★★★★★ ★★★★★ 第六章 蒸 馏 1、质量分数与摩尔分数的相互换算: (1) 甲醇-水溶液中,甲醇(CH3OH)的摩尔分数为 0.45,试求其质量 分数。 (2) 苯-甲苯混合液中,苯的质量分数为 0.21,试求其摩尔分数。 解: (1)因为 xA=0.45 所以 wA ? xAM A 0.45? 32 ? ? 0.593 x A M A ? x B M B 0.45? 32 ? (1 ? 0.45) ? 18 (2)因为 wA=0.21 所以 x A ? wA / M A 0.21/ 78 ? ? 0.239 wA / M A ? wB / M B 0.21/ 78 ? (1 ? 0.21) / 92 2、在压强为 101.3kPa 下,正己烷-正庚烷物系的平衡数据如下: t,℃ x y 30 1.0 1.0 36 0.715 0.856 40 0.524 0.770 46 0.374 0.625 50 0.214 0.449 56 0.091 0.228 58 0 0 试求: (1)正己烷组成为 0.5(摩尔分数)的溶液的泡点温度及其平衡蒸汽的组成; (2) 将该溶液加热到 45℃时,溶液处于什么状态?各相的组成是多少?(3)将溶液加热到什么 温度才能全部气化为饱和蒸汽?这时蒸汽的组 成是多少? 解:由所给平衡数据做 t-x-y 图(见本题附 图) 。 ( 1 )当 xA=0.5 时,由图中读得泡点温度 ts=41℃,其平衡瞬间蒸汽组成 yA=0.75; (2)当 t=45℃时,溶液处于气液共存状态, 此时 ‘ ’ xA =0.38 ,yA =0.64 ; (3)由图知,将溶液加热到 49℃时,才能 全部汽化为饱和蒸汽,蒸汽组成为 0.5 。 3、 在常压下将某原料液组成为 0.6 (易挥发组分 经典文档 下载后可编辑复制 的摩尔分数)的两组分溶液分别进行简单蒸馏和平衡蒸馏,若汽化率为 1/3,试求两种情况 下的釜液和馏出液组成。假设在操作范围内气液平衡关系可表示为 y=0.46x+0.549 。 解: (1)简单蒸馏时 因为 D/F=1/3 所以 W/F=2/3 将 y=0.46x+0.549 直接代入式(6-20) ln ln (m ? 1) x F ? b F 1 ? ln W m ? 1 (m ? 1) xW ? b 3 1 (0.46 ? 1) ? 0.6 ? 0.549 ? ln ? ?1.85?ln 0.225 ? ln(0.549 ? 0.54xW )? 2 0.46 ? 1 (0.46 ? 1) ? xW ? 0.549 解之 xw=0.498 由式(6-22) 其中 所以 y? F W x F ? xW D D W F ? ?1 ? 2 D D y ? 3xF ? 2xW ? 3 ? 0.6 ? 2 ? 0.498 ? 0.804 0.6 ? 1 2 y? x 3 3 (2)平衡蒸馏时 由 FxF=Dy+Wx 得 与 y=0.46x+0.549 联立求解,得到 x=0.509 ,y=0.783 4 、 在连 续精馏 塔中 分离由 二硫 化碳 和四 氯化 碳所 组成 的混 合液 。已 知原 料液 流量 为 14000kg/h,组成 wF 为 0.3(二硫化碳的质量分数,下同) 。若要求釜液组成 wW 不大于 0.05, 馏出液回收率为 90%。试求馏出液的流量和组成,分别以摩尔流量和摩尔分数表示。 解: 因为 xF ? wF / M A 0.3 / 76 ? ? 0.465 wF / M A ? (1 ? wF ) / M B 0.3 / 76 ? 0.7 / 154 wW / M A 0.05 / 76 ? ? 0.096 wW / M A ? (1 ? wW ) / M B 0.05 / 76 ? 0.95 / 154 xW ? 原料液平均摩尔质量 MF=0.465×76+(1-0.465)×154=117.7kg/kmol 所以 F=14000 / 117.7=118.95 kmol/h 馏出液回收率 DxD / FxF =90% DxD=0.9×118.95×0.465=49.78 由全塔物料衡算 F=D+W 118.95=D+W FxF=DxD+WxW 118.95×0.465=0.9×118.95×0.465+0.096W 解之 D=61.33kmol/h 经典文档 下载后可编辑复制 故 xD=49.78 / 61.33=0.81 5、在连续精馏塔中分离苯-苯乙烯混合液。原料液量为 5000kg/h,组成为 0.45,要求馏出液 中含苯 0.95,釜液中含苯不超过 0.06(均为质量分数) 。试求馏出液量和釜液产品量各为多 少? 解: 统一用摩尔流量及摩尔分数 0.45 / 78 ? 0.522 0.45 / 78 ? 0.55 / 104 0.95 / 78 xD ? ? 0.962 0.95 / 78 ? 0.05 / 104 0.06 / 78 xW ? ? 0.0784 0.06 / 78 ? 0.94 / 104 xF ? 所以 F? 5000 ? 55.29k m o l / h 0.522? 78 ? (1 ? 0.522) ? 104 由全塔物料衡算整理得 D? x F ? xW 0.522 ? 0.0784 F? ? 55.29 ? 27.8kmol/h x D ? xW 0.962 ? 0.0784 W=F-D=55.29-27.76=27.5kmol/h 6、在一连续精馏塔中分离某混合液,混合液流量为 5000kg/h,其中轻组分含量为 30%(摩 尔百分数,下同) ,要求馏出液中能回收原料液中 88%的轻组分,釜液中轻组分含量不高于 5%,试求馏出液的摩尔流量及摩尔分数。已知 MA=114kg/kmol , MB=128kg/kmol。 解:由于 F? 5000