题目
[例 1-4 ]每小时将15000kg含苯40%(质量分数,下同)和甲苯60%的溶液,在连续-|||-精馏塔中进行分离,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数表示。
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算原料液的摩尔组成
原料液中苯的质量分数为40%，甲苯的质量分数为60%。苯的摩尔质量为78 g/mol，甲苯的摩尔质量为92 g/mol。原料液的摩尔组成可以通过以下公式计算：
${x}_{F}=\dfrac {40/78}{40/78+60/92}=0.44$
步骤 2：计算釜残液的摩尔组成
釜残液中苯的质量分数为2%，甲苯的质量分数为98%。釜残液的摩尔组成可以通过以下公式计算：
${x}_{w}=\dfrac {2/78}{2/78+98/92}=0.0235$
步骤 3：计算原料液的平均摩尔质量
原料液的平均摩尔质量可以通过以下公式计算：
${M}_{F}=0.44\times 78+0.56\times 92=85.8$
步骤 4：计算原料液的流量
原料液的流量可以通过以下公式计算：
.F=15000/85.8=175.0kmol/h
步骤 5：计算馏出液的流量和组成
根据题意，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%，即：
$D{x}_{D}/F{x}_{F}=0.971$
所以：
$D{x}_{D}=0.971\times 175\times 0.44$
步骤 6：全塔物料衡算
全塔物料衡算包括总物料衡算和苯的物料衡算：
D+W=F=175
$D{x}_{D}+{W}_{x}=F{x}_{F}$
或
$D{x}_{D}+0.0235W=175\times 0.44$
步骤 7：联立求解
联立式(a)、式(b)、式(c)，解得：
D=80.0kmol/h
W=95.0kmol/h
${x}_{D}=0.935$
原料液中苯的质量分数为40%，甲苯的质量分数为60%。苯的摩尔质量为78 g/mol，甲苯的摩尔质量为92 g/mol。原料液的摩尔组成可以通过以下公式计算：
${x}_{F}=\dfrac {40/78}{40/78+60/92}=0.44$
步骤 2：计算釜残液的摩尔组成
釜残液中苯的质量分数为2%，甲苯的质量分数为98%。釜残液的摩尔组成可以通过以下公式计算：
${x}_{w}=\dfrac {2/78}{2/78+98/92}=0.0235$
步骤 3：计算原料液的平均摩尔质量
原料液的平均摩尔质量可以通过以下公式计算：
${M}_{F}=0.44\times 78+0.56\times 92=85.8$
步骤 4：计算原料液的流量
原料液的流量可以通过以下公式计算：
.F=15000/85.8=175.0kmol/h
步骤 5：计算馏出液的流量和组成
根据题意，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%，即：
$D{x}_{D}/F{x}_{F}=0.971$
所以：
$D{x}_{D}=0.971\times 175\times 0.44$
步骤 6：全塔物料衡算
全塔物料衡算包括总物料衡算和苯的物料衡算：
D+W=F=175
$D{x}_{D}+{W}_{x}=F{x}_{F}$
或
$D{x}_{D}+0.0235W=175\times 0.44$
步骤 7：联立求解
联立式(a)、式(b)、式(c)，解得：
D=80.0kmol/h
W=95.0kmol/h
${x}_{D}=0.935$