第十章 蒸馏习题

1、化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章 例：例：在常压连续精馏中，分离甲醇在常压连续精馏中，分离甲醇水混合液，原料液组水混合液，原料液组成为成为0.3，（甲醇摩尔分率，下同）冷液进料（，（甲醇摩尔分率，下同）冷液进料（q=1.2），馏），馏出液组成为出液组成为0.9，甲醇回收率为，甲醇回收率为90%，回流比为，回流比为2.0，试写出，试写出间接蒸汽加热方式时的操作线方程。间接蒸汽加热方式时的操作线方程。解：解： 间接蒸汽加热时操作线方程间接蒸汽加热时操作线方程 精馏段操作线方程为：精馏段操作线方程为： 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章11RxxRRyD129 .

2、0122x3 . 0667. 0 x提馏段操作线方程为：提馏段操作线方程为： wxWqFLWxWqFLqFLywxFWqFRDFWxFWqFRDqFRD. /对易挥发组分对易挥发组分 DFDDxFx化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章DFDxxFD9 . 03 . 09 . 03 . 0FDFW17 . 0DFDxFxxDFwFDxFDxDF/1/3 . 019 . 03 . 03 . 0043. 0043. 07 . 02 . 13 . 027 . 07 . 02 . 13 . 022 . 13 . 02xy027. 0636. 1x化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章

3、第十章 例：例：用一连续精馏装置在常压下，分离含苯用一连续精馏装置在常压下，分离含苯41%（质（质量量%，下同）的苯，下同）的苯-甲苯溶液。要求塔顶产品中含苯不低于甲苯溶液。要求塔顶产品中含苯不低于97.5%，塔底产品中含甲苯不低于，塔底产品中含甲苯不低于98.2%，每小时处理的，每小时处理的原料量为原料量为8570kg。操作回流比为。操作回流比为3，试计算：，试计算：（1）塔顶及塔底的产品量；）塔顶及塔底的产品量；（2）精馏段上升蒸汽量及回流液量；）精馏段上升蒸汽量及回流液量；（3）当原料于）当原料于47进塔和蒸汽进塔时，提馏段上升蒸汽进塔和蒸汽进塔时，提馏段上升蒸汽量及回流液量量及回流液量

4、 。（苯的汽化潜热（苯的汽化潜热rA=93kcal/kg，甲苯的汽化潜热，甲苯的汽化潜热rB=87.5kcal/kg，苯和甲苯的平均比热，苯和甲苯的平均比热Cp,l=0.45 kcal/kg，蒸汽的，蒸汽的平均比热平均比热Cp,v=0.30 kcal/kg）。）。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章分析：分析：求求W、D全塔物料衡算全塔物料衡算求求xF、xW、xD求求V、L已知已知R精馏段物料衡算精馏段物料衡算求求LV、qFLLFqVV) 1( 求求q解：解： （1）产品量）产品量 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章92/5978/4178/41Fx4504. 0

5、92/5 . 278/5 .9778/5 .97Dx9787. 092/2 .9878/8 . 178/8 . 1wx0212. 092)4504. 01 (784504. 0FMkmolkg /69.8569.858570Fhkmol /0 .100化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章WDFwDFWxDxFxWD0 .1000212. 09787. 04504. 00 .100WDhkmolD/3 .44hkmolW/7 .55(2)上升蒸汽量及回流量上升蒸汽量及回流量 精馏段：精馏段： RDL 8 .443hkmol/5 .134DLV83.445 .134hkmol/3 .

6、179化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章(3)47进料时 LV、将料液由将料液由47升温到升温到93所需的热量为：所需的热量为： )4793(4504. 069.85FLiikmolkcal/4 .1775继续加热继续加热 LVii 4504. 078935 .9930. 0934504. 01925 .87935 .9945. 02 .45727 .3335kmolkcal/9 .7907化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章LVFViiiiq LVFLLViiiiiiLVFLiiii19 .79074 .17751225. 1qFLL100225. 15 .13

7、4hkmol /257FqVV11001225. 13 .179hkmol /8 .201饱和蒸汽进料时饱和蒸汽进料时 0LVFViiiiqhkmolLL/5 .134FVV1003 .179hkmol /3 .79化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章习题课习题课DxD=0.95W, xWFxF=0.4595. 0 R=1.5Rmin =2.5 操作型操作型设计型设计型设计型问题举例设计型问题举例【例例1】组成为组成为xF=0.45的原料以汽液的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中汽液摩尔混合状态进入精馏塔，其中汽液摩尔比为比为1:2，塔顶，塔顶xD=0.95（以上均为摩（以上均为

8、摩尔分率），塔顶易挥发组分回收率为尔分率），塔顶易挥发组分回收率为95%，回流比，回流比R=1.5Rmin，塔釜间接，塔釜间接蒸汽加热，相对挥发度蒸汽加热，相对挥发度 =2.5 。试求：。试求：（1）原料中汽相和液相组成；）原料中汽相和液相组成；（2）列出提馏段操作线方程。）列出提馏段操作线方程。汽液摩尔比为汽液摩尔比为1:2化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章设计型问题举例设计型问题举例 eeeeexxyxy5 . 115 . 245. 03231xe=0.375ye=0.6汽液摩尔比为汽液摩尔比为1:2DxD=0.95W, xWFxF=0.4595. 0 R=1.5Rmin

9、=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 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 qxxqqyF-物料衡算物料衡算-相平衡相平衡化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章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. 0 R=1.5Rmin =2.5 FqDRqFRDVL11 32 q95. 0 FDFxDxeeeDxyyxR min334. 2 47. 113245. 0334. 332

10、45. 0334. 211 qFDRqFDRVWxxVLyw （2）列出提馏段操作线方程）列出提馏段操作线方程 FqDRVqFRDL) 1(1556. 1375. 06 . 06 . 095. 0 最小回流比操作情况的分析 xe a ye xD xW xF e d f b 45. 095. 045. 095. 0 FDmin5 . 1RR 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章设计型问题举例设计型问题举例VWxxVLyw 0193. 047. 1 x1 FwFDFxWxFxDx05. 0 FwFxWx 0193. 013245. 0334. 345. 005. 01105. 011

11、05. 0 qFDRxFqDRFxVWxFFw化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章操作型定性分析举例操作型定性分析举例操作条件包括：操作条件包括：u进料状况（进料状况（F、xF、q）u Ru操作压力操作压力Pu操作温度操作温度Tu冷凝器热负荷冷凝器热负荷Vu再沸器热负荷再沸器热负荷V uD、WD, xDW, xWF, xF习题课习题课 操作型操作型设计型设计型化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章操作型定性分析举例操作型定性分析举例【例例2】一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持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（回流液量和进料状况（

12、F、xF、q）不变，而）不变，而减小塔釜加热减小塔釜加热蒸汽量，蒸汽量，试分析试分析xD、xW如何变化？如何变化？快速分析法快速分析法作图作图+ +排除法排除法建议：建议： 类似吸收章，首先推荐使用类似吸收章，首先推荐使用“快速分析法快速分析法”；如果；如果此法不行，再使用此法不行，再使用“作图排除法作图排除法”。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章 x y 操作型定性分析举例操作型定性分析举例VLVL qFLL ，F、q、L不不变变， L 不不变变，而而V 回流液量和进料状况（回流液量和进料状况（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解法一：快速分

13、析解法一：快速分析xD变大变大xW变大变大此法的依据是：此法的依据是： 精馏段操作线斜率精馏段操作线斜率L/V越小，越靠近平衡线，对精馏越小，越靠近平衡线，对精馏分离越不利，会导致分离越不利，会导致xD变小；变小； 提馏段操作线斜率提馏段操作线斜率L /V 越大，越靠近平衡线，对精越大，越靠近平衡线，对精馏分离越不利，会导致馏分离越不利，会导致xW变大。变大。而而L L不变不变V 快速分析法快速分析法作图作图+ +排除法排除法化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章操作型定性分析举例操作型定性分析举例 x y 作图，得作图，得N ，与，与N不变这个不变这个前提相矛盾。故假设不成立。前

14、提相矛盾。故假设不成立。回流液量和进料状况（回流液量和进料状况（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解法二：作图解法二：作图+排除法排除法假设假设xD不变不变 、假设、假设xD变小变小快速分析法快速分析法作图作图+ +排除法排除法故故xD只能变大只能变大VLVL 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章操作型定性分析举例操作型定性分析举例回流液量和进料状况（回流液量和进料状况（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解法二：作图解法二：作图+排除法排除法快速分析法快速分析法作图作图+ +排除法排除法VLVL x y 至于至于

15、xW，也用作图排除法，也用作图排除法推知，只能变大。推知，只能变大。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析法快速分析法作图作图+ +排除法排除法R 不变，不变，1 RRVL不变，不变，【练习练习】一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持塔顶馏出液量塔顶馏出液量D、回流比、回流比R、进料状况（、进料状况（F、xF、q）不变，）不变，而而减小操作压力，减小操作压力，试分析试分析xD、xW如何变化？如何变化？【解解】 快速分析法：快速分析法：不能用不能用化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章

16、第十章操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析法快速分析法作图作图+ +排除法排除法P 【练习练习】一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持塔顶馏出液量塔顶馏出液量D、回流比、回流比R、进料状况（、进料状况（F、xF、q）不变，）不变，而而减小操作压力，减小操作压力，试分析试分析xD、xW如何变化？如何变化？【解解】 作图作图+排除法：排除法： x x y y 假设假设xD不变不变 、假设、假设xD变小变小 作图，得作图，得N ，与，与N不变这个前不变这个前提相矛盾。故假设不成立。提相矛盾。故假设不成立。故故xD只能变大，只能变大，xW变小。

17、变小。 WDFWxDxFxWDF化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章操作型计算举例操作型计算举例 F,xF D,xD 1 W, xW 【例例3】如图所示的精馏塔由一只蒸馏如图所示的精馏塔由一只蒸馏釜及一层实际板组成。料液由塔顶加釜及一层实际板组成。料液由塔顶加入，进料热状况参数入，进料热状况参数q=1，xF=0.20（摩（摩尔分率，下同）。今测得塔顶易挥发尔分率，下同）。今测得塔顶易挥发组分的回收率为组分的回收率为80%，且，且xD=0.30，系，系统相对挥发度为统相对挥发度为3.0。试求：。试求：（1）残液组成）残液组成xw；（2）该层塔板的液相默弗里板效）该层塔板的液相默弗里

18、板效EmL。 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实际板实际板理论板理论板化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章操作型计算举例操作型计算举例 F,xF D,xD 1 W, xW q=1，xF=0.20 xD=0.30 80 =3.0实际板实际板 %80FDDFWFxDxDFDxFxx533. 0 FD0859. 0533. 013 . 0533. 020. 01 FDxFDxxDFW【解解】（1）残液组成）残液组成xw化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章操作型计算举例操作型计算举例*11nnnnmL

19、xxxxE 11*11 yyx 533. 0 FD D W, xW y1x1yw 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 1DDxFxxDFDF 1157. 0876. 10752. 022. 0876. 10752. 01 wyxxW=0.0859 =3.0*11xxxxFF xFxD125. 03 . 00 . 20 . 33 . 0 %3 .57125. 02 . 015

20、7. 02 . 0*11 xxxxEFFmL化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章操作型计算举例操作型计算举例【例例4】某连续操作精馏塔如某连续操作精馏塔如图所示，已知料液摩尔组成图所示，已知料液摩尔组成xF=0.2，料液以饱和液体状，料液以饱和液体状态直接加入塔釜，塔顶设全态直接加入塔釜，塔顶设全凝器，全塔共两块理论板凝器，全塔共两块理论板（包括塔釜），塔顶摩尔采（包括塔釜），塔顶摩尔采出率出率D/F=1/3，回流比，回流比R=1，泡点回流，此条件下物系的泡点回流，此条件下物系的相平衡关系可表示为相平衡关系可表示为y=4x，试计算试计算xW=? D,xD 1 F W, xW xF=0.2D/F=1/3R=1y=4x饱和液体饱和液体理论板理论板化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第十章第十章 313112 . 01WWFWFWFDxFDxFDxDxDFFxDWxFxx Wx26 . 0 Wxy42 DnDnnxxRxxRRy5 . 05 . 0111 DDDDxxxyxyxxy625. 05 . 05 . 025. 0412111 WDxx4625. 0 y=4x WDFWxDxFxWDF【解解】-（1 1）逐板法：逐板法：-（2 2）解式解式1、2得：得：0714. 0 Wx