化工原理 第9章 液体精馏 典型例题题解(1)

第9章 精馏 典型例题 例1：逐板法求理论板的基本思想

有一常压连续操作的精馏塔用来分离苯-甲苯混合液，塔顶设有一平衡分凝器，自塔顶逸出的蒸汽经分凝器后，液相摩尔数为汽相摩尔数的二倍，所得液相全部在泡点下回流于塔，所得汽相经全凝器冷凝后作为产品。已知产品中含苯0.95（摩尔分率），苯对甲苯的相对挥发度可取为2.5 。试计算从塔顶向下数第二块理论板的上升蒸汽组成。 解: y0? R=L/D=2

2.5x00.95?xD?x0??0.884

1?1.5x02.5?1.5?0.95精馏段方程:yn?1?y1?2?0.884?0.95/3?0.90532xn?0.95/33

x1?y2?y10.905??0.7932.5?1.5y12.5?1.5?0.9052?0.793?0.95/3?0.8453

例2：板数较少塔的操作型计算

拟用一 3 块理论板的（含塔釜）的精馏塔分离含苯50%（摩尔分率，下同）的苯-氯苯混合物。处理量F=100 Kmol/h ，要求 D=45 Kmol/h 且 xD>84%。若精馏条件为：回流比R=1 ，泡点进料，加料位置在第二块理论板，α=4.10 ，问能否完成上述分离任务？ 解：W=55kmol/h

xw?Fxf?DxDW?50?45?0.84?0.2255. 精馏段操作线方程：yn+1=0.5xn+0.42

提馏段的操作线方程：y?WxwRD?qFx?

(R?1)D?(1?q)F(R?1)D?(1?q)F将相关数据代入得提馏段操作线方程：y?1.61x?0.134 逐板计算：y1=xD=0.84

y10.84x1???0.56?????1?y14.1?3.1?0.84 y2=0.5×0.56+0.42=0.70

y3?1.61?0.36?0.134?0.57

1

0.70?0.36

4.1?3.1?0.70.57x3??0.24?0.22

4.1?3.1?0.57x2?所以不能完成任务。

例3：一块板的塔计算

在一块理论板和再沸器组成的精馏塔中，对苯-甲苯混合物进行分离。已知α=2.5，F=100 Kmol/h,xf=0.15（摩尔分率，下同），饱和液体加料在第一块板上，分离要求为 xD=0.25，xw=0.06。试求： （1）塔顶，塔底的产量 D ， W （2）回流比 R 解：（1）F=D+W (1) Fxf=DxD+Wxw (2) 联立（1）（2）得 D=47kmol/h W=53kmol/h

Dxf?xw0.15?0.06???0.47FxD?xw0.25?0.06?2?xD?y1??x11????1?x1?x1?yw?y10.25??0.12?????1?y12.5?1.5?0.25?xw2.5?0.06??0.141????1?xw1?1.5?0.06 在再沸器上升汽相组成yw与塔板下降液相组成x1之间符合操作线关系： y?WxwRD?qFx?

(R?1)D?(1?q)F(R?1)D?(1?q)Fyw?47R?10053?0.06 x1?47(R?1)47(R?1) 解上式得到：R=2.38

例4：板效率的计算

某精馏塔具有一块实际板和一只蒸馏釜（可视为一块理论板）。原料预热到泡点，由塔顶连续加入，F=100 Kmol/h， xf=0.2（摩尔分率，下同）。泡点回流，回流比 R=2.0系统相对挥发度α=2.5。今测得塔顶馏出量D=57.2Kmol/h ，且 xD=0.28 ，试求：

（1） 塔底出料量W及浓度 xw

（2） 该塔板的莫弗里效率 EMV 和 EmL 解:

Dxf?xw0.2?0.572?0.28?1???xw??0.094 FxD?xw1?0.572W=100-57.2=42.8kmol/h

2

（2）EmV?y1?ywxD?x1E? ， mL??y1?ywxD?x1 yw??xw2.5?0.094??0.206

1????1?xw1?1.5?0.094L’=L+F=RD+F=2×57.2+100=214.4kmol/h V’=(R+1)D=3×57.2=171.6kmol/h

L?Wyn?1?xn?xw?1.25xn?0.023V?V?x1?(yw?0.023)/1.25??0.206?0.023?/1.25?0.18y1?EmV??2.5?0.18?0.351?1.5?0.18y?y10.206?0.28?w??0.51?0.206?0.35yw?y1y10.28??0.13?????1?y12.5?1.5?0.28xD?x1xD?x1?

x1?EmL?0.28?0.18??0.670.28?0.13

例5平衡蒸馏和简单蒸馏 在常压下将组成为0.6（易挥发组分的摩尔分率）的某理想二元混合物分别进行平衡蒸馏和简单蒸馏，若规定汽化率为1/3，试计算：

(1) 平衡蒸馏的汽液相组成；

(2) 简单蒸馏的易挥发组分平均组成及收率。

假设在操作范围内汽液平衡关系为： 解：(1) 平衡蒸馏 依题意，液化率为

。

3

由

及

联立以上两式，求得平衡的汽液相组成分别为

(2) 简单蒸馏 依题意，得

由

解得

馏出液的平均组成为

易挥发组分的收率为

分析：求解本题的关键是熟练应用物料衡算式和汽液平衡关系式进行平衡蒸馏和简单蒸馏的计算，理解易挥发组分收率的概念。

4

例6 在一连续精馏塔内分离某理想二元混合物。已知进料组成为0.4（易挥发组分的摩尔分率，下同），泡点进料；馏出液组成为0.9；塔顶易挥发组分的收率为90％；塔顶采用全凝器，操作回流比为最小回流比的1.5倍；操作条件下物系的平均相对挥发度为2.5。试计算：

(1) 釜残液组成； (2) 精馏段操作线方程。

解：（1）釜残液组成

设进料量为100 kmol/h，由物料衡算可得

其中

kmol/h

kmol/h

则

(2)精馏段操作线方程 先求最小回流比，由

对于泡点进料，有

5

精馏段操作线方程为

（3）由汽相默弗里板效率定义，第一层实际板的汽相默弗里板效率为（1）

塔顶为全凝器

由气液平衡方程，得

（2）

由精馏段操作线方程，得

（3）

将（2）、（3）式代入（1）式，得

解得

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分析：求解本题的关键是熟练运用操作线方程、汽液平衡方程和板效率定义式进行有关计算。

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