_蒸馏-习题课

1、1二元连续精馏的分析与计算二元连续精馏的分析与计算 习题课习题课 例例1 设计型问题设计型问题例例2 操作型定性分析操作型定性分析例例3 操作型定性分析操作型定性分析 练习练习例例4 操作型计算题操作型计算题例例5 操作型计算题操作型计算题2 操作型操作型设计型设计型全全塔塔物物料料衡衡算算操操作作线线方方程程理理论论塔塔板板数数 N 的的计计算算相相平平衡衡关关系系xxy)1(1 WDFWxDxFxWDF111 RxxRRyDnn1VWxxVLyWmm 捷算法捷算法图解法图解法逐板法逐板法11 qxxqqyF习题课习题课D, xDW, xWF, xF公式：公式： DRVRDL)1( FqVV

2、qFLL) 1(操作条件包括：进料状况（操作条件包括：进料状况（F F、x xF F、q q）操作压力操作压力P P、操作温度、操作温度T T冷凝器热负荷冷凝器热负荷V V、再沸器热负荷、再沸器热负荷V V 、D D、W W。3习题课习题课组成为组成为x xF F=0.45=0.45的原料以汽液混合的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中汽液摩尔比状态进入精馏塔，其中汽液摩尔比为为1:21:2，塔顶，塔顶x xD D=0.95=0.95（以上均为摩（以上均为摩尔分率），塔顶易挥发组分回收率尔分率），塔顶易挥发组分回收率为为95%95%，回流比，回流比R R=1.5=1.5R Rminmin，塔釜间

3、接，塔釜间接蒸汽加热，相对挥发度蒸汽加热，相对挥发度 =2.5 =2.5 。试。试求：求：（1 1）原料中汽相和液相组成；）原料中汽相和液相组成；（2 2）列出提馏段操作线方程。）列出提馏段操作线方程。DxD=0.95W, xWFxF=0.4595. 0DR=1.5Rmin =2.5例例1 设计型问题设计型问题4 eeeeexxyxy5 . 115 . 245. 03231xe=0.375ye=0.6设计型问题举例设计型问题举例汽液摩尔比为汽液摩尔比为1:2DxD=0.95W, xWFxF=0.4595. 0DR=1.5Rmin =2.5解：解：（1）原料中汽相和液相组成）原料中汽相和液相组成

4、 t B A xe xF ye 设原料中汽相组成为设原料中汽相组成为ye ，液相组成为，液相组成为xe ，则，则 eeeFeexxyxxy113231 11 qxxqqyF5 FqDRqFRDVL11 32 q95. 0 FDFxDx45. 095. 045. 095. 0 FDeeeDxyyxR min334. 25 . 1min RR 47. 113245. 0334. 33245. 0334. 211 qFDRqFDR设计型问题举例设计型问题举例（2）列出提馏段操作线方程）列出提馏段操作线方程 最小回流比操作情况的分析 xe a ye xD xW xF e d f b 556. 1375

5、. 06 . 06 . 095. 0 DRVRDL)1( FqVVqFLL) 1(6VWxxVLyw 0193. 047. 1 x1 FwFDFxWxFxDx05. 0 FwFxWx0193.013245.0334.345.005.01105.01105.0qFDRxFqDRFxVWxFFwFDxFDxDFDxFxxDFDFW1解法二解法二(提示提示)：7VLVL FqVV) 1( ，F、q不不变变 V 而而 L 不不变变qFLL ，F、q、L不不变变， L 不不变变，而而V x y N ，与，与N不变这个前提相矛盾。不变这个前提相矛盾。故假设不成立。故假设不成立。例例2 一操作中的常压连续精

6、馏塔分离某混合液。现保持回流一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持回流液量和进料状况（液量和进料状况（F、xF、q）不变，而）不变，而减小塔釜加热蒸汽量，减小塔釜加热蒸汽量，试分析试分析xD、xW如何变化？如何变化？操作型定性分析举例操作型定性分析举例解法二：作图解法二：作图+排除法排除法解法一：快速分析解法一：快速分析xD变大变大xW变大变大假设假设xD不变不变 、假设、假设xD变小变小8xyVLVL 至于至于xW，也用排除法推知，只能变大。，也用排除法推知，只能变大。9 x y R 不不变变，1 RRVL不不变变，P 练习练习 一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持塔一操作中的

7、常压连续精馏塔分离某混合液。现保持塔顶馏出液量顶馏出液量D、回流比、回流比R、进料状况（、进料状况（F、xF、q）不变，而）不变，而减小操作压力，减小操作压力，试分析试分析xD、xW如何变化？如何变化？解：解： D、R、q和和F不变，不变，10 xy假设 xD不变由物料衡算式可知，由物料衡算式可知，xW也不变也不变假假设设 xD ，由由物物料料衡衡算算式式可可知知，xW ，故故 xD只只能能变变大大，xW变变小小。11 F,xF D,xD 1 W, xW 如图所示的精馏塔由一只蒸馏釜及一如图所示的精馏塔由一只蒸馏釜及一层实际板组成。料液由塔顶加入，进层实际板组成。料液由塔顶加入，进料热状况参数

8、料热状况参数q=1q=1，x xF F=0.20=0.20（摩尔分（摩尔分率，下同）。今测得塔顶易挥发组分率，下同）。今测得塔顶易挥发组分的回收率为的回收率为80%80%，且，且x xD D=0.30=0.30，系统相，系统相对挥发度为对挥发度为3.03.0。试求：。试求：（1 1）残液组成）残液组成x xw w；（2 2）该层塔板的液相默弗里板效）该层塔板的液相默弗里板效E EmLmL。 设蒸馏釜可视为一个理论板。设蒸馏釜可视为一个理论板。q=1，xF=0.20 xD=0.30 80 =3.0例例3 操作型计算操作型计算12 %80FDDFWFxDxDFDxFxx533. 0 FD0859.

9、 0533. 013 . 0533. 020. 01FDxFDxxDFW解：解：（1）残液组成）残液组成xwq=1，xF=0.20 xD=0.30 80 =3.0 F,xF D,xD 1 W, xW 13 125. 03 . 00 . 20 . 33 . 0111*1 yyx 533. 0 FD D W, xW y1xFx1yw 22. 00859. 00 . 210859. 00 . 311 wwwxxy FqFLL DVFqVV 1（2）该层塔板的液相默弗里板效）该层塔板的液相默弗里板效EmLq=1，xF=0.20 xD=0.300752. 0876. 11 xVWxxVLyww 1DDx

10、FxxDFDF 1xW=0.0859 =3.014%3 .57125. 02 . 0157. 02 . 0*11 xxxxEFFmL F,xF D,xD W, xWy1xFx1yw157. 0876. 10752. 022. 0876. 10752. 01 wyx*11xxxxEFFmL 15例例4 4某连续操作精馏塔某连续操作精馏塔如图所示，已知料液摩尔如图所示，已知料液摩尔组成组成x xF F=0.2=0.2，料液以饱和液，料液以饱和液体状态直接加入塔釜，塔体状态直接加入塔釜，塔顶设全凝器，全塔共两块顶设全凝器，全塔共两块理论板（包括塔釜），塔理论板（包括塔釜），塔顶摩尔采出率顶摩尔采出率

11、D/F=1/3D/F=1/3，回，回流比流比R=1R=1，泡点回流，此条，泡点回流，此条件下物系的相平衡关系可件下物系的相平衡关系可表示为表示为y=4xy=4x，试计算，试计算x xW W=?=?操作型问题举例操作型问题举例16 313112 . 01WWFWFWFDxFDxFDxDxDFFxDWxFxx Wx26 . 0 R=1 D/F=1/3 1 y1 q=1 x1 y2 xF=0.2 2 W , xW Wxy42 DnDnnxxRxxRRy5 . 05 . 0111 DDDDxxxyxyxxy625. 05 . 05 . 025. 0412111 WDxx4625. 0 -（1）-（2）

12、 解解式式 1、2 得得：0714. 0 Wx操作型问题举例操作型问题举例y=4x WDFWxDxFxWDF17 例题例题1 1： 一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某塔板的气、液相组成分别为塔板的气、液相组成分别为0.830.83和和0.700.70，相邻上层塔板，相邻上层塔板的液相组成为的液相组成为0.770.77，而相邻下层塔板的气相组成为，而相邻下层塔板的气相组成为0.780.78（以上均为轻组分（以上均为轻组分A A的摩尔分数，下同）。塔顶为泡点回的摩尔分数，下同）。塔顶为泡点回流。进料为饱和液体，其组成为流。进料为饱和液体，其组成为0.4

13、60.46。若已知塔顶与塔。若已知塔顶与塔底产量比为底产量比为2/32/3，试求：，试求：（1 1）精馏段操作线方程；）精馏段操作线方程；（2 2）提馏段操作线方程。）提馏段操作线方程。18例题例题2 2：某精馏塔，塔顶设有分凝器和全凝器，料液：某精馏塔，塔顶设有分凝器和全凝器，料液以以500kmol/h500kmol/h的流率在泡点温度下加入塔中部，其组的流率在泡点温度下加入塔中部，其组成为成为0.50.5。已知提馏段的蒸气量是液流量的。已知提馏段的蒸气量是液流量的0.80.8倍倍, ,离离开塔釜的蒸气组成为开塔釜的蒸气组成为0.080.08。设全塔相对挥发度恒定，。设全塔相对挥发度恒定，塔

14、内物系符合恒摩尔流假定。若要求塔顶产品组成塔内物系符合恒摩尔流假定。若要求塔顶产品组成为为0.950.95，塔底产品组成为，塔底产品组成为0.050.05，试求自第，试求自第1 1块理论板块理论板流出的液体组成。流出的液体组成。19例题3：有一分离理想二元组分溶液的精馏塔，进料组成为0.28,要求塔顶产品组成为0.97, 塔底产品组成为0.05（以上均为轻组成为A的摩尔分数）。若进料的气化率为0.2,相对挥发度为4，试求提馏段的最大液气比。20例例4 4：一个只有提馏段的精馏塔分离双组分理想溶液，组成为0.5，流率为1kmol/s的原料液在泡点温度下自塔顶加入，塔顶无回流，塔釜用间接蒸气加热，

15、要求塔顶产品组成达到0.75，塔底产品组成控制为0.03，若体系的相对挥发度为3.4，试求：（1）塔釜上1块塔板的液相组成；（2）若理论板数增至无限多,在其他条件下不变时的塔顶产品组成.21分析:全塔的各板间物料组成遵循段操作线方程,由于塔釜相当于1块理论板,故釜与上层塔扳间的物料组成关系亦如此 解:(1)塔釜上1块塔板的液相组成由全塔物理衡算 WDFWDFWxDxFx 解得 skmolxxxxFDWDWF/653. 003. 075. 003. 05 . 01skmolDFW/347. 0653. 01例4解析 22由于该塔既无塔顶回流,又是塔顶泡点加料,则由提馏段操作线方程 WWxDWxD

16、FxVWxVLy03. 0653. 0347. 0653. 01x0159. 0531. 1xy得 由釜内的气液平衡关系得入塔蒸气组成095. 003. 04 . 213 . 04 . 3) 1(1WWWxaaxy代入提馏段操作线方程 095. 00159. 0531. 1xyW解得塔釜上一块塔板的液相组成 072. 0 x23(2)当塔板数为无限多,而其他条件不变时,可出现两种平衡极限情况,一种是上升塔顶的蒸汽组成与进料组成处于相平衡;另一种是塔釜产品中无轻组分组成.设塔顶部平衡,则773. 05 . 04 . 215 . 04 . 3) 1(1FFDxaaxyx按此计算产品回收率 009.

17、 15 . 01773. 0653. 0DDxxFD显然不可能，再设塔底达平衡，即 0Wx由 DFDxFx 则此时塔顶组成即为可成立的极限值766. 0653. 05 . 01DFxxFD可见，即使塔板数无穷，也只能使塔顶产品组成略有提高。若要求得到较高的回收率，可考虑用增加回流的办法。24某饱和液体原料进入精馏回收塔塔顶其组成为0.5，要求塔底产品组成为0.2，塔顶蒸气经全凝器冷凝后3/4回流入塔，其余作为塔顶产品，冷凝液组成为0.8（以上组成均为轻组分A的摩尔分数）。已知体系的相对挥发度为2.9，试求：（1）轻组分的回收率；（2）塔内理论板数及加料位置。例题例题5：25例题例题6： 连续精

18、馏塔分离二元理想混合液，组成为0.4的料液在泡点温度下入塔，塔顶采用全凝器，回流比为最小回流比的倍，要求塔顶产品组成达到0.85，塔底产品组成不大于0.1，系统的相对挥发度为2.786，试求自釜上第块塔板流下的液相组成。 分析：由己知的塔底产品组成求解出釜入塔的蒸气组成，而此组成与要求的釜上塔板的液相组成属提馏段操作线关系，可见，整理推导出该操作线是解题的关键。由于条件不足，无法用全塔物料衡算求解D、F、L，故提馏段操作线的斜率需用其它法确定。26例题7: 用精馏塔分离某种水溶液,组成为0.3，流率为100kmol/h的料液由加料口入塔，其热状况参数q为1.1，塔顶设有全凝器,泡点回流,回流比为2.5，饱和蒸汽直接入釜加热，馏出液组成为0.85。试求：(1) 当回收率为0.85时，塔底产品组成； (2) 若回流比及塔顶产品组成不变，饱和蒸汽用量增至多少时可使塔底产品组成为零？(3) 若进料状况、 分离要求及回流比均不变,塔釜改用间接蒸汽加热时的提馏段操作线方程27(1)分析：由于是饱蒸汽直接加热釜内液体,故有饱和蒸汽用量与自釜上升蒸汽用量相等的特殊条件需加以考虑。全塔物料衡算时需增加饱和蒸汽这股物料，饱和蒸