[理学]化工原理精馏计算题.doc

第二部分 计算题示例与分析 4-93 已知某精馏塔塔顶蒸汽的温度为80，经全凝器冷凝后馏出液中苯的组成 为0.90，甲苯的组成为0.10（以上均为轻组分A的摩尔分数），试求该塔的操作压强。 溶液中纯组分的饱和蒸汽压可用安托尼公式计算，即 式中苯和甲苯的常数为 组 分 A B C 苯 6.898 1206.35 220.24 甲苯 6.953 1343.94 219.58 分析： 求塔内操作压强即是求塔内蒸汽总压,因此体系为理想体系，可通过道尔顿分压定律 及拉乌尔定律求得。 解：利用安托尼公式分别计算80℃时苯与甲苯两种纯组分饱和蒸气压，即 由于全凝器中，进入塔顶的蒸气与已冷凝的馏出液组成相同，则 由道尔顿分压定律 解得 苯与甲苯的混合溶液在总压下经单级釜进行闪蒸，气化率为，若溶液中苯的组成为，蒸馏后，闪蒸罐顶产物和罐底产物的组成各为多少？操作压力增大１倍时，两产物的组成有何变化？ 分析：闪蒸即平衡蒸馏，蒸馏后罐顶产物与罐底产物实质是处于平衡状态的气液两相，其组成应既满足物料平衡关系又满足相平衡关系。 　　　解：（１）由物料衡算式 　　　　　 （a） 及　　 (b) 和　　　　　 (c) 用试差法解以上３式，即可求得罐底组成，罐底组成及平衡温度。 当时，设℃，求得苯与甲苯的饱和蒸气压各为 　　　　 　　　　　 　　　　 　　　　　　 罐底残液组成 　 罐顶产物组成 将已知残液百分率，料液组成和罐底组成代入（ａ）式，得 - 可见3式均满足，故假设的温度成立。 （2）当操作压强增大1倍时，仍用上述3式试差设℃，可得 则 验证 两数接近，假设成立。 从结果看，残液浓度有所增加，而蒸气组成都有所降低。显然是分离效果随压强的增大而变差。故在气化率不变的前提下，平衡蒸馏时，操作压强越低，分离越好。这是因为当压强増高时，系统的相对挥发度降低的原因所致。 采用二级平衡闪蒸法分离正庚烷与正辛烷混合液，流程如图解4-7。 已知原料组成为0.42（庚烷的摩尔分数），塔A的气化率 为24.6%, 塔B的气化率为59.0%，若两塔的操作压力均为,求B塔底产品组成。 分析：因为正庚烷与正辛烷组成的混合液近似理想溶液，所以平衡闪蒸后的液相组成可由理想溶液的泡点方程确定。 由相律可知，若操作温度和压力确定后，二元溶液的平衡气液两相组成即一定。本题温度未知，要先根据气化率的数值通过试算法确定温度后，才能确定液相组成。 气化率与进料组成有关，在两塔串联使用的情况中，若求B塔的，应先确定A塔的，而的确定同样基于上述原则。 解：定庚烷为A组分，辛烷为B组分。 设塔A的闪蒸温度℃，查得正庚烷和正辛烷的饱和蒸气压分别为 代入泡点方程得 则气相组成 由气化率验证 与题中所给气化率相同，故假设成立， 再设塔B闪蒸温度℃，查得该温度下正庚烷与正辛烷的饱和蒸气压为 则 由气化率验证 与题中所给气化率接近，故假设成立， 4—96饱和汽态的氨—水混合物进入一个精馏段和提馏段各只有1块理论塔板的精馏塔分离，进料中的氨组成为0．001（摩尔分数）。塔顶回流为饱和液体，回流量为1．3。塔底再沸器产生的汽相量为。若操作范围内氨—水溶液的汽液平衡关系可表示为。求塔顶、塔底的产品组成。 分析：如图4—8，作全塔物料衡算，可将塔顶、塔底产品与进料相联板作物料衡算时，可将进入该板的气相组成与塔顶产品组成相联系。对提馏塔板作物料衡算时，可将离开该板的气相组成与经再沸器入塔的蒸汽组成相联系。将上述3种物料衡算关系与相平衡关系相配合，即可使此题得解。 解：已知 当露点进料时 则 由全塔轻组分物料衡算 得 (a) 再将 以及由板1的气相衡算 整理成 代入精馏段板