化工原理习题解答（第六章）

第6章 蒸馏

6-1.苯（A）和甲苯（B）的饱和蒸气压数据为 苯的饱和蒸气压t/0C 甲苯的饱和蒸?气压pB/kPa p?A/kPa 80.2 101.33 39.99 84.1 113.59 44.4 88.0 127.59 50.6 92.0 143.72 57.6 96.0 160.52 65.66 100 179.19 74.53 104 199.32 83.33 108 221.19 93.93 110.4 233.05 101.33 根据上表数据作101.33kPa下苯和甲苯溶液的t?y?x图及y?x图。此溶液服从拉乌尔定律。

解：xA?

P?PB000PA?PBP；yA?AxA

P0t/0C 80.2 84.1 88.0 92.0 96.0 100 104 108 110.4 xA 1.0 0.823 0.659 0.508 0.376 0.256 0.155 0.058 0 yA 1.0 0.925 0.83 0.72 0.596 0.453 0.304 0.123 0 1.0x(y)0.80.60.40.20.080859095100105110t/C0

1.00.8y0.60.40.20.00.00.20.40.60.81.0x6-2．利用习题6-1的数据 （1）计算相对挥发度?。（2）写出平衡方程式。 （3）算出y?x的一系列平衡数据与习题1作比较。 （答：（1） ??2.44， （2）y?解：⑴??

2.44x）

1?1.44xPAPB00，

t/0C 80.2 84.1 88.0 92.0 96.0 100 104 108 110.4 ??? 2.53 2.56 2.52 2.50 2.44 2.40 2.39 2.36 2.30 xA 1.0 0.823 0.659 0.508 0.376 0.256 0.155 0.058 0 yA 1 0.919 0.825 0.716 0.595 0.456 0.309 0.131 0 2.53?2.56?2.52?2.50?2.44?2.40?2.39?2.36?2.30?2.44

2?x2.44x? ⑵y?

1????1?x1?1.44x ⑶由?计算所得的一系列y、x值与习题6-1之值很接近。

6-3．将含24%（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含95%易挥发组分，釜液含3%易挥发组分。送至冷凝器的蒸气量为850kmol?h?1，流入精馏塔的回流液量为670kmol?h?1。试求：

（1）每小时能获得多少kmol的馏出液？多少kmol的釜液？

L（2）回流比R? 为多少？

D?1?1 (答：D?180kmol?h ， W?608.6kmol?h；R?3.72 ) 解：V?L?D，

D?V?L?850?670?180kmol?h?1，

L670??3.72， D180 F?D?W?180?W，

FxF?DxD?WxW即0.24F?0.95?180??F?180??0.03，

R? 解得：F?788.6kmol?h?1，

W?F?D?788.6?180?608.6kmol?h?1。

6-4．有10000kg?h?1含物质A（摩尔质量为78kg?kmol?1 ）0.3（质量分数，下同）和含物质B（摩尔质量为90kg?kmol?1 ）0.7的混合蒸气自一连续精馏塔底送入。若要求塔顶产品中物质A的组成为0.95，釜液中物质A的组成为0.01。试求：（1）进入冷凝器底蒸气流量为多少？以摩尔流量表示。（2）回流比R为多少？

(答：（1）V?116kmol?h?1 ; (2) R?1.96 )

解：F?D?W，

FxF?DxD?WxW， ?D?3085.1kg?h?1，

0.95/78?0.956，

0.950.05?78900.3/78?0.33， xF?0.30.7?7890MD?0.956?78?0.044?90?78.53， MF?0.33?78?0.67?90?86.11，

10000V??116kmol?h?1，

86.113085.1D??39.28kmol?h?1，

78.53V116V?(R?1)D?R??1??1?1.96。

D39.28 xD?6-5．某连续精馏塔，泡点加料，已知操作线方程如下：

精馏段 y?0.8x?0.172 提馏段 y?1.3x?0.018

试求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。

（答： xf?0.38 ；xd?0.86 ；xW?0.06 ；R?4 ） 解：精馏段操作线的斜率为 ?R?4；

精馏段操作线的截距为

R?0.8， R?1xD?0.172。 R?1 ?xD?0.86；

提馏段操作线在对角线的坐标为： yW?x?xW，

?xW?1.3xW?0.018，

?xW?0.06；

泡点进料，q线为垂直线，两操作线交点的横坐标为xF， y?0.8xF?0.172， y?1.3xF?0.018， ?xF?0.38。

6-6．要在常压操作的连续精馏塔中把含0.4苯及0.6甲苯的溶液加以分离，以便得到含0.95苯的馏出液和0.04苯（以上均为摩尔分数）的釜液。回流比为3，泡点进料，进料量为100kmol?h?1。求从冷凝器回流入塔顶的回流液的流量及自釜升入塔底的蒸气的流量。 （ 答： L?118.68kmol?h?1；V?158.24kmol?h?1 ）

解：由F?D?W、FxF?DxD?WxW，

xF?xW0.4?0.04?100?39.56kmol?h?1，

xD?xW0.95?0.04?1 L?RD?3?39.56?118.68kmol?h，

V??V?(R?1)D?4?39.56?158.24kmol?h?1。

6-7．在连续精馏塔中将甲醇30%（摩尔分数，下同）的水溶液进行分离，以便得到含甲醇95%的馏出液及3%的釜液。操作压力为常压，回流比为1.0，进料为泡点液体，试求

解得：D?F理论板数及加料位置。常压下甲醇和水的平衡数据如下：

液相中甲醇的摩尔分数 气相中甲醇的摩尔分数 t/0C/% /% 100 0.0 0.0 96.4 2.0 13.4 93.5 4.0 23.4 91.2 6.0 30.4 89.3 8.0 36.5 87.7 10.0 41.8 84.4 15.0 51.7 81.7 20.0 57.9 78.0 30.0 66.5 75.3 40.0 72.9 73.1 50.0 77.9 71.2 60.0 82.5 69.3 70.0 87.0 67.6 80.0 91.5 66.0 90.0 95.8 65.0 95.0 97.9 64.5 100.0 100.0 （答：NT?8;6块板进料 ）

解：x?xD，y?xD在y?x图上得a点， 精馏段截距

在y?x图上得c点，连接ac得精馏段操作线， 过x?xF做垂直线与精馏段操作线的交点d， 当x?xW时，提馏段操作线y?xW 对角线上b点，

在平衡线与操作线间作梯级，塔内理论板数为八块，加料板为第六块。（图略） 6-8．用一连续精馏塔分离苯－甲苯混合液，原料中含苯0.4，要求塔顶馏出液中含苯

00.97，釜液中含苯0.02（以上均为摩尔分数），若原料液温度为25C，求进料热状态参

xD0.95??0.475， R?11?1数q为多少？若原料为气液混合物，气液比为3/4，q值为多少？ （ 答：q?1.35 ；q?0.57 ） 解：xF??A/MA0.4/78??0.44，

?A/MA??B/MB0.4/78?0.6/92 泡点为95?C，

H?hFr?h?hFr?cp(tb?t)??

H?hrr 查得：r苯?30724.2kJ?kmol?1，

q? r甲苯?32200kJ?kmol，

?r?0.4r苯?0.6r甲苯?31609.7kJ?kmol，

?1?125?95?60?C， 2?1?1 查得60?C苯的比热为cp?143.5kJ?kmol?K，

平均温度：

甲苯的比热为cp?169.3kJ?kmol?K， ?cp?0.4?143.5?0.6?169.5?159.1kJ?kmol?K， q??1?1?1?131609.7?159.1(95?25)?1.35；

31609.74?0.57。 7 气液混合物： q?汽化率?6-9．某液体混合物含易挥发组分0.65（摩尔分数，下同），以饱和蒸汽加入连续精馏

?1塔中，加料量为50kmol?h，残液组成为0.04，塔顶产品的回收率为99%，回流比为3，试求：（1）塔顶、塔底的产品流量；（2）精馏段和提馏段内上升蒸汽及下降液体的流量；（3）写出精馏段和提馏段的操作线方程。

(D?41.875 , W?8.125 , V?167.5 , L?125.625 , V??117.5 L??125.625 以上单位均为kmol?h?1,y?0.75x?0.1925,y?1.07x?0.03)

DxD解：⑴根据回收率的定义有：??，

FxF 又?FxF?DxD?WxW，

WxW?1??， ?FxFFxF(1??)50?0.65?(1?0.99)??8.125kmol?h?1， 则W?xW0.04 ?D?F?W?50?8.125?41.875kmol?h；

⑵根据回流比的定义R?L/D有：

?1 L?RD?3?41.875?125.625kmol?h，

又?V?L?D?(R?1)D?(3?1)?41.875?167.5kmol?h，

因为进料为饱和蒸气q?0，所以提馏段上升蒸气和下降的液流量如下： V??V?(1?q)F?167.5?(1?0)?50?117.5kmol?h， L??L?qF?125.625?0?50?125.625kmol?h； ⑶由回收率定义得：

?1?1?1?1

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