精馏典型例题题解学习教案

1、会计学1精馏典型例题精馏典型例题(lt)题解题解第一页，共77页。00BApp t 总压、温度总压、温度(wnd)对相平衡的影响对相平衡的影响蒸馏的压强增高蒸馏的压强增高(znggo)，泡点升，泡点升高，高，相对挥发度减小，分离困难。相对挥发度减小，分离困难。00000BBAAAAApPppPpPxpy 对于理想溶液对于理想溶液PAyP总之，蒸馏总之，蒸馏(zhngli)宜选用较低的操作压强，较低的操作温度（汽相、液相共存温度）宜选用较低的操作压强，较低的操作温度（汽相、液相共存温度），有利于组分之间的分离。，有利于组分之间的分离。第1页/共77页第二页，共77页。例：平衡蒸馏与简单蒸馏的比较

2、例：平衡蒸馏与简单蒸馏的比较将含苯为将含苯为 0.7 （摩尔分数，下同），甲苯（摩尔分数，下同），甲苯 0.3 的溶液加热汽化，汽化率为的溶液加热汽化，汽化率为 1/3 。已知物系的相对挥发度为。已知物系的相对挥发度为 2.47 ，试计算：，试计算：（1）作平衡蒸馏时，汽相与液相产物的组成）作平衡蒸馏时，汽相与液相产物的组成(z chn)；（2）作简单蒸馏时，汽相产物的平均组成）作简单蒸馏时，汽相产物的平均组成(z chn)及残液组成及残液组成(z chn)。解：解：（1）平衡）平衡(pnghng)蒸馏蒸馏32311 q13/27 . 013/23/211 xqxxqqyF10. 22 xy

3、xxxxy47. 1147. 211 解得：解得：y=0.816 ; x=0.642第2页/共77页第三页，共77页。（2）简单）简单(jindn)蒸馏蒸馏5 . 132121 WW 12212111lnln11lnxxxxWW 7 . 011ln47. 27 . 0ln47. 115 . 1ln22xx解得：解得：x2=0.633 221121xWxWWWy 834. 0321633. 0327 . 0212211 WWxWxWy（1）平衡）平衡(pnghng)蒸馏蒸馏解得：解得：y=0.816 ; x=0.642et原因是：简单蒸馏始终在最低（泡点）的温度下操作，相对挥发度比较原因是：简单

4、蒸馏始终在最低（泡点）的温度下操作，相对挥发度比较(bjio)大，即在较低的温度下，重组分不易挥发，故所汽化的组分中轻组分浓度大。大，即在较低的温度下，重组分不易挥发，故所汽化的组分中轻组分浓度大。第3页/共77页第四页，共77页。例例1:某连续某连续(linx)精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下：精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下：精馏段精馏段(rectifying section)：提馏段提馏段(stripping section)：172. 08 . 0 xy018. 03 . 1 xy试求：原料试求：原料(yunlio)液组成、馏出液组成、釜液组成、回流比。液组成、馏出液组成、釜液

5、组成、回流比。解：解：8 . 01 RR4 R172. 01 RxD86. 0 Dx或或xyxy 172. 08 . 0交点交点(jiodin)的横坐标的横坐标 x=xD=0.86因为是泡点进料因为是泡点进料018. 03 . 1172. 08 . 0 xyxy交点的横坐标交点的横坐标 x=xF=0.38xyxy 018. 03 . 1交点的横坐标交点的横坐标 x=xw=0.06或或wwxWLWxWLWWLxVWxVLy wxWLWxWLWy 13 . 0 WLW018. 03 . 0 wx 解得解得 xw=0.06第4页/共77页第五页，共77页。例例2：双组分混合液，在一连续精馏塔中进行：

6、双组分混合液，在一连续精馏塔中进行(jnxng)分离，已知料液泡点分离，已知料液泡点ts=367k xF=0.45 xD=0.96 xw=0.05 R=1.50 L/V=1.50 ，料液平均比热，料液平均比热 Cp=158kJ/(kmol.k) ，平均汽化潜热，平均汽化潜热 r=30400kJ/kmol求：料液进塔时的温度求：料液进塔时的温度 tF解解:25. 205. 045. 005. 096. 0 wFwDxxxxDF DFDFqRDFqRDFqFRDqFRDWLLVL1 25. 2125. 250. 125. 250. 150. 1 qq解得解得 q=1.02 rttCrqFsp 30

7、4003671583040002. 1Ft 解得解得 tF=363k第5页/共77页第六页，共77页。例例3：有如图的精馏流程：有如图的精馏流程(lichng)，以回收二元理想混合物中的易挥发组分，以回收二元理想混合物中的易挥发组分A ，塔，塔1和塔和塔2的回流比都是的回流比都是3 ，加料、回流均为饱和液体。已知：，加料、回流均为饱和液体。已知：xF=0.6 ,xD=0.9 ,xB=0.3 ,xT=0.5（均为摩尔分数），（均为摩尔分数），F=100kmol/h 。整个流程。整个流程(lichng)可使易挥发组分可使易挥发组分A的回收率达的回收率达90% 。试求：。试求：1、塔、塔2的塔釜蒸发

8、量；的塔釜蒸发量；2、写出塔、写出塔1中间段（中间段（FT)的操作线方程。的操作线方程。DxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段第6页/共77页第七页，共77页。解：解：FDFxDx hkmolxFxDDF/609 . 06 . 010090. 0 1#塔物料(w lio)衡算：BDTFBxDxTxFxBDTF 解得：解得：hkmolT/30 hkmolB/70 2#塔物料(w lio)衡算：WTB hkmolTBW/403070 DxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段第7页/共77页第八页，共77页。2#塔：塔

9、：31 TLRhkmolTL/9030331 hkmolBLL/1607090112 hkmolWLV/1204016022 1#塔：塔：hkmolRDL/1806031 hkmolFLL/280100180112 1#塔虚线所围范围塔虚线所围范围(fnwi)物料衡算：物料衡算：BVTL 22hkmolBTLV/240703028022 DxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段第8页/共77页第九页，共77页。1#塔虚线所围范围易挥发组分塔虚线所围范围易挥发组分(zfn)物料衡算：物料衡算：BTBxyVTxxL 22FT段操作段操作(cozu)线方程：线

10、方程：222VBxTxxVLyBT 数值数值(shz)代入，得：代入，得：025. 0167. 1 xyDxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段第9页/共77页第十页，共77页。2# 的的1段：段： hkmolTRV/12030131 hkmolRTL/90303 hkmolBLL/1607090 hkmolVV/120 或或hkmolWLV/12040160 DxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段第10页/共77页第十一页，共77页。例例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。汽相作产品：

11、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。汽相作产品(chnpn)，液相作回流，见图，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。，液相作回流，见图，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：解：虚线范围虚线范围(fnwi)物物料衡算：料衡算：0DyLxVy VDyxVLy0 再分析再分析(fnx)分凝器与塔顶分凝器与塔顶第一块板之间的关系：第一块板之间的关系：0yDx1yFDVL01DyLxVyD VDyxVLyD01 VL1VLVVD 0D1yVL1xVLy D010 xyyyVL 0D010D010yxyyy1xxyyyy 结论：符合操作线关

12、系。结论：符合操作线关系。将操作线方程中的斜率将操作线方程中的斜率和截距用已知参数表示和截距用已知参数表示出来出来第11页/共77页第十二页，共77页。 例例2：某精馏塔顶采用的是冷回流（即回流液的温度低于泡点温度），其回流比为：某精馏塔顶采用的是冷回流（即回流液的温度低于泡点温度），其回流比为R=L0/D （摩尔（摩尔(m r)比，下同），而塔顶第一块板下方的回流比即为塔内实际回流比为比，下同），而塔顶第一块板下方的回流比即为塔内实际回流比为R（内回流），（内回流），R=L/D ，试证明：，试证明：1、 rTTCrqqRRspm,:参参数数，其其中中回回流流液液的的热热状状态态2、冷回流时精

13、馏段的操作线方程、冷回流时精馏段的操作线方程(fngchng)形式不变，即形式不变，即111 RxxRRyDnn解：解：DRL0 DRqLqL00 qRDLR DRqDRLqVV11100 DLR0 Dx1yFDVL0LDx0V第12页/共77页第十三页，共77页。 DRqDRLqVV11100 DRLDDRqDRDRDV1 11111 RxxRRDRDxxDRRDVDxxVLyDnDnDnnDx1yFDVL0LDx0V结论：冷回流时精馏结论：冷回流时精馏(jn li)段的操作线方程形式不变。段的操作线方程形式不变。第13页/共77页第十四页，共77页。例：例： 有两股原料，一股有两股原料，一

14、股(y )为为100kmol/h含苯含苯0.6（摩尔分率，下同）和含甲苯（摩尔分率，下同）和含甲苯0.4的混的混合液。另一股合液。另一股(y )为为100kmol/h含苯含苯0.2（摩尔分率，下同）和含甲苯（摩尔分率，下同）和含甲苯0.8的混合液。拟用的混合液。拟用精馏操作进行分离，要求馏出液含苯精馏操作进行分离，要求馏出液含苯0.9 ，釜液含苯，釜液含苯0.05 。塔顶设全凝器，塔釜为水蒸气。塔顶设全凝器，塔釜为水蒸气间接加热。操作回流比为间接加热。操作回流比为2 。问下述两种方案哪种方案所需的理论板数少？（。问下述两种方案哪种方案所需的理论板数少？（1）两股原料）两股原料分别在其泡点下进入

15、相应浓度的塔板上；分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上；（2）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上。）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上。DxD,11,FxFwxW ,1段段2段段3段段22,FxF解：解： （1）两股原料）两股原料(yunlio)分别在其泡点下进入相应浓度的分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上塔板上111 RxxRRyD段：段：第第全塔物料全塔物料(w lio)衡算衡算WDffWxDxxFxFWDFF 221121hkmolWhkmolD/65.11735.82200,/35.82 hkmolDRVhkmolRDL/05.247)1(,/7 .164 hkm

16、olFqVVhkmolFqLLq/05.247)1( ,/7 .264 , 111111 hkmolFqVVhkmolFqLLq/05.247)1( ,/7 .364 , 122222 第14页/共77页第十五页，共77页。DxD,11,FxFwxW ,1段段2段段3段段22,FxF第第2段：操作段：操作(cozu)线线方程方程DfDxxLxFyV 11 VFxDxxVLyfD 第第3段：操作段：操作(cozu)线方程线方程VWxxVLywnn 1得：所需理论得：所需理论(lln)板板8块，自顶数第块，自顶数第3块为块为F1进料，第进料，第6块块为为F2进料。进料。（2）将两股原料混合后在其泡

17、点下进入相应浓）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上度的塔板上DxD,FxF,wxW ,1段段2段段两股原料混合后的组成两股原料混合后的组成xf F、q=1hkmolFFFxFxFxfff/200, 4 . 0212211 hkmolWhkmolD/65.11735.82200,/35.82 111 RxxRRyD段：段：第第第第2段：操作线方程段：操作线方程VWxxVLywnn 1得：所需理论板得：所需理论板10块，自顶数第块，自顶数第5块进料。块进料。第15页/共77页第十六页，共77页。例：例：2000年华东理工大学硕士入学考试试题年华东理工大学硕士入学考试试题 用连续精馏塔分

18、离某双组分混合液，混合液中含易挥发组分用连续精馏塔分离某双组分混合液，混合液中含易挥发组分xF=0.4（摩尔分率，下同），原料以饱和液体状态加入塔中部，塔顶全凝，泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度（摩尔分率，下同），原料以饱和液体状态加入塔中部，塔顶全凝，泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度=2 . 5 ，要求塔顶产品，要求塔顶产品(chnpn)浓度浓度xD=0.8 ，塔顶易挥发组分的回收率，塔顶易挥发组分的回收率=0. 9 。塔釜间接蒸汽加热。试求：（。塔釜间接蒸汽加热。试求：（1）完成上述分离任务的最小回流比；）完成上述分离任务的最小回流比；（2）若）若R=1.5Rmin ,则进入塔顶第

19、一块塔板的汽相组成为多少？则进入塔顶第一块塔板的汽相组成为多少？解：解：q线方程线方程(fngchng)4 . 0 Fxx平衡平衡(pnghng)线方程线方程 xxxxy5 . 115 . 211 4 . 0 Fexx625. 04 . 05 . 114 . 05 . 2 ey78. 04 . 0625. 0625. 08 . 0min eeeDxyyxR17. 178. 05 . 1 R117. 18 . 0117. 117. 1 xy8 . 01 Dxy 615. 08 . 05 . 15 . 28 . 01111 yyx 70. 017. 28 . 0615. 017. 217. 12

20、y第16页/共77页第十七页，共77页。例：华东理工大学例：华东理工大学1999年硕士入学考试试题年硕士入学考试试题 采用连续精馏塔分离采用连续精馏塔分离(fnl)某双组分混合物，进料组成为某双组分混合物，进料组成为 0.4（易挥发组分摩尔分率），进料汽液比为（易挥发组分摩尔分率），进料汽液比为 1：1（摩尔量比）。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶易挥发组分回收率达到（摩尔量比）。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶易挥发组分回收率达到98% ，塔釜难挥发组分回收率达到，塔釜难挥发组分回收率达到99% 。已知该物系的相对挥发度为。已知该物系的相对挥发度为 3 试求：（试求：（1）塔

21、顶、塔底产品的组成和塔顶采出率；（）塔顶、塔底产品的组成和塔顶采出率；（2）Rmin（3）R=1.5Rmin ,试写出提馏段的操作线方程。试写出提馏段的操作线方程。解：（解：（1）FDxxFD %981 FwFwxxFDxFxW 11111%992 wDwFxxxxFD )1()2()3(FDxxFD98. 0 FDxxFw 1199. 01均代入（均代入（3）式）式第17页/共77页第十八页，共77页。 FDxFDxFDxxFDFFFF1199. 0198. 01199. 01解得：解得：4 . 0398. 0 FD98. 04 . 04 . 098. 098. 0 FDxxFD 01. 0

22、4 . 016 . 099. 011199. 01 FDxxFw（2）5 . 0 q8 . 011 xqxxqqyF xxxxy21311 解交点解交点(jiodin)坐标坐标(xe , ye )第18页/共77页第十九页，共77页。eeeDxyyxR minmin5 . 1RR qFRDL FqDRV 11 FqDRxDFxFqDRqFRDVWxxVLyww 1111 qFDRxFDxqFDRqFDRyw 11111第19页/共77页第二十页，共77页。例：华东理工大学例：华东理工大学1998年硕士入学考试试题年硕士入学考试试题 采用一连续操作的常压精馏塔，分离某采用一连续操作的常压精馏塔，

23、分离某A（轻组分）（轻组分）B（重组分）双组分混合物，已知进料组成为（重组分）双组分混合物，已知进料组成为 0.4（易挥发组分摩尔分率），进料温度为（易挥发组分摩尔分率），进料温度为50oC。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求(yoqi)塔顶产品含易挥发组分塔顶产品含易挥发组分95% ，塔釜产品含易挥发组分，塔釜产品含易挥发组分3% 。已知该物系的相对挥发度为。已知该物系的相对挥发度为 2. 5 ，实际操作回流比为，实际操作回流比为1.95 。 试求：（试求：（1）组分）组分A的回收率；（的回收率；（2）Rmin (3) 写出提馏段的操作线方程。写出提馏

24、段的操作线方程。（4）若塔顶第一块板下降的液相浓度为）若塔顶第一块板下降的液相浓度为 0. 9 ，求该塔板以气相组成表示的，求该塔板以气相组成表示的 Emv（由平衡数据已知，（由平衡数据已知，xf=0.4 , AB混合液的泡点为混合液的泡点为 95. 2oC ,定性温度下，原料液的定性温度下，原料液的 Cp=39kcal/(kmol.oC) , r=8800kcal/kmol )解：解：40. 003. 095. 003. 04 . 0 wDwfxxxxFD95. 04 . 095. 040. 01 FDxxFD 2 . 18800502 .953988000 rttCrqsp第20页/共77

25、页第二十一页，共77页。262 . 04 . 02 . 02 . 111 xxqxxqqyF xxxxy5 . 115 . 211 44. 0 ex66. 0 ey32. 144. 066. 066. 095. 0min eeeDxyyxR qFDRxFDxqFDRqFDRyw 11111 013. 043. 12 . 114 . 0195. 103. 04 . 012 . 114 . 0195. 12 . 14 . 095. 1 xxy第21页/共77页第二十二页，共77页。2*121yyyyEmv 95. 01 Dxy1112 RxxRRyD92. 0195. 195. 09 . 0195

26、. 195. 12 y 96. 09 . 05 . 119 . 05 . 21111*1 xxy 75. 092. 096. 092. 095. 02*121 yyyyEmv第22页/共77页第二十三页，共77页。例：例： 西北大学西北大学1999年硕士年硕士(shush)入学考试试题入学考试试题 两股组成不同的原料液分别两股组成不同的原料液分别(fnbi)预热至泡点，从塔的不同部位连续加入。已知：预热至泡点，从塔的不同部位连续加入。已知：xD=0.98 , xS=0.56xF=0.35 , xw=0.02 （均为易挥发组分的摩尔分率）。物系的相对挥发度（均为易挥发组分的摩尔分率）。物系的相对

27、挥发度=2.4 ，S=0.2F试求：（试求：（1）塔顶易挥发组分的回收率；）塔顶易挥发组分的回收率；（2）为达到上述分离要求所需的）为达到上述分离要求所需的 Rmin .56. 0, sxS35. 0, FxF98. 0, DxD02. 0, wxW123第23页/共77页第二十四页，共77页。解解:物料物料(w lio)衡算：衡算：WDFF 2 . 0WDFF02. 098. 02 . 056. 035. 0 46. 0 FD98. 056. 02 . 035. 098. 046. 02 . 02 . 0 SFDSFDxxxFDxFFxDx 11221212:, 1VLVLLLVVq有有 解

28、得：解得：56. 0, sxS35. 0, FxF98. 0, DxD02. 0, wxW123第24页/共77页第二十五页，共77页。fx1e2e1ey2ey两股进料均为泡点，应根据两股进料均为泡点，应根据(gnj) 哪股加料求哪股加料求 Rmin ？可能可能(knng)情况之一情况之一:首先根据首先根据(gnj)S确定确定Rmin11221212:, 1VLVLLLVVq有有 如果第如果第2段的操作线到段的操作线到e2点时，如图所示，则可以按照点时，如图所示，则可以按照S进料求进料求Rmin75. 056. 04 . 1156. 04 . 2ye 21. 156. 075. 075. 09

29、8. 0Rmin 第25页/共77页第二十六页，共77页。fx1e1ey2ey可能可能(knng)情况之二：情况之二：根据根据(gnj)S股：股：75. 056. 04 . 1156. 04 . 2ye 21. 156. 075. 075. 098. 0Rmin 先根据先根据S确定确定(qudng)Rmin如果第如果第2段的操作线到段的操作线到e2点时，如图所示，则应该按照点时，如图所示，则应该按照S进料求进料求Rmin第26页/共77页第二十七页，共77页。可能可能(knng)情况之三：情况之三：此时应根据第此时应根据第3段操作线的斜率段操作线的斜率(xil),上推到第上推到第2段，再上推到

30、第段，再上推到第1段确定段确定Rmin 。先根据先根据S确定确定Rmin如果第如果第2段的操作线到段的操作线到e2点时，出现点时，出现(chxin)了如图所示的情况，则不能按照了如图所示的情况，则不能按照S进料求进料求Rminfx2esy2ey1e第27页/共77页第二十八页，共77页。FDRFDRDRFFDRVL )1(2 . 1)1(2 . 0minminminmin3346. 0 FDfx2esy2eywfwexxxyVL 23356. 0)1(12 ffexxy 此时应根据此时应根据(gnj)第第3段操作线的斜率段操作线的斜率,上推到第上推到第2段，再上推到第段，再上推到第1段确定段确

31、定Rmin 。第28页/共77页第二十九页，共77页。46. 0 FD56. 0)1(12 ffexxy wfwexxxyFDRFDRVL 2minmin33)1(2 . 1636. 102. 035. 002. 056. 0)1(46. 02 . 146. 0minmin RR53. 1min R如果考虑不周全，仅根据如果考虑不周全，仅根据S股进料，得出股进料，得出(d ch)Rmin=1.21的错误结论。的错误结论。53. 1min Rfx2esy2ey第29页/共77页第三十页，共77页。例例某二组分混合物用连续精馏分离，进料的摩尔分数为某二组分混合物用连续精馏分离，进料的摩尔分数为0.

32、5，泡点进料。系统的相对挥发度为，泡点进料。系统的相对挥发度为2 ，塔顶出料量是进料的，塔顶出料量是进料的60%（摩尔比）。如果所用精馏塔的理论板数为无穷多，试分析（摩尔比）。如果所用精馏塔的理论板数为无穷多，试分析(fnx)并计算：并计算：（1）R=0.8时，塔顶和塔底的组成各为多少？时，塔顶和塔底的组成各为多少？（2）R=1.5时，塔顶和塔底的组成各为多少？并绘出操作线示意图。时，塔顶和塔底的组成各为多少？并绘出操作线示意图。解：所用精馏塔的理论板数为无穷多，操作线与平衡线可以解：所用精馏塔的理论板数为无穷多，操作线与平衡线可以(ky)出现交点，在三处有可能出现：出现交点，在三处有可能出现

33、：（1）在进料处操作线与平衡线的夹点）在进料处操作线与平衡线的夹点e ，（2）xD=1.0处，处，（3）xw=0处。处。物料平衡对于物料平衡对于(duy)精馏分离极限的制约精馏分离极限的制约第30页/共77页第三十一页，共77页。（1）R=0.8 先设在进料处出现先设在进料处出现(chxin)挟点，则挟点，则R=0.8为为Rmin1 q5 . 0 efxx667. 0)1(1 eeexxy eDeDxxyxRR 1minmin8 . 0 Dx解得解得通过物料衡算计算通过物料衡算计算xw ，并判断，并判断(pndun)是否合理。是否合理。005. 06 . 018 . 06 . 05 . 01

34、FDxFDxxDfw故假设在进料处出现故假设在进料处出现(chxin)夹点合理。夹点合理。第31页/共77页第三十二页，共77页。（2）R=1.5时，仍然时，仍然(rngrn)假设在进料处出现挟点，假设在进料处出现挟点，5 . 0667. 015 . 15 . 1 DDxx917. 0 Dx解得解得通过物料衡算计算通过物料衡算计算(j sun)xw ，并判断是否合理。，并判断是否合理。故假设故假设(jish)在进料处出现夹点不合理，至大只能是在进料处出现夹点不合理，至大只能是xw=0 。005. 06 . 01917. 06 . 05 . 01 FDxFDxxDfw设在设在xw=0处出现交点，

35、处出现交点，0 wx物料衡算计算物料衡算计算xD833. 06 . 05 . 0 FDxDFxxffD故，合理。故，合理。第32页/共77页第三十三页，共77页。 连续连续(linx) 精馏装置的热量平衡精馏装置的热量平衡lwDCfBQQQQQQ BBBrFqDRrVQ 11FiQff CCCrDRVrQ 1DiQDD WiQww bwlttAQ 如果如果F、D、W保持保持(boch)不变，若回流比不变，若回流比R已定，已定，QB+Qf 则总量已定。则总量已定。CQDQlQfQBQwQ第33页/共77页第三十四页，共77页。FxDxwx为什么为什么 q 值增大（冷态，值增大（冷态，Qf数值减小

36、），数值减小），所需要所需要(xyo)的的NT减少呢？减少呢？lwDCfBQQQQQQ （1）回流）回流(hu li)比比R一定一定精馏精馏(jn li)操作所需要的总热流操作所需要的总热流量一定。量一定。若若q值增加，值增加，Qf减小，则意味着减小，则意味着QB增加了增加了，这样达到预定分离程度所需要的，这样达到预定分离程度所需要的NT数数量减少。量减少。QB值大，使值大，使NT减小的原因：减小的原因： QB值大，意味着值大，意味着 数值大，数值大，V数值小，数值小，VL使得提馏段操作线与平衡线距离增大，使得提馏段操作线与平衡线距离增大，传质推动力增大，故所需传质推动力增大，故所需NT减少。

37、减少。根据热量平衡原理根据热量平衡原理 和和 理论塔板数的求解，分析进料热状态的选择，分为理论塔板数的求解，分析进料热状态的选择，分为2种情况种情况结论：结论：在需要总热量一定的情况下，热量应从塔釜（再沸器）加入，而不在需要总热量一定的情况下，热量应从塔釜（再沸器）加入，而不应该是从原料带入。即：热量应从塔底（塔釜）加入。应该是从原料带入。即：热量应从塔底（塔釜）加入。为什么为什么 当当Qt一定时，一定时，QB增加，可以使得增加，可以使得N减少减少？第34页/共77页第三十五页，共77页。（2）如果塔釜加热能力一定（即）如果塔釜加热能力一定（即 一定，一定，QB一定）时，加料热状态变化，对于一

38、定）时，加料热状态变化，对于NT的影响的影响 VlwDCfBQQQQQQ CCCrDRVrQ 1若若Qf增加，则提供给精馏操作的总热量增加，意味着增加，则提供给精馏操作的总热量增加，意味着Qc增加了（消耗更多的冷量），回流增加了（消耗更多的冷量），回流(hu li)比比 R 增加了，传质推动力增加了，故所需要的增加了，传质推动力增加了，故所需要的NT可以减少。可以减少。结论：结论： 精馏精馏(jn li)操作，热量尽量加在塔底；冷量尽量加在塔操作，热量尽量加在塔底；冷量尽量加在塔顶。顶。第35页/共77页第三十六页，共77页。如果如果(rgu)是饱和水蒸气，是饱和水蒸气，q=0 ,水蒸气的流率

39、为水蒸气的流率为S Sq10V qSLW OHOHCH,OHNH2323 精馏精馏(jn li)段操作线、进料线不变，提段操作线、进料线不变，提馏段操作线有了变化。馏段操作线有了变化。水蒸气直接水蒸气直接(zhji)加热的精馏加热的精馏水蒸气的热状态参数为水蒸气的热状态参数为q WLSV ,提馏段轻组分衡算提馏段轻组分衡算WWxyVxL VWxxVLywnn 1SWxxSWywnn 1过点（过点（xw , 0）第36页/共77页第三十七页，共77页。全塔物料全塔物料(w lio)衡算衡算wDfWxDxFxWDSF WDwfxxFSxxFD )1(FDFSFW 1塔釜间接加热时的物料衡算塔釜间接

40、加热时的物料衡算WDF wDFWxDxFx FDFWxxxxFDwDwf 1,水蒸气直接水蒸气直接(zhji)加热精馏的物料加热精馏的物料衡算衡算第37页/共77页第三十八页，共77页。分析直接分析直接(zhji)蒸汽加热提馏段方程式的特点：蒸汽加热提馏段方程式的特点：wnnxSWxSWy 1过点（过点（xw , 0）wxfxDx1Rxx1RRyD 11 qxxqqyf第38页/共77页第三十九页，共77页。直接蒸汽加热与间接直接蒸汽加热与间接(jin ji)釜式加热相比较：分釜式加热相比较：分2种情况种情况第一种情况：第一种情况：F、xf 、q 、R 、xD 、xW 相同，比较相同，比较(b

41、jio)热能消耗、轻组分的回收率和热能消耗、轻组分的回收率和N由于由于(yuy)S直接进入塔釜，出塔的物料总量（直接进入塔釜，出塔的物料总量（D+W）必然增加。）必然增加。D? W?WDwfxxFSxxFD )1(FDFSFW 1塔釜间接加热时的物料衡算塔釜间接加热时的物料衡算WDF wDFWxDxFx FDFWxxxxFDwDwf 1,wDfWxDxFxWDSF 间接间接直接直接 FDFD。水水蒸蒸气气直直接接加加热热能能耗耗小小间间接接直直接接 VFqDRV)1()1( WD, fDFxDx 第39页/共77页第四十页，共77页。wxfxDxwxfxDx间间接接直直接接TTNN第一种情况：

42、第一种情况：F、xf 、q 、R 、xD 、xW 相同，比较热能相同，比较热能(rnng)消耗、轻组分的回收率和消耗、轻组分的回收率和N直接直接(zhji)间接间接(jin ji)第40页/共77页第四十一页，共77页。wxfxDxwxfxDx第二种情况：第二种情况：F、xf 、q 、R 、xD 相同相同(xin tn)，要求轻组分的回收率，要求轻组分的回收率相同相同(xin tn)，比较热能消耗、和理论塔板数，比较热能消耗、和理论塔板数N间接间接直接直接wwxx间接间接直接直接WW间接间接直接直接TTNNVLWLW 间接间接直接直接,由于由于D、xD相同，则相同，则(R+1)D相同，则能耗相

43、同。精馏段方程、相同，则能耗相同。精馏段方程、q线方程相同，提线方程相同，提馏段的液汽流量和液汽比没有变化馏段的液汽流量和液汽比没有变化(binhu)，直接蒸汽加热时的提馏段操作线，直接蒸汽加热时的提馏段操作线只是将间接加热的操作线延长到横坐标上。只是将间接加热的操作线延长到横坐标上。直接直接(zhji)间接间接第41页/共77页第四十二页，共77页。例：含甲醇例：含甲醇0.45（摩尔（摩尔(m r)分率，下同）的甲醇水溶液在一常压连续精馏塔分率，下同）的甲醇水溶液在一常压连续精馏塔中进行分离。原料流量为中进行分离。原料流量为100kmol/h ，泡点进料。要求馏出液中含甲醇，泡点进料。要求馏

44、出液中含甲醇0.95 ，釜液含甲醇釜液含甲醇0.05 。塔釜用饱和水蒸气直接加热。回流比为。塔釜用饱和水蒸气直接加热。回流比为1.8 。甲醇水溶液在操。甲醇水溶液在操作条件下的汽、液相平衡数据见表。图解法确定理论塔板数。作条件下的汽、液相平衡数据见表。图解法确定理论塔板数。是饱和是饱和(boh)水蒸气，水蒸气，q=0 ,水蒸气的流率水蒸气的流率为为SWLSV ,解：解：1Rxx1RRyD 11 qxxqqyfwnnxSWxSWy 1wxfxDx第42页/共77页第四十三页，共77页。RRVL 111 111111221FqVFqLVL 22111221113311FqFqVFqFqLVL 11

45、2212211212:10, 0, 1VLVLqLLVVqLLVVq均有均有的范围内，的范围内，在在若若若若 对对q0或或q1 的情况的情况(qngkung)应具体计算。应具体计算。多股加料多股加料(ji lio)的精馏的精馏当回流比当回流比R变化时，各段操作线的斜率均发生变化。挟点位置变化时，各段操作线的斜率均发生变化。挟点位置(wi zhi)有多种可能。有多种可能。第43页/共77页第四十四页，共77页。若液相侧线若液相侧线(cxin)，则引出下降的液相物，则引出下降的液相物。12VV 12LL 侧线侧线(cxin)出料的精馏出料的精馏挟点一般出现挟点一般出现(chxin)在在q线线与平衡

46、线的交点处。与平衡线的交点处。若汽相侧线，则引出上升的汽相物。若汽相侧线，则引出上升的汽相物。第44页/共77页第四十五页，共77页。0 V FqV 10qFLW 只有只有(zhyu)精馏段的塔精馏段的塔F塔釜即为理论塔釜即为理论(lln)进料板进料板若饱和若饱和(boh)蒸汽进料：蒸汽进料：q=0WLFV ,fxDx精馏段操作线方程精馏段操作线方程q线方程线方程第45页/共77页第四十六页，共77页。只有只有(zhyu)提馏段的塔提馏段的塔-提馏塔（回收塔）提馏塔（回收塔） 馏出液浓度要求不高，目的是回收馏出液浓度要求不高，目的是回收(hushu)轻组轻组分。分。如果如果(rgu)是泡点进是

47、泡点进料料 q=1DVVFL 若一般进料：若一般进料：qF0L FqVVD 1VWxxVLywnn 1DWxxDFywnn 1第46页/共77页第四十七页，共77页。冷液进料冷液进料泡点进料泡点进料首先规定首先规定xw ，则操作线的下端点，则操作线的下端点(dun din)确定确定。 DxyDFVD1确定确定(qudng)理论理论塔板数：塔板数：如果如果(rgu)是泡点进料是泡点进料 q=1DWxxDFywnn 1 NDFVD第47页/共77页第四十八页，共77页。q线位置线位置(wi zhi)已定已定,使得精馏段操作线、提馏段操作线均向对角线靠近，与平衡线的距离增加。使得精馏段操作线、提馏段

48、操作线均向对角线靠近，与平衡线的距离增加。数数已已定定。、nm wDxxRR值增加，使传质推动力值增加，使传质推动力(ye-y)增加，达到原增加，达到原分离要求时所需的分离要求时所需的 NT 减少。但是塔中的塔减少。但是塔中的塔板数已定（比所需的板数已定（比所需的 NT 数值大），这说明数值大），这说明塔的分离能力提高了，所以塔的分离能力提高了，所以(suy)分离效果分离效果会更好。会更好。m 指精馏指精馏(jn li)段塔段塔板数。板数。1、回流比、回流比R对于精馏结果的影响对于精馏结果的影响第48页/共77页第四十九页，共77页。2、塔顶产品采出率、塔顶产品采出率D/F的合理的合理(hl)

49、规定规定-物料衡算的约束物料衡算的约束FDFxDx一般情况下：一般情况下：若塔的分离能力若塔的分离能力(nngl)很大，达到很大，达到0 xw FDFxDx FDxxFD （1）若规定）若规定(gudng)的的 D/F 值太小，出现值太小，出现：0.1FDxxfD 显然，实际上至大只可能出现显然，实际上至大只可能出现xD=1.0 。当。当xD=1.0，则相应，则相应 xw0 ，则未充分发挥好塔，则未充分发挥好塔的分离能力。的分离能力。（2）若规定的）若规定的 D/F 过大过大：显然：显然 xD 小，未充分发挥好塔的分离能力。小，未充分发挥好塔的分离能力。合理的合理的 D/F 值应该是：值应该是

50、：FxFD 若塔的分离能力充足，可以获得最好的若塔的分离能力充足，可以获得最好的分离效果，即同时出现：分离效果，即同时出现： xD =1 ; xw=0 则充分发挥了塔的分离能力。则充分发挥了塔的分离能力。如果塔的分离能力很大，例如塔板数无限多，能否充分发挥塔的分离能力，与生产中人如果塔的分离能力很大，例如塔板数无限多，能否充分发挥塔的分离能力，与生产中人为规定的塔顶产品采出率为规定的塔顶产品采出率D/F有着直接的关系。有着直接的关系。第49页/共77页第五十页，共77页。DFW wDwFxxxxFD 可以利用物料可以利用物料(w lio)衡算做近似分衡算做近似分析：析：进料位置不变，提馏段的塔

51、板数不变。可见进料位置不变，提馏段的塔板数不变。可见xW减小了，同时减小了，同时xD也降低也降低(jingd)了。了。D、W、xW均变化后，仅根据物料衡算不容易确定均变化后，仅根据物料衡算不容易确定xD的变化趋势。只能根据作图法显的变化趋势。只能根据作图法显示出。示出。m 指精馏指精馏(jn li)段塔板数，段塔板数，m、n已定。已定。3、塔顶产品采出率、塔顶产品采出率D/F对于精馏结果的影响对于精馏结果的影响 DWxxFD,第50页/共77页第五十一页，共77页。xF 减小，在精馏减小，在精馏(jn li)段达到原段达到原 xD 所需的理论板数增加，而精馏所需的理论板数增加，而精馏(jn l

52、i)段板数段板数已固定。则已固定。则xD 减小；减小；xF 减小，在提馏段达到原减小，在提馏段达到原 xw 所需的理论板数减少，而提馏段板数已固定。则所需的理论板数减少，而提馏段板数已固定。则xw减减小。小。4、进料组成、进料组成xf变化对于精馏结果变化对于精馏结果(ji gu)的的影响影响Fx如果做设计如果做设计(shj)，xf减小时，进料板位减小时，进料板位置相应下降。但是，现在的操作中，置相应下降。但是，现在的操作中， xf减减小了，没有改变进料位置，所以，现在的小了，没有改变进料位置，所以，现在的操作中不是最适宜的进料位置。操作中不是最适宜的进料位置。第51页/共77页第五十二页，共7

53、7页。例例1 如图，精馏塔具有一块实际板及一只蒸馏釜，原料预热至泡点，由塔顶连续加入，如图，精馏塔具有一块实际板及一只蒸馏釜，原料预热至泡点，由塔顶连续加入，xF=0.20（摩尔分率，下同），测得塔顶产品能回收原料液中易挥发组分的（摩尔分率，下同），测得塔顶产品能回收原料液中易挥发组分的80% ，且，且xD=0.28 ,系统的相对挥发度系统的相对挥发度=2.5 ，试求残液组成，试求残液组成(z chn)xw及该塔板的板效率。蒸馏釜可视为一块理论板。及该塔板的板效率。蒸馏釜可视为一块理论板。解：解：FDxxFD wDwFxxxxFD 20. 028. 028. 020. 0%80 wwxx得：得

54、：09. 0 wxFxDxwxwyyx第52页/共77页第五十三页，共77页。wwmvyyyyE *28. 0 Dxy 20. 009. 015 . 2109. 05 . 211 wwwxxy y*是与是与x成平衡的浓度成平衡的浓度(nngd),故需求故需求x ,列出操作线方程。列出操作线方程。泡点进料：泡点进料：FL DV DxDFxDFVWxxVLywnwnn 173. 109. 020. 009. 028. 0 wFwDxxxxDFwwxDFxDFy 1 09. 0173. 173. 120. 0 x15. 0 xFxDxwxwyyx第53页/共77页第五十四页，共77页。FxDxwxw

55、yyxwwmvyyyyE * 31. 015. 015 . 2115. 05 . 211* xxy 73. 020. 031. 020. 028. 0 mvE第54页/共77页第五十五页，共77页。例例2： 某精馏塔共有某精馏塔共有3块理论块理论(lln)板，板，xF=0.002 ,预热至饱和蒸汽连续送入精馏塔的塔釜，预热至饱和蒸汽连续送入精馏塔的塔釜，R=4.0 ，物系的平衡关系为，物系的平衡关系为:y=6.4x ,求：求：xD , xw Dx ,Dwx ,WFy,F解：解：DDx2 . 0 x8 . 014xx144y D1xy 4 . 6x4 . 6yxD11 DDD2x325. 0 x

56、2 . 04 . 6x8 . 0y DD2x0508. 04 . 6x325. 0 x DDD3x2406. 0 x2 . 0 x0508. 08 . 0y DDw3x0376. 04 . 6x2406. 0 xx 需要需要(xyo)建立建立2个关个关系式系式Dwx0376. 0 x 第55页/共77页第五十六页，共77页。Dx ,Dwx ,WFy,F饱和饱和(boh)蒸汽进料：蒸汽进料：q=0 FFq10V LqFLW 8 . 010 . 40 . 4FWVL 物料物料(w lio)衡算：衡算：wDwxxx002. 08 . 01FW1FD wDwxxx002. 02 . 0 Dwx0376

57、. 0 x 第56页/共77页第五十七页，共77页。例例3：某双组分混合液在连续精馏塔中进行分离，泡点进料，泡点回流，：某双组分混合液在连续精馏塔中进行分离，泡点进料，泡点回流，xF=0.50 , xw=0.10 , =4 , NT=4(包括釜），料液自第二层板（自上数起）加入，提馏段下降液体摩尔包括釜），料液自第二层板（自上数起）加入，提馏段下降液体摩尔(m r)流率是塔底产品流率的流率是塔底产品流率的2倍。试求：倍。试求：1、第三层理论板上升蒸汽的组成；、第三层理论板上升蒸汽的组成；2、若改为全回流，塔底仍连续出料，此时塔顶汽相、塔底溶液的组成各为多少？、若改为全回流，塔底仍连续出料，此时

58、塔顶汽相、塔底溶液的组成各为多少？解：解：1、因因 xw 已知，应考虑已知，应考虑(kol)自塔底向上推算，需要写出提馏段操作线方程自塔底向上推算，需要写出提馏段操作线方程WWWxxWWWVWxxVLyww 2221 . 02 xy 39. 01 . 01411 . 04114 wwwxxyy 1 . 0234 xy24.03 x 56. 024. 014124. 0411333 xxy 第57页/共77页第五十八页，共77页。2、全回流、全回流(hu li) D=0 F=W xw=xF=0.5050. 0432 Fwxxxxx 说明了第说明了第2、第、第3、第、第4块理论板上无传质的推动力，

59、这样的板数无论块理论板上无传质的推动力，这样的板数无论(wln)有多少块只等价于一块理论板。有多少块只等价于一块理论板。 8 . 05 . 01415 . 0411222 xxy 8 . 0234 yyy全回流全回流(hu li)8 . 021 yx 94. 08 . 01418 . 0411111 xxy 第58页/共77页第五十九页，共77页。例例4：某分离二元混合物的精馏塔，因操作中的问题：某分离二元混合物的精馏塔，因操作中的问题(wnt)，进料并未在设计的最佳位置，而是偏下了几块板。若，进料并未在设计的最佳位置，而是偏下了几块板。若 F xF q R V 均同设计值，试分析均同设计值，

60、试分析 L V L D W xD xw 的变化趋势（同原设计时相比）。的变化趋势（同原设计时相比）。F xF q R V N 不变，不变，1N FqVV 1不不变变V1 RVD不不变变DDFW 不不变变WDVL 不不变变LqFLL 不不变变LxD xw 的分析：的分析：避免错觉：加料板下移，使避免错觉：加料板下移，使 N1 增大，增大，N2 减小，单从二段的分离能力看，似乎应有减小，单从二段的分离能力看，似乎应有 xD 增大，增大，xw 增大。但这个结论不符合增大。但这个结论不符合(fh)物料衡算式。物料衡算式。wDFWxDxFx 1N2N原设计原设计实际实际解：解：实际上是未在适宜的位置进料