问答题
在连续精馏塔中，分离某理想溶液混合物，组成xF为0.5(摩尔分数，下同)，原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器。分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为98%。若测得塔顶第一层理想塔板的液相组成为0.79。试求：
问答题
操作回流比是最小回流比的多少倍?
【正确答案】求R/Rmin。
因为分凝器相当于一块理论板，故可应用气液平衡方程：
[*]
所以[*]
对于塔内第一层理论板，可应用气液平衡方程求气相组成。
[*]
求回流比。
方法一：物料衡算法。
对如图所示的虚线框做总物料和易挥发组分的衡算，有
V=L+D
Vy1=LxR+DxD
[*]
所以 [*]
方法二：直接用精馏段操作线方程。
[*]
[*]
所以[*]
所以 R=1.593
泡点进料，q=1，则xq=xF=0.5
所以[*]
[*]
R/Rmin=1.593/1.032=1.54
因为分凝器相当于一块理论板，故可应用气液平衡方程：
[*]
所以[*]
对于塔内第一层理论板，可应用气液平衡方程求气相组成。
[*]
求回流比。
方法一：物料衡算法。
对如图所示的虚线框做总物料和易挥发组分的衡算，有
V=L+D
Vy1=LxR+DxD
[*]
所以 [*]
方法二：直接用精馏段操作线方程。
[*]
[*]
所以[*]
所以 R=1.593
泡点进料，q=1，则xq=xF=0.5
所以[*]
[*]
R/Rmin=1.593/1.032=1.54
【答案解析】
问答题
若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少?
【正确答案】求D。
由[*]，得：
[*]
【答案解析】
问答题
有一分离A、B双组分理想溶液的常压精馏塔，如图所示，操作参数如下，进料量F=157kmol/h，饱和液体进料，料液中含易挥发组分A的摩尔分率=0.3(摩尔分率，下同)，塔顶流出液量40kmol/h，其组成=0.96，回流量=80kmol/h，回流液温度40℃。塔顶第一层板上温度82.5℃，测得塔内的平均压力=102.7kPa，已知塔釜的传热面积为60m2，总传热系数K=2280kJ/(m2·h·℃)，相对挥发度α=2.5。计算此时塔釜间接加热蒸气的温度为多少?
附：溶液的汽化潜热为30400kJ/kmol，平均比热容为155kg/(kmol·℃)，纯组分A的饱和蒸汽压与温度的关系为
附：溶液的汽化潜热为30400kJ/kmol，平均比热容为155kg/(kmol·℃)，纯组分A的饱和蒸汽压与温度的关系为
【正确答案】因塔底再沸器内为恒温差传热(一侧为水蒸气冷凝，一侧为溶液沸腾)，因此传热速率方程为：
QB=KS(Ts-tbW)
所以 [*] (1)
由上式可以看出，要求出Ts，必先求出QB和tbw。因此，求出这两个值是本题的关键。
W=F-D=157-40=117(kmol/h)
FxF=DxD+WxW
xW=(57×0.3-40×0.96)/117=0.0744
对于理想溶液，有[*]
所以 [*]
[*]
所以[*]
由经验公式得：
[*]
即tbW=109.3(℃)
注意：当塔外回流不是泡点回流时，塔内外回流量不同。对如图所示的虚线框做总物料和总能量衡算，有：
V1+L=V2+L。 (1)
[*]
V1H+LI=V2H+L0IR (2)
由式(1)得：
V2-V1=L-L0 (1)'
由式(2)得：
(V2-V1)H=LI-L0IR (2)'
将式(1)'代入式(2)'，得：
(L-L0)H=LI-L0IR
所以 [*]
由此式可以看出：若为泡点回流，即tb1=tR，则L=L0，即塔内外回流量相等；若为冷液体回流，即tb1＞tR，则L＞L0，即塔内回流量大于塔外回流量。而精馏段操作线方程中的回流比指的是塔内回流比。
所以 [*]
所以L=1.217L0=1.217×80=97.36(kmol/h)
QB=V'rB=[(L+D)+(q-1)F]
泡点进料，q=1
所以 QB=(97.36+40)×30400=4.18×106(kJ/h)
将tbW、QB之值代入式(1)，得：
Ts=4.18×106/(2280×60)+109.3=140(℃)
即塔底再沸器内加热用饱和水蒸气的温度为140℃。
QB=KS(Ts-tbW)
所以 [*] (1)
由上式可以看出，要求出Ts，必先求出QB和tbw。因此，求出这两个值是本题的关键。
W=F-D=157-40=117(kmol/h)
FxF=DxD+WxW
xW=(57×0.3-40×0.96)/117=0.0744
对于理想溶液，有[*]
所以 [*]
[*]
所以[*]
由经验公式得：
[*]
即tbW=109.3(℃)
注意：当塔外回流不是泡点回流时，塔内外回流量不同。对如图所示的虚线框做总物料和总能量衡算，有：
V1+L=V2+L。 (1)
[*]
V1H+LI=V2H+L0IR (2)
由式(1)得：
V2-V1=L-L0 (1)'
由式(2)得：
(V2-V1)H=LI-L0IR (2)'
将式(1)'代入式(2)'，得：
(L-L0)H=LI-L0IR
所以 [*]
由此式可以看出：若为泡点回流，即tb1=tR，则L=L0，即塔内外回流量相等；若为冷液体回流，即tb1＞tR，则L＞L0，即塔内回流量大于塔外回流量。而精馏段操作线方程中的回流比指的是塔内回流比。
所以 [*]
所以L=1.217L0=1.217×80=97.36(kmol/h)
QB=V'rB=[(L+D)+(q-1)F]
泡点进料，q=1
所以 QB=(97.36+40)×30400=4.18×106(kJ/h)
将tbW、QB之值代入式(1)，得：
Ts=4.18×106/(2280×60)+109.3=140(℃)
即塔底再沸器内加热用饱和水蒸气的温度为140℃。
【答案解析】
问答题
欲用活性炭对某糖液进行脱色。首先进行两组脱色实验，实验中每单位糖液中固形物含量与所用活性炭量的比值分别为0.3、0.6时，脱色率分别为66.9%、77.9%，其他实验条件均相同，求1/n值为多少?
【正确答案】单级吸附，有：
[*] (1)
令脱色率[*]
代入式(1)，得：[*]
或[*]
等式两边同时取对数得：
[*] (2)
显然，[*]呈线性关系，直线的斜率为1/n，作图可求得1/n。
当只有两组实验数据时，由式(2)可得：
[*] (3)
将本题的数据代入式(3)，得：
[*]
解得[*]
【答案解析】
问答题
用某吸附剂对糖液进行脱色。要使糖液色度降低95%，采用一次接触式吸附时，1.2m3糖液需要吸附剂24kg。如果采用二级错流接触吸附，每级吸附剂的最小用量应为多少?假定吸附平衡关系符合ω=kc。
【正确答案】单级吸附，有：
[*] (1)
令脱色率[*]
代入式(1)，得：
[*]
将1/n=1，及其他已知数据代入，得：
[*]
二级错流接触吸附：
[*]
或[*]
解得：c1/c0=0.2236
[*]
所以
[*]
所以[*]
[*] (1)
令脱色率[*]
代入式(1)，得：
[*]
将1/n=1，及其他已知数据代入，得：
[*]
二级错流接触吸附：
[*]
或[*]
解得：c1/c0=0.2236
[*]
所以
[*]
所以[*]
【答案解析】