例苯与甲苯的饱和蒸气压和温度的关系数据如本.doc

例-苯与甲苯的饱和蒸气压和温度的关系数据如本———————————————————————————————— 作者：———————————————————————————————— 日期： 例6-1苯〔A〕与甲苯〔B〕的饱和蒸气压和温度的关系数据如此题附表1所式试利用拉乌尔定律和相对挥发度，分别计算苯—甲苯混合液在总压P为下的气液平衡数据，并作出温度—组成图该溶液可视为理想溶液例6-1 附表1温度，℃859095100105，kPa，kPa解：〔1〕利用拉乌尔定律，计算气液平衡数据 在某一温度下由此题附表1可查得该温度下纯组分苯与甲苯的饱和蒸气压与，由于总压P为定值，即，那么用式求液相组成x，再应用式求平衡的气相组成y，即可得到一组标绘平衡温度—组成〔t-x-y〕图的数据以为例，计算过程如下：和其它温度的计算结果列于此题附表2中例6-1 附表2t，℃859095100105x0y0根据以上数据，即可标绘得到如下图的t-x-y图〔2〕利用相对挥发度，计算气液平衡数据 因苯—甲苯混合液为理想溶液，故其相对挥发度可用下式计算，即：以95℃为例，那么：其它温度下的α值列于题附表3中通常，在利用相对挥发度法求x-y关系时，可取温度范围内的平均相对挥发度，在此题条件下，附表3中两端温度下的α数据应除外〔因对应的是纯组分，即为x-y曲线上两端点〕，因此可取温度为85℃和105℃下的α平均值，即：将平均相对挥发度代入下式中，即并按附表2中的各x值，由上式即可算出气相平衡组成y，计算结果也列于附表3中。

比拟此题附表2和附表3，可以看出两种方法求得的x-y数据根本一致对两组分溶液，利用平均相对挥发度表示气液平衡关系比拟简便例6-1 附表3t，℃αx1.000 0.780 0.581 0.412 0.258 0.130 0y1.000 0.897 0.773 0.633 0.461 0.269 0例6-2 对某两组分理想溶液进展常压闪蒸，为〔原料液中易挥发组分的摩尔分率〕，假设要求气化率为60%，试求闪蒸后平衡的气液相组成及温度常压下该两组分理想溶液的x-y及te-x关系如本例附图所示解：由题意知所以，在本例附图〔x-y图〕中通过点e〔，〕作斜率为的直线ef，由该直线与x-y平衡曲线交点f的坐标，即可求得平衡的气液相组成，即：再由附图中te～x曲线，从可求得平衡温度，即例6-3 对例6-2中的液体混合物进展简单蒸馏，假设气化率仍为60%，试求釜残液组成和馏出液平均组成常压下该混合液的平均相对挥发度为解：设原料液量为100kmol，那么：因该混合液平均相对挥发度为，那么可用下式求釜残液组成x2，即：或试差解得：馏出液平均组成可由下式求得：即：所以计算结果说明，假设气化率一样，简单蒸馏较平衡蒸馏可获得更好的别离效果，即馏出液组成更高。

但是平衡蒸馏的优点是连续操作例6-4 每小时将15000kg含苯40%〔质量%，下同〕和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进展别离，要求釜残液中含苯不高于2%，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%试求馏出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示解：苯的分子量为78；甲苯的分子量为92进料组成：釜残液组成：原料液的平均分子量：原料液流量：依题意知：所以： 〔a〕全塔物料衡算 〔b〕或 〔c〕联立式a、b、c，解得：例6-5 别离例6-4中的溶液时，假设进料为饱和液体，选用的回流比，试求提馏段操作线方程式，并说明操作线的斜率和截距的数值解：由例6-4知：，而因泡点进料，故：将以上数值代入下式，即可求得提馏段操作线方程式：或该操作线的斜率为，在y轴上的截距为由计算结果可看出，此题提馏段操作线的截距值是很小的，而一般情况下也是如此的例6-6 用一常压操作的连续精馏塔，别离含苯为〔摩尔分率，以下同〕的苯—甲苯混合液，要求塔顶产品中含苯不低于，塔底产品中含苯不高于操作回流比为试用图解法求以下两种情况时的理论板层数及加料板位置〔1〕原料液为20℃的冷液体〔2〕原料为液化率等于1/3的气液混合物数据如下：操作条件下苯的气化潜热为389kJ/kg，甲苯的气化潜热为360kJ/kg。

苯—甲苯混合液的气液平衡数据及t-x-y图见例6-1和图解：〔1〕温度为20℃的冷液进料①利用平衡数据，在直角坐标图上绘平衡曲线及对角线，如本例附图1所示在图上定出点a〔xD，xD〕、点e〔xF，xF〕和点c〔xW，xW〕三点②，在y轴上定出点b联ab，即得到精馏段操作线③先按下法计算q值原料液的气化潜热为：由图查出进料组成时溶液的泡点为93℃，由附录查得在℃下苯和甲苯的比热为1.84kJ/(kg℃)，故原料液的平均比热为：所以：再从点e作斜率为的直线，即得q线与精馏段操作线交于点d④联cd，即为提馏段操作线⑤自点a开场在操作线和平衡线之间绘梯级，图解得理论板层数为11〔包括再沸器〕，自塔顶往下数第五层为加料板，如此题附图1所示〔2〕气液混合物进料 ①与上述的①项一样；②与上述的②项一样；①和②两项的结果如此题附图2所示③由q值定义知，故：过点e作斜率为-的直线，即得q线q线与精馏段操作线交于点d④联cd，即为提馏段操作线⑤按上法图解得理论板层数为13〔包括再沸器〕，自塔顶往下的第7层为加料板，如附图2所示由计算结果可知，对一定的别离任务和要求，假设进料热状况不同，所需的理论板层数和加料板的位置均不一样。

冷液进料较气液混合物进料所需的理论板层数为少这是因为精馏塔提馏段内循环量增大的缘故，使别离程度增高或理论板数减少例6-7 在常压连续精馏塔中，别离乙醇—水溶液，组成为〔易挥发组分摩尔分率，下同〕及的两股原料液分别被送到不同的塔板，进入塔内两股原料液的流量之比为，均为饱和液体进料操作回流比为2假设要求馏出液组成为，釜残液组成为，试求理论板层数及两股原料液的进料板位置常压下乙醇—水溶液的平衡数据示于此例附表中例6-7 附表液相中乙醇的摩尔分率气相中乙醇的摩尔分率液相中乙醇的摩尔分率气相中乙醇的摩尔分率解：如本例附图1所示，由于有两股进料，故全塔可分为三段组成为的原料液从塔较上部位的某加料板引入，该加料板以上塔段的操作线方程与无侧线塔的精馏段操作线方程一样，即：〔a〕该操作线在y轴上的截距为：两股进料板之间塔段的操作线方程，可按图中虚线范围内作物料衡算求得，即：总物料：〔b〕易挥发组分：式中——两股进料之间各层板的上升蒸气流量，kmol/h；——两股进料之间各层板的下降液体流量，kmol/h〔下标s、s+1为两股进料之间各层板的序号〕由式〔c〕可得：〔d〕因进料为饱和液体，故，，那么：〔e〕式d及式e为两股进料之间塔段的操作线方程，也是直线方程式，它在y轴上的截距为。

其中D可由物料衡算求得设，那么对全塔作总物料及易挥发组分的衡算，得：，或联立上二式解得：所以对原料液组成为的下一股进料，其加料板以下塔段的操作线方程与无侧线塔的提馏段操作线方程一样上述各段操作线交点的轨迹方程分别为：和在x-y直角坐标图上绘平衡曲线和对角线，如此题附图2所示依，，及分别作铅垂线，与对角线分别交于a、e1、e2及c四点，按原料F1之加料口以上塔段操作线的截距〔〕，在y轴上定出点b，联ab，即为精馏段操作线过点e1作铅垂线〔q1线〕与ab线交于点d1，再按两股进料板之间塔段的操作线方程的截距〔0，1〕，在y轴上定出点b’，联b’d1，即为该段的操作线过点e2作铅垂线〔q2线〕与b’d1线交于点d2，联cd2即得提馏段操作线然后在平衡曲线和各操作线之间绘梯级，共得理论板层数为9〔包括再沸器〕，自塔顶往下的第5层为原料F1的加料板，自塔顶往下的第8层为原料F2的加料板例6-8 根据例6-6的数据，试求实际回流比为最小回流比的倍数解：Rmin由下式计算，即：〔1〕冷液进料 由例6-6附图1查出q线与平衡线的交点坐标为：，故实际回流比，那么：或〔2〕气液混合物进料 由例6-6附图2查出q线与平衡线的交点坐标为：，故或计算结果说明，进料热状况不同，最小回流比并不一样。

此题条件下，冷液进料时实际回流比为最小回流比的倍，所取得倍数较大气液混合物进料时R为Rmin的倍，一般可视为比拟适宜由此可见，对不同的进料热状况，应选取不同的操作回流比当然，适宜的回流比应通过经济衡算决定例6-9利用例6-8的结果，用简洁法重算例6-6中气液混合物进料时的理论板层数和加料板位置塔顶、进料和塔底条件下纯组分和饱和蒸气压列于本例附表中例6-9 附表组分饱和蒸气压，kPa塔顶 进料 塔底苯甲苯解：例6-6条件为：，，及例6-8算出的结果为〔1〕求平均相对挥发度塔顶进料塔底全塔平均相对挥发度为：精馏段平均相对挥发度为：〔2〕求全塔理论板层数 由芬斯克方程式知：且由吉利兰图查得：即解得：〔不包括再沸器〕假设用式〔*〕，〔，，〕计算N，那么：解得：〔不包括再沸器〕因，在〔*〕式的适用条件以内，故计算结果与查图所得的结果一致〔3〕求精馏段理论板层数前已查出即解得：故加料板为从塔顶往下的第7层理论板以上计算结果与例6-6的图解结果根本一致例6-10求例6-6中冷夜进料情况下的再沸器热负荷和加热蒸气消耗量以及冷凝气热负荷和冷却水消耗量数据如下：〔1〕原料液流量为15000kg/h〔2〕加热蒸汽绝压为200kPa，冷凝液在饱和温度下排出。

〔3〕冷却水进、出冷凝器的温度分别为25℃及35℃假设热损失可忽略解：由精馏塔的物料衡算求D和W，即，而原料液的平均分子量为：故及解得：，精馏段上升蒸气量为：提馏段上升蒸气量为：冷凝器的热负荷为：由于塔顶馏出液几乎为纯苯，为简化起见，焓可按纯苯的进展计算假设回流液在饱和温度下进入塔内，那么：所以冷却水消耗量为：再沸器的热负荷为：同样，因釜残液几乎为纯甲苯，故其焓可按纯甲苯进展计算，即：所以由附录查得时水的气化潜热为2205kJ/kg加热蒸气消耗量为：例6-11将二硫化碳和四氯化碳混合液进展恒馏出液组成的间歇精馏。