第六章精馏作业答案

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tPoA丙醇19314.137574414.6lgtPoB式中，t为温度，℃。解：(1)当t=80℃时，甲醇258.286.23899.157419736.7lgtPoA1.181oAP(KPa)丙醇70.119314.137574414.6lgtPoB??????9.50oBP(KPa)又∵液相组成5.09.501.1819.50pPPPPxoBoAoB∴所求的总压116p(kPa)∴汽相平衡组成PxPyoA1161.1815.078.0(2)总压oBoAPPP6.04.033.101联立Antoine方程可解得汽液平衡温度Cto6.79，可得：甲醇饱和蒸汽压53.178oAP(KPa)丙醇饱和蒸汽压07.50oBP(KPa)∴汽液组成为pxPyoA33.10153.1784.0705.0(3)∵液相组成6.0x，汽相组成84.0y∴PPPoBoA4.06.0，PPoA84.06.0联立二式可求得27oBoAPP即oBoAoBoAPPPTPlg27lglg2即19314.137574414.627lg86.23899.157419736.7tt∴平衡温度t总压P6-7.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oAPKPa，93.50oBPKPa又∵相对挥发度oBoAPPa∴80℃时，甲醇和丙醇的相对挥发度56.393.501.181a(2)∵甲醇分压oAAxPP，丙醇分压oBBPxP)1(，总压BAPPP∴甲醇分压55.901.1815.0AP(KPa)丙醇分压465.2593.50)5.01(BP(KPa)∴总压BAPPP465.2555.90015.116(KPa)∴汽相组成PPyA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＝DL＝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hKmolDLV1000，回流比5.1DLR∴馏出液流量hKmolD400，精馏段下降流量hKmolL600(2)又∵原料液苯组成28.0Fx，馏出液组成98.0Dx，釜液组成03.0wx而03.098.003.028.0wDwFxxxxFD∴进料量1520F(hKmol)∴塔釜釜液采出量1120DFW(hKmol)(3)∵饱和液体进料1q∴提馏段下降液体流量21201520600'FLL(hKmol)∴上升蒸汽流量1000'VV(hKmol)(4)当Cto82时，依Antonine方程得03.279.220033.121103055.6lgtPoA6189.1482.2198.134407954.6lgtPoB可求得A，B在Cto82时的饱和蒸汽且分别为391.107oAP(KPa)579.41oBP(KPa)∴塔顶的操作压为oBAoAAPxPxP)1(579.4102.0391.10798.007.106(KPa)6-12.在101.325kPa下连续操作的精馏塔中分离甲醇－水溶液。进料流量为100kmol／h，进料中甲醇的组成为0.3(摩尔分数)，馏出液流量为50kmol／h。回流比R＝2。甲醇－水汽掖相平衡数据，见附录。试求：(1)进料液体为40℃时进料热状态参数q值。并计算精馏段及提馏段的下降液体流量及上升蒸气流量；(2)若进料为汽液混合物，汽液比为7：3，试求q值。解：(1)∵甲醇的摩尔质量KmolKgM321，水的摩尔质量KmolKgM182∴进料液的摩尔质量187.0323.0M2.22(KmolKg)∴进料流量504.42.22100F(hKmol)∵当3.0Fx时，泡点Ctob78，故进料温度低于泡点的冷液又∵Ctob78时，KmolKJr36167)(甲醇，KmolKJr41592)OH(2＝∴平均摩尔汽化热)()(27.03.0OHrrr甲醇39965(KmolKJ)又∵平均温度Cto5924078时kKmolKJCP57.85)(甲醇，KKmolKJCOHP37.75)(2∴平均摩尔热容7.03.0)H()(2OPPPLCCC甲醇48.78(KKmolKJ)∵进料热状态参数rttCqFbP)(139965)4078(48.781074.1∵馏出液流量hKmolD50，2DLR∴精馏段下降流量RDL502100(hKmol)提馏段下降流量qFLL'504.4074.110084.104(hKmol)精馏段上升蒸汽流量DLV50100150(hKmol)提馏段上升蒸汽流量)1('qVV074.0504.415033.150(hKmol)(2)∵汽液比为7:3∴37FFLV又∵FFVLF∴3.0103FLqF6-13.在一常压下连续操作的精馏塔中分离某双组分溶液，该物系的平均相对挥发度α＝2.92。（1）离开塔顶第二理论板的液相组成2x＝0.75(摩尔分数)，试求离开该板的汽相组成2y；(2)从塔顶第一理论板进入第二理论板的液相组成1x＝0.88(摩尔分数)，若精馏习题6-13附图段的液－汽比L／V为2／3，试用进、出第二理论板的汽液两相的物料衡算计算从下面第三理论板进入第二理论板的汽相组成。（如习题6-13附图所示)；(3)若为泡点回流，试求塔顶回流比R；(4)试用精馏段操作线方程计算馏出液组成Dx。解：(1)平均挥发度92.2a，第二理论板的液相组成75.02x∴离开液板的汽相组成222)1(1xaaxy)192.2(175.092.2898.0(2)∵88.01x，由物料衡算可得：2231yVxLyVxL)()(3221yyVxxL322132xxyyVL代入数据可解得：从下面第三理论板进入第二理论板的汽相组成811.03y(3)∵液气比32DLLVL∴回流比2DLR(4)∵回流比2R∴33211yDDxxRxxRR＝又∵当88.0x时，0898..0y代入上式可求得馏出液组成934.0Dx6-14.在一连续操作的精馏塔中分离某双组分溶液。进料组成为0.3，馏出液组成为0.95，釜液组成为0.04，均为易挥发组分的摩尔分数。进料热状态参数q＝1.2，塔顶液相回流比R＝2。试写出本题条件下的精馏段及提馏段操作线方程。解：依题意得进料组成3.0Fx，馏出液组成95.0Dx，釜液组成04.0wx，进料热状态参数2.1q，塔顶液相回流比2R又∵精馏段32.067.0395.03211xxRxxRRyD提馏段48.165.091.02..065.026.03)1()1('FDwDFDwFxxxxqxxxxRR∴其操作线方程027.067.148.101.048.148.2''1'xxRxxRRyw6-15.某连续操作的精馏塔，泡点进料。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试求塔顶液体回流比R、馏出液组成、塔釜汽相回流比R′、釜液组成及进料组成。解：依题意得∵精馏段172.08.011xRxxRRyD解得8.01RR(1)172.01RxD(2)联立(1)，(2)解得4R86.0Dx提馏段018.03.1''1'xRxxRRyw解得3.1'1'RR(3)018.0'Rxw(4)联立(3)，(4)解得33.3'R060.0wx∵泡点进料1q33.386.006.086.0086.0060.03'FFFxxxR解得38.0Fx∴所求的塔顶回流比4R馏出液组成86.0Dx塔釜汽相回流比33.3'R釜液组成060.0wx进料组成48.0Fx6-18.想用一常压下连续操作的精馏塔分离苯的质量分敷为0.4的苯－甲苯混合液。要求馏出液中苯的摩尔分数为0.94，釜液中苯的摩尔分数为0.06．塔顶液相回流比R＝2，进料热状态参数q＝1.38，苯－甲苯溶液的平均相对挥发度α＝2.46。试用逐板法计算理论板数及加料板位置。解：依题意得馏出液中苯的摩尔分数94.0Dx，釜液中苯的摩尔分数为06.0wx，塔顶液相回流比2R，进料热状态参数38.1q，苯－甲苯溶液的平均相对挥发度46.2a∵苯的摩尔质量KmolKgM781甲苯的摩尔质量KmolKgM922∴进料中苯的摩尔分数440.0926.0784.0784.0Fx又∵相平衡方程xxaaxy46.1146.2)1(1(1)精馏段操作线方程394.03211xRxxRRyD(2)而9488.244.094.006.094.038.044.094.006.044.03'R提馏段操作方程9488.206.09488.29488.3''1'xRxxRRyw(3)利用上述(1)，(2)，(3)方程按mmDxyxyxyx2)1(2)2(1)1(1当Fmxx或Fmxy时，按Nmmmxxyx1)1(1)3(当wNxx时，计算结束。求得下表塔板序号xy塔板序号xy10.8640.9470.3020.51620.7650.88980.2030.38530.6550.82490.1200.25140.5490.750100.06220.14050.4630.6790.0266Xw60.4010.622∴完成分离任务需10块理论板，精馏段5块，在第5与第6块塔板间进料6-22.用常压下操作的连续精馏塔分离苯－甲苯混合液。进料中含苯0.4摩尔分数，要求馏出液含苯0.97摩尔分数。苯－甲苯溶液的平均相对挥发度为2.46。试计算下列两种进料热状态下的最小回流比：(1)冷液进料，其进料热状态参数q1.38；(2)进料为汽液混合物，汽液比为3：4。解：依题意得：4.0Fx，97.0Dx，46.2a(1)冷液进料，q1.38时PPPPPxxxaaxy46.1146.2)1(1(1)053.1631.338.04.038.038.111PPFPPxxqxxqqy(2)联立(1)，(2)可求得4819.0Px，696.0Py∴最小回流比