化工原理蒸馏例题

1.用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯0.88（摩尔分数，下同），流量为200kmol/h。今要求馏出液中乙烯的回收率为99.5%，釜液中乙烷的回收率为99.4%，试求所得馏出液、釜液的流量和组成。

2.例题：设计一精馏塔，用以分离双组分混合物，已知原料液流量为100kmol/h，进料中含轻组分0.2（摩尔分数，下同），要求馏出液和釜液的组成分别为0.8和0.05。泡点进料（饱和液体），物系的平均相对挥发度α=2.5，回流比R=2.7。试求：1）精馏段和提馏段操作线方程；2）从塔顶数第二块板下降的液相组成。

3.例题 用一常压精馏塔分离某二元理想溶液，进料中含轻组分0.4（摩尔分数，下同），进料量为200kmol/h饱和蒸汽进料，要求馏出液和釜液的组成分别为0.97和0.02。已知操作回流比R=3.0，物系的平均相对挥发度α=2.4，塔釜当作一块理论板处理。试求：（1）提馏段操作线方程；（2）塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。（从塔底向上计算）

4.例题：常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔，进料中丙酮50%（摩尔分数，下同），其中气相占80%，要求馏出液和釜液中丙酮的组成分别为95%和5%，回流比R=2.

1.用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯0.88（摩尔分数，下同），流量为200kmol/h。今要求馏出液中乙烯的回收率为99.5%，釜液中乙烷的回收率为99.4%，试求所得馏出液、釜液的流量和组成。

2.例题：设计一精馏塔，用以分离双组分混合物，已知原料液流量为100kmol/h，进料中含轻组分0.2（摩尔分数，下同），要求馏出液和釜液的组成分别为0.8和0.05。泡点进料（饱和液体），物系的平均相对挥发度α=2.5，回流比R=2.7。试求：1）精馏段和提馏段操作线方程；2）从塔顶数第二块板下降的液相组成。

3.例题 用一常压精馏塔分离某二元理想溶液，进料中含轻组分0.4（摩尔分数，下同），进料量为200kmol/h饱和蒸汽进料，要求馏出液和釜液的组成分别为0.97和0.02。已知操作回流比R=3.0，物系的平均相对挥发度α=2.4，塔釜当作一块理论板处理。试求：（1）提馏段操作线方程；（2）塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。（从塔底向上计算）

4.例题：常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔，进料中丙酮50%（摩尔分数，下同），其中气相占80%，要求馏出液和釜液中丙酮的组成分别为95%和5%，回流比R=2.

第一章 流体流动

【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4

1?0.6?0.4

?m1830998 =（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4

ρm=1372kg/m3

【例1-2】 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文

100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量

Mm=32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m3

根据式1-3a气体的平均密度为：

3 ?m?9.81?10?28.96?0.916kg/m

8.314?373

【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m、密度ρ1=800kg/m3，水层高度h2=0.6m、密度ρ2=1000kg/m3。

（1）判断下列两关系是否成立，即 pA=p'A pB=p'B （2）计

第一章 流体流动

【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4

1?0.6?0.4

?m1830998 =（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4

ρm=1372kg/m3

【例1-2】 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文

100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量

Mm=32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m3

根据式1-3a气体的平均密度为：

3 ?m?9.81?10?28.96?0.916kg/m

8.314?373

【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m、密度ρ1=800kg/m3，水层高度h2=0.6m、密度ρ2=1000kg/m3。

（1）判断下列两关系是否成立，即 pA=p'A pB=p'B （2）计

第一章 流体流动

【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4

1?0.6?0.4

?m1830998 =（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4

ρm=1372kg/m3

【例1-2】 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为9.81×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文

100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量

Mm=32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m3

根据式1-3a气体的平均密度为：

3 ?m?9.81?10?28.96?0.916kg/m

8.314?373

【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m、密度ρ1=800kg/m3，水层高度h2=0.6m、密度ρ2=1000kg/m3。

（1）判断下列两关系是否成立，即 pA=p'A pB=p'B （2）计

-------------

------------- 第三部分蒸馏

一、填空题

1、蒸馏是用来分离均相液体混合物的单元操作。

2、含乙醇12%（质量百分数）的水溶液，其乙醇的摩尔分率为 5.07% 。

3、蒸馏操作是借助于液体混合物中各组分挥发度的差异而达到分离的目的。

4、进料板将精馏塔分为精馏段和提馏段。

5、理想溶液的气液相平衡关系遵循拉乌尔定律。

6、当一定组成的液体混合物在恒这一总压下，加热到某一温度，液体出现第一个气泡，此温度称为该液体在指定总压下的泡点温度，简称泡点。

7、在一定总压下准却气体混合物，当冷却到某一温度，产生第一个液滴，则此温度称为混合物在指定总压下的露点温度，简称露点。

8、理想溶液中各组分的挥发度等于其饱和蒸气压。

9、相对挥发度的大小反映了溶液用蒸馏分离的难易程度。

10、在精馏操作中，回流比的操作上限是全回流。

11、在精馏操作中，回流比的操作下限是最小回流比。

12、表示进料热状况对理论板数的影响的物理量为进料热状况参数。

13、q值越大，达到分离要求所需的理论板数越少。

14、精馏塔中温度由下而上沿塔高的变化趋势为逐渐降低。

15、当分离要求一定，回流比一定时，在五种进料状况中，冷液进料的q值最大，此时，提馏段操作线与平衡线之间的

化工原理典型例题题解

第1章 流体流动

例1 沿程阻力损失

水在一段圆形直管内作层流流动，若其它条件不变，现流量及管径均减小为原来的二分之一，则此时因流动阻力产生的压力损失为原来的（ ）。 A 2倍 B .4倍 C .8 倍 D. 16 倍

解：因管内流体流动处于层流状态，根据哈根（Hahen）-泊谡叶（poiseuille）公式 ?Pf?32?lud2

(1)

将式中的流速u用流量qv和管径d表示出来， u?qv

?4 (2)

d2将(2)式代入(1)式得 ?Pf?128?lqv?d4 (3)

现流量qv2?0.5qv1; 管径d2=0.5d1 ， 根据(3)式，压力损失ΔPf2满足下式

?Pf2?Pf1?qv2/d2qv1/d144?0.5qv1/(0.5d1)qv1/d144?10.53?8 故答案C正确。

例2 流体在管内流动时剪应力的分布

流体在管内流动的摩擦阻力，仅由流体与壁

第六章 蒸 馏

相平衡

【6-1】苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压数据如下。

温度 苯饱和蒸气压甲苯饱和蒸气压温度 苯饱和蒸气压甲苯饱和蒸气压/℃ 80.1 84 88 92 96 (pB)/kPa 101.33 113.59 127.59 143.72 160.52 (pB)/kPa 38.8 44.40 50.60 57.60 65.55 /℃ 100 104 108 110.6 (pB)/kPa 179.19 199.32 221.19 234.60 (pB)/kPa 74.53 83.33 93.93 101.33 根据上表数据绘制总压为101.33kPa时苯一甲苯溶液的t-y?x图及y?x图。此溶液服从拉乌尔定律。

解 计算式为

0p?pBp0x?0,y?Ax 0ppA?pB计算结果见下表

苯-甲苯溶液的t?x?y计算数据

温度(t)/℃ 0p?pBx?0 0pA?pBp0y?Ax p1.0 80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.6 1.0 101.33?44.4?0.823 113.59?44.4101.33?50.6?0.659 127.59?50.6101.33?57.6?0.508

第六章 蒸 馏

相平衡

【6-1】苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压数据如下。

根据上表数据绘制总压为101.33kPa时苯一甲苯溶液的t-y x图及y x图。此溶液服从拉乌尔定律。

解 计算式为

p pBp0

x 0,y Ax 0

ppA pB

计算结果见下表

苯-甲苯溶液的t x y计算数据

苯-甲苯溶液的t y x图及y x图，如习题6-1附图1与习题6-1附图2所示。

习题6-1附图1 苯-甲苯t-y-x图

习题6-1附图2 苯-甲苯y-x图

【6-2】在总压101.325kPa下，正庚烷-正辛烷的汽液平衡数据如下。

试求：(1)在总压101

.325kPa下，溶液中正庚烷为0.35（摩尔分数）时的泡点及平衡汽相的瞬间组成；(2)在总压101.325kPa下，组成x 0.35的溶液，加热到117℃，处于什么状态？溶液加热到什么温度，全部汽化为饱和蒸气？

解 用汽液相平衡数据绘制t y x图。

(1) 从t y x图上可知，x 0.35时的泡点为113.8℃，平衡汽相的瞬间组成y 0.53。 (2) x 0.35的溶液，加热到117℃时为气液混合物，液相组成x 0.24，汽相组成y 0.40。

x 0.35的溶液加热到118℃时，全部汽化为饱和蒸气

第9章 精馏 典型例题 例1：逐板法求理论板的基本思想

有一常压连续操作的精馏塔用来分离苯-甲苯混合液，塔顶设有一平衡分凝器，自塔顶逸出的蒸汽经分凝器后，液相摩尔数为汽相摩尔数的二倍，所得液相全部在泡点下回流于塔，所得汽相经全凝器冷凝后作为产品。已知产品中含苯0.95（摩尔分率），苯对甲苯的相对挥发度可取为2.5 。试计算从塔顶向下数第二块理论板的上升蒸汽组成。 解: y0? R=L/D=2

2.5x00.95?xD?x0??0.884

1?1.5x02.5?1.5?0.95精馏段方程:yn?1?y1?2?0.884?0.95/3?0.90532xn?0.95/33

x1?y2?y10.905??0.7932.5?1.5y12.5?1.5?0.9052?0.793?0.95/3?0.8453

例2：板数较少塔的操作型计算

拟用一 3 块理论板的（含塔釜）的精馏塔分离含苯50%（摩尔分率，下同）的苯-氯苯混合物。处理量F=100 Kmol/h ，要求 D=45 Kmol/h 且 xD>84%。若精馏条件为：回流比R=1 ，泡点进料，加料位置在第二块理论板，α=4.10 ，问能否完成上述分离任务？ 解：W=55kmol/h

xw?Fxf