化工原理答案-蒸馏习题参考答案-156

蒸馏习题参考答案

【7-1】 苯和甲苯在92℃时的饱和蒸汽压分别为143.73kPa 和57.6kPa ，苯-甲苯的混合液中苯的摩尔分数为0.4。试求：在92℃混合液中各组分的平衡分压、系统压力及平衡蒸汽组成。此溶液可视为理想溶液。[苯57.492kPa 、甲苯34.56kPa 、系统压力92.025kPa 、0.625y =苯、0.375y =甲苯]

解： 根据拉乌尔定律，理想溶液上方的平衡分压为

143.730.457.49257.60.634.5692.05257.492/92.0520.62510.6250.375A A A B B B A B A A B p p x kPa

p p x kPa

P p p kPa p y P

y ==⨯===⨯==+==

===-=

【7-2】 在连续精馏塔中分离苯（A ）和甲苯（B ）两组分理想溶液。现场测得：塔顶全凝器，第一层理论板的温度计读数为83℃，压力表读数D 5.4kPa p =；塔釜温度计读数为112℃，压力表读数W 12.0kPa p =。试计算塔顶、塔釜的两产品组成和相对挥发度。两纯组分的饱和蒸汽压用安托尼方程计算。当地大气压为101.3kPa 。 （安托尼方程表达式为：0lg A-B p t C

=+；苯：A=6.03055、B=1121.033、C=220.79；甲苯：A=6.07954、B=1344.8、C=219.482）

[0.976x =D 、 2.573α=D ：W 0.0565x =、W 2.338α=]

解：（1）塔顶馏出液的组成及相对挥发度D a

对于理论板，气液相组成互为平衡，两相温度相等，塔顶第一层理论的气相组成即馏出液组成。

将83D t =℃代入安托尼方程求得

001211.033lg 6.03055-

=2.04483220.79=110.7kPa p p =+∴苯苯

01344.8lg 6.07954-=1.63483219.482=43.02kPa p p =+∴甲苯甲苯 总压力为 P (101.3 5.4)106.7kPa kPa =+=D

则 00100P 110.7106.743.020.976P 106.7110.743.02

D p p x y p p --==⋅=⨯=--苯

甲苯

苯甲苯 对于理想物系，相对挥发度为 00110.7 2.57343.02

D p a p ===苯

甲苯 （2）塔釜组成及相对挥发度W a

用塔顶相同的方法计算。将112W t =℃代入安托尼方程求得00246.33,105.34A B p kPa p kPa ==。

(101.312)113.3p kPa kPa =+=总,W

则 000P 113.3105.340.0565246.33105.34

B W A B p x p p --===--W 246.33 2.338105.34

W a == 【7-3】 将含24％（摩尔分数，下同）轻组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含95％易挥发组分，釜液含3％易挥发组分。送至冷凝器的蒸汽摩尔流量为850kmol/h ，流入精馏塔的回流液量为670kmol/h 。试求：

①每小时能获得多少千摩尔的馏出液？多少千摩尔的釜液？

②回流比R 为多少？

[①180kmol/h D =、608.61kmol/h W =；② 3.72R =]

解：（1）850670180/D V L kmol h =-=-=

由全塔物料衡算得： 608.61/F D W

F D W

Fx Dx Wx W kmol h =+=+=

（2）/ 3.72R L D ==

【7-4】 在连续精馏塔中分离甲醇（A ）水溶液。原料液的处理量为3250kg/h ，其中甲醇含量0.37（摩尔分数，下同），泡点进料，操作回流比为2.5。要求馏出液中甲醇的收率为94％，组成为0.96。试求：

①馏出液流量及釜残液的流量和组成；

②精馏段、提馏段的汽、液相流量；

③欲获得馏出液46kmol/h ，其最大可能的组成；

④若保持馏出液组成为0.96，可能获得的最大馏出液量。

[①41.52kmol/h D =、73.08kmol/h W =、W 0.0348x =；②103.8kmol/h L =、145.3kmol/h V =；218.4kmol/h L '=、145.3kmol/h V '=；③D,max 0.922x =；④42.17kmol/h D =]

解：将原料液的流量变为摩尔流量

[0.3746(10.37)18]/28.36/F M kg kmol kg kmol =⨯+-⨯=

3250F /114.6/28.36

kmol h kmol h == （1）由题意知：

D 0.94F 0.94114.60.37/39.86/D F x x kmol h kmol h ==⨯⨯=

39.86kmol/41.52kmol/0.96

D h h == (114.641.52)/73.08/W F D kmol h kmol h =-=-=

114.60.3739.860.034873.08

W x ⨯-== （2）精馏段的汽、液相流量

2.541.52/10

3.8/L RD kmol h kmol h ==⨯=

(1) 3.541.52/145.3/V R D kmol h kmol h =+=⨯=

提馏段的汽、液相流量：

泡点进料时，q=1

(103.8114.6)/218.4/L L qF kmol h kmol h '=+=+=

145.3/V V kmol h '==

（3）当理论板层数为无穷多时，轻组分的收率可能达到100%，此时馏出液可能的最高组成为：