化工原理例题

分凝器流程举例
例1 苯、甲苯两组分混合 物用如图所示的釜进行常压
连续蒸馏加以分离（无塔
板），原料直接加入釜中， 进料量为100kmol/h，其组成 x苯=0.7，要求得到组成为0.8 的塔顶产品（以上均为摩尔
分率）。塔顶用一分凝器， 其中50%的蒸汽冷凝并返回 塔内。出分凝器的蒸汽与冷
凝液体保持相平衡。问塔顶、 塔釜产量为多少？
1m
2 2 2 2
4
大气 思考：
小管多长时，水静止不动？
4
1m
z2
p2 (表）
g
14.13 9.81
1.44m
3
3
思考：若将垂直小管改为弯头小管，弯头迎着来流方向，如图
所示，试判断此时弯头小管中水的流向。
Et 3
gz3
u32 2
p3 (表)
0
u2=（d4/ d2）2 u4 =（1/ 0.8）2 4.43=6.92m/s
p2 (表) 9.81 1 6.922 14.13J / kg
2
2 2
p2 (表) p2 (表) u22
2 2
2
Et 2
g 1
p2 (表)
9.81 14.13 23.94 19.62J / kg
3
4
4 1m 3
Et2>Et3 小管中的水自上而下流动
例1 复杂管路的设计型问题举例
V 分凝器
全凝器
y1
F=100kmol/h
xF=0.7
L D
L,xL
D
分
凝
xD=0.8
器
流
程
W xW
分凝器流程举例
解
xD
x L
1 1xL
2.46x L 1 1.46xL
V 分凝器
全凝器
xL=0.619
R1
y1
R R1
xL
xD R1
y1 0.5 xL 0.5 0.8
0.71
xW
y1
1m
1-1 与 2-2 间 gz1
u22 2
p2 (表)
3
3
p2 (表) 9.81 1 6.922 14.13J / kg
2
流体能自动从高（机械能）能位 流向低（机械能）能位
Et 2
gz 2
u2 2 2
p2 (表)
9.81
p2 (表)
4.32J / kg
1
1
Et2<Et3
小管中的水自下而上流动
的能量损失，试判断垂直小管中水的流向。
1
1
解：假设垂直小管中流体静止
Et 3
gz3
u32 2
p3 (表) 0
1m
喉径
2
4
1-1 和 4-4 间
gz1
u42 2
u4 2 9.81 1 4.43m / s
大气
2 2 2
4 u2=（d4/ d2）2 u4 =（1/ 0.8）2 4.43=6.92m/s
hV hL
r
r
20℃ F=100kmol/h
1 100 80 20 1.15
40000
xF=0.2
D, xD
全塔物料衡算：
F Fx F
S
DW DxD WxW
L 1 V 2 y=3x
100 50 D W 100 0.2 DxD WxW
W, xW
S=50kmol/h
直接蒸汽加热的回收塔流程举例
x D 0.571 3.286xW ------------------------（1） F, xF
逐板计算：
yn1
L V
xn
WxW V
115 50
xn
115 xW 50
2.3xn xW
y1 xD
x1
y1 3
xD 3
1 2
y2
2.3x1
xW
2.3
xD 3
xW
D, xD
y1
x1 y2
饱和水蒸汽S=50kmol/h由塔底进入，加 20℃
料组成xF=0.2（摩尔分率，下同），温度 为20℃，F=100kmol/h，料液由塔顶加入，
F=100kmol/h
xF=0.2
D, xD
无回流，试求塔顶产品浓度xD及易挥发组
分的回收率。 在本题范围内平衡关系可表示为
1
1
22
y=3x
y=3x，液相组成为x=0.2时，泡点为80℃， 比 热 为 100kJ/kmol℃ ， 汽 化 潜 热 S=50kmol/h 40000kJ/kmol。
FxF 100 0.2
例 1 轴功的计算 d 114 24 106
已知管道尺寸为1144mm，
22
气体
流量为 85m3/h，
水在管路中流动时的总摩擦损失为
洗涤塔
10J/kg（不包括出口阻力损失），
5m
喷头处压力较塔内压力高 20kPa，
水从塔中流入下水道的摩擦损失可
忽略不计。
泵
气体
求泵的有效轴功率。
3
3
解 在 1-1 面和 2-2 面间
gz1
u12 2
p1
we
1m 1 1m 1 河水
4 废水池
gz2
u22 2
p2
hf
u2
V d2
2.68m / s 4
we
7 9.81
2.682 2
p2
10
82.26
p2
4 0.2m
22
气体
3-3 面与 4-4 面间
gz3
p3
gz4
p3 11.77J / kg
1y1
0.499
D
F xF xW
xD xW
66.78kmol /
h
W F D 33.22km ol / h
y1
F=100kmol/h
xF=0.7
L D
L,xL
D
分 凝
xD=0.8
器
流
程
W xW
直接蒸汽加热的回收塔流程举例
例2 如图所示，用有两块理论板（包括
塔釜）的精馏塔提取水溶液中易挥发组分，
y=3x
0.767xD 2.3xW
S
W, xW
xW
y2 3
0.767xD 2.3xW 3
0.256xD 0.767xW
xW 0.145 x D ---------（2）
联立求解式 1、2 得： 易挥发组分的回收率
xD=0.387 xW=0.056
Dx D 35 0.387 67.7%
设 计 型 操 作 型
如图所示，某厂计划建一水塔，将20℃水分别送至第一、
第二车间的吸收塔中。第一车间的吸收塔为常压，第二车间的
W, xW
直接蒸汽加热的回收塔流程举例
求塔顶产品浓度xD及易挥发组分的回收率 解 恒摩尔流假定：
W L RD qF 100q 1.15 100 115kmol / h
V S 50kmol / h
D 100 50 115 35kmol / h
Байду номын сангаас
q hV hF r cp tb tF 1 cp tb tF
泵
p2 p3 20 103 8.23J / kg
we
82.26
p2
90.49J / kg
1 1m 1 河水
泵的有效轴功率为：
洗涤塔 5m
气体 3
1m
3
4 废水池
4 0.2m
mwe Vwe 100085 90.49 3600 2137W 2.14kW
例 2 流向判断
喉径内径与水管内径之比为 0.8。若忽略水在管中流动时