经典蒸馏题库

第一章 蒸馏复习题三、计算1某塔顶蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的气、液两相互成平衡。气相作产品，液相作回流，参见附图。塔顶产品组成为：全凝时为，分凝时为。设该系统符合恒摩尔流的假定，试推导此时的精馏段操作线方程。解： 由精馏段一截面与塔顶（包括分凝器在内）作物料衡算。 1 2yo分凝器， 若回流比为R 则 y1对于全凝时 xD精馏段操作线 可知：当选用的回流比一致，且时两种情况的操作线完全一致。在图上重合，分凝器相当于一块理论板。2用一精馏塔分离二元液体混合物，进料量100kmol/h，易挥发组分xF=0.5，泡点进料，得塔顶产品xD=0.9，塔底釜液xW=0.05（皆摩尔分率），操作回流比R=1.61，该物系平均相对挥发度=2.25，塔顶为全凝器，求：(1) 塔顶和塔底的产品量（kmol/h）；(2) 第一块塔板下降的液体组成x1为多少；(3) 写出提馏段操作线数值方程；(4) 最小回流比。解：（1）塔顶和塔底的产品量（kmol/h）； F=D+W=100 （1） （2）上述两式联立求解得 W=47.06kmol/h D=52.94kmol/h（2）第一块塔板下降的液体组成x1为多少； 因塔顶为全凝器， （3）写出提馏段操作线数值方程； 则 （4）最小回流比。泡点进料，q=1, 3一精馏塔，原料液组成为0.5（摩尔分率），饱和蒸气进料，原料处理量为100kmol/h，塔顶、塔底产品量各为50kmol/h 。已知精馏段操作线程为y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶全凝器，泡点回流。试求： （1） 塔顶、塔底产品组成；（2） 全凝器中每小时冷凝蒸气量；（3） 蒸馏釜中每小时产生蒸气量（4） 若全塔平均=3.0，塔顶第一块塔板默弗里效率Eml=0.6，求离开塔顶第二块塔板的气相组成。解：（1）塔顶、塔底产品组成； 因 ， R=5 又 ， 由物料衡算 得 （2）全凝器中每小时冷凝蒸气量； V=（R+1）D=300kmol/h（3）蒸馏釜中每小时产生蒸气量； q=0，V=V - F=300 -100=200kmol/h（4）求离开塔顶第二块塔板的气相组成。 ， 故 4在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，饱和蒸汽进料。已知进料量为150kmol/h，进料组成为0.4（摩尔分率），回流比为4，塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔釜采出液中甲苯的回收率为0.95。试求：（1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成；（2）精馏段操作线方程；（3）提馏段操作线方程；（4）回流比与最小回流比的比值；（5）若全回流操作时，塔顶第一块塔板的气相默弗里板效率为0.6，全凝器液相组成为0.98，求由塔顶第二块板上升的气相组成。 解：（1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成； 由 （a） （b） F=D+W+150 （c） （d）联立（a）、（b）、（c）和（d）求解得： W=87.3kmol/h， D=62.7kmol/h xW=0.0206， xD=0.928（2）精馏段操作线方程； （3）提馏段操作线方程； 饱和蒸气进料，故 q=0 ， 则 （4）回流比与最小回流比的比值； q=0， 由 得 ， （5）求由塔顶第二块板上升的气相组成。 ， 而 全回流时， ， 代入上式可得： 52 在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h，含苯0.4，要求塔顶馏出液中含苯0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流。已知a=2.5，取回流比为最小回流比的1.5倍。试求：（1）塔顶产品量D、塔底残液量W及组成xw；（2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）提馏段操作线方程；（5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成为多少？（6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数为多少？解：（1）塔顶产品量D、塔底残液量W及组成xw； 由 ，得： W=F- D=1000-400=600kmol/h又由物料衡算 得 （2）最小回流比； 泡点进料，q=1, (3) 精馏段操作线方程； (4) 提馏段操作线方程； 则 （5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成 由操作线方程 得 （6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数又为多少。饱和蒸气进料， q=0，由 得 因 ， 故 53 用一连续精馏塔分离苯-甲苯混合溶液，原料液中含苯0.40，塔顶馏出液中含苯0.95（以上均为摩尔分率）。原料液为气液混合进料，其中蒸汽占1/3（摩尔数比）。苯-甲苯的平均相对挥发度为2.5，回流比为最小回流比的2倍，试求：（1） 原料液中汽相及液相的组成；（2） 最小回流比；（3） 若塔顶采用全凝器，求从塔顶往下数第二快理论板下降的液体组成。解：（1）设原料液液相组成为，汽相组成为（均为摩尔分率）则 （1） （2）联立（1）式和（2）式，可得： （2） 因 q=2/3， （3） （4） 联立（3）和（4） 可得： 所以 （3）精馏段操作线方程为 R=21.8=3.6 则 由 得 5有某平均相对挥发度为3的理想溶液，其中易挥发组分的组成为60%（摩尔百分率，以下同），于泡点下送入精馏塔中，要求馏出液中易挥发组分组成不小于90%，残液中易挥发组分组成不大于2%，试用计算方法求以下各项：（1） 每获得馏出液时原料液用量；（2） 若回流比为1.5，它相当于最小回流比的若干倍；（3） 回流比为1.5时，精馏段需若干层理论板；（4） 假设料液加到板上后，加料板上溶液的组成不变，仍为0.6，求上升到加料板上蒸汽相的组成。解 （1） 原料液用量依题意知馏出液量，在全塔范围内列总物料及易挥发组分的衡算，得： 或 由上二式解得，收集的馏出液需用原料液量为： （2） 回流比为最小回流比的倍数以相对挥发度表示的相平衡关系为： 当时，与之平衡的气相组成为： 由于是泡点进料，在最小回流比下的操作线斜率为： 因此解得 故操作回流比为最小回流比的倍（3） 精馏段理论板数当回流比，相对挥发度为3时，精馏段的平衡关系为式所示，操作线为： 由于采用全凝器，故，将此值代入式解得。然后再利用式算出，又利用式算出，直至算出的等于或小于为止。兹将计算结果列于本例附表中。板的序号气相组成液相组成120.9 0.810.750.5870.6（4） 上升到加料板的蒸汽相组成提馏段操作线方程为： 由于泡点进料，故。又 及 将以上数据代入提馏段操作线方程：由题意知，料液加到板上后，板上液相组成仍为0.6，故上升到加料板的蒸汽相组成为：6用常压精馏塔分离某二元混合物，其平均相对挥发度为a=2，原料液量F=10kmol/h，饱和蒸气进料，进料浓度xF=0.5（摩尔分率，下同），馏出液浓度xD=0.9，易挥发组份的回收率为90%，回流比R=2Rmin，塔顶为全凝器，塔底为间接蒸气加热，求：（1）馏出液量及釜残液组成？（2）从第一块塔板下降的液体组成x1为多少？（3）最小回流比？（4）精馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h？（5）提馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h？解：（1）馏出液量及釜残液组成； F=D+W W=F-D=10-5=5kmol/h （2）从第一块塔板下降的液