( 20分)用板式精馏塔在常压下分离苯 一甲苯溶液,塔顶为全凝器,塔底间接蒸汽 加热,平均相对挥发度为 2.47。进料量为150kmol/h,组成为0.4 (摩尔分率)的饱和蒸汽。回流比为4。塔顶馏出液中苯的回收率为 0.97,塔底残液中甲苯的回收率为 0.95。求:1塔顶馏出液及塔底残液的组成;2精馏段及提馏段操作线方程;3回流比与最小回流比的比值;4塔顶第二块板上升的汽相组成。
( 20分)用板式精馏塔在常压下分离苯 一甲苯溶液,塔顶为全凝器,塔底间接蒸汽 加热,平均相对挥发度为 2.47。进料量为150kmol/h,组成为0.4 (摩尔分率)的饱和蒸汽。
回流比为4。塔顶馏出液中苯的回收率为 0.97,塔底残液中甲苯的回收率为 0.95。求:
1塔顶馏出液及塔底残液的组成;
2精馏段及提馏段操作线方程;
3回流比与最小回流比的比值;
4塔顶第二块板上升的汽相组成。
题目解答
答案
解:(1) DX XD =0.97X FXXF
W X( 1- XW)=F X( 1- XF )X 0.95
D+W=F=150
D X XD+W X XW =F X XF =150 X 0.4=60
W=87.3kmol/h
D=62.7 kmol/h
Xd =92.8%
Xw =2.06%
(2)精馏段操作方程
Y(n+1)=Xn x R/(R+1)+Xn/(R+1)=0.8Xn+0.1856
提馏段操作线方程为 y(n+1),=L' xXn ,/v,- Xw/V
q=0,
V'=(R+1)D-F,
L'=DR
y(n +1) ,=X n ,x R x D/[(R+1)D-F]-W x Xw/[(R+1)D-F]=1.534 X n ‘-0.011
(3) ■/ q=0,yc=x
F=0.4,
y= aX x/[1+( a -1)x]
/• xc=0.02125
Rmin=( xn-yc)/(yc-Xc)=(0.928-0.4)/(0.4-0.2125)=2.816
R/Rmin=4/2.816=1.42
(4JEnjrr(yi
yi*-0 -l)xi]
全回流时
y2=xi,
y1=XD=0.98
-yi*-2 47 73/(1+147^
••• Emvl =(0.98-y2)/[(2.47y2/(1 + 1.47 y2)-y2=0.6
y2=96.93%(mol%)
y2=78 X 0.9693/[78 X 0.9693+(1-0.9693)]=96.4%(质量 %)
解析
根据题意，塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔底残液中甲苯的回收率为0.95。设塔顶馏出液的流量为D，塔底残液的流量为W，进料流量为F，进料中苯的摩尔分数为0.4。根据物料平衡，可以得到以下方程组：
- DXD = 0.97 × F × 0.4
- W × (1 - XW) = 0.95 × F × (1 - 0.4)
- D + W = F = 150 kmol/h
- D × XD + W × XW = F × 0.4 = 150 × 0.4 = 60 kmol/h
解这个方程组，可以得到D、W、XD和XW的值。
步骤 2：计算精馏段及提馏段操作线方程
精馏段操作线方程为：Y(n+1) = Xn × R/(R+1) + XD/(R+1)
提馏段操作线方程为：y(n+1) = Xn × L'/V' - XW/V'
其中，R为回流比，L'为提馏段的液相流量，V'为提馏段的汽相流量。根据题意，R = 4，q = 0，V' = (R+1)D - F，L' = DR。
步骤 3：计算回流比与最小回流比的比值
最小回流比Rmin的计算公式为：Rmin = (XD - yc)/(yc - Xc)，其中yc为进料的汽相组成，Xc为进料的液相组成。根据题意，yc = 0.4，Xc = 0.02125。计算Rmin，然后计算R/Rmin的比值。
步骤 4：计算塔顶第二块板上升的汽相组成
全回流时，塔顶第二块板上升的汽相组成y2可以通过以下方程计算：y2 = (yi - 1) × xi，其中yi为塔顶第一块板上升的汽相组成，xi为塔顶第一块板下降的液相组成。根据题意，yi = XD = 0.98，xi = 0.6。计算y2的值。