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1、第六章 蒸馏作业1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 解：（查例1-1附表可得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压PA0，PB0，由于总压P = 99kPa，则由x = (P-PB0)/(PA0-PB0)可得出液相组成）以t = 80.1为例 x = (P-PB0)/(PA0-PB0)=（99-40）/（101.33-40）= 0.962同理得到其他温度下液相组成如下表t（） 80.1 85 90 95 100 105x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11根据表中数
2、据绘出饱和液体线即泡点线t-x图.由图可查得当x = 0.5时，相应的温度为924.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解：简单蒸馏由ln(W/F)=xxF dx/(y-x) 以及气液平衡关系y = 0.46x + 0.549得 ln(W/F)=xxF dx/(0.549-0.54x) = 0.54ln(0.549-0.54xF)/(0.549-0.54x) 汽化率1-q = 1/3，则 q = 2/3 即 W/F
3、= 2/3 ln(2/3) = 0.54ln(0.549-0.540.6)/(0.549-0.54x) 解得 x = 0.498 代入平衡关系式y = 0.46x + 0.549 得 y = 0.804平衡蒸馏 由物料衡算 D + W = F FxF = Wx + Dy 将W/F = 2/3代入得到 xF = 2x/3 + y/3 代入平衡关系式得x = 0.509 再次代入平衡关系式得 y = 0.7835.在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。已知原料液流量为4000kg/h，组成为0.3（二硫化碳的质量分数，下同）。若要求釜液组成不大于0.05，馏出液回收率为88。试求馏
4、出液的流量和组成，分别以摩尔流量和摩尔分数表示。解：由馏出液回收率 = DxD/FxF = 88 得馏出液的质量流量 DxD = FxF 88 = 40000.30.88 = 1056kg/h结合物料衡算 D + W = F FxF = WxW + DxD得xD = 0.943 馏出液的摩尔流量 D=1056/(760.943) = 14.7kmol/h 以摩尔分率表示馏出液组成 xD = (0.943/76)/(0.943/76)+(0.057/154) = 0.978.某连续精馏操作中，已知操作线方程式为：精馏段 y = 0.723x + 0.263；提馏段y = 1.25x 0.0187
5、。若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液、馏出液和釜残液的组成及回流比。解：露点进料 q = 0 精馏段 y = 0.723x + 0.263 ，过（xD ，xD）点，xD = 0.949提馏段 y = 1.25x 0.0187 ，过（xW ，xW）点，xW = 0.0748精馏段与y轴交于0 ，xD/（R+1） 即 xD/（R+1）= 0.263 R = 2.61联立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为（0.5345，0.6490） xF = 0.649或另解：9.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0.9，塔底釜残
6、液组成为0.1，回流比为2.0，试求理论板层数和加料板位置。苯-甲苯平衡数据见例1-1。解：常压下苯-甲苯相对挥发度= 2.46 精馏段操作线方程 y = Rx/（R+1）+xD/(R+1)= 2x/3 + 0.9/3 = 2x/3 + 0.3y1 = xD = 0.9 , 由平衡关系式 y = x/1 +(-1)x 得x1 = 0.7853 再由精馏段操作线方程 y = 2x/3 + 0.3 得y2 = 0.8236 依次得到 x2 = 0.6549 y3 = 0.7366x3 = 0.5320 y4 = 0.6547x4 = 0.4353 x4 xF = 0.5 x3精馏段需要板层数为3块
7、 提馏段操作线方程 y = Lx/（L-W）- WxW/（L-W） 饱和液体进料 q = 1 L/（L-W）= （L+F）/V = 1 + W/（3D）由物料平衡 D + W = F FxF = WxW + DxD代入数据可得 D = W L/（L-W）= 4/3 W/（L-W）= W/（L+D）= W/3D = 1/3 即提馏段操作线方程 y = 4x/3 0.1/3 x1= x4 = 0.4353 ,y2= 0.5471 由平衡关系式 y = x/1 +(-1)x 得 x2 = 0.3293依次可以得到y3= 0.4058 x3 = 0.2173 y4= 0.2564 x4 = 0.122
8、9 y5= 0.1306 x5 = 0.0576 x5 xW = 0.1 x4 提馏段段需要板层数为4块理论板层数为 n = 3 + 4 + 1 = 8 块（包括再沸器）加料板应位于第三层板和第四层板之间12.在连续精馏塔中分离某组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同）的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为96。若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79，试求：（1）操作回流比和最小回流比；（2）若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少？解：（1）在
9、塔顶满足气液平衡关系式 y = x/1 +(-1)x 代入已知数据 0.95 = 0.88/1 + 0.88(-1) = 2.591 第一块板的气相组成 y1 = 2.591x1/（1 + 1.591x1） = 2.5910.79/（1 + 1.5910.79）= 0.907在塔顶做物料衡算 V = L + D Vy1 = LxL + DxD 0.907（L + D）= 0.88L + 0.95D 或y1=Rx0/(R+1)+xD/(R+1) L/D = 1.593即回流比为 R = 1.593由式Rmin = (xD- xq)/(yq-xq)= (xD/xq)-(1-xD)/(1-xq)/（
10、-1）泡点进料 xq = xF Rmin = 1.031（2）回收率DxD/FxF = 96得到F = 1000.95/（0.50.96）= 197.92 kmol/h15.在连续操作的板式精馏塔中分离苯-甲苯混合液。在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为 0.28、0.41和0.57，试求三层板中较低的两层的单板效率EMV 。操作条件下苯-甲苯混合液的平衡数据如下： x 0.26 0.38 0.51 y 0.45 0.60 0.72解：假设测得相邻三层板分别为第n-1层、第n层、第n+1层，即 xn-1 = 0.28 xn = 0.41 xn+ 1 = 0.57 根据回流条件 yn+1
11、= xn yn = 0.28 yn+1 = 0.41 yn+2 = 0.57 由表中所给数据 = 2.4与第n层板液相平衡的气相组成 yn* = 2.40.41/（1+0.411.4）= 0.625与第n+1层板液相平衡的气相组成 yn+1* = 2.40.57/（1+0.571.4）= 0.483由EMV = （yn-yn+1）/（yn*-yn+1） 可得第n层板气相单板效率 EMVn = （xn-1-xn）/（yn*-xn）= （0.57-0.41）/（0.625-0.41） = 74.4 第n+1层板气相单板效率 EMVn+1 = （xn-xn+1）/（yn+1*-xn+1） = （0.41-0.28）/（0.483-0.28） = 64