化工原理精馏计算题Word格式文档下载.doc
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4-94苯与甲苯的混合溶液在总压下经单级釜进行闪蒸,气化率为,若溶液中苯的组成为,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?
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
(a)
及 (b)
和 (c)
用试差法解以上3式,即可求得罐底组成,罐底组成及平衡温度。
当时,设℃,求得苯与甲苯的饱和蒸气压各为
罐底残液组成
罐顶产物组成
将已知残液百分率,料液组成和罐底组成代入(a)式,得
-
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℃,可得
则
验证
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,求B塔底产品组成。
M
F
xF
1
2
L’
x2
y2
y’2
V
L
D
xD
ywV’
W
xw
x1
图4-7
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。
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,应先确定A塔的,而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℃,查得正庚烷和正辛烷的饱和蒸气压分别为
代入泡点方程得
则气相组成
由气化率验证
与题中所给气化率相同,故假设成立,
再设塔B闪蒸温度℃,查得该温度下正庚烷与正辛烷的饱和蒸气压为
则
由气化率验证
与题中所给气化率接近,故假设成立,
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1.3。
塔底再沸器产生的汽相量为。
若操作范围内氨—水溶液的汽液平衡关系可表示为。
求塔顶、塔底的产品组成。
图4-8
A
B
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。
已知
当露点进料时
则
由全塔轻组分物料衡算
得(a)
再将
以及由板1的气相衡算
整理成
代入精馏段板1的物料衡算式
则有
化简得(b)
再
代入提馏段板2的物料衡算式
则有
化简得(c)
因(b)等于(c),则有(d)
联立(a),(d)二式,则
塔顶产品组成(氨的摩尔分数)
塔底产品组成(氨的摩尔分数)
4—97某连续精馏操作分离二元混合溶液,已知操作线方程为:
精馏段提馏段
若进料时,原料为气液相各占一半的混合态,求塔顶及塔底产品产率及回流比。
若求产品产率,必须确定塔顶产品,塔底产品和进料的组成。
将精馏段操作线方程、提馏段操作线方程分别与对角方程联立,即可确定塔顶,塔底组成。
而进料组成可由两个操作线方程与进料方程联解求得
联解 及
得塔顶产品组成
再联解 及
得塔底产品组成部分
再联解 及
得 ,
将此代入线方程,且由题巳知
解得
由全塔物料衡算式
及全塔轻组分物料衡算式
知塔顶产品产率
塔底产品产率
由精馏段操作线方程斜率解得
用一精馏塔分离二元理想混合物,塔顶为全凝器冷凝,泡点温度下回流,原料液中含轻组分0.5(摩尔分数,下同),操作回流比取最小回流比的1.4倍,所得塔顶产品组成为0.95,釜液组成为0.05.料液的处理量为100.料液的平均相对挥发度为3,若进料时蒸气量占一半,试求:
(1)提馏段上升蒸气量;
(2)自塔顶第2层板上升的蒸气组成。
欲解提馏段的蒸气量,须先知与之有关的精馏段的蒸气量。
而又须通过才可确定。
可见,先确定最小回流比,进而确定是解题的思路。
理想体系以最小回流比操作时,两操作线与进料方程的交点恰好落在平衡线上,所以只须用任一操作线方程或进料方程与相平衡方程联立求解即可。
(1)由相平衡方程
及进料方程
联立解得 ++1=0
取则
R=
再由物料衡算方程及
解得
(2)已知
由相平衡关系
再由精馏段操作线方程解得
4—99某二元混合液的精馏操作过程如图4—9。
已知组成为的原料液在泡点温度下直接加入塔釜内,工艺要求塔顶产品的组成为0.75,(以上均为轻组分A的摩尔分数),塔顶产品采出率D/F为1:
2,塔顶设全凝器,泡点回流。
若操作条件下,该物系的a为3.0,回流比R为2.5,求完成上述分离要求所需的理论板数(操作满足恒摩尔流假设)。
D,xD
W,xW
F,xF,q
图4-9
因题中未给平衡相图,只可考虑逐板计算法求理论板数。
当料液直接加入塔釜时,应将塔釜视作提馏段,然后分段利用不同的操作线方程与相平衡方程交替使用计算各板的气液相组成,直至时止。
由,,代入物料平衡方程
及
联立解得=0.34
整理精馏段操作线方程
(a)
而相平衡方程
整理成(b)
交替利用(a)(b)两式逐板计算
由
代入(b)得
代入(a)得
代入(b)
整理提馏段操作线方程
则y
=
即(c)
将代入(C)得-
代入(b)得
故包括塔釜在内共需3块理论塔板。
4-100在一连续精馏塔中分离二元理想混合液。
原料液为饱和液体,其组成为0.5,要求塔顶馏出液组成不小于0.95,釜残液组成不大于0.05(以上均为轻组分A的摩尔分数)。
塔顶蒸汽先进入一分凝器,所得冷凝液全部作为塔顶回流,而未凝的蒸气进入全凝器,全部冷凝后作为塔顶产品。
全塔平均相对挥发度为2.5,操作回流比。
当馏出液流量为时,试求:
(1)塔顶第1块理论板上升的蒸汽组成;
(2)提馏段上升的气体量。
分析:
因为出分凝器的冷凝液与未液化的蒸气成相平衡关系,故分凝器相当一层理论塔板。
应注意,自分凝器回流塔内的液相组成与自全凝器出来的产品组成不同。
解:
(1)由平衡方程及泡点进料时
精馏段操作线方程
再由平衡方程及
得
代入精馏段操作线方程
(2)由
当泡点进料时,
则
4-101在常压精馏干塔分离双组分理想溶液。
组成为0.5(轻组分A的摩尔分数,下同)的料液在泡点温度下加入塔内。
塔顶蒸气先在分凝器中部分冷凝至泡点回流,其组成为0.88,余下末冷凝部分经全凝器后作为产品,组成为0.95.已测得离开塔顶第1层理论板的液相组成为0.796,塔顶轻组分回收率为96%,塔釜间热蒸气加热。
试求算:
(1)该操作条件下的回流比和釜液组成;
(2)若用图解法求得理论板数为9,又知全塔效率为70%,塔内实际塔板数为多少?
前已述及,分凝器相当于1块理论板,利用分凝器内气液相平衡关系即可确定上升的蒸气组成,而与回流液组成恰好又是操作线关系,利用此操作线方程即可顺利解出回流比。
另外确定塔内实际板数时,应注意用图解法求出的理论板数中是包括了起理论板作用的分凝器和塔釜两块“虚拟板”的。
解:
(1)回流比与釜液组成
由于分凝器中末凝气相组成
又知自分凝器入塔的回流液组成
由相平衡方程
即 解得
再由相平衡方程得
则精馏段操作线方程为
即 解得
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