化工原理-14-第九章-蒸馏-习题
47页1、第九章 蒸 馏,习题课,乙苯-苯乙烯精馏塔的塔顶压强为6.665kPa,在塔顶第一块板上的液体中装有温度计,已测得液体温度为58.8,假设板上的液体与上方气体已达到平衡状态,求气液两相组成及相对挥发度各为多少?若保持操作压强不变,由于空气漏入,气相中空气的分压为0.6665kPa,并假设板上液体组成不变,且已与气相呈平衡状态,问温度计的读数为多少?气相组成和相对挥发度有何变化?此时气相中乙苯与苯乙烯的相对含量有何变化?乙苯(A)-苯乙烯(B)混合液可视为理想溶液。,例1惰性气体对相平衡的影响,解:未漏气,则:,A、B饱和蒸气压通过安托因公式计算,查表得:,式中p0单位:bar;T的单位K,同理:,则:,则:,空气漏入,令:,试差法求解温度:设,,则:,设,,则:,取:,,则:,反复迭代,最后:,则:,,,惰性气体对相平衡没有直接的影响,但在总压不变的条件下,惰性气体的存在使气相中各组分的蒸汽分压降低,其作用相当于提高真空度,导致平衡温度下降。因此真空操作的精馏塔,塔顶漏气越严重,气相中空气分压越高,液体温度越低。,在常压下将含苯60%、甲苯40%的混合液进行平衡精馏,汽化率为30%,已
2、知物系的相对挥发度为2.47,试求: 汽、液两相的组成; 若对此混合液进行简单精馏,使残液浓度与平衡精馏相同,所得馏出物中苯的平均浓度为多少?馏出物占原料液的百分率为多少? 若将剩下的残液继续进行简单精馏,使总汽化率与平衡精馏相同,所得馏出物单独收集,此馏出物中苯的平均浓度为多少?两阶段简单精馏所得馏出物的总平均组成如何?,例2 平衡精馏与简单精馏的比较,解:根据物料衡算,根据题意:,,,则:,根据相平衡:,两方程联立求解:,,,根据:,,(注:,),则:,根据:,则有:,因为:,,即:,而:,则:,化简:,试差法求解该方程,得:,两阶段总平均组成:,结论:在馏出率相等的条件下,简单蒸馏所得到的馏出物的浓度高于平衡蒸馏。这是因为平衡蒸馏所得到的全部馏出物皆与残余浓度(x=0.5389)成平衡,而简单蒸馏所得的大部分馏出物(第一阶段得到的馏出物)是与组成较高的液体成平衡,只有较少部分(第二阶段得到的馏出物)与浓度低于0.5389的液体成平衡的缘故。由此可见,平衡蒸馏虽然实现了过程的连续化,但同时也造成了物料的返混,其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。,某苯与甲苯混合物中含苯的摩尔分率为40
3、%,流量为100kmol/h,拟采用精馏操作,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%,原料预热到泡点加入塔内,塔顶设有全凝器,液体在泡点下进行回流,回流比取其最小值的1.5倍。已知在操作条件下,物系的相对挥发度为2.47,试求: 为完成分离任务所需要的最少理论板数为多少? 在精馏塔内循环的物料量为多少?,例3理论板数的计算,解:最少理论板数的计算,则:,根据:,因为:,求q线:,,故:,q线与平衡线交点e(xe,ye)为:,求最小回流比Rmin:,则:,故精馏段操作线:,即:,则q线与精馏段操作线交点d(xd,yd)为:,则提馏段操作线为:,相平衡关系:,逐板计算理论板数,列表如下:,共用理论板数:,加料板为第5块。,块,在塔内循环的物料量:,提馏段:,精馏段:,结论:从计算结果可知:为将,的料液加工成,的塔顶产品和,的塔底产品,需要,塔内循环。此部分物料的液态形式自塔顶流到塔底,而在塔底又以气态形式返回塔顶。精馏过程正是利用汽液两相在塔内的接触传质,使混合液分离得以完成。当分离要求一定时,循环量越大所需要的板数越少。物料循环的代价是发生相变时所消耗的能量。
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