五 蒸馏
汽液相平衡
1.1 苯(A)与氯苯(B)的饱和蒸汽压[mmHg]和温度[℃]的关系如下:
t 80.92 90 100 110 120 130 131.8
p 760 1008 1335 1740 2230 2820 3020
p 144.8 208.4 292.8 402.6 542.8 719 760
若苯—氯苯溶液遵循Raoult定律,且在1atm下操作,试作： (1) 苯—氯苯溶液的t—x(y)图及y—x图；
(2) 用相对挥发度的平均值另行计算苯—氯苯的x—y值。
1.2 苯—甲苯混合液的组成x=0.4(摩尔分率),求其在总压p=600[mmHg]下的泡点及平衡汽相组成。又苯和甲苯的混合气含苯40％(体积％)，求常压下的露点。已知苯—甲苯混合液服从拉乌尔定律。苯(A)和甲苯(B)的蒸汽压p、p [mmHg],按下述Antoine方程计算：式中t为温度[℃]。 lg p=6.89740-1206.350/(t+220.237)
lg p=6.95334-1343.943/(t+219.237)
1.3 某双组分理想物系当温度t=80℃时，p=106.7kPa，p=40kPa，液相摩尔组成为 xA=0.4，试求:
(1) 与此液相组成相平衡的汽相组成yA；
(2) 相对挥发度α。
1.4 一双组分精馏塔，塔顶设有分凝器，已知进入分凝器的汽相组成y1=0.96(摩尔分率,下同)，冷凝液组成xD=0.95，两个组分的相对挥发度α=2，求: (1) 出分凝器的汽相组成yD=?
(2) 出分凝器之液、汽的摩尔流率之比L/VD=? 习题4附图
1.5 在1atm下对x=0.6(摩尔分率)的甲醇—水溶液进行简单蒸馏，当馏出量为原料的 1/3时，求此时刻的釜液及馏出物的组成。设x=0.6附近平衡线可近视为直线，其方程为 y=0.46x+0.549
1.6 某二元混合物原料中易挥发组分xF=0.4(摩尔组成)，用平衡蒸馏的方式使50%的物料汽化，试求气相中易挥发组分的回收率。（设相对挥发度为3）
1.7 将含有24%(摩尔,以下同)易挥发组分的某液体混合物送入连续操作的精馏塔，馏出液中含有95%的易挥发组分，残液中含有3%易挥发组分。塔顶蒸汽量为850[kmol/h]， 回流量为670[kmol/h]，塔顶采用全凝器，试求塔顶易挥发组分的回收率及残液量。
1.8 现有一连续精馏塔只有精馏段，用于A、B两组分的分离。已知A与B的分子量分别为78与92，进料量为100[kg/h]，含A组成为10%(质量%以下同)，进料状态为饱和蒸汽自塔底送入，如图示。如果要求馏出产品中A的组成为95%，残液中A的组成为1%,试求:
(1) 塔顶馏出液的量、釜残液量及塔顶的蒸汽量各为多少[kg/h]?
(2) 回流比R?
(3) 写出该塔操作线的数值表达式。
1.9 在连续精馏塔中,精馏段操作线方程
y=0.75x+0.2075,q线方程为y=-0.5x+1.5xF, 试求:
(1) 回流比R
(2)馏出液组成xD
(3) 进料液的q值
(4) 当进料组成xF=0.44时,精馏段操作线与
提馏段操作线的交点处xq值为多少? 并要求判断进料状态。 习题8附图
1.10 一常压精馏塔将含苯0.4(摩尔分率以下同)的苯
甲苯混合液1000[kg/h],分离为组成xD=0.97塔顶产品和xw=0.02的底部产品。已知回流比R=3.7,进料温度为20℃，料液平均比热为159.2[kJ/kmol·℃]，在常压下苯的汽化潜热为30807[kJ/kmol]，甲苯汽化潜热为33320[kJ/kmol]。试求：
(1) 精馏段上升蒸汽量V和下降的液体量L[kmol/h];提馏段上升蒸汽量V′和下降的液体量L′[kmol/h];
(2) 求塔顶冷凝器的热负荷；如使用水为冷却剂，且水初温为20℃，出口温度为 50℃，求每小时耗水量[kg/h]?
(3) 求再沸器的热负荷；设加热所用水蒸汽压强为2.5[kgf/cm2](绝压)，求蒸汽 消耗量[kg/h]？
(4) 写出提馏段操作线方程数值表达式。
1.11 在常压连续精馏塔中分离二元混合物，进料为饱和液体，其中易挥发组分含量为 0.50(摩尔分率)，回流比R=3，提馏段操作线斜率为1.25，截距为-0.0187，求xD。
1.12 由一层理论板与塔釜组成的连续精馏塔，每小时向塔釜加入含甲醇40%(摩尔分率)的甲醇水溶液100kmol，要求塔顶馏出液组成xD=0.84，塔顶采用全凝器，回流比R=3, 在操作条件下的平衡关系为y=0.45x+0.55，求:
(1) 塔釜液组成xw；
(2) 每小时能获得的馏出液量D。
1.13 某连续精馏操作中，已知操作线方程如下：
精馏段 y=0.723x+0.263 习题12 附图
提馏段 y=1.25x-0.0187
试求馏出液和釜液的组成及回流比。若原料为饱和蒸汽进料，求其组成?
1.14 某二元系统精馏塔在泡点下进料，全塔共有三块理论板及一个再沸器，塔顶采用全凝器，进料位置在第二块理论板上，塔顶产品组成xD=0.9(摩尔分率)，二元系统相对挥发度α=4，进料组成为xF=0.5(摩尔分率)，回流比R=1时，求:
(1) 离开第一块板的液相组成x1为多少?
(2) 进入第一块板的气相组成y2为多少?
(3) 两操作线交点d的气液组成?
1.15 组成为xF=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中气液摩尔比为1:2，塔顶xD=0.95(以上均为摩尔分率)，易挥发组分回收率为95%，回流比R=1.5Rmin，相对挥发度α=2.5,试求:
(1) 原料中汽相和液相组成;
(2) 列出提馏段操作线方程。
精 馏 设 计 型 计 算
1.16 欲设计一连续精馏塔用以分离苯和甲苯各50%的料液,要求xD=96%，xw=5%(以下均为摩尔%)。泡点进料，操作回流比R=3，系统相对挥发度为2.5，试用逐板计算法求所需的理论板数与加料板的位置。
1.17 某二元混合液的精馏操作过程如图所示。已知原料以饱和液体状态直接加入塔釜，原料组成xF=0.52(摩尔分率,下同)，要求塔顶产品组成xD=0.8，D/F=0.5的操作条件下，物系的α=3.0，塔顶设全凝器，泡点回流。若设计回流比R=3.0，求为完成上述分离任务所需的理论板板数。(操作满足恒摩尔流假定)。
习题17附图 习题19附图
1.18 乙烯—乙烷混合液于饱和蒸汽状态加入精馏塔中，回流比R=5，且已知xD=0.9 ,xw=0.1，xF=0.5(均为乙烯的摩尔分率)。试用图解法求取所需的理论板数。
1.19 用一塔顶设全凝器的常压精馏塔分离含甲醇为0.3，流量为100kmol/h的甲醇— 水溶液，泡点进料,并要求塔顶产品含甲醇为0.95，塔底产品含甲醇为0.015(以上均为摩尔分率),已知精馏段操作线为:y=0.6x+0.38;操作条件下的平衡关系如图所示，试求：
(1) 塔顶及塔底的产品流量(kmol/h);
(2) 塔的理论板数及进料位置:
(3) 流入再沸器的液相流量及组成，离开再沸器的气相流量及组成。
1.20 用一连续精馏塔分离苯与氯苯混合物，xF=0.45，xD=0.95(以上均为摩尔分率)。 进料状态为汽液混合物,其中汽液比为1:2(摩尔比)。苯与氯苯的平均相对挥发度α=4.6。试求:
(1) 原料中汽相和液相组成;
(2) 最小回流比R min。
1.21 试用捷算法计算环氧乙烷—环氧丙烷连续精馏塔的理论板数与加料板位置。如全塔效率EO=70%，求实际板数(釜可视为一块理论塔板)和实际加料板位置。已知xF=0.6, xD=0.98,xw=0.05(皆为环氧乙烷的摩尔分率)，R=1.5R min，相对挥发度α=2.47，饱和液体进料。
1.22 今用连续精馏塔同时取得两种产品xD1=0.9，xD2=0.7(如图所示)，已知xF=0.4(以上均为摩尔分率)，泡点进料，R=2，相对挥发度α=2.4，D1/D2=2(摩尔比)。求精馏段所需的理论论板数。(逐板计算法与图解法均可)。
1.23 现用连续精馏塔将含甲醇35%与水65%的混合液分离，以便得到含甲醇95%的馏出液与含甲醇4%的残液(均为%摩尔)。操作回流比R=1.5，料液温度为20℃，釜中用直接蒸汽加热，试用图解法求理论板数。已知35%的甲醇水溶液泡点为78℃，比热为0.88 [kcal/kg·℃]；水的汽化潜热为552[kcal/kg]。在1atm下,甲醇—水的平衡数据如下：
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