化工原理__蒸馏作业

第六章蒸馏作业

1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。

解：（查例1-1附表可得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P A0，P B0，由于总压P = 99kPa，则由x = (P-P B0)/(P A0-P B0)可得出液相组成）

以t = 80.1℃为例

x = (P-P B0)/(P A0-P B0)=（99-40）/（101.33-40）= 0.962

同理得到其他温度下液相组成如下表

t（℃）80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线t-x图…….

由图可查得当x = 0.5时，相应的温度为92℃

4.在常压下将某原料液组成为0.6（易挥发组分的摩尔分数）的两组分溶液分别进行简单蒸馏和平衡蒸馏，若汽化率为1/3，试求两种情况下的釜液和馏出液组成。假设在操作范围内气液平衡关系可表示为y = 0.46x + 0.549

解：①简单蒸馏

由ln(W/F)=∫x xF dx/(y-x)

以及气液平衡关系y = 0.46x + 0.549

得ln(W/F)=∫x xF dx/(0.549-0.54x)

= 0.54ln[(0.549-0.54x F)/(0.549-0.54x)] ∵汽化率1-q = 1/3，则q = 2/3 即W/F = 2/3

∴ln(2/3) = 0.54ln[(0.549-0.54×0.6)/(0.549-0.54x)]

解得x = 0.498

代入平衡关系式y = 0.46x + 0.549

得y = 0.804

②平衡蒸馏

由物料衡算 D + W = F

Fx F = Wx + Dy

将W/F = 2/3代入得到

x F = 2x/3 + y/3

代入平衡关系式得

x = 0.509

再次代入平衡关系式得y = 0.783

5.在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。已知原料液流量为4000kg/h，组成为0.3（二硫化碳的质量分数，下同）。若要求釜液组成不大于0.05，馏出液回收率为88％。试求馏出液的流量和组成，分别以摩尔流量和摩尔分数表示。

解：由馏出液回收率= Dx D/Fx F = 88％

得馏出液的质量流量

Dx D = Fx F 88％= 4000×0.3×0.88 = 1056kg/h 结合物料衡算 D + W = F

Fx F = Wx W + Dx D

得x D = 0.943

馏出液的摩尔流量D=1056/(76×0.943) = 14.7kmol/h

以摩尔分率表示馏出液组成

x D = (0.943/76)/[(0.943/76)+(0.057/154)]

= 0.97

8.某连续精馏操作中，已知操作线方程式为：精馏段y = 0.723x + 0.263；提馏段y = 1.25x – 0.0187。若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液、馏出液和釜残液的组成及回流比。

解：露点进料q = 0

精馏段y = 0.723x + 0.263 ，过（x D，x D）点，∴x D = 0.949 提馏段y = 1.25x – 0.0187 ，过（x W ，x W）点，∴x W = 0.0748 精馏段与y轴交于[0 ，x D/（R+1）] 即x D/（R+1）= 0.263 ∴R = 2.61

联立精馏段与提馏段操作线

得到交点坐标为（0.5345，0.6490）

∴ x F = 0.649

或另解：

9.在常压连续精馏塔中，分离苯-甲苯混合液。若原料为饱和

液体，其中含苯0.5（摩尔分数，下同）。塔顶馏出液组成为0.9，塔底釜残液组成为0.1，回流比为2.0，试求理论板层数和加料板位置。苯-甲苯平衡数据见例1-1。

解：常压下苯-甲苯相对挥发度α= 2.46

精馏段操作线方程y = Rx/（R+1）+x D/(R+1)

= 2x/3 + 0.9/3

= 2x/3 + 0.3

y1 = x D = 0.9,

由平衡关系式y = αx/[1 +(α-1)x] 得x1 = 0.7853

再由精馏段操作线方程y = 2x/3 + 0.3 得y2 = 0.8236

依次得到x2 = 0.6549 y3 = 0.7366

x3 = 0.5320 y4 = 0.6547

x4 = 0.4353

∵x4﹤x F = 0.5 < x3

∴精馏段需要板层数为3块

提馏段操作线方程y = L'x/（L'-W）- Wx W/（L'-W）

饱和液体进料q = 1

L'/（L'-W）= （L+F）/V = 1 + W/（3D）由物料平衡 D + W = F

Fx F = Wx W + Dx D

代入数据可得 D = W

L'/（L'-W）= 4/3

W/（L'-W）= W/（L+D）= W/3D = 1/3 即提馏段操作线方程y' = 4x'/3 – 0.1/3

x1'= x4 = 0.4353 ,∴y'2= 0.5471

由平衡关系式y = αx/[1 +(α-1)x] 得x'2 = 0.3293

依次可以得到y'3= 0.4058 x'3 = 0.2173

y'4= 0.2564 x'4 = 0.1229

y'5= 0.1306 x'5 = 0.0576

∵ x'5 < x W = 0.1 < x4'

∴提馏段段需要板层数为4块

∴理论板层数为n = 3 + 4 + 1 = 8 块（包括再沸器）

加料板应位于第三层板和第四层板之间

12.在连续精馏塔中分离某组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同）的两组分理想溶液。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96％。若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79，试求：（1）操作回流比和最小回流比；（2）若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少？

解：（1）在塔顶满足气液平衡关系式y = αx/[1 +(α-1)x] 代入已知数据

0.95 = 0.88α/[1 + 0.88(α-1)]