例题与习题 下载本文

PB0?304.79mmHg?40.63kPa0PAxA?PB0xB?105.15?0.95?40.63?0.05 =101.92kPa(接近常压) 所以假设泡点81.3℃可接受

0PA105.15?AB?0??2.59P40.63B

塔釜:总压仍接近为常压,xA = 0.05, xB = 0.95

设釜液泡点t = 108.3℃

1211

?3.226108.3?220.8

0logPA?6.906?

PA 0 = 1682.67mmHg = 224.28kPa

1345 logPB0?6.955??2.852 108.3?219.5

PB0 = 711.12mmHg = 94.80kPa

∵ PA0xA + PB0xB = 224.28 ? 0.05 + 94.80 ? 0.95 = 1 01.27kPa ∴ 塔釜泡点 t = 108.3℃

由本例计算可知,在操作总压一定时,理想溶液的相对挥发度随液体泡点升高而减小。 例2. 含乙烷0.65、丙烷0.35(均为mol%)的饱和气体被冷凝至0℃,问总压为多大,混合物可达到如下状态:

(1)饱和液体;

(2)一半气体、一半液体。

设乙烷与丙烷混合物为理想物系,乙烷与丙烷在0℃的饱和蒸汽压为2.614MPa及482.2kPa。

解:(1)在总压和温度一定时饱和气体冷凝成饱和液体,组成不变

则 xA = 0.65 xB= 0.35

P = PA0xA + PB0xB

= 2.614 ? 0.65 + 0.4822 ? 0.35 = 1.868MPa

(2)当冷凝至汽、液相各占一半时,形成汽、液平衡。如图:

?AB0PA224.28?0??2.37PB94.80

yA?0.65qn,F,L??10.65?xAqn,F,V

yA=1.3 - xA

yA?

又:

?xA1?(??1)xA 例题 2 附图

p?2.614A?????5.420.4822pB

1.3?xA?则:

5.42xA1?4.42xA

xA = 0.47 xB = 1- 0.47 = 0.53

P = PA0xA + PB0xB = 2.614 × 0.47 + 0.4822 × 0.53 = 1.484MPa

例3. 苯与甲苯的混合物中含苯40%(mol%, 下同),流量为100kmol·h-1。采用连续精馏操作,在常压下加以分离,要求塔顶产品浓度为0.9,苯的回收率不低于90%,原料预热至20℃加入塔内。塔顶设有全凝器,液体在泡点下回流,回流比取最小回流比的1.5倍。已知在操作条件下?AB = 2.47,求:

(1)精馏段、提馏段操作线方程; (2)精馏段、提馏段内物料的循环量; (3) 自上而下的第二板上升蒸汽组成

(附:原料液的泡点温度为95℃,平均比热容为158.9J·mol-1·K-1,汽化潜热为32600J·mol-1)。

qn,D?解:

?qn,F?xfxd?0.9?100?0.4?40kmol?h?10.9

qn,W = qn,F - qn,D = 100 - 40 = 60kmol·h-1

xw?qn,F?xf?qn,D?xdqn,W?100?0.4?40?0.9?0.066760

(1)20℃时进料热状态参数:

??

r?Cp(tb?tf)r32600?158.9?(95?20)??1.36632600

如右图,?线与平衡线交点为e。交点坐标(xq, yq)同时满足:

yq?2.47xq1?(2.47?1)xq

yq????1??1 1.3660.4?xq?1.366?11.366?1

xq?xf?3.732xq?1.093联立解得 xq = 0.4789

yq = 0.6943 例题 3 附图

yd?yq0.9?0.6943Rm???0.488Rm?1yd?xq0.9?0.4789

Rm = 0.954 R = 1.5 × 0.954 =1.431 精馏段操作线方程:

yn?1?

Rxxn?dR?1R?11.4310.9?xn??0.5886xn?0.37021.431?11.431?1

(2)塔内气、液相量:

qn,V = (R+1)qn,D = (1.431+1 ) ? 40 = 97.24kmol·h-1 qn,L = Rqn,D = 1.431? 40 = 57.244kmol·h-1

qn,L'= qn,L + ?qn,F = 57.24 +1.366 ?100 = 193.8 44kmol·h-1 qn,V'= qn,V - (1-?) qn,F = 97.24 - (1-1.366) ? 100 = 133.844kmol·h-1 提馏段操作线方程:

ym?1?

q/n,Lqn,V?xm?qn,Wqn,Vxw

193.8460xm??0.0667133.84133.84

?1.448xm?0.0299

(3)塔顶为全凝器,所以 y1 = xd = 0.9 2.47x10.9?x1?0.7851?1.47x1 y2= 0.5886x1 + 0.3702

= 0.5886 × 0.785 + 0.3702 = 0.8323

习 题

1. A、B二组分在80℃时的饱和蒸气压分别为180.4kPa和47.3kPa。试求由0.4A和0.6B(均为mol%)组成的混合液在80℃时各组分的平衡分压、系统的总压及平衡蒸汽组成(视A、B溶液为理想溶液)。

2. 苯、甲苯混合物是理想物系,纯组分的蒸汽压为:

0lgPA?6.91210?1214.645t?221.205苯:

甲苯:

lgPB0?6.95508?1345.087t?219.616式中P0的单位是mmHg,t为℃。试求:

(1)塔顶蒸汽的温度为82℃,蒸汽组成为含苯95%(mol%)时的塔顶总压。 (2)塔的操作压强为99572Pa,温度为107℃时塔釜液的组成。

(3)已知进料中含苯50%(mol%)。若为泡点进料,应加热到什么温度(P = 99572Pa)? 3. 在压力为101.33KPa下,正庚烷与正辛烷物系的平衡数据如下: 温度(℃) 98.4 105 110 115 120 125.6 液相中正庚烷的摩尔分率x 1.0 0.656 0.487 0.311 0.157 0.0 气相中正庚烷的摩尔分率y 1.0 0.810 0.673 0.491 0.280 0.0 试求:(1)正庚烷组成为0.4(mol%)时,该溶液的泡点温度及其平衡蒸汽的瞬间组成。 (2)将该溶液加热至115℃时,溶液处于什么状态?各项的组成为若干? (3)将该溶液加热到什么温度才能汽化为饱和蒸汽?这时蒸气的组成如何? 4. 总压为303.3kPa(绝对)下,含丁烷0.80, 戊烷0.20(摩尔分率)的混合蒸汽冷凝至40℃,所得汽、液两相互成平衡。求液相和汽相量(物质的量)之比。

已知丁烷(A)和戊烷(B)的混合物是理想物系,40℃下纯组分的饱和蒸汽压分别为:PA0=373kPa, PB0 = 117kPa。

5. 有一连续操作的乙醇精馏塔,每小时送入30%(重量%,下同)的乙醇3kg,从塔顶蒸出的蒸汽,含乙醇80%通入一冷凝器全部冷凝,所得液体一部分作为产品,其余部分回流入塔内。回流量与产品重量之比为2 :1,从塔底取出的残液中含乙醇1%。因浓度很稀,放入地沟废弃。试求:

(1)每小时的产量及随残液损失的乙醇量; (2)每小时送入冷凝器的蒸汽量;