化工原理：6 蒸馏讨论

1、PAGE 求回流比1、 分离苯甲苯的精馏塔有10块塔板，总板效率为06，泡点液相进料，进料量为100kmol/h, 其浓度xF=0.175，要求塔顶产品浓度为0.85，塔釜浓度为0.1(均为苯的摩尔分率)。相对挥发度为2.46。试讨论下述几种情况: (1) 该塔的操作回流比R为多少? 有几种解法? 试对这几种解法进行比较。 (2) 用该塔将塔顶产品浓度提高到0.99是否可存? 若将塔顶产品浓度提高到0.88，可 采取何种措施? 对其中较好的一种方案进行定性和定量的分析。 (3) 当塔顶产品浓度为0.85时，最小回流比为多少? 若塔顶冷凝水供应不足，回流比只 能为最少回流比的0.9倍，该塔还能操

2、作吗？ (4) 若因回流管堵塞或回流泵损坏，使回流比为0，此时塔顶、塔釜的组成及流量分别为多少?(设塔板效率不下降)。 (R=5.7； 不可能，措施：(1)加大回流比；(2)改变进料状态，使q1；(3)增加理论板数或加分凝器；Rmin=3.02，能; xD=0.234, xW=0.1)解：（1）求操作回流比方法一：用芬斯克方法和吉利兰关联图求取由吉利兰关联图查得：对苯-甲苯溶液，汽液平衡方程为。泡点进料，。联立求解与汽液平衡方程，可得线与平衡线的交点坐标，于是最小回流比为：求得方法二：逐板试差法设，精馏段操作线提馏段操作线由于衡算得，所以操作线方程为： 逐板试差，计算结果如下塔板序号汽相组成液

3、相组成108500697207190510305610342404180226503000160602400110701230054所以第6块板为加料板，理论板数为。假设成立。方法三：图解试差法求回流比。（略）（2）不能实现。从塔釜开始在对角线和平衡线之间作7个梯级（全回流），得到塔顶最大浓度，若此浓度，则可以实现。实际上，所以该塔不能得到0.99的塔顶产品。 使是可能的。因为此时所需要的最少理论板数即全回流量最少理论板数为5块，而现有7块板，所以达到是可能的。采取的措施可以是：加大回流比；改变时料热状况，使，使所需理论板数减少；增加理论板数或加分离器。 （3）泡点进料当，能操作，但塔顶产品的

4、浓度将降低，因为是针对一定的分离要求而言的，产品浓度要求降低，最小回流比的数值也变小。（4）当，该塔变为吸有提馏段的精馏塔。此时提馏操作线将变化：斜率所以操作线方程代入数据得：(1)平衡线方程(2)线方程(3)方法一：根据没停回流前提馏段理论板数为1块，联立求解式（1）、（2）和（3），用试差法求得，。方法二：用图解试差法初设值，可确定c点；由点c及斜率等于1.49可确定操作线cb，b点是操作线cb与垂线的交点；在操作线cb与平衡线间梯级，若从c到b所得梯级数恰好等于原来的提馏段理论板数，则所设正确，即过b点作水平线作对角线交点d，即为回流比为零时塔顶产品的浓度。若第步中所作的梯级数不等于原来

5、的数目，则需要重新假定由上述图解试差法可求得，2、（分凝器）一分离苯甲苯的精馏塔，按以下三种方式冷凝（图（a）(b) (c)）。塔顶第一板上升蒸气浓度为含苯0.8（摩尔分率），回流比均为2。采用全凝器冷凝，在塔顶及回流处插两只温度计，测的温度分别为t0, t1, 问t0,t1是否相等？为什么？并求t0, t1的值。在图(a)、图(b)、图(c)三种冷凝情况下，第一板浓度y1含苯0.8(摩尔分率)。a)比较温度t1, t2, t3,的大小；(b) 比较回流液浓度xL1, xL2, xL3的大小；c)比较塔顶浓度xD1, ,xD2, xD3的大小。 将以上参数分别按顺序排列，并说明理由。三种情况下

6、精馏段操作线是否相同? 在同一y-x图上表示出来，并将三种情况下xD、xL、yV的值在y-x图上表示出来。若该塔有10块塔板，每块板的阻力降为2.5mmHg，塔釜间接蒸气加热，塔釜产品浓度含苯10%（摩尔分率）。问塔釜加热蒸气压力至少应多大？。已知阿托因常数如下： A B C 苯 6.8704 1206.35 220.37 甲苯 6. 953 1343.94 219.58 2解（1）。因为是露点温度，是泡点温度。有两种求法：图解法：在图上从处作垂线与线和线分别交于a、b点，如附图a所示。a点对应温度为84.3，b点对应温度为89，即塔顶为89，回流液为84.3解析法：求塔顶温度，用露点方程试差

7、。设，组分1为苯，组分2为甲苯。代入阿托因方程得：，解得，解得，所以露点温度求回流液温度，用泡点方程试差，设，同理，由阿托因方程得：，所以回流温度 （3）比较三种冷凝情况下的、分析：从图可得；第一种情况：全凝器，第二种情况：先部分冷凝后全冷凝，由杠杆法则作图得第三种情况：产品是量为、浓度为的液体与量为、浓度为的液体混合物。即为与二种浓度的液体以3：1的量混合，所得混合液浓度可按杠杆法则作图求取，如附图(a)所示，得。 （3）求三种情况下的操作线及、的位置。三条操作线的斜率相同，均为，所以三条线平行，但顶点不同。I线顶点为；线顶点；线顶点，、三个点的横坐标分别是三个回流液浓度：。过、点作垂线交平

8、衡线于、。、的纵坐标分别为冷凝器上汽相浓度：。塔顶产品浓度，而。由物料衡算定出以确定P点的位置,如附图(c)所示。求塔釜蒸汽压力行用试差法求釜温，再查表得加热蒸汽压力。塔板总压降：塔釜压力：已知塔釜浓度，、分别为苯和甲苯的饱和蒸汽压，要以用阿托因方程求出：设塔釜温度为，则：由泡点方程检验：所以塔釜温度查馏和水蒸汽表，该温度下水的饱和蒸汽压为。所以，塔釜蒸汽压至少需要。3、回流温度对所需理论板数的影响苯和甲苯的混和液中含笨0.4，该混和液进入一精馏塔中，要求苯的回收率为90， 回流比为最小回流比的1.5倍，泡点进料，产品要求为：塔顶馏出液为0.9，塔釜残液为0.0667 (以上组成均为摩尔分数)

9、。精馏塔塔顶为全凝器，回流温度为20，求所需理论板数为多少? 已知回流液体的泡点为83，汽化潜热为3.2104Jmol，比热容为140J/(molK)。(NT=9，加料板为第5块) 3解取为基准，由，可得：，因回流比，故回流液量为回流液体的热状态参数为：离开第一板的液体量为：进入第一板的气体量为：精馏段操作线方程为：此线对y轴的截距为0.265，通过对角线交于点（0.9,0.9），在y-x图上可方便地作出。同时，根据，及，提馏段操作线方程也可以方便地求出。利用平衡线与操作自上而下作梯级，关在跨过两操作线交点时换用操作线，求得所需最少板数为，加料板为第5板。（参见附图）4、只有提馏段、但有回流的

10、特殊塔 一个只有提馏段的精馏塔，组成为0.5的饱和液体自塔顶加入，若体系的相对挥发度为 2.5，塔底产品组成控制为0.03，当塔顶回流比为0.27时，求： (1) 塔顶组成的最大可能值； (2) 若要求塔顶产品组成达到0.8，回流比至少为多少? (xD=0.74；Rmin=1.02) 4解 （1）塔顶产品的极限组成由总物料衡算得，(a)设进料与回流的混合液的组成为，则提馏段操作线方程为将、及代入上式可得，即(b)按上升蒸汽和下降达到汽液平衡的假定，则，即(c)式（a）（b）(c)联立求解，得，按此题的要求，即使塔为无限高，所得塔顶产品组成也只能达到0.74（2）产品合格时的最小回流比按考虑，即为满足产品合格的最小回流比。再由解得。将、代入提馏段操作线方程则解得所需最小回流比5、只有提馏段、汽液两相均无回流、直接蒸汽加热的特殊塔用仅有两块理论塔板的精馏塔提取水溶液中易挥发组分，流率为50kmolh的饱和水蒸汽由塔釜加人。温度为20、组成为0.2、流率为100kmol/h的料液由塔顶加入。气液两相均无回流。已知料液的泡点为80、，平均定压比热容为100KJ(kmol)，汽化潜热为40000KJ/kmol。若汽液平衡关系为y=3x，试求轻组分的回收率。 （7788%