_蒸馏-习题课

1/26二元连续精馏的分析与计算习题课例1设计型问题例2操作型定性分析例3操作型定性分析练习例4操作型计算题例5操作型计算题2/26操作型设计型全塔物料衡算操作线方程理论塔板数N的计算相平衡关系xxy)1(1WDFWxDxFxWDF111RxxRRyDnn'''1VWxxVLyWmm捷算法图解法逐板法11qxxqqyF习题课D,xDW,xWF,xF公式：DRVRDL)1(FqVVqFLL)1(''操作条件包括：进料状况（F、xF、q）操作压力P、操作温度T冷凝器热负荷V、再沸器热负荷V、D、W。3/26习题课组成为xF=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中汽液摩尔比为1:2，塔顶xD=0.95（以上均为摩尔分率），塔顶易挥发组分回收率为95%，回流比R=1.5Rmin，塔釜间接蒸汽加热，相对挥发度=2.5。试求：（1）原料中汽相和液相组成；（2）列出提馏段操作线方程。DxD=0.95W,xWFxF=0.4595.0DR=1.5Rmin=2.5例1设计型问题4/26eeeeexxyxy5.115.245.03231xe=0.375ye=0.6设计型问题举例汽液摩尔比为1:2DxD=0.95W,xWFxF=0.4595.0DR=1.5Rmin=2.5解：（1）原料中汽相和液相组成tBAxexFye设原料中汽相组成为ye，液相组成为xe，则eeeFeexxyxxy11323111qxxqqyF5/26FqDRqFRDVL1132q95.0FDFxDx45.095.045.095.0FDeeeDxyyxRmin334.25.1minRR47.113245.0334.33245.0334.211qFDRqFDR设计型问题举例（2）列出提馏段操作线方程最小回流比操作情况的分析xeayexDxWxFedfb556.1375.06.06.095.0DRVRDL)1(FqVVqFLL)1(''6/26VWxxVLyw0193.047.1x1FwFDFxWxFxDx05.0FwFxWx0193.013245.0334.345.005.01105.01105.0qFDRxFqDRFxVWxFFwFDxFDxDFDxFxxDFDFW1解法二(提示)：7/26VLVLFqVV)1(，F、q不变V而L不变qFLL，F、q、L不变，L不变，而VxyN，与N不变这个前提相矛盾。故假设不成立。例2一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（F、xF、q）不变，而减小塔釜加热蒸汽量，试分析xD、xW如何变化？操作型定性分析举例解法二：作图+排除法解法一：快速分析xD变大xW变大假设xD不变、假设xD变小8/26xyVLVL至于xW，也用排除法推知，只能变大。9/26xyR不变，1RRVL不变，FqDRqFRDVL)1()1(不变，P练习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D、回流比R、进料状况（F、xF、q）不变，而减小操作压力，试分析xD、xW如何变化？解：D、R、q和F不变，10/26xy假设xD不变N，与N不变这个前提相矛盾。故假设不成立。由物料衡算式可知，xW也不变假设xD，由物料衡算式可知，xW，故xD只能变大，xW变小。11/26F,xFD,xD1W,xW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，进料热状况参数q=1，xF=0.20（摩尔分率，下同）。今测得塔顶易挥发组分的回收率为80%，且xD=0.30，系统相对挥发度为3.0。试求：（1）残液组成xw；（2）该层塔板的液相默弗里板效EmL。设蒸馏釜可视为一个理论板。q=1，xF=0.20xD=0.30＝80％=3.0例3操作型计算12/26%80FDDFWFxDxDFDxFxx533.0FD0859.0533.013.0533.020.01FDxFDxxDFW解：（1）残液组成xwq=1，xF=0.20xD=0.30＝80％=3.0F,xFD,xD1W,xW13/26125.03.00.20.33.0111*1yyx533.0FDDW,xWy1xFx1yw22.00859.00.210859.00.311FqFLLDVFqVV1（2）该层塔板的液相默弗里板效EmLq=1，xF=0.20xD=0.300752.0876.11xVWxxVLyww1DDxFxxDFDF1xW=0.0859=3.014/26%3.57125.02.0157.02.0*11xxxxEFFmLF,xFD,xDW,xWy1xFx1yw157.0876.10752.022.0876.10752.01wyx*11xxxxEFFmL15/26例4某连续操作精馏塔如图所示，已知料液摩尔组成xF=0.2，料液以饱和液体状态直接加入塔釜，塔顶设全凝器，全塔共两块理论板（包括塔釜），塔顶摩尔采出率D/F=1/3，回流比R=1，泡点回流，此条件下物系的相平衡关系可表示为y=4x，试计算xW=?操作型问题举例16/26313112.01WWFWFWFDxFDxFDxDxDFFxDWxFxxWx26.0R=1D/F=1/31y1q=1x1y2xF=0.22W,xWWxy42DnDnnxxRxxRRy5.05.0111DDDDxxxyxyxxy625.05.05.025.0412111WDxx4625.0----------------（1）----------（2）解式1、2得：0714.0Wx操作型问题举例y=4xWDFWxDxFxWDF17/26例题1：一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0.83和0.70，相邻上层塔板的液相组成为0.77，而相邻下层塔板的气相组成为0.78（以上均为轻组分A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0.46。若已知塔顶与塔底产量比为2/3，试求：（1）精馏段操作线方程；（2）提馏段操作线方程。18/26例题2：某精馏塔，塔顶设有分凝器和全凝器，料液以500kmol/h的流率在泡点温度下加入塔中部，其组成为0.5。已知提馏段的蒸气量是液流量的0.8倍,离开塔釜的蒸气组成为0.08。设全塔相对挥发度恒定，塔内物系符合恒摩尔流假定。若要求塔顶产品组成为0.95，塔底产品组成为0.05，试求自第1块理论板流出的液体组成。19/26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。20/26例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，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.21/26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WDFWDFWxDxFx解得skmolxxxxFDWDWF/653.003.075.003.05.01skmolDFW/347.0653.01例4解析22/26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WWxDWxDFxVWxVLy03.0653.0347.0653.01x0159.0531.1xy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(1xyW解得塔釜上一块塔板的液相组成072.0x23/26(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(1FFDxaaxyx按此计算产品回收率009.15.01773.0653.0DDxxFD显然不可能，再设塔底达平衡，即0Wx由DFDxFx则此时塔顶组成即为可成立的极限值766.0653.05.01DFxxFD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。24/26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5：25/26例题6：连续精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２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１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。26/26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27/26(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，饱和蒸汽用量的改变直接影响产品回收率。(2)塔底产品组成为零时，即意味着回收率已达100%28/26例题7：用由一个蒸馏釜和一层实际板组成的精馏塔分离二元理想溶液。组成为0.2的料液在泡点温度下由塔顶加入，系统的相对挥发度为2.5。若使塔顶轻组分的回收率达到80％，并要求塔顶产品组成为0.80，试求该层塔板的液相默弗里板效率。29/26例题8：某连续精馏塔将组成为0.45的双组分理想溶液分离，要求塔顶组成达到0.85，塔底组成为0.02，料液的流率为3.6kmol/h，在泡点温度加入塔内。系统的相对挥发度为2.4组分的气化潜热均为15000kJ/kmol，若该塔的板数可视为无穷，当加料位置分别在塔中部和塔顶时，求不同的回流比和塔釜耗热量。分析：塔中部加料时，由于塔板数为无限多，则回流比为最小回流比，精馏段操作线与q线的交点落在平衡线上；而改为塔顶加料后，全塔只有提馏段，由提馏段操作线的斜率可确定此时的回流比30/2