题目
某两组分物系,相对挥发度α=3,在全回流条件下进行精馏操作,对第n、n+1两层理论板(从塔顶往下计),若已知yn=0.4,则yn+1=________。全回流操作通常适用于________或________。
某两组分物系,相对挥发度α=3,在全回流条件下进行精馏操作,对第n、n+1两层理论板(从塔顶往下计),若已知yn=0.4,则yn+1=________。全回流操作通常适用于________或________。
题目解答
答案
0.182 精馏开工阶段 实验研究场合
解析
本题考查知识点为精馏操作中全回流条件下理论板间组成的计算以及全回流操作的适用场合。
解题思路如下:
- 首先明确全回流条件下精馏塔的操作特点,全回流时精馏段和提馏段的操作线方程均为对角线方程,即 $y_{n + 1}=x_{n}$。
- 然后根据相平衡方程计算 $x_{n}$,对于两组分理想溶液,相平衡方程为 $y=\frac{\alpha x}{1+(\alpha - 1)x}$。已知 $y_{n} = 0.4$,$\alpha=3$,将其代入相平衡方程可求出 $x_{n}$。
- 最后根据全回流操作线方程求出 $y_{n + 1}$。
- 对于全回流操作的适用场合,根据精馏操作的实际情况进行分析。
具体计算过程如下:
- 步骤一:根据相平衡方程计算 $x_{n}$
已知相平衡方程 $y_{n}=\frac{\alpha x_{n}}{1+(\alpha - 1)x_{n}}$,将 $y_{n} = 0.4$,$\alpha = 3$ 代入方程可得:
$\begin{align*}0.4&=\frac{3x_{n}}{1+(3 - 1)x_{n}}\\0.4\times(1 + 2x_{n})&=3x_{n}\\0.4+0.8x_{n}&=3x_{n}\\3x_{n}-0.8x_{n}&=0.4\\2.2x_{n}&=0.4\\x_{n}&=\frac{0.4}{2.2}=\frac{2}{11}\approx0.182\end{align*}$ - 步骤二:根据全回流操作线方程计算 $y_{n + 1}$
全回流时操作线方程为 $y_{n + 1}=x_{n}$,由步骤一可知 $x_{n}\approx0.182$,所以 $y_{n + 1}\approx0.182$。 - 步骤三:分析全回流操作的适用场合
全回流操作时,塔顶和塔底产品量均为零,此时精馏塔的分离能力最大,理论板数最少。在精馏开工阶段,采用全回流可以使塔内尽快建立起稳定的气液平衡状态;在实验研究场合,全回流可以方便地研究精馏塔的性能和分离效果。