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精馏计算操作型分析及例题

1. 用一精馏塔分离二元理想混合物,塔顶为全凝器冷凝,

泡点温度下回流,原料液中含轻组分0.5(摩尔分数,下同),

操作回流比取最小回流比的1.4倍,所得塔顶产品组成为

0.95,釜液组成为0.05.料液的处理量为100kmol/.料液的平均相对挥发度为3,若进料时蒸气量占h

一半,试求:

(1)提馏段上升蒸气量;(86.1kmol/h)

(2)自塔顶第2层板上升的蒸气组成。0.88

分析:欲解提馏段的蒸气量v',须先知与之有关的精馏段

的蒸气量V。而V又须通过D

=才可确定。可见,先

(+

V)1

R

确定最小回流比

R,进而确定R是解题的思路。

min

理想体系以最小回流比操作时,两操作线与进料方程的

交点恰好落在平衡线上,所以只须用任一操作线方程或进

料方程与相平衡方程联立求解即可。

某二元混合液的精馏操作过程如图4—9。已知组成为52.0的原料液在泡点温度下直接加入塔釜内,工艺要求塔顶产品的组成为0.75,(以上均为轻组分A 的摩尔分数),塔顶产品采出率D/F 为1:2,塔顶设全凝器,泡点回流。若操作条件下,该物系的a 为2.5,回流比R 为2.5,求完成上述分离要求所需的理论板数(操作满足恒摩尔流假设)。 包括塔釜在内共需3块理论塔板。

精馏计算操作型分析及例题

分析:因题中未给平衡相图,只可考虑逐板计算法求理论板数。当料液直接加入塔釜时,应将塔釜视作提馏段,然后分段利用不同的操作线方程与相平衡方程交替使用计算各板的气液相组成,直至W x x 时止。

图4-9

4在一连续精馏塔中分离二元理想混合液。原料液为饱和液体,其组成为0.5,要求塔顶馏出液组成不小于0.95,釜残液组成不大于0.05(以上均为轻组分A 的摩尔分数)。塔顶蒸汽先进入一分凝器,所得冷凝液全部作为塔顶回流,而未凝的蒸气进入全凝器,全部冷凝后作为塔顶产品。全塔平均相对挥发度为2.5,操作回流比min 5.1R R 。当馏出液流量为100h kmol /时,试求:

(1) 塔顶第1块理论板上升的蒸汽组成;0.909 (2) 提馏段上升的气体量。265kmol/h

分析:因为出分凝器的冷凝液L 与未液化的蒸气0V 成相平衡关系,故分凝器相当一层理论塔板。应注意,自分凝器回流塔内的液相组成0x 与自全凝器出来的产品组成D x 不同。

5在常压精馏干塔分离双组分理想溶液。组成为0.5(轻

组分A的摩尔分数,下同)的料液在泡点温度下加入塔

内。塔顶蒸气先在分凝器中部分冷凝至泡点回流,其组

成为 0.88,余下末冷凝部分经全凝器后作为产品,组

成为0.95.已测得离开塔顶第1层理论板的液相组成

为 0.796,塔顶轻组分回收率为96%,塔釜间热蒸气加

热。试求算:

(1) 该操作条件下的回流比和釜液组成;R=1.11

x w=0.041

(2) 若用图解法求得理论板数为9,又知全塔效率

为70%,塔内实际塔板数为多少? 10

分析:前已述及,分凝器相当于1块理论板,利用分凝器内气液相平衡关系即可确定上升的蒸气组成

y,而1y与

1

回流液组成

x恰好又是操作线关系,利用此操作线方程即

可顺利解出回流比。

另外确定塔内实际板数时,应注意用图解法求出的理论板数中是包括了起理论板作用的分凝器和塔釜两块“虚拟

板”的。

6在一常压连续精馏塔中分离二元理想混合物。塔顶上升的蒸气通过分凝器后,3/5的蒸气冷凝成液体作为回流液,其浓度为0.86。其余未凝的蒸气经全凝器后全部冷凝为塔顶产品,其浓度为0.9(以上均为轻组分A的摩尔分数)。若已知回流比为最小回流比的1.2倍,当泡点进料时,试求:

(1)第1块板下降的液体组成;0.828

(2)料液的组成。

分析:抓住分凝器中气液相组成为平衡关系,而回流液组成与第1块板上升蒸气为物料平衡(即精馏段操作线)关系,此题可顺利求解。

(2) 料液的组成

由 min 2.1R R = 解得 25.1min =R 当泡点进料时

1=q ,即F q x x =

25.1min =--=

q

q q D x y y x R (a )

q

q

q q q x x x x y 465.01465.1)1(1+=

-+=

αα (b ) 联立解(a )及(b )得方程

581

.029.0581.04627.1627.10

9.0627.1581.022

???-±=

=+-q q x x x

取 759.0=q x 故料液组成 759.0==q F x x

7 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;1295

.0122+++=x y (2) 提馏段操作线方程。13.01

22

3122312?+-+++=x y

分析:将精馏段操作线方程中的回流比R 和塔顶产品组成D x 确定后,方程的形成就一定。而这两个参数可由题中所给出的相邻3层板的气液相组成建立的两个操作线方程 联立解出。

同理,将提馏段操作线方程中的参数由题中已给的条件变换代入,方程即可建立。

某精馏塔在操作时,加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料,且保持F,x F ,回流比R和提馏段上升蒸汽量V'不变,则此时D____,x D____,W____,x W______。(增加,不变,减少,无法确定)

*****答案*****

减少,增加,增加,增加。

难度:最难

某精馏塔在操作时,加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料,且保持F,x F,V,D不变,则此时x D____,x W____R____,L/V____。(增加,不变,

减少)

*****答案*****

增加,减少,不变,不变。

难度:最难

某精馏塔在操作时,加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料,且保持F,x F,R,D不变,则此时x D___x W____V____L/V____。(增加,不变,减

少)

增加,减少,不变,不变。

难度:最难

某精馏塔操作时,F,x F,q,D保持不变,增加回流比R,则此时x D___,x W ____V____,L/V____。(增加,不变,减少)

增加,减少,增加,增加。

某连续精馏塔,进料状态q=1,D/F=0.5(摩尔比),x F=0.4(摩尔分率),回流比R=2,且知提馏段操作线方程的截距为零。则:提馏段操作线方程的斜率(L/V)=___

_,馏出液x D=____。

y=(L/V)x-W.x/v,

∵D/F=0.5 x=0,又q=1

∴L/V=(R×(D/F)+1)/((R+1)×D/F)

=(2×0.5+1)/(3×0.5)=4/3

x=x/(D/F)=0.4/0.5=0.8

难度:最难

若维持操作中精馏塔的F、x F、q,D不变,而减少塔釜蒸发量V。则:x D__

__,x W____,L/V____。(变大,变小,不变,不确定)

变小,变大,变小。

难度:最难

操作中精馏塔,保持F,q,x F,D不变。(1)若采用回流比R小于最小回流比Rmin,则x D____,x W____;

(2)若R增大,则x D____,x W____,L/V____。

(增加,减小,不变,不确定)

(1)减少,增加。(2)增加,减少,增加。