题目
氯仿和四氯化碳的混合液在一连续精馏塔中进行分离,要求馏出液中氯仿的组成为0.95(摩尔分率),馏出液流量50kg/h,塔顶为全凝器。平均相对挥发度α=1.6。回流比R=2,求:①第一块塔板下降的液体组成x1 ;②精馏段各板上升蒸汽V及下降液体L。
氯仿和四氯化碳的混合液在一连续精馏塔中进行分离,要求馏出液中氯仿的组成为0.95(摩尔分率),馏出液流量50kg/h,塔顶为全凝器。平均相对挥发度α=1.6。回流比R=2,求:①第一块塔板下降的液体组成x1 ;②精馏段各板上升蒸汽V及下降液体L。
题目解答
答案
解:氯仿和四氯化碳混合液客人为是理想溶液。
①塔顶为全凝器y1 =0.95
根据理论板的概念y= 0.95=x1=0.92
② V=(R+1)D=(2+1)×50=150(kg/h)
根据恒摩尔流的假定,各板上升的蒸汽摩尔流量相等,并非质量流量相等,因此,需将此值转化为摩尔值。
氯仿的物质的量 M=119.35kg/lmol 四氯化碳的物质的量 M=153.8kg/kmol
塔顶蒸汽的平均物质的量 M=0.95×119.35+0.05×153.8=121.1(kg/kmol)
V= =1.24(kmol/h)
L=RD=2×50=100(kg/h)
解析
步骤 1：确定塔顶全凝器的组成
由于塔顶为全凝器，塔顶的液相组成与气相组成相同，即y1 = 0.95。
步骤 2：计算第一块塔板下降的液体组成x1
根据理论板的概念，y1 = 0.95，相对挥发度α = 1.6，可以使用以下公式计算x1：
\[ y_1 = \frac{\alpha x_1}{1 + (\alpha - 1)x_1} \]
代入y1 = 0.95和α = 1.6，解得：
\[ 0.95 = \frac{1.6 x_1}{1 + 0.6 x_1} \]
解方程得：
\[ 0.95 (1 + 0.6 x_1) = 1.6 x_1 \]
\[ 0.95 + 0.57 x_1 = 1.6 x_1 \]
\[ 0.95 = 1.03 x_1 \]
\[ x_1 = \frac{0.95}{1.03} \approx 0.9223 \]
步骤 3：计算精馏段各板上升蒸汽V及下降液体L
根据回流比R = 2，馏出液流量D = 50 kg/h，可以计算上升蒸汽V和下降液体L：
\[ V = (R + 1)D = (2 + 1) \times 50 = 150 \text{ kg/h} \]
\[ L = RD = 2 \times 50 = 100 \text{ kg/h} \]
由于塔顶为全凝器，塔顶的液相组成与气相组成相同，即y1 = 0.95。
步骤 2：计算第一块塔板下降的液体组成x1
根据理论板的概念，y1 = 0.95，相对挥发度α = 1.6，可以使用以下公式计算x1：
\[ y_1 = \frac{\alpha x_1}{1 + (\alpha - 1)x_1} \]
代入y1 = 0.95和α = 1.6，解得：
\[ 0.95 = \frac{1.6 x_1}{1 + 0.6 x_1} \]
解方程得：
\[ 0.95 (1 + 0.6 x_1) = 1.6 x_1 \]
\[ 0.95 + 0.57 x_1 = 1.6 x_1 \]
\[ 0.95 = 1.03 x_1 \]
\[ x_1 = \frac{0.95}{1.03} \approx 0.9223 \]
步骤 3：计算精馏段各板上升蒸汽V及下降液体L
根据回流比R = 2，馏出液流量D = 50 kg/h，可以计算上升蒸汽V和下降液体L：
\[ V = (R + 1)D = (2 + 1) \times 50 = 150 \text{ kg/h} \]
\[ L = RD = 2 \times 50 = 100 \text{ kg/h} \]