第六章精馏作业答案
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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 )