蒸馏习题剖析课件

精馏习题课 例例1、若原料组成、料液量、操作压力和最终若原料组成、料液量、操作压力和最终温度都相同，二元理想溶液的简单蒸温度都相同，二元理想溶液的简单蒸馏和平衡蒸馏相比较的结果有：馏和平衡蒸馏相比较的结果有：所得馏出所得馏出物平均浓度物平均浓度_；所得残液浓度所得残液浓度_ _;馏出物总量馏出物总量_。答案：答案：简单蒸馏的馏出物平均浓度大于简单蒸馏的馏出物平均浓度大于平衡蒸馏的馏出物平均浓度；平衡蒸馏的馏出物平均浓度；两种情况的残液浓度相同；两种情况的残液浓度相同；平衡蒸馏的馏出物总量大于简单蒸馏的平衡蒸馏的馏出物总量大于简单蒸馏的馏出物总量。馏出物总量。例2、精馏操作的依据是 _ 。精馏操作得以实现的必要条件包括_和 _。答案：混合液中各组分的挥发度的差异；答案：混合液中各组分的挥发度的差异；自塔顶向下的液流和自塔底向上的气流自塔顶向下的液流和自塔底向上的气流例例3、判断题、判断题1、在精馏塔内任意、在精馏塔内任意1块理论板，其气相露块理论板，其气相露点温度大于液相的泡点温度。点温度大于液相的泡点温度。答案：错误2、根据恒摩尔流假设，精馏塔内气、液两相、根据恒摩尔流假设，精馏塔内气、液两相的摩尔流量一定相等。的摩尔流量一定相等。答案：错误3、在其他条件不变的情况下，降低连续精馏塔的操、在其他条件不变的情况下，降低连续精馏塔的操作压强，塔顶馏出物中易挥发组分的浓度变低。（作压强，塔顶馏出物中易挥发组分的浓度变低。（）答案：错误分析：同一物系，总压越低，混合物的泡点及各组分的饱和蒸气压越低，各组分间的相对挥发度越大，越利于精馏分离。4、在馏出率相同的条件下，简单蒸馏所得到的馏出、在馏出率相同的条件下，简单蒸馏所得到的馏出物的浓度组成低于平衡蒸馏。（物的浓度组成低于平衡蒸馏。（）答案：错误答案：错误分析：由于简单蒸馏所得的多数馏出物（开始阶段得到的）与分析：由于简单蒸馏所得的多数馏出物（开始阶段得到的）与组成较高的液体成平衡，而平衡蒸馏所得全部馏出物都与较低组成较高的液体成平衡，而平衡蒸馏所得全部馏出物都与较低的残液浓度组成相平衡，所以连续操作的平衡蒸馏不如间歇操的残液浓度组成相平衡，所以连续操作的平衡蒸馏不如间歇操作的简单蒸馏的分离效果好。作的简单蒸馏的分离效果好。例例4、已知某精、已知某精馏塔操作以塔操作以饱和蒸汽和蒸汽进料，操作料，操作线方程分方程分别如下：如下：提提馏线试求求该塔操作的回流比、塔操作的回流比、进料料组成及塔成及塔顶、塔底、塔底产品品中中轻组分的摩分的摩尔尔分率。分率。精馏线 解：由精馏线得：解：由精馏线得：由提馏线斜率由提馏线斜率提提馏线截距截距，得 xW=0.04=0.647得 F=1.5D由 FxF=DxDWxW 得第二次习题课第二次习题课例1精馏塔设计时，若工艺要求一定，减少精馏塔设计时，若工艺要求一定，减少需要的理论板数，回流比应需要的理论板数，回流比应 ，蒸馏，蒸馏釜中所需的加热蒸气消耗量应釜中所需的加热蒸气消耗量应 ，所，所需塔径应需塔径应 ，操作费和设备费的总投，操作费和设备费的总投资将是资将是 的变化过程。的变化过程。答案：增大；增大；增大；急速下降至一最低后又上升答案：增大；增大；增大；急速下降至一最低后又上升 某精馏塔塔顶蒸气组成为 ，温度为 ，经分凝器部分冷凝到泡点 后回流入塔，组成为 温度为 。未冷凝的蒸气组成为 ，经全凝器后成为组成为 的产品。试判断下列各量的相互关系：例例4以连续精馏分离正庚烷（A）与正辛烷（B）。已知相对挥发度=2.16，原料液浓度xF=0.35（正庚烷的摩尔分率，下同），塔顶产品浓度xD=0.94，加料热状态q=1.05，馏出产品的采出率D/F=0.34。在确定回流比时，取设泡点回流。试写出精馏段与提馏段操作线方程。例例5例例6、常压下，用一块理论板、全凝器、常压下，用一块理论板、全凝器与塔釜组成的连续精馏塔分离某二元混与塔釜组成的连续精馏塔分离某二元混合液。已知：进料合液。已知：进料xf=0.20，q=1，进料，进料从塔上方加入。塔顶产品浓度从塔上方加入。塔顶产品浓度xD=0.30，塔顶用全凝器，泡点回流，回流比为，塔顶用全凝器，泡点回流，回流比为3.0。易挥发组分回收率。易挥发组分回收率=0.85，若平衡，若平衡关系可用关系可用 表示，试估算表示，试估算A值。值。xf=0.20，q=1xD=0.30例例7 7、如图用由一个蒸馏釜和一层实际板组成的、如图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。精馏塔分离二元理想溶液。组成为组成为0.20.2的料液在泡点的料液在泡点温度下由塔顶加入，系统温度下由塔顶加入，系统的相对挥发度为的相对挥发度为3.53.5。若。若使塔顶轻组分的回收率达使塔顶轻组分的回收率达到到8080，并要求塔顶产品，并要求塔顶产品组成为组成为0.300.30，试求该层塔，试求该层塔板的液相默弗里板效率。板的液相默弗里板效率。MxFxDxWMxFxDxW(2)列出提馏段操作线列出提馏段操作线则则 (1)求算求算xw全塔为提馏段，且泡点加料全塔为提馏段，且泡点加料 故有故有 提馏段操作线方程为提馏段操作线方程为 该板默弗里效率该板默弗里效率(3)求算求算x1*例8、在常压下用一连续精馏塔分离某两组分混合液，已知进料量为200kmol/h，其中轻组分的含量为0.40（摩尔分率），泡点进料。塔顶产品流量为100kmol/h。体系在常压下的相对挥发度为2.0。若精馏塔的理论塔板数为无限多，试求：当回流比为1.0时，塔顶、塔底产品中轻组分的含量各为多少？当回流比为2.0时，塔顶、塔底产品中轻组分的含量各为多少？画出两种情况下的精馏段、提馏段操作线和q线示意图。分析：1、操作线与平衡线在、操作线与平衡线在q点相交点相交2、操作线与平衡线在、操作线与平衡线在xW0处相交处相交3、操作线与平衡线在、操作线与平衡线在xD1处相交处相交解：解：由于由于NT=，设，设xq、yq达到相平衡，则达到相平衡，则R=Rmin=1.0 q=1，xq=xf=0.4由物料衡算得：由物料衡算得：假设正确，计算有效。假设正确，计算有效。R=2.0，设此时在，设此时在xq、yq处达到相平衡处达到相平衡所以在所以在xw=0处达到平衡，此时处达到平衡，此时 1、当二元理想溶液精馏时，在、当二元理想溶液精馏时，在 不不变的条件下，最小回流比随原料中液相分率的变的条件下，最小回流比随原料中液相分率的减小减小 ，塔釜热负荷随原料中液相分率的减，塔釜热负荷随原料中液相分率的减小小 。答案：而增加；而降低答案：而增加；而降低第三次习题课 2、已测得精馏塔自塔顶下数第层和第已测得精馏塔自塔顶下数第层和第层塔板的两相组成为层塔板的两相组成为 试判试判断对应值：断对应值：为为_,为为_,为为_,为为 _。0 x(y)1ty6y5y4x5x4x6图4-6y4y5y6x4x6x53、精、精馏塔塔结构不构不变,操作操作时若保持若保持进料的料的组成成、流率、流率、热状况及塔状况及塔顶流率一定流率一定,只减少塔釜的只减少塔釜的热负荷荷,则塔塔顶_,_,提提馏段操作段操作线斜率斜率_。答案：减少；增大；增大塔底塔底4、某精馏塔操作时，在进料流量及组成、进料热状况和塔顶流率不变的条件下，增加回流比，则此时塔顶产品组成 ，塔底产品组成 ，精馏段蒸气量 ，精馏段液气比 。答案：增加；减少；增加；增加例例5用一用一连续精精馏塔分离苯塔分离苯-甲苯物系，已知甲苯物系，已知进料料组成成xF=0.44，要求塔，要求塔顶组成达成达xD=0.9（摩（摩尔尔分率，上同）。已知物系的平均相分率，上同）。已知物系的平均相对挥发度度=2.47，最小回流比，最小回流比Rm=3，试求求此此时的的进料状况参数料状况参数q值。解题思路：q 通过联立求解平衡线方程与最小回流比方程，求出xq和yq，再代入进料线方程，解题过程：例例6在在连续精精馏塔中，分离某二元理想溶液。塔中，分离某二元理想溶液。进料料为汽汽-液混合物液混合物进料，料，进料中气相料中气相组成成为0.428，液相，液相组成成为0.272，进料平均料平均组成成xF=0.35，假定假定进料中汽、液相达到平衡。料中汽、液相达到平衡。要求塔要求塔顶组成成为0.93（以上均（以上均为摩摩尔尔分率），分率），料液中易料液中易挥发组分的分的96%进入入馏出液中。出液中。取回流比取回流比为最小回流比的最小回流比的1.242倍。倍。试计算：算：（1）塔底）塔底产品品组成；（成；（2）写出精）写出精馏段方段方程；（程；（3）写出提）写出提馏段方程；（段方程；（4）假定各）假定各板效率板效率为0.5，从塔底数起的第一，从塔底数起的第一块板上，板上，上升蒸汽的上升蒸汽的组成成为多少？多少？解题思路：（3）提馏段方程可以简化或代入提馏段方程本身求，也可以用两点式方程求得，即点（xw，xw）和进料线与精馏线交点（4）例题7：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 。当馏出液流量为100 时，试求：（1）塔顶第1块理论板上升的蒸汽组成；（2）提馏段上升的气体量。xF=0.5，q=1xD=0.95 解：（1）由平衡方程及泡点进料时 精馏段操作线方程 再由平衡方程及 得 代入精馏段操作线方程 (2)由当泡点进料时，则 例题8：用精馏塔分离双组分混合液。塔顶为全凝器，泡点回流，回流比为8，塔上部有侧线产品抽出，其热状况为饱和液体，组成为0.9，进料为组成0.5，流量10 。系统的相对挥发度为2.5。工艺要求塔顶产品流量为2 ，组成为0.98,塔底釜残液组成为0.05,试求由第3块理论板下降的液体组成(以上组成均指轻组分A的摩尔分数)。MxWD图4-15分析：此题系有一侧线产品抽出的复杂塔计算，与普通分析：此题系有一侧线产品抽出的复杂塔计算，与普通塔相比，塔相比，操作线相应增加了一个操作线相应增加了一个。当利用相平衡关系和。当利用相平衡关系和操作线关系求解某板的气液组成时，操作线关系求解某板的气液组成时，首先须明确此板在首先须明确此板在何操作线范围内。何操作线范围内。侧线产品抽出口以上至塔顶为精馏段，侧线产品抽出口以上至塔顶为精馏段，加料口以上至侧线产品抽出口为第加料口以上至侧线产品抽出口为第2段，以下至塔釜为段，以下至塔釜为第第3段。应用逐板计算的方法解题。段。应用逐板计算的方法解题。MxWD图4-15解：整理精馏段操作线方程为 再由相平衡方程，得x3y1y2y3x1x2从第3块板起，需换用第2段操作线方程和相平衡方程交替使用逐板计算下面各板的组成，直到液相组成小于或等于加料组成时，再换用第3段操作线。推导第2段操作线的衡算范围如图所示。由轻组分的物料衡算，产品抽出板上下的气相流量关系为 由于为饱和液体抽出，MxWD图4-15由全塔物料衡算 及 解出 代入式中，得 MD图4-15则得第2条操作线为将代入上式，得 再由相平衡方程得=x3y1y2y3x1x2主要公式一、精一、精馏塔物料衡算方程塔物料衡算方程二、最小回流比与板效率二、最小回流比与板效率