题目
例0-1 每小时有10吨5%的乙醇水溶液进入精馏塔,塔顶馏出的产品中含乙醇95%,塔底排出的废水中含乙醇0.1%。求每小时可得产品多少吨?若废水全部排放,每年(按操作7200小时计)损失的乙醇多少吨?
例0-1 每小时有10吨5%的乙醇水溶液进入精馏塔,塔顶馏出的产品中含乙醇95%,塔底排出的废水中含乙醇0.1%。求每小时可得产品多少吨?若废水全部排放,每年(按操作7200小时计)损失的乙醇多少吨?
题目解答
答案
设每小时进入精馏塔的乙醇量为 $ 10 \times 0.05 = 0.5 $ 吨。
设每小时从塔顶得到的产品量为 $ P $ 吨,其中乙醇含量为 $ 0.95P $ 吨。
每小时从塔底排出的废水量为 $ 10 - P $ 吨,其中乙醇含量为 $ (10 - P) \times 0.001 $ 吨。
根据乙醇守恒,有:
\[
0.5 = 0.95P + (10 - P) \times 0.001
\]
解得:
\[
P = \frac{0.5 - 0.01}{0.95 - 0.001} = \frac{0.49}{0.949} \approx 0.5163 \text{ 吨}
\]
每小时从废水中损失的乙醇量为:
\[
(10 - 0.5163) \times 0.001 \approx 0.0094837 \text{ 吨}
\]
每年(7200小时)损失的乙醇量为:
\[
0.0094837 \times 7200 \approx 68.28 \text{ 吨}
\]
**答案:**
每小时可得产品约 $ 0.5163 $ 吨,每年损失乙醇约 $ 68.28 $ 吨。
解析
考查要点:本题主要考查质量守恒原理在乙醇精馏过程中的应用,以及单位换算和比例计算的能力。
解题核心思路:
- 乙醇总量守恒:进入精馏塔的乙醇总量等于塔顶产品和塔底废水中乙醇的总和。
- 设定变量:通过设每小时产品量为未知数,建立方程求解。
- 年损失计算:将小时损失量按年操作时间累加。
破题关键点:
- 正确表示塔顶和塔底的乙醇含量,建立守恒方程。
- 注意百分比与小数的转换(如0.1%对应0.001)。
步骤1:计算进入精馏塔的乙醇总量
每小时进入的乙醇量为:
$10 \, \text{吨} \times 5\% = 0.5 \, \text{吨}$
步骤2:设定变量并表示乙醇分布
- 设每小时产品量为 $P$ 吨,其中乙醇含量为 $0.95P$ 吨。
- 废水量为 $10 - P$ 吨,其中乙醇含量为 $(10 - P) \times 0.1\% = (10 - P) \times 0.001$ 吨。
步骤3:建立乙醇守恒方程
根据总乙醇量守恒:
$0.5 = 0.95P + (10 - P) \times 0.001$
步骤4:解方程求产品量
展开并整理方程:
$\begin{align*}0.5 &= 0.95P + 0.01 - 0.001P \\0.5 - 0.01 &= 0.949P \\P &= \frac{0.49}{0.949} \approx 0.5163 \, \text{吨}\end{align*}$
步骤5:计算小时损失量
废水中乙醇量为:
$(10 - 0.5163) \times 0.001 \approx 0.0094837 \, \text{吨/小时}$
步骤6:计算年损失量
年损失量为:
$0.0094837 \, \text{吨/小时} \times 7200 \, \text{小时} \approx 68.28 \, \text{吨}$