3871.1140)(15mNACCAAwdfwwA≠0[P163,8]2020/4/26第三章习题17已知三元泡点混合物进料，q=1；zA=0.4，zB=0.2，zC=0.4；αA=5Underwood公式：,()1iiDmmixR,10iiFixq50.430.210.40531试差得3个θ（左边为－1.09×10－4），取其中1个θ值介于B、C相对挥发度之间的。即θ=1.425（31.4251）[P164,8]解：（2）采用1的分离结果用于B和C间分离，用恩特伍德方程确定最小回流比。①计算θ值②计算RminxA,D=66.23%xB,D=30.72%xC,D=3.05%由（1）计算得：[P163,8]θ=1.425带入Underwood公式计算Rmin2020/4/26第三章习题1850.6630.3110.0310.4451.42531.42511.425mR[P164,8]解：②计算Rmin（3）确定操作回流比为1.2倍最小回流比时的理论板数及进料位置。1.20.53mRR0.34610.351RR0.440.3110.441mmRR查（波耳）图3-10，得Nm/N=0.3理论板数：N=5/0.3=17①计算理论板数N[P163,8]2020/4/26第三章习题19②求进料板位置用塔顶B、C组成和进料B、C组成带入芬斯克方程计算精馏段理论板。进料板为自塔顶向下数第9块理论板。18.431.83lg2040()2.73lg3LHRmN/0.3mNN2.73/0.39.119.0N[P164,8]解：（3）确定操作回流比为1.2倍最小回流比时的理论板数及进料位置。上面已求得：[P163,8]2020/4/26第三章习题20[P164,10]10.用萃取精馏法分离丙酮(1)—甲醇(2)的二元混合物。原料组成z1=0.75；z2=0.25(摩尔分数)，采用水为溶剂，常压操作。已知进料流率40mol/s，泡点进料。溶剂进料流率60mol/s，进料温度为50℃。操作回流比为4。若要求馏出液中丙醇含量的摩尔分数95%，丙酮回收率99%，问该塔需要多少理论板数。解：设萃取精馏塔有足够的溶剂回收段，馏出液中溶剂含量≈0。①脱溶剂基的物料衡算FWDsmolD263.31；smolW737.899.04075.095.011,1DFxxDD2020/4/26第三章