化工原理蒸馏关于Word格式.docx
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化工原理蒸馏关于Word格式.docx
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0.856
0.770
0.625
0.449
0.228
试求:
(1)正己烷组成为0.5(摩尔分数)的溶液的泡点温度及其平衡蒸汽的组成;
(2)将该溶液加热到45℃时,溶液处于什么状态?
各相的组成是多少?
(3)将溶液加热到什么温度才能全部气化为饱和蒸汽?
这时蒸汽的组成是多少?
由所给平衡数据做t-x-y图(见本题附图)。
(1)当xA=0.5时,由图中读得泡点温度ts=41℃,其平衡瞬间蒸汽组成yA=0.75;
(2)当t=45℃时,溶液处于气液共存状态,此时
xA‘=0.38,yA’=0.64;
(3)由图知,将溶液加热到49℃时,才能全部汽化为饱和蒸汽,蒸汽组成为0.5。
3、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。
(1)简单蒸馏时因为D/F=1/3所以W/F=2/3
将y=0.46x+0.549直接代入式(6-20)
解之xw=0.498
由式(6-22)
其中
(2)平衡蒸馏时由FxF=Dy+Wx
得
与y=0.46x+0.549联立求解,得到
x=0.509,y=0.783
4、在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。
已知原料液流量为14000kg/h,组成wF为0.3(二硫化碳的质量分数,下同)。
若要求釜液组成wW不大于0.05,馏出液回收率为90%。
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。
因为
原料液平均摩尔质量
MF=0.465×
76+(1-0.465)×
154=117.7kg/kmol
所以F=14000/117.7=118.95kmol/h
馏出液回收率DxD/FxF=90%
DxD=0.9×
118.95×
0.465=49.78
由全塔物料衡算
F=D+W118.95=D+W
FxF=DxD+WxW118.95×
0.465=0.9×
0.465+0.096W
解之D=61.33kmol/h
故xD=49.78/61.33=0.81
5、在连续精馏塔中分离苯-苯乙烯混合液。
原料液量为5000kg/h,组成为0.45,要求馏出液中含苯0.95,釜液中含苯不超过0.06(均为质量分数)。
试求馏出液量和釜液产品量各为多少?
统一用摩尔流量及摩尔分数
由全塔物料衡算整理得
W=F-D=55.29-27.76=27.5kmol/h
6、在一连续精馏塔中分离某混合液,混合液流量为5000kg/h,其中轻组分含量为30%(摩尔百分数,下同),要求馏出液中能回收原料液中88%的轻组分,釜液中轻组分含量不高于5%,试求馏出液的摩尔流量及摩尔分数。
已知MA=114kg/kmol,MB=128kg/kmol。
由于
又DxD/FxF=88%
所以由全塔物料衡算
F=D+W40.39=D+W
FxF=DxD+WxW40.39×
0.3=0.88×
40.39×
0.3+0.05W
解之D=11.31kmol/h
7、在一连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液,要求馏出液中苯的含量为0.97(摩尔分数),馏出液量6000kg/h,塔顶为全凝器,平均相对挥发度为2.46,回流比为2.5,试求:
(1)第一块塔板下降的液体组成x1;
(2)精馏段各板上升的蒸汽量及下降液体量。
(1)因塔顶为全凝器,所以y1=xD=0.97
由得
(2)
L=RD=2.5×
76.51=191.3kmol/h
V=(R+1)D=(2.5+1)×
76.51=267.8kmol/h
8、连续精馏塔的操作线方程如下:
精馏段:
y=0.75x+0.205
提馏段:
y=1.25x-0.020
试求泡点进料时,原料液、馏出液、釜液组成及回流比。
由于精馏段操作线方程为
所以R=3
xD=0.82
因为(xW,xW)为提馏段操作线上一点,所以将x=xW,y=xW代入提馏段操作线方程
xW=1.25xW-0.020解之xW=0.08
由于泡点进料时xq=xF,即两操作线交点的横坐标为原料组成,所以
0.75xF+0.205=1.25xF-0.020
解之xF=0.45
9、在常压连续操作的精馏塔内分离正己烷-正庚烷混合液。
已知原料液中正己烷含量为0.5(摩尔分数),进料温度为35℃,试求进料热状况参数q并写出q线方程。
此物系的气液平衡数据见习题2。
由第2题中t-x-y相图知
xF=0.5时,对应泡点温度ts=41℃,故此为冷进料。
查=38℃下
CPA=0.55×
4.187=2.303kJ/(kg·
℃)
CPB=0.53×
4.187=2.219kJ/(kg·
则CPm=CPAxAMA+CPBxBMB
=2.303×
0.5×
86+2.219×
100=210kg/(kmol·
查ts=41℃下rA=350kJ/kgrB=360kJ/kg
则rm=rAxAMA+rBxAMA
=350×
86+360×
100=33050kJ/kmol
q线方程为
10、某理想混合液用常压精馏塔进行分离。
进料组成含A81.5%,含B18.5%(摩尔百分数,下同),饱和液体进料,塔顶为全凝器,塔釜为间接蒸气加热。
要求塔顶产品为含A95%,塔釜为含B95%,此物系的相对挥发度为2.0,回流比为4.0。
试用
(1)逐板计算法,
(2)图解法分别求出所需的理论板层数及进料板位置。
(1)逐板计算法
由于塔顶为全凝器,所以y1=xD=0.95
由相平衡方程式及精馏段操作线方程式:
由上两式交替计算至x3=0.759<
xF
所以第三层为进料板。
因为泡点进料q=1,故提馏段操作线方程:
又因为
由相平衡方程式与上述提馏段操作线方程式交替计算至x10=0.036<
xW
所以理论板层数NT=10-1=9层(不包括塔釜)。
计算结果如下表
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0.95
0.914
0.863
0.784
0.665
0.514
0.356
0.223
0.128
0.069
0.905
0.841
0.759
0.645
0.498
0.346
0.217
0.125
0.068
0.036
(2)图解法
由在图中做精馏段操作线,因为q=1,故q线为一垂直线并与精馏段操作线相交,交点与(0.05,0.05)点连接,得到提馏段操作线。
然后在操作线与平衡线之间绘阶梯,如该题附图所示,得到NT=10-1=9层(不包括塔釜),第三块为进料板。
两种方法结果一致。
11、在常压操作的连续精馏塔中分离含甲醇0.4与水0.6(摩尔分数,下同)的混合液,其流量为100kmol/h,馏出液组成为0.95,釜液组成为0.04,回流比为2.6。
(1)馏出液流量;
(2)饱和液体进料时精馏段的下降液体量和提馏段的上升蒸气量;
(3)进料温度为40℃时,提馏段下降液体量和上升蒸气量。
(1)由全塔物料衡算
F=D+W100=D+W
FxF=DxD+WxW100×
0.4=0.95D+0.04W
解之D=39.56kmol/h
(2)由L/D=R=2.6得
L=RD=2.6×
39.56=102.9kmol/h
V=(R+1)D=(2.6+1)×
39.56=142.4kmol/h
因为饱和液体进料q=1
所以V‘=V=142.4kmol/h
(3)由题给平衡数据查xF=0.4时的ts=75.3℃,
已知进料温度tF=40℃
查=57.7℃下CPB=4.21KJ/(kg·
℃),CPA=2.68kJ/(kg·
所以CPm=CPAxAMA+CPBxBMB
=2.68×
0.4×
32+4.21×
0.6×
18=79.77kJ/(kmol·
由ts=75.3℃查得rA=1095kJ/kgrB=2450kJ/kg
所以rm=rAxAMA+rBxBMB
=1059×
32+2450×
18=40476kJ/kmol
所以L‘=L+qF=102.9+1.073×
100=210.2kmol/h
V‘=V+(q-1)F=142.4+0.073×
100=149.7kmol/h
12、在连续精馏操作中,已知精馏段操作线方程及q线方程分别为y=0.8x+0.19;
y=-0.5x+0.675,试求:
(1)进料热状况参数q及原料液组成xF;
(2)精馏段和提馏段两操作线交点坐标。
由q线方程y=-0.5x+0.675知
故q=1/3
又故xF=0.675(1-q)=0.675×
(1-1/3)=0.45
因为精馏段操作线与提馏段操作线交点也是精馏段操作线与q线的交点,所以
yq=-0.5xq+0.675
yq=0.8xq+0.18联立求解xq=0.373yq=0.489
13、用逐板计算习题11中泡点进料时精馏段所需理论板层数。
在该组成范围内平衡关系可近似表达为y=0.46x+0.545
由习题11知xF=0.4、xD=0.95、R=2.6
设塔顶为全凝器,故y1=xD=0.95
由平衡关系y1=0.46x1+0.545=0.95得x1=0.88
由精馏段操作线方程
得y2=0.72×
0.88+0.26=0.89
又0.46x2+0.545=0.89得x2=0.75
同理y3=0.72×
0.75+0.26=0.80
又0.46x3+0.545=0.80
得x3=0.55
y3=0.72×
0.55+0.26=0.66
又0.46x4+0.545=0.66
得x4=0.25<
xF
∴精馏段理论板层数为3层,第四层为进料板。
14、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0.95,釜液组成为0.06,操作回流比为2.6。
试求理论板层数和进料板位置。
平衡数据见例6-2表。
用图解法求NT
在y-x相图上找出xW=0.06、xF=0.50、xD=0.95,对应点为c、e、a。
由回流比R=2.6得精馏段操作线截距
在图中确定b点,并连接ab为精馏段操作线。
已知原料为饱和液体,故q=1,q线为e点出发的一条垂直线,与精馏段操作线交于d点,连接cd为提馏段操作线。
绘阶梯数为9,故NT=8(不包括再沸器)。
由图可知第五块为进料板。
15、在常压下用连续精馏塔分离甲醇-水溶液。
已知原料液中甲醇含量为0.35(摩尔分数,下同)馏出液及釜液组成分别为0
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