精馏习题答案

精馏习题答案

相平衡

1．已知甲醇和丙醇在80℃时的饱和蒸汽压分别为181.13kPa和50.92kPa，且该溶液为理想

溶液。试求：

（1）80℃时甲醇与丙醇的相对挥发度；

（2）若在80℃下汽液两相平衡时的液相组成为0.6，试求汽相组成； （3）此时的总压。

解：（1）甲醇与丙醇在80℃时的相对挥发度

opA181.13??o??3.557

50.92pB（2）当x=0.6时 y?（3）总压

?x3.557?0.6??0.842

1????1?x1?(3.557?1)?0.6opAxp?y?181.13?0.6?129.07kPa

0.8422．已知二元理想溶液上方易挥发组分A的气相组成为0.45（摩尔分率），在平衡温度下，A、B组分的饱和蒸汽压分别为145kPa和125kPa。求平衡时A、B组分的液相组成及总压。 解：对二元理想溶液的气液平衡关系可采用拉乌尔定律及道尔顿分压定律求解。 已知理想溶液 yA?0.45,则yB?1?yA?1-0.45?0.55

oo根据拉乌尔定律 pA?pAxA ，pB?pBxB

道尔顿分压定律 pA?pyA ，则有 xA?pB?pyB

pyApyB, x?BoopApB因为 xA?xB?1

AB??1 所以 p?o?0??p?ApB??yy?0.450.55?即 p?????1

?145125?可解得 p=133.3 kPa 则液相组成 xA?pyA133.3?0.45??0.414 o145pAxB?1?xA?1?0.414?0.586

物料衡算、热量衡算及操作线方程

3．某混合液含易挥发组分0.25，在泡点状态下连续送入精馏塔。塔顶馏出液组成为0.96，釜液组成为0.02（均为易挥发组分的摩尔分数），试求： (1)塔顶产品的采出率D/F；

(2)当R=2时，精馏段的液汽比L/V及提馏段的汽液比V/L； 解：（1）塔顶产品的采出率

''DxF?xW0.25?0.02???0.245 FxD?xW0.96?0.02（2）对精馏段，由于L?RD，V?(R?1)D，所以

LR2???0.667 VR?12?1对提馏段，由于泡点进料，故q=1

且 L'?L?qF?RD?F ， V'?V??1?q?F?V??R?1?D

V'?R?1?D?R?1?D/F?2?1??0.245???0.493 所以 '?RD?FRD/F?12?0.245?1L4．在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，原料液流量为100kmol/h，组成为0.3（易挥发

组分摩尔分率），其精馏段和提馏段操作线方程分别为y?0.8x?0.172和y?1.3x?0.018， 试求馏出液和釜液流量。 解：由精馏段操作线斜率得

R?0.8 R?1故 R?4

由精馏段操作线的截距得

xD?0.172 R?1故 xD?0.86（摩尔分数）

xW由提馏段操作线方程和对角线方程联立解得

xW?对全塔作物料物料衡算得

0.018?0.06

1.3?1D?W?F?100

0.86D?0.06W?100?0.3

所以 D?30kmol/h

W?70kmol/h

5．用板式精馏塔在常压下分离苯－甲苯溶液，塔顶为全凝器，塔釜用间接蒸汽加热，相对挥发度??3.0，进料量为100kmol/h，进料组成xF?0.5（摩尔组成），饱和液体进料，塔顶馏出液中苯的回收率为0.98，塔釜采出液中甲苯回收率为0.96，提馏段液气比

L'/V'?5/4,求：

⑴塔顶馏出液组成xD及釜液组成xW. ⑵写出提馏段操作线方程。 解：⑴依题意知：

?D?DxDDxD??0.98 FxF100?0.5W(1?xW)W(1?xW)??0.96

F(1?xF)100?(1?0.5) D?W?F

?W?DxD?WxW?100?0.5

由上式方程解得

xD?0.961，xW?0.020 D?51kmol/h， W?49kmol/h ⑵提馏段操作线方程为

ym?1依题意，L/V?5/4 所以有

'''L'W?'xm?'xW VVL?qF5?，由于q?1，V'?V?(R?1)D，故有 '4V

RD?F5?

(R?1)D4即 解得回流比R?2.84,因此有

51R?1005?

(R?1)?514 V?V?(R?1)D?3.84?51?195.84kmol/h

所以提馏段操作线方程为

'ym?1'L'W549?'xm?'xW?xm??0.020?1.25xm?0.005

4195.84VV6．某精馏塔分离A、B混合液，以饱和蒸汽加料，加料中含A和B各为50%（摩尔分数），处理量为每小时100kmol，塔顶，塔底产品量每小时各为50kmol。精馏段操作线方程为：

y?0.8x?0.18，间接蒸汽加热，塔顶采用全凝器，试求：

(1)塔顶、塔釜产品液相组成； (2)全凝器中每小时的蒸汽冷凝量； (3)塔釜每小时产生的蒸汽量； (4)提馏段操作线方程。

解： （1）塔顶、塔釜产品液相组成 由精馏段操作线方程y?0.8x?0.18，可得：

R?0.8， 所以 R=4 R?1

xD?0.18 得 xD?0.9 R?1又由物料衡算FxF?DxD?WxW，可得

xW?FxF-DxD100?0.5?50?0.9??0.1

W50（2）全凝器中每小时蒸汽冷凝量V

V??R?1?D??4?1??50?250kmol/h （3) 塔釜每小时产生的蒸汽量V′

V?V?F?250?100?150kmol/h （4)提馏段操作线方程：

'由于L?L?qF 且 q?0

'所以 L?L?RD?50?4?200kmol/h 故提馏段操作线方程为

ym?1精馏设计型计算

''L'W20050?'xm?'xW?xm??0.1?1.33xm?0.033

150150VV7．用一连续精馏塔分离由组分A、B所组成的理想混合液。原料液和馏出液中含组分A的

含量分别为0.45和0.96（均为摩尔分数），已知在操作条件下溶液的平均相对挥发度为2.3，

最小回流比为1.65。试说明原料液的进料热状态，并求出q值。

解：由最小回流比的定义知，平衡线与精馏段操作线的交点也必是q线与平衡线的交点。由题知平衡方程为

y?精馏段操作线方程为

?x2.3x ?1?(??1)x1?1.3xy?RminR111.650.96x?xD??xD?x??0.623x?0.362R?1R?1Rmin?1Rmin?11.65?11.65?1联立上面两式，解得

xq?0.417，yq?0.622

因xq?xF,yq?xF,故原料液的进料热状况为汽液混合物。 由q线方程得

y?xqx?F q?1q?1即 0.622?q0.45?0.417? q?1q?1解得 q=0.839 操作型计算

8．一精馏塔有5块理论板（包括塔釜），含苯摩尔分数为0.5的苯-甲苯混合液预热至泡点，连续加入塔的第3块板上，采用回流比R=3，塔顶产品采出率D/F=0.44，物系的平均相对挥发度为2.47。求操作可得的塔顶和塔底产品组成xD,xW。 （提示：可设xW?0.194作为试差初值） 解：对全塔进行物料衡算，有

F?D?W

FxF?DxD?WxW 得 xD?设 xW?0.194，则xD?精馏段操作线方程

xF?xW?xW

D/F0.5?0.194?0.194?0.889

0.44y?R130.889x?xD?x??0.75x?0.222 R?1R?13?13?1提馏段操作线方程为

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