化工原理精馏计算题.docx

其次部分计算题示例与分析4-93已知某林福塔塔顶蒸汽的温度为80"C,经全凝涔冷凝后谣出液中茶的组成为0.90,卬苯的组成为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.8“一C/+c式中米和甲笨的存数为组分ABC笨6.8981206.35220.24甲藻6.953IS43.94219.58分析：求塔内操作压强即是求塔内蒸汽总压p.因此体系为志向体系，可通过道尔顿分压定律PA=PyA及拉玛尔定律求得解：利用安托尼公式分别计算SOC时苯与甲苯两种纯加分饱和热气压，即Igd=6.89890635=28880.0+220.24P；=758.58W时=IO1.14KPa.1,AQ-1343.94,IgPh=6.953=2.47B80.0+219.58p=295.12曲=39.35KPa由于全旗器中,进入塔顶的蒸气与己冷凝的饱出液加成相同，则y=x1.,=0.9由道尔顿分压定律V=PA=EXA二瑶5一扇PPXP-)().<X)=1.01.14-3935)解期p=968.54KPa(101.14-39.35)4.94米与甲米的混合溶液在总压0.3KPa下羟单级翁进行闪蒸，气化率为35%,若溶液中笨的组成为0.477,蒸慵后,闪蒸罐顶产物和地底产物的组成各为多少？操作出力增大1倍时，两产物的组成有何变更？分析：闪懑即平衡蒸懒,蒸储后簸顶产物底产物实质是处于平衡状态的气液两相,其组成应既满造物料平衡关系又满意相平衡关系.解：(1)由物料密算式qXfy=f；q-q-(b)(C)=必+&="；4+；(Iy)PyA=Pa=用试差法解以上3式，即可求得黛底殂成y,玻灰组成X及平衡温度，当=IO1.3X7»“时，设r=95.059.求得策与甲米的饱和蒸气压各为Ig；=6.898-6-=3.072A95.05+220.24成=1179.9u>mHg=157.31KPaIg=6.9531.343-4=2.682°95.05+219.58捕=4K0.3wHi>=MXBKPa谖底残液组成凝顶产物组成P-Pf一成Y101.3-64.03157.31-64.03=0.3998尸虫=您蹙=0.62077«)将已知残液百分率q=I-0.35=0.65,料液组成=0.477和挪联组成X=O.3998代入(a)式,得0.650.65-1X0.3998-0.4770.65-1=0.6204可见3式均满意,故假设的温度成立.(2)当操作压演增大I倍时.仍用上述3式试差设/=120.45C,可得成=33().39KPap；=133.5()A¼W1.-c_P-Pb_Pa-1.,'1.101.3-133.5033(139-133.50=0.4070x330.39x0.4()7P101.3=().6093睑证q-0.650.65-1qX0.4070-0-477=0.607()0.65-1两数接近，假设成立.从结果看，残液浓度有所增加，而然气组成都有所降低，明显是分别效果随压强的增大而变差。放在气化率不变的前提卜，平衡蒸慵时，操作压强越低，分别利好。这是因为当压强增新时，系统的相对挥发度降低的缘由所致。4-95果纳二级平衡闪蒸法分别正质烷与正辛烷混合液，流程如图解4-7.己知原料组成X,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106.66K4(8.0()”“为).求B塔底产品组成.图4-7分析：因为正度烷与正辛烷组成的混合液近似志向溶液,所以平衡闪蒸后的液相组成可由走向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，：元溶液的平衡气液两相如成即肯定。本题温度未知，要先依据气化率的数值通过试徵法确定海度后,才能确定液相组成.气化率与进料祖成有关，在两塔申联运用的状况中，若求B塔的乙，应先确定A塔的巧，而为的确定同样基于上述原则.解；定庚烧为A组分，辛烷为B组分。设塔A的闪蒸温度r,=115C,吉得正庆烷和正辛烷的饱和蒸气压分别为M=159.99KPa(1200v，曲)=74.82KPa(561女)代入泡点方程得上工些竺3=0.374p：-p；159.99-74.82期气相组成Pa2(X)×0.374八SV1=X=0.561p800由气化率脸证xf-内0.42-0.374e.=1.=0.246>1.-X10.561-0.374与题中所给气化率相同.故故设成立，X1=0.374再设塔B闪热温度="8C,杳得该温度下正快烷与正辛烷的饱和蒸气压为p=171.99,d(1290r三)瑶=861.4"”"g)P-加-Pa-Ph三三=-=171.99xO275=04431()6.66由气化率验证一=*一二=°374-0.275=()5的0.443-0.275与题中所给气化率接近.故假设成立,2=0.2754T6饱和汽态的银一水混合物进入个粕甯段和提馆段各只彳f1块理论塔板的精增塔分别，进料中的氨组成为0001（摩尔分数）.塔0可流为饱和液体，回流量为I.3knoUs.塔底再沸器产生的汽相他为GSknioHs.若操作范树内以一水溶液的汽液平衡关系UJ衣示为）,=1.26x求塔顶、塔底的产品组成.图4-8分析：如图48.作全塔物料衡算.可一塔顶、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丛组成相联系.对提谣塔板作物料衡算时，可将离开该板的气相组成与经再沸嚣入塔的蒸汽组成相般系，将上述3种物料衡眸关系与相平衡关系相协作，即可使此题得解。解：己知/.=3kv>1.s,V=0.6A"x"/s当露点进料时1.=1.=3kt>1.sW1.V=(-q)F+V=F+V=I.6kmo1.sZ)=V-1.=1.6-1,3=0.3kmoHsIV=F-D=I-OJ=OJkmo1.Is再联解y=1.40x-0.02Ry=x得塔底产品组成部分xh.=.v=0.05再联解y=0.80+0.16&y=1.40x-0.02得X=0.3.>'=0.4将此代入g战方程，且由题1.1.知q=1.、，=_幺_*一3-2q-4/-10.4=0.3一一之一解得XF=0.350.5-10.5-1'由全塔物料衡算式F=D+W及全塔轻组分物料衡算式Fxr=Zh»+Wvh.知塔顶产品率M=x.fx=0.4=40%Fxo-xwO.8O-O.O5IVF-D塔底产品产率=1-0.4=0.6=60%FF由粕慵段操作处方程斜率一幺=0.80解得R=4R+4-98用精端塔分别：元忐向混合物，塔顶为全凝器冷凝，泡点温度下回流，原料液中含轻级分0.5（摩尔分数，下同），操作回流比取最小回流比的1M倍，所得塔顶产品组成为0.95.釜液组成为0.05.料液的处理盘为1。OkmoIUI.料液的平均相对挥发度为3.若进料时蒸气量占一半试求：（1）提储段上升蒸气量：（2）白塔顶第2层板上升的然气组成。分析：欲解提循段的然气；，1:/，须先知与之有关的精慵段的然气情V,而V又须通过V=（R+1）O才可确定.可见，先确定最小W1.流比RmM,进而确定犬足解Sfi的思路.志向体系以最小回流比操作时.两操作线与进料方程的交点恰好落在平衡线上，所以只须用任一操作线方程或进料方程与相平衡方程联立求解即可.解：（I由相平衡方程r_3x1.+(-1.)-1+2X及进料方程y=J-2=-S=r+1.<7-1q-0.5-10.5-1联立解得2,r+2+1=03取X=O.367则V=三-=0.633,1+2x1.fR=1.4?.=1.722mmg=些理=123"为一为0.63-0.37再例物料衡算方程F=D+VV及Fxf=Dxw+Wv1.1.解得D=50JtwW=F-D=5(Xww/V=(+1)D=(1.722+1)50=136.kmo1.hV=V-(1-()F=V-0.5“=136.1-50=86.Ihno1./h(2)已知必=Xtt=0.95出相平衡关系X1=U=0.86a-(a-1.)y1.=7e7Tx'+=1.7221.722+1X0.86+0.951.722+1=0.88再由精愉段操作城方程解得499某二元混合液的精帽操作过程如图49.已知组成为0.52的原料液在泡点温度下干脆加入塔釜内,工乞要求塔I产品的组成为0.75（以上均为轻组分A的摩尔分数）.塔顶产品采出率D.，F为|：2,塔顶谀全凝器，泡点回流,若操作条件下，该物系的a为3.0,I可流比R为25,求完成上述分别要求所需的理论板数（操作满意恒原尔流假设）。分析；因题中未给平衡相图，只可考虑逐板计算法求理论板效，当料液干脆加入塔壬时，应将塔釜视作提临段，然后分段利用不同的操作线方程与相平衡方程交替运用计徵各板的气液相组成，宜至XVXW时止。裤：由。/f=1/2,f=2。，£>=W代入物料平衡方程F=D+W及Fxf=Dx1.t+Wtt,联立解得，=0.34整理精储段操作线方程RXDR+I2.515Vay11,1=0.174+0.214而相平衡方程整理成X(xI+(-1.)ya-(a-1.)y2.5-1.5y交替利用（八）(b)两式逐板计算出代入(b)得代入（八）得代入(b)×D=M=675x=0.545y2=0.603x2=0.378<.v=0.520.75+3.5（八）整理提慵段操作线方程1.=1.+qF=RD+F=2.5D+2D=4.5DW1.1*1.'W1y.-1.,-W1.1-W4.5DX0.34Dm>'m,1=1.286a-w-0.097将X,=0.378代入©得力=1.286×0.378-0.097=0.389-代入(b)斜X,=0.203<w.=0.34故包括塔釜在内共需3块理论塔板.4-1(X)在一连续新储塔中分别二元志向混合液,原料液为饱和液体，具组成为0.5,要求塔顶馆出液组成不小于0.95.毛残液组成不大于0.05(以上均为轻祖分A的摩尔分数),塔顶蒸汽先进入一分凝器，所得冷联液全部作为塔顶回流,而未凝的蒸气进入全凝器，全部冷凝后作为塔顶产M.全塔平均相对挥发度为25、操作I可流比R=1.5Rmn当馈出液流鼠为100kmo"h时,试求：(I)塔原第1块理论板上升的蒸汽组成：(2)提耀段上升的气体盘.分析：因为出分凝器的冷凝液1.与未液化的蒸气匕成相平衡关系，故分凝器相当一层理论塔板,应留意，自分凝器回流塔内的液相组成X(I与自全凝器出来的产品组成不同。解：(1)由平衡方程及泡点进料时=05巨丝=O.7I41.+(