精馏典型习题PPT演示课件

第6章蒸馏习题课讨论题一连续精馏塔，分离含苯0.4（摩尔分率，下同）的苯-甲苯混合液，进料量为100kmol/h，进料状态为汽、液混合进料，其中含液体量为80%。该塔在塔顶、塔底分别得含苯0.97和含甲苯0.97的产品。现在精馏段某一板上取样分析，获得上升蒸汽的组成为0.82，下降液体的组成为0.7，并测得该板EmV0.65，若该塔在最佳位置进料，操作条件下，=2.47，试求：,1,1.qnD、qnW？；2.R？，该条件下的Rmin？；3.若Np20块，求该塔ET；4.qnV、qnL和qnV、qnL；,5.为减小物耗，欲将釜液中苯含量降为0.5%，而馏出液中的苯含量不变，操作上应采取的措施，再沸器热负荷变化百分数；若对塔实施改造，应增加的实际板数(效率同上)；每年多回收苯多少吨；塔两端哪些参数会发生变化，如何变，有何问题若保持塔两端产品量不变，增大回流比操作，设塔高可以无限高，则最大可达多少？,2,、物料衡算已知条件：（）全凝器；泡点回流（）求:各股物料流率qnD,qnW,qnV,qnL,qnV,qnL?,回收率概念：,*全塔-塔顶-精、提馏段回收率,3,精馏塔内的组成,精馏段操作方程,提馏段操作方程,q线方程,相平衡方程,4,解题思路：,1.qnD，qnW？联立全塔物料衡算式可求解：,5,单板效率（Murphree效率）*塔内某一块实际塔板的效率；*联系相邻两块塔板的汽液相组成,Xn-与yn+1操作关系，与yn*相平衡关系。Xn-1-与yn操作关系，yn与xn*相平衡关系。yn-与xn-1操作关系，与xn*相平衡关系。yn+1-与xn操作关系，xn与yn*相平衡关系。,6,特殊位置分析(1)塔顶冷凝器,7,(2)塔顶设部分冷凝器(分凝器),目的,当含有很轻组分时，节省高品位冷剂,分凝器相当于一块理论板塔内总理论板数则等于（NT2）块理论板,23,xD，=yDxD，与xD为相平衡关系x1*与y1呈相平衡y1与xD为操作关系,8,(3)塔釜再沸器,理论塔板时，yW与xW为相平衡关系yW与xn-1为操作关系yn-1与xn-1为相平衡关系,9,由题意，精馏段某板：xn，yn，EmVn已知,由平衡方程,将yn，y*n，代入解得：yn10.76,将yn1，xn，xD代入精馏段操作方程解得：,10,设(xe,ye)则可由精馏段操作线在y轴上的斜率截距,Rmin？,求最小回流比的途径,获得E点的方法-,*图解*q线与平衡线方程联立,11,3.若该塔有实际板20块，求该塔的总板效率,Rmin？,解得：xe0.356ye0.577,求最小回流比的途径,（不包括釜）,12,精馏段操作方程,提馏段操作方程,相平衡方程,求N，可采用的方法：,逐板计算法图解法简捷算法,求得N=12（包括釜）,q线方程,xq=0.374,求理论塔板数的途径,13,4.精馏段、提馏段的汽相和液相流率,14,*操作回流比R变化*进料热状态q变化*进料位置偏离最佳点,5.为减小物耗，欲将釜液中苯含量降为0.5%，,操作型问题：1、实际操作的塔，其中的理论板数（总板效率）会随操作条件发生变化。,15,*操作回流比R变化,规定分离要求时，R时，所需理论板数减少，塔板设备费降低；操作费；再沸器和冷凝器的设备费；塔径可能使设备费。选取总费用最小的适宜值,16,二、操作调节与优化对于N及进料位置确定的塔，若分离要求改变，或其他条件改变，(如qnF,)改变,如何调节，满足要求。1、R的调节（主要调节手段）,增大R对设计型计算，可提高塔板分离能力，减小NT；对操作型计算，NT一定时，由于塔板分离能力提高，因此可提高分离效果。R的选择应考虑经济性,17,操作型计算:NT=5不变,R增大,分离能力提高进料位置不变时,xD增加，xW降低，试差确定R,18,操作型计算:NT=5不变,要求xD不变，xW降低,R增大,试差确定,最佳进料位置相应调整,19,增大R具体操作：qnD不变,qnL增加,qnL不变,qnD减小代价：产品量降低并由于qnD下降速度较快，常导致qnDxD减小，即回收率减小,(即增加再沸器热负荷),20,(2)xD增加受塔板数限制，因为xD趋进1时，塔板数急剧增加,xD的增加限度(1)受物料衡算制约,(3)xD增加受再沸器热负荷制约,21,R=6.5,图解试差：N12,xD0.97,xw0.005,q0.8,ZF0.4,=2.47,5.为减小物耗，欲将釜液中苯含量降为0.5%，而馏出液中的苯含量不变，,在操作上应增大R,22,qnD、qnW是否变化？釜液中苯含量降低,要求苯从塔顶回收,因此qnD增加,图解法或简捷法试差求解R,5.为减小物耗，欲将釜液中苯含量降为0.5%，而馏出液中的苯含量不变，,注意：物料衡算、操作线发生变化！,23,操作上，采用提高再沸器热负荷，实现R增加再沸器热负荷变化百分数：,再沸器热负荷变化百分数：,可见，提高R，不经济。为此，应提高N，即需要改造塔提高回流比不是万能的，要受再沸器热负荷以及物料衡算制约。,24,若对塔实施改造，应增加多少块实际板（效率同上）实际板加在何处？,图解、逐板计算注意：xWxW,图解：xD0.97,xw0.005,R=3.5,q0.8,ZF0.4,=2.47,N15（包括釜）,增加6块实际板,实际板加在提馏段,25,原底部带出易挥发组分：qnWxw,现底部带出易挥发组分：qnWxw,多回收苯：qnWxw-qnWxw,塔两端哪些参数会发生变化，如何变化，有何问题,xW釜温再沸器tmR提高加热蒸气P,若RqnVqnVRxDxW,每年多回收苯多少吨,注意：每年按8000小时计算,26,若保持塔两端产品量不变，增大回流比操作，设塔高可以无限高，则最大可达多少？,xD增加受塔板数限制，xD趋进1时，塔板数急剧增加；xD增加受物料衡算限制，回收率最大为,27,精馏装置的物料平衡对采出量qnD,qnW的限制,如果塔顶过量的采出qnDqnD，则：qnW减小，由于FzF恒定，势必导致塔底B组分更多的进入塔顶产品中，使xD下降。引起塔顶产品不合格，而塔底产品中B组分进一步提高，即过度分离。结果：造成一端产品浓度不合格，即xD,xW都降低,措施进料流量qnF或组成zF变化时,及时调整采出量及进料位置，使之与分离要求相匹配,28,常见故障：（1）产品浓度不合格a.一端产品浓度不合格原因：考虑塔的物料衡算,操作型问题：2、进料流量qnF或组成zF变化时,及时调整采出量，使之与分离要求相匹配，否则破坏物料衡算关系，造成一端产品浓度不合格。,29,双组分连续精馏操作中，若进料组成有所降低，仍要求馏出液流率不变，问馏出液和釜液的组成如何变化？,xD降低，xW降低,30,苯-甲苯液体混合液在常压精馏塔内进行分离操作。塔内有10块理论塔板，其中第4块为加料板，塔顶采用全凝器，泡点进料。回流比R=3.0，要求塔顶产品浓度为0.9，馏出率qnD/qnF=0.4，若料液组成因故降为0.3，试求：(1)保证馏出率不变，增大回流比能否得到合格产品；(2)应如何调整才能得到合格馏出液组成？,解：（1）设xW=0，由物料衡算可求得,说明若维持qnD/qnF=0.4，因受物料衡算限制，回流比再大也不可能得到合格的产品。,31,（2）为得到合格产品，必须减少馏出率qnD/qnF。当回流比R=3.0时(要求再沸器热负荷降低)，此馏出率qnD/qnF可通过试差求出。因xD=0.9，R=3.0已知，精馏段操作线可以做出。精馏段操作线与q线x=0.30相交于点e，再假设一塔底产品组成xW，则提馏段操作线可以做出。根据精馏段操作线与假设的提馏段操作线，自上而下作梯级并在第4块板以后换用操作线，依次求出离开第10块板的液相组成x10。若求出的x10等于xW的假定值，则假定正确。否则，对xW的假定值作适当修改后，再次计算。本例试差结果是xW=0.05（进料位置未调整，引进料板附近塔板分离能力降低，使xW增大）根据物料衡算，可求出馏出率qnD/qnF为,32,因新工况与原工况的回流比相同，故塔釜在两工况的供热比为即供热量减少26.6%,33,在精馏塔操作过程中，当发现产品不合格时，往往会不加分析地采用增大回流比的方法加以解决。但是，从本例计算结果可知，塔顶产品流出率qnD/qnF对精馏塔操作有着主要影响。当馏出率过大时，因受到物料衡算的约束，回流比再大也无济于事，此时只有减少馏出率才可能得到合格的产品。在实际操作中，因qnD/qnF过大而导致产品不合格的情况时经常发生的，应引起足够的重视。采出过量或不足时，会破坏物料平衡，常导致塔一端产品不合格。,34,1、当原料组成，料液量，压力和最终温度相同，则二元理想溶液的简单蒸馏和平衡蒸馏的结果比较是：馏出液组成（平均）为简单蒸馏_平衡蒸馏；釜液组成为简单蒸馏_平衡蒸馏；馏出液占料液的分率为简单蒸馏_平衡蒸馏；,2、已知某精馏塔操作参数为qnF，ZF，q，R，xD，xW，现qnF，q不变，ZF，要求xD，xW满足原分离要求，则：qnD_，qnW_，R_。（,不变,不确定）,3、精馏操作中，若qnF，ZF，q，qnD，qnW不变，增大R，则精馏段液气比qnL/qnV_，提馏段液气比qnL/qnV_，xD_，xW_（,不变,不确定）,解,解,35,5、直接蒸汽加热适用于_物系，与间接蒸汽加热比较：（1）qnD/qnF，ZF，q，R，xD相同时，N直_N间,xW直_xW间；（2）qnF,ZF,q,R,xD,xW相同时,N直_N间,(qnD/qnF)直_(qnD/qnF)间；,6、精馏塔设计时，采用的参数（qnF，ZF，q，R，xD，qnD）均为定值，若降低塔顶回流液的温度，则塔内实际下降液体量_，塔内实际上升蒸汽量_，精馏段液气比_，所需理论塔板数_（,不变,不确定）。,4、连续精馏塔操作时，增大加热蒸汽用量，而回流液流量和进料条件（qnF，ZF，q）不变，则qnL/qnV_，xD_，xW_（,不变,不确定）,36,最终温度相同，（最终）釜液组成相同,re,37,xDyD,re,38,2、由,qnF，q不变，ZF，要求xD，xW满足分离要求，则：qnD，qnW，R,re,39,3.