化工原理第9章习精要.doc

第9章习题解答 9-1．默弗里板 由精馏过程的相平衡方程，可得： 由题意，得： ；。 则可求得与离开第12板与第13板的液体组成相平衡的气相组成分别为： 因此所求第12板与第13板以气相组成表示的默弗里板 9-2. 在一年产10000 t 93%（质量分率，下同）乙醇的常压精馏塔，进料为35%的酒精溶液，泡点进料与回流，此塔选用筛板塔，塔釜xw1%，试设计和计算以下项目： ； 理论塔板数与加料板位置； 塔效率与实际塔板数。 解：（1）由题意，知乙醇（A）与水（B）的摩尔质量分别为： 。将题目中的质量分率换算为摩尔分率，可得： 采出率为： 进料平均分子量为： 取一年工作时间为300天，则摩尔进料量为： 塔顶产品采出量为： 塔釜液采出量为： 由于乙醇-水体系属于非理想溶液，根据乙醇-水二元体系的汽液平衡数据得出y~x曲线，利用平衡挟点通过做图法（附图1）可求得纵轴截距为： 故所求的最小回流比为： 取操作回流比为Rmin的1.8倍，则所求回流比为： 圆整后取适宜回流比为R=4.0。 （2）由题意，精馏段操作线的数值方程为： 因泡点进料，所以进料热状态参数q=1。 此时提馏段操作线的数值方程为： （3）由于泡点进料满足： 则馏段与提馏段操作线的交点的坐标为：（0.1740，0.3069）图可知理论塔板数为13，其中第11块塔板为加料板。 顶温度为99.1℃塔釜温度为78.2℃平均温度为88.65℃。查表得平均温 则平均粘度为： 平均相对挥发度为： 则有： 查O’connell关联图9-9，可得塔效率为：ET=46.5%。 则所求的实际塔板数为： 9-3. 采用F1型浮阀精馏塔在常压下分离苯―甲苯混合液，已知操作条件下精馏段的工艺参数为：气体体积流量Vs=0.686m3/s，气体平均密度ρV=2.65kg/m3 ；液体体积流量Ls=0.00175m3/s，液体平均密度ρL=803kg/m3，液体平均表面张力σ=0.020N/m，试设计和计算下项目： 塔径 溢流堰和降液管； 板压降及流体力学校核； 负荷性能图校核。 解：（1）由题意，根据式（9-29）可得两相的流动参数Ψ为： 初选板间距为HT=0.4m，取板上层液高度为。则有： 查Smith关联图9-16，可得0.02N/m时的系数值，故无需进行σ修正，即： 由式（9-30） 取泛点百分率为75%，则空塔气速ul为： 由式（9-31） 按照标准塔径圆整为D=1m。 此时的塔截面积为： 实际空塔气速为： 实际泛点百分率为： 符合设计要求，故上述计算有效。 （2）溢流堰采用弓形单溢流管，平直形溢流堰取堰长lw=0.7D=0.70×1=0.70m 堰上液层高度用Francis式（9-32）计算：，查图9-1液流收缩系数 由，堰高 取溢流堰的高度为： 弓形降液管的宽度Wd（9-35） 查图9-1 故弓形降液管的 （3）塔板布置参照本章图9-6。 取入口安定区宽度Ws’ 边缘区宽度取为： 选用F1型浮阀（阀孔直径d0=39mm），取浮阀全开时的动能因子为Fa=10 kg0.5/(m0.5?s)。 根据动能因子的定义是，则气体通过阀孔的速度为： 则所需的浮阀数目为：（个） 阀孔总面积为： 根据安定区与边缘区的取值，有： ， 对于单溢流式（9-37）求取开孔区面积 采用正三角形排列，孔间距 取孔间距t=85mm，则此时气体通过阀孔的速度为： 校核此时的动能因子为： 故所用浮阀数目符合要求，原计算有效。 （4）相关的流体力学校核 ①浮阀塔板压降校核 浮阀塔压降主要包括干板压降与液层阻力压降两部分，即： 取板厚，。 该塔的开孔率为： 查干板孔流系数算图9-1 由式（9-7）得干板压降为： 浮阀塔的液层阻力压降为： 对于塔内的苯―甲苯体系，取，则液层压降（以液高表示）为： 因此所求的板压降为： ②雾沫夹带校核 以有效面积为基准计算的气体流速 根据Hunt法经验式（9-41）雾沫夹带量： 溢流液泛校核 降液管的泡沫高度（9-43）液泛 筛板塔液面落差常可忽略不计，Δ=0。 取降液管底部间隙高度降液管阻力可按式（9-45）： 由式（9-11）降液管 由前面的计算结果知： 因乙醇—水物系取相对泡沫度 降液管内的泡沫层高度不会发生溢流液泛。（9-9） 因此降液管内的液体停留时间符合要求，不会产生严重的气泡夹带现象。 5）漏点校核 由于Fa6，故。9-4 如图所示为某塔板的负荷性能图，试判断塔板的操作上、下限各控制，计算其操作弹性。操作时的气相负荷为0m3/h，液相负荷为2m3/h； （2）操作时的气相负荷为00m3/h，液相负荷为m3/h； （3）操作时的气相负荷