精馏习题课

精馏习题课

例题1.一分离苯、甲苯的常压精馏塔，按以下三种方式冷凝(图1，图2，图3)，回流比均为2。

试比较：①温度t1、t2、t3的大小；

②回流液浓度xL1、xL2、xL3的大小； ③塔顶产品浓度xD1、xD2、xD3的大小。

将以上参数分别按顺序排列，并说明理由。

例题2.用一连续精馏塔分离苯—甲苯混合液。进料为含苯0.4(质量分率，下同)的饱和液体，质量流率为1000kg/h。要求苯在塔顶产品中的回收率为98%，塔底产品中含苯不超过0.014。若塔顶采用全凝器，饱和液体回流，回流比取为最小回流比的1.25倍，塔底采用再沸器。全塔操作条件下，苯对甲苯的平均相对挥发度为2.46，塔板的液相莫弗里(Murphree)板效率为70%,并假设塔内恒摩尔溢流和恒摩尔汽化成立。

试求：①塔顶、塔底产品的流率D、W及塔顶产品的组成xD；

②从塔顶数起第二块板上汽、液相的摩尔流率各为多少； ③精馏段及提馏段的操作线方程；

④从塔顶数起第二块实际板上升气相的组成。

例题3.现成塔的操作因素分析：

①操作中的精馏塔，将进料位置由原来的最佳位置进料向下移动几块塔板，其余操作条件均不变（包括F、xF、q、D、R），此时xD、xW将如何变化？

②操作中的精馏塔，若进料量增大，而xF、q、R、V'不变，此时xD、xW将如何变化？

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例题4.如图所示，组成为0.4的料液（摩尔分率，下同），以饱和蒸汽状态自精馏塔底部加入，塔底不设再沸器。要求塔顶馏出物浓度xD=0.93，xW=0.21，相对挥发度α=2.7。若恒摩尔流假定成立，试求操作线方程。

若理论板数可增至无穷，且F、xF、q、D/F不变，则此时塔顶、塔底产品浓度的比为多大？

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精馏习题课答案

例题1.一分离苯、甲苯的常压精馏塔，按以下三种方式冷凝(图1，图2，图3)，塔顶第一板上升蒸汽浓度为含苯0.8(摩尔分率)，回流比均为2。

(1)采用全凝器冷凝，在塔顶及回流处插二支温度计，测得温度分别为t0、t1，问t0、

t1是否相等?为什么?并求t0、t1的值。

(2)在图1，图2，图3三种冷凝情况下，第一板浓度为y1含苯0.8(摩尔分率)。

①比较温度t1、t2、t3的大小；

②比较回流液浓度xL1、xL2、xL3的大小；

③比较塔顶产品浓度xD1、xD2、xD3的大小。将以上参数分别按顺序排列，并

说明理由。

(3)三种情况下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、xV的值在y?x图上表示出来。

已知阿托因常数如下

(阿托因方程为lgp?A?B/(C?T)，其中P单位为mmHg，T单位为℃)：

苯 甲苯 A 6.89740 6.958 B 1206.35 1343.91 C 220.237 219.58 0

解：(1)t0>t1,因为t0是露点温度，t1是泡点温度。有两种求法：

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①图解法：在t?x?y图上从x=0.8处作垂线与t?x线和t?y线分别交于a、b点(如图1.28所示)

即塔顶t0＝89℃，回流液t1＝84.3℃。 a点对应温度为84.3℃，b点对应温度为89℃，②解析法：求塔顶温度，用露点方程试差：

设t0＝89℃，组分A为苯，组分B为甲苯。代入阿托因方程得：

1206.35 gp01mmHA?99.689?220.237 1343.9400pB?396.06mmHglgpB?6.953? 89?219.58 lgp0A?6.89740?0p0(p?p991.6?(760?396.06)B)y?A0??0.8 0760(991.6?396.06)P(pA?pB)? 塔顶露点温度t0＝89℃

求回流液温度，用泡点方程试差：设t1＝84.3℃

同理由阿托因方程得：pA?863.26mmHg pB?339.16mmHg

00p?pAxA?pBxB?863.26?0.8?339.16?0.2?758.44?760mmHg

00? 回流液温度t1＝84.3℃

(2)比较三种冷凝情况下的t、tL、xD

① t2?t3?t1 ② xL1?xL3?xL2 ③ xD2?xD3?xD1

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分析：从t?x?y图可得：t2?t3?t1；xL1?xL3?xL2

第一种情况：全凝器，xD1?xL

第二种情况：先部分冷凝(R=2)后全凝，由杠杆法则作图得xD2?xD1。

第三种情况：从塔顶出来得轻组分的量相等，回流比皆为2，且xL1?xL3?xL2，由

物料衡算，xD2?xD3?xD1。

(3)求三种情况下的操作线及xL、xD、yV的位置。

三条操作线的斜率相同。均为

R2?，所以三条线平行，但顶点不同，I线顶点为R?13a1(y?0.8，x?xL1)，Ⅱ线顶点a2(y?0.8，x?xL2)；Ⅲ线顶点为a3(y?0.8，x?xL3)。

a2、a3、a1点的横坐标分别为三个回流液浓度xL1?xL3?xL2。a2、a3点作垂线交平衡

线于b2、b3。a1、b2、b3的纵坐标分别为冷凝器上方气相浓度，yV3?yV2?yV1，塔顶产品浓度xD1?yV1；xD2?yV2而yV3?xD3?xL3。由物料领算定出xD3以确定p点的位置(图1.30所示)

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