精馏作业任务答案解析

6-3. 甲醇(A)—丙醇(B)物系的气—液平衡服从拉乌尔定律。试求： (1)温度t=80℃、液相组成x ＝0.5(摩尔分数)时的汽相平衡组成与总压；(2)总压为101.33kPa 、液相组成x ＝0.4(摩尔分数)时的汽—液平衡温度与汽相组成；(3)液相组成x=0.6、汽相组成y=0.84时的平衡温度与总压。组成均为摩尔分数。

用Antoine 方程计算饱和蒸汽压（kPa ）

甲醇 86.23899

.157419736.7lg +-

=t P o

A

丙醇 193

14.137574414.6lg +-=t P o

B

式中，t 为温度，℃。 解：

(1) 当t=80℃时，甲醇258.286

.23899

.157419736.7lg =+-

=t P o

A

1.181=⇒o

A P (KPa) 丙醇70.1193

14

.137574414.6lg =+-

=t P o

B ??????

9.50=⇒o B P (KPa)

又∵液相组成5.09

.501.1819

.50=--=--=p P P P P x o B o A o B

∴所求的总压116=p (kPa) ∴汽相平衡组成

P

xP y o A =

116

1

.1815.0⨯=

78.0=

(2)总压o

B o

A P P P 6.04.033.101+==联立Antoine 方程可解得 汽液平衡温度C t o 6.79=，

可得：甲醇饱和蒸汽压53.178=o

A P (KPa)

丙醇饱和蒸汽压07.50=o

B P (KPa)

∴汽液组成为p

xP y o

A =

33.10153

.1784.0⨯=

705.0=

(3)∵液相组成6.0=x ，汽相组成84.0=y

∴P P P o

B o

A =+4.06.0，P P o

A 84.06.0= 联立二式可求得

2

7=o B o A P P 即o

B o A o B o A P P P T P lg 27lg lg 2+=⇒=

即193

14

.137574414.627lg 86.23899.157419736.7+-

+=+-

t t ∴平衡温度=t 总压=P

6-7. 甲醇和丙醇在80℃时的饱和蒸气压分别为181.1kPa 和50.93kPa 。甲醇－丙醇溶液为理想溶液。试求：(1)80℃时甲醇与丙醇的相对挥发度α；(2)在80℃下汽液两相平衡时的液相组成为0.5，试求汽相组成；(3)计算此时的汽相总压。

解：

(1) 80℃时甲醇和丙醇的饱和蒸汽压分别为1.181=o

A P KPa ，93.50=o

B P KPa

又∵相对挥发度o B

o A

P P a =

∴80℃时，甲醇和丙醇的相对挥发度56.393

.501

.181==

a (2)∵甲醇分压o

A A xP P =，丙醇分压o

B B P x P )1(-=，总压B A P P P += ∴甲醇分压55.901.1815.0=⨯=A P (KPa)

丙醇分压465.2593.50)5.01(=⨯-=B P (KPa)

∴总压B A P P P += 465.2555.90+= 015.116= (KPa) ∴汽相组成P

P y A

= 015

.11655

.90=

78.0=

6-10. 在一连续操作的精馏塔中，分离苯－甲苯混合液，原料液中苯的组成为0.28(摩尔分数)。馏出液组成为0.98(摩尔分数)，釜液组成为0.03(摩尔分数)。精馏段上升蒸气的流量为V=1000kmol ／h ，从塔顶进入全凝器，冷凝为泡点液体，一部分以回流掖L 进入塔，剩余部分作为馏出液D 采出。若回流比R ＝

D

L

＝1.5，试计算：(1)馏出液流量D 与精馏段下降液体流量L ；(2)进料量F 及塔釜釜液采出量W ；(3)若进料为饱和液体，计算提馏段下降液体流量L ′与上升蒸气流量V ′；(4)若从塔顶进入全凝器的蒸气温度为82℃，计算塔顶的操作压力。苯与甲苯的饱和蒸气压用Antoine 方程计算，其计算式见例6-2。

解：

(1)∵上升的蒸汽h Kmol D L V 1000=+=，回流比5.1==

D

L

R ∴馏出液流量h Kmol D 400=，精馏段下降流量h Kmol L 600= (2)又∵原料液苯组成28.0=F x ，馏出液组成98.0=D x ，釜液组成03.0=w x 而

03

.098.003.028.0--=--=w D w F x x x x F D ∴进料量1520=F (h Kmol )

∴塔釜釜液采出量1120=-=D F W (h Kmol ) (3)∵饱和液体进料1=q

∴提馏段下降液体流量21201520600'=+=+=F L L (h Kmol ) ∴上升蒸汽流量1000'==V V (h Kmol )

(4)当C t o

82=时，依Antonine 方程得

03.279.220033

.121103055.6lg =+-

=t P o

A

6189.1482

.2198.134407954.6lg =+-=t P o

B

可求得A ，B 在C t o

82=时的饱和蒸汽且分别为

391.107=o

A P ( KPa)

579.41=o B P ( KPa)

∴塔顶的操作压为

o

B A o

A A P x P x P )1(-+=

579.4102.0391.10798.0⨯+⨯= 07.106= ( KPa)

6-12. 在101.325kPa 下连续操作的精馏塔中分离甲醇－水溶液。进料流量为100 kmol ／h ，进料中甲醇的组成为0.3(摩尔分数)，馏出液流量为50kmol ／h 。回流比R ＝2。甲醇－水汽掖相平衡数据，见附录。试求：(1)进料液体为40℃时进料热状态参数q 值。并计算精馏段及提馏段的下降液体流量及上升蒸气流量；(2)若进料为汽液混合物，汽液比为7：3，试求q 值。

解：

(1)∵甲醇的摩尔质量Kmol Kg M 321=，水的摩尔质量Kmol Kg M 182= ∴进料液的摩尔质量

187.0323.0⨯+⨯=M

2.22= (Kmol Kg )

∴进料流量504.42

.22100

==

F (h Kmol ) ∵当3.0=F x 时，泡点C t o

b 78=，故进料温度低于泡点的冷液

又∵C t o

b 78=时，Kmol KJ r 36167)(=甲醇，Kmol KJ r 41592)O H (2＝

∴平均摩尔汽化热

)()(27.03.0O H r r r ⨯+=甲醇