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化工原理学习指导-第6章-蒸馏-计算题答案

化工原理学习指导第6章蒸馏计算题答案

某二元混合物蒸汽，其中轻、重组分的摩尔分数分别为0.75和0.25，在总压为300kPa条件下被冷凝至40℃，所得的汽、液两相达到平衡。求其汽相摩尔数和液相摩尔数之比。已知轻、重组分在40℃时的蒸汽压分别为370kPa和

解：两相中，

设汽相摩尔量为V，液相摩尔量为L，总量为F，则

由以上两式可得：

事实上，汽液平衡体系中，两相的摩尔量比值服从杆杠定律。

苯和甲苯组成的理想溶液送入精馏塔中进行分离，进料状态为汽液共存，其两相组成分别如下：，。用于计算苯和甲苯的蒸汽压方程如下：

其中压强的单位为Pa，温度的单位为℃。试求：（1）该进料中两组份的相对挥发度为多少？（2）进料的压强和温度各是多少？（提示：设进料温度为92℃

解：（1）混合物中两组分的相对挥发度：

（2）设进料温度为92℃

由此求得体系的相对挥发度为：

其值与（1）中所求相对挥发度足够接近，故可认为进料温度为92℃

体系总压为：

一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某层塔板上的气、液相组成分别为0.83和0.70，与之相邻的上层塔板的液相组成为0.77，而与之相邻的下层塔板的气相组成为0.78（以上均为轻组分A的摩尔分数，下同）。塔顶为

相进入全凝器，全凝器引出的饱和液相作为塔顶产品。泡点进料，进料量为180kmol/h，其组成为0.48(轻组分的摩尔分数，下同)。两组分的相对挥发度为2.5?，回流比为2.0。要求塔顶产品浓度为0.95，塔底产品浓度为0.06，求（1）分凝器和全凝器的热负荷分别是多少？（2）再沸器的热负荷是多少？（3）理论上再沸器的最低热负荷是多少？已知塔顶蒸汽冷凝相变焓为22100kJ/kmol，塔底液体汽化相变焓为24200kJ/kmol 习题6-34附图

解：求冷凝器和再沸器的热负荷，首先求出两者中的冷凝量和汽化量。

（1）全凝器冷凝量

全凝器热负荷：

分凝器冷凝量：

分凝器热负荷：

（认为分凝器中的蒸汽和全凝器中的蒸汽冷凝潜热近似相等）

（2）再沸器蒸发量：

再沸器热负荷：

（3）在产品产量和纯度要求一定的情况下，再沸器的热负荷取决于回流比R。R越小则热负荷越小。所以，再沸器的最小热负荷与最小回流比对应。饱和液体进料，最小回流比可计算如下：

某二元连续精馏塔，操作回流比为2.8，操作条件下体系平均相对挥发度为2.45。原料液泡点进料，塔顶采用全凝器，泡点回流，塔釜采用间接蒸汽加热。原料液、塔顶馏出液、塔釜采出液浓度分别为0.5、0.95、0.05（均为易挥发组分的摩尔分数）试求：（1）精馏段操作线方程；（2）由塔顶向下数第二板和第三板之间的汽、液相组成；（3）提馏段操作方程；（4）由塔底向上数第二和第三块板之间的汽、液相组成。

解：（1）精馏段操作线方程：

（2）由相平衡方程可得：

（3）提馏段操作线方程推导：

所以

（4）由提馏段操作线方程可得：

用常压连续操作的精馏塔分离苯和甲苯混合液，已知进料含苯0.6（摩尔分数），进料状态是汽液各占一半（摩尔数），从塔顶全凝器中送出的馏出液组成为含苯0.98（摩尔分数），已知苯-甲苯系统在常压下的相对挥发度为2.5。试求：（1）进料的气、液相组成；（2）最小回流比。

解：（1），进料状态为汽液各占一半（摩尔数）

作易挥发组分的质量衡算：

又有相平衡方程：

联立求解，得，。所以，进料的液相组成为0.49，汽相组成为0.71。

（2），线方程为：，

联立求解和，可得交点坐标为，

所以：

在常压连续精馏塔中分离二元理想混合物。塔顶蒸汽通过分凝器后，3/5的蒸汽冷凝成液体作为回流液，其浓度为0.86。其余未凝的蒸汽经全凝器后全部冷凝，并作为塔顶产品送出，其浓度为0.9（以上均为轻组分的摩尔分数）。若已知操作回流比为最小回流比的1.2倍，泡点进料，试求：（1）第一块板下降的液体组成；（2）原料液的组成。

解（1）回流比：

由相平衡关系

由精馏段操作线方程得：

由相平衡方程可求得

(2)原料液的组成

因为，所以

当采用泡点进料时，，即

(a) (b)

联立求解(a)、(b)式，可得

所以

某二元混合物含易挥发组分为0.15（摩尔分数，下同），以饱合蒸汽状态状态加入精馏塔的底部（如附图所示），加料量为100kmol/h，塔顶产品组成为0.95，塔底产品组成为0.05。已知操作条件下体系平均相对发度为2.5。 试求： 习题6-38附图

（1）该塔的操作回流比；（2）由塔顶向下数第二层理论板上的液相浓度

解：（1）全塔质量衡算：

根据恒摩尔流假定，塔内上升蒸汽量应等于进料量，即V