题目
在常压连续精微塔中分离 A、B两组分理想溶液。进料量为 60 kmol/h,其组成为0.46 (易挥发组分的摩 尔分数,下同),原料液的泡点为 92 C。要求储出液的组成为 0.96,釜液组成为0.04,操作回流比为 2.8。试 求如下三种进料热状态的 q值和提储段的气相负荷。(1)40 C冷液进料;(2)饱和液体进料;(3)饱和蒸气进料。已知:原料液的汽化热为 371 kJ/kg,比热容为1.82 kJ/(kg ?C)。
在常压连续精微塔中分离 A、B两组分理想溶液。进料量为 60 kmol/h,其组成为0.46 (易挥发组分的摩 尔分数,下同),原料液的泡点为 92 C。要求储出液的组成为 0.96,釜液组成为0.04,操作回流比为 2.8。试 求如下三种进料热状态的 q值和提储段的气相负荷。(1)40 C冷液进料;(2)饱和液体进料;(3)饱和蒸气进料。已知:原料液的汽化热为 371 kJ/kg,比热容为1.82 kJ/(kg ?C)。
题目解答
答案
解:由题给数据,可得qnD =qnF xF -xW =60 0.46 ~0.04 kmol/h -27.39 kmol/h , Xd -Xw 0.96 -0.04qn,W =(60—27.39 kmol/h =32.61 kmol/h(2)40 C冷液进料 q值可由定义式计算,即q=1 cPtb-tF =1 1.8292 -40 .1.255 r 371V '=(R +1 qn,D _(1 _q 尸=(2.8 +1 ,27.39 -(1 —1.255.60 kmol/h =119.4kmol/ h(2)饱和液体进料 此时 q = 1V'=V =(r+1 qn,D =3.8M27.39kmol/h =104.1kmol/h(3)饱和蒸气进料 q = 0V '=V -qn,F =(104.1 -60 kmol/h =44.1kmol/h三种进料热状态下,由于q的不同,提储段的气相负荷(即再沸器的热负荷) 有明显差异。饱和蒸气进料 V' 最小。
解析
步骤 1：计算馏出液和釜液的摩尔流量
根据题意，进料量为60 kmol/h，馏出液和釜液的摩尔分数分别为0.96和0.04。因此，馏出液和釜液的摩尔流量分别为：
\[ qn_D = qn_F \times x_F - x_W = 60 \times 0.46 - 0.04 = 27.39 \text{ kmol/h} \]
\[ qn_W = qn_F - qn_D = 60 - 27.39 = 32.61 \text{ kmol/h} \]
步骤 2：计算不同进料热状态下的q值
(1) 40 C冷液进料
\[ q = 1 - \frac{c_P (t_b - t_F)}{r} = 1 - \frac{1.82 \times (92 - 40)}{371} = 1.255 \]
(2) 饱和液体进料
\[ q = 1 \]
(3) 饱和蒸气进料
\[ q = 0 \]
步骤 3：计算提馏段的气相负荷
(1) 40 C冷液进料
\[ V' = (R + 1) qn_D - (1 - q) qn_F = (2.8 + 1) \times 27.39 - (1 - 1.255) \times 60 = 119.4 \text{ kmol/h} \]
(2) 饱和液体进料
\[ V' = V = (R + 1) qn_D = (2.8 + 1) \times 27.39 = 104.1 \text{ kmol/h} \]
(3) 饱和蒸气进料
\[ V' = V - qn_F = 104.1 - 60 = 44.1 \text{ kmol/h} \]
根据题意，进料量为60 kmol/h，馏出液和釜液的摩尔分数分别为0.96和0.04。因此，馏出液和釜液的摩尔流量分别为：
\[ qn_D = qn_F \times x_F - x_W = 60 \times 0.46 - 0.04 = 27.39 \text{ kmol/h} \]
\[ qn_W = qn_F - qn_D = 60 - 27.39 = 32.61 \text{ kmol/h} \]
步骤 2：计算不同进料热状态下的q值
(1) 40 C冷液进料
\[ q = 1 - \frac{c_P (t_b - t_F)}{r} = 1 - \frac{1.82 \times (92 - 40)}{371} = 1.255 \]
(2) 饱和液体进料
\[ q = 1 \]
(3) 饱和蒸气进料
\[ q = 0 \]
步骤 3：计算提馏段的气相负荷
(1) 40 C冷液进料
\[ V' = (R + 1) qn_D - (1 - q) qn_F = (2.8 + 1) \times 27.39 - (1 - 1.255) \times 60 = 119.4 \text{ kmol/h} \]
(2) 饱和液体进料
\[ V' = V = (R + 1) qn_D = (2.8 + 1) \times 27.39 = 104.1 \text{ kmol/h} \]
(3) 饱和蒸气进料
\[ V' = V - qn_F = 104.1 - 60 = 44.1 \text{ kmol/h} \]