化工原理精馏计算题

4-93 已知某精馏塔塔顶蒸汽的温度为80C ，经全凝器冷凝后馏出液中苯的组成 为0.90，甲苯的组成为0.10（以上均为轻组分A 的摩尔分数），试求该塔的操作压强。 溶液中纯组分的饱和蒸汽压可用安托尼公式计算，即 C

t B

A p o

+-

=lg 式中苯和甲苯的常数为

组 分 A B C 苯 6.898 1206.35 220.24 甲苯 6.953 1343.94 219.58

分析： 求塔内操作压强即是求塔内蒸汽总压p ,因此体系为理想体系，可通过道尔顿分压定律

A A py p = 及拉乌尔定律求得。

解：利用安托尼公式分别计算80℃时苯与甲苯两种纯组分饱和蒸气压，即

88.224

.2200.8035

.1206898.6lg 0

=+-

=A p

KPa mmHg p A 14.10158.7580

==

47.258

.2190.8094.1343953.6lg 0

=+-=B p

KPa mmHg p B 35.3912.2950

==

由于全凝器中，进入塔顶的蒸气与已冷凝的馏出液组成相同，则 9.0==D A x y 由道尔顿分压定律

)()

(0

00

00B A B A A A A A p p p p p p p x p p p y --=== )

35.3914.101()

35.39(14.10190.0--=p 解得 KPa p 54.968=

4-94 苯与甲苯的混合溶液在总压KPa 3.101下经单级釜进行闪蒸，气化率为%35，若溶液中苯的组成为477.0，蒸馏后，闪蒸罐顶产物和罐底产物的组成各为多少？操作压力增大１倍

时，两产物的组成有何变化？

分析：闪蒸即平衡蒸馏，蒸馏后罐顶产物与罐底产物实质是处于平衡状态的气液两相，其组成应既满足物料平衡关系又满足相平衡关系。

解：（１）由物料衡算式

1

1---=

q x q q

y F （a ） 及 )1(0

0A B A A B A x p x p p p p -+=+= (b)

和 A A A A x p p py 0

== (c)

用试差法解以上３式，即可求得罐底组成y ，罐底组成x 及平衡温度t 。 当KPa p 3.101=时，设05.95=t ℃，求得苯与甲苯的饱和蒸气压各为 072.324.22005.9535

.1206898.6lg =+-=o

A p

KPa mmHg p A 31.1579.11790==

682.258

.21905.9594

.1343953.6lg 0

=+-

=B p

KPa mmHg p B 03.643.4800

==

罐底残液组成 3998.003.6431.15703

.643.1010

00

=--=--=B A B P p p p x 罐顶产物组成 6207.0760

3998

.09.11790=⨯==p x p y A 将已知残液百分率65.035.01=-=q ，料液组成477.0=F x 和罐底组成3998.0=x 代入（ａ）

式，得 - 6204.01

65.0477

.03998.0165.065.0=--⨯-=

y

可见3式均满足，故假设的温度成立。

（2）当操作压强增大1倍时，仍用上述3式试差设45.120=t ℃，可得

KPa p A 39.3300

= kPa p o B 50.133=

则 4070.050.13339.33050

.1333.101=--=--=o

B o A o

B p p p p x 6093.03

.101407

.039.330=⨯==p x p y o A 验证 6070.01

65.0477.04070.0165.065.01

1=--⨯-=---=

q x x q q

y F

两数接近，假设成立。

从结果看，残液浓度有所增加，而蒸气组成都有所降低。显然是分离效果随压强的增大而变差。故在气化率不变的前提下，平衡蒸馏时，操作压强越低，分离越好。这是因为当压强増高时，系统的相对挥发度降低的原因所致。

4-95 采用二级平衡闪蒸法分离正庚烷与正辛烷混合液，流程如图解4-7。 已知原料组成F x 为0.42（庚烷的摩尔分数），塔A 的气化率 为24.6%, 塔B 的气化率为59.0%，若两塔的操作压力均为)00.8(66.106mmHg KPa ,求B 塔底产品组成。

分析：因为正庚烷与正辛烷组成的混合液近似理想溶液，所以平衡闪蒸后的液相组成可由理想溶液的泡点方程确定。

由相律可知，若操作温度和压力确定后，二元溶液的平衡气液两相组成即一定。本题温度未知，要先根据气化率的数值通过试算法确定温度后，才能确定液相组成。

图4-7

气化率与进料组成有关，在两塔串联使用的情况中，若求B 塔的2x ，应先确定A 塔的1x ，而1x 的确定同样基于上述原则。

解：定庚烷为A 组分，辛烷为B 组分。

设塔A 的闪蒸温度1151=t ℃，查得正庚烷和正辛烷的饱和蒸气压分别为

)1200(99.159mmHg KPa p O

A = )561(82.74mmHg KPa p O

B =

代入泡点方程得 374.082.7499.15982

.7466.1061=--=--=o

B

o A o

B p p p p x 则气相组成 561.0800374.0120011=⨯==x p p y o A 由气化率验证 246.0374

.0561.0374

.042.01111=--=--=x y x x e F

与题中所给气化率相同，故假设成立，374.01=x

再设塔B 闪蒸温度1182=t ℃，查得该温度下正庚烷与正辛烷的饱和蒸气压为

)

614(86.81)1290(99.1710

0mmHg kPa p mmHg kPa p B A ==则

275.086

.8199.17186.8166.1060

002=--=--=B A B p p p p x 443.066

.106275.099.171202=⨯=•=x p p y A 由气化率验证 589.0275

.0443.0275

.0374.022212=--=--=

x y x x e

与题中所给气化率接近，故假设成立，275

.02=x

4—96饱和汽态的氨—水混合物进入一个精馏段和提馏段各只有1块理论塔板的精馏塔分离，进料中的氨组成为0．001（摩尔分数）。塔顶回流为饱和液体，回流量为1．3s kmol /。塔底再沸器产生的汽相量为s kmol /6.0。若操作范围内氨—水溶液的汽液平衡关系可表示为x y 26.1=。求塔顶、塔底的产品组成。

分析：如图4—8，作全塔物料衡算，可将塔顶、塔底产品与进料相联板作物料衡算时，可将进入该板的气相组成与塔顶产品组成相联系。对提馏塔板作物料衡算时，可将离开该板的气相组成与经再沸器入塔的蒸汽组成相联系。将上述3种物料衡算关系与相平衡关系相配合，即可使此题得解。

图4-8