化工原理精馏例题解析

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

抽屉原理1：把多于n个的苹果放进n个抽屉里，那么至少有一个抽屉里有两个或两个以上的苹果 概念解析

1、把3个苹果任意放到两个抽屉里，可以有哪些放置的方法呢？一个抽屉放一个，另一个抽屉放两个；或3个苹果放在某一个抽屉里.尽管放苹果的方式有所不同，但是总有一个共同的规律：至少有一个抽屉里有两个或两个以上的苹果. 2、如果把5个苹果任意放到4个抽屉里，放置的方法更多了，但仍有这样的结果.由此我们可以想到，只要苹果的个数多于抽屉的个数，就一定能保证至少有一个抽屉里有两个或两个以上的苹果.道理很简单：如果每个抽屉里的苹果都不到两个（也就是至多有1个），那么所有抽屉里的苹果数的和就比总数少了. 3、我们从街上随便找来13人，就可以断定他们中至少有两个人属相（指鼠、牛、虎、兔、龙、蛇、马、羊、猴、鸡、狗、猪。等十二种生肖）相同.怎样证明这个结论是正确的呢？只要利用抽屉原理就很容易把道理讲清楚.事实上，由于人数（13）比属相数（12）多，因此至少有两个人属相相同（在这里，把13人看成13个“苹果”，把12种属相看成12个“抽屉”）。 应用抽屉原理要注意识别“抽屉”和“苹果”，苹果的数目一定要大于抽屉的个数。

例题讲解

例1 有5个小朋友，每人

精 馏 实 验

一、实训目的

1．熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法。 2．了解板式塔的结构，观察塔板上汽-液接触状况。 3．掌握精馏塔理论塔板数的计算方法。 4．测定全回流时的全塔板效率。 5．测定部分回流时的全塔板效率。

二、实训原理

在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液，在塔板上实现多次接触，进行传热与传质，使混合液达到一定程度的分离。

回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量与采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。

回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是一个操作限度。若操作处于全回流时，及无任何产品拆除，也无原料加入，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实际意义。当时，由于此时所需理论板数最少，又易于达到稳定，故常在工业装置的开停车、排除故障及科学研究时采用。

实际回流比常取最小回流比的1.2～2倍。在精馏操作中，若回流系统出现故障，操作情况会几句恶化，分离效果也将变坏。

精馏塔的全塔板效率 精馏塔的全塔板效率E0为理

精馏

一、填空题：

801、精馏塔分离某二元物系，当操作压强降低，系统的相对挥发度α ，溶液的泡点 ，塔顶蒸汽冷凝温度 （增大、减小、不变）

答案：增大，减小，减小

802、精馏分离某二元组分混合液（F,xF,q），要求塔顶xD，轻组分回收率?。设计时，若

加大回流比R，则精馏段液气比 ，提馏段液气比 ，所需理论板数

NT ，塔顶产品量D ，塔釜xW ，塔顶冷凝量QC ，塔釜加热量QR ，若R太大，过程的调节余地将 （增大、减小、不变）。

答案：增大，减小，减小，不变，不变，增大，增大，减小

803、精馏塔设计时，已知F,xF,xD,xW，进料热状态q?0.5时，所需塔板数为NT。试判

断下列参数变化并定性绘出操作线的变化：

（1）保持回流比不变，将进料状态由q?0.5改为q?1，则塔釜加热量QR ，塔顶冷凝量QC ，所需塔板数NT 。

答案：增大，不变，减小

（2）保持塔釜加热量不变，将进料状态由q?0.5改为q?1，则塔顶冷凝量QC ，所需塔板数NT

精馏测试题

一、填空题

（1）精馏操作的依据是（ ）。实现精馏操作的必要条件是（ ）和（ ）。 （2）气液两相呈平衡状态时，气液两相温度（ ），液相组成（ ）气相组成。 （3）用相对挥发度?表达的气液平衡方程可写为（ ）。根据?的大小，可用来（ ） ，若?=1，则表示（ ）。 （4）某两组分物系，相对挥发度??3，在全回流条件下进行精馏操作，若已知yn?0.4,则yn?1?（ （5）某精馏塔的精馏操作线方程为y?0.72x?0.275，则该塔的操作回流比为（ ），馏出液组成为（二、选择题

（1）在用相对挥发度判别分离的难易程度时，下列哪种情况不能用普通蒸馏的方法分离（ ）。 A.?AB＞1 B. ?AB＜1 C. ?AB =1 D. ?AB＞10

（2）在精馏的过程中，当进料为正处于泡点的饱和液体时，则（ ）。 A.q＞1 B.q＜1 C.q=1 D.0＜q＜1

（3）精馏塔中由塔顶向下的第n-1、n、n+1层塔板，

化工原理典型例题题解

第1章 流体流动

例1 沿程阻力损失

水在一段圆形直管内作层流流动，若其它条件不变，现流量及管径均减小为原来的二分之一，则此时因流动阻力产生的压力损失为原来的（ ）。 A 2倍 B .4倍 C .8 倍 D. 16 倍

解：因管内流体流动处于层流状态，根据哈根（Hahen）-泊谡叶（poiseuille）公式 ?Pf?32?lud2

(1)

将式中的流速u用流量qv和管径d表示出来， u?qv

?4 (2)

d2将(2)式代入(1)式得 ?Pf?128?lqv?d4 (3)

现流量qv2?0.5qv1; 管径d2=0.5d1 ， 根据(3)式，压力损失ΔPf2满足下式

?Pf2?Pf1?qv2/d2qv1/d144?0.5qv1/(0.5d1)qv1/d144?10.53?8 故答案C正确。

例2 流体在管内流动时剪应力的分布

流体在管内流动的摩擦阻力，仅由流体与壁

化工原理实验讲义模板

1

实验--在线数字精馏

一、实验目的

1、熟悉板式精馏塔的结构、流程及各部件的结构作用；

2、用作图法和计算法确定精馏塔部分回流时理论板数，并计算出全塔效率。 3、测出全塔温度分布，确定灵敏板位置。

4、了解塔釜液位、塔釜加热量、预热、回流比等控制原理。

5 、充分利用计算机采集和控制系统具有的快速、大容量和实时处理的特点，进行精馏过程多实验方案的设计，并进行实验验证，得出实验结论。以掌握实验研究的方法。 6 、学会识别精馏塔内出现的几种操作状态，并分析这些操作状态对塔性能的影响。 7 、学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。 8 、测定精馏过程的动态特性，提高学生对精馏过程的认识。

二、实验装置、流程及操作说明

1、实验装置及流程示意（见下页） 2、实验体系：酒精水溶液

3、进料状态：常温：不经过换热器预热和电预热，直接进料 加热：经过电加热预热，设置加热功率实现饱和液进料 4、结构参数：

塔内径D=68mm，塔总高H=3000mm，塔内采用筛板及弓形降液管，共有15块板。根据不同进料组成和状态，设置三个进料口，分别在第2、4、8（从下向上）板处。板间

精馏练习题

一、填空题

【1】精馏操作的依据是（混合液中各组分的挥发度的差异）。实现精馏操作的必要条件是（塔顶液相回流）和（塔底上升气流）。

【2】气液两相呈平衡状态时，气液两相温度（相同），液相组成（低于）气相组成。 【3】用相对挥发度?表达的气液平衡方程可写为（ ）。根据?的大小，可用来（判断用蒸馏方法分离的难易程度），若?=1，则表示（不能用普通的蒸馏方法分离该混合液）。

【4】某两组分物系，相对挥发度??3，在全回流条件下进行精馏操作，对第n、n+1两层理论踏板（从塔顶往下计），若已知yn?0.4,则yn?1?（0.182）。全回流适用于（精馏开工阶段）或（实验研究场合）。

【5】某精馏塔的精馏操作线方程为y?0.72x?0.275，则该塔的操作回流比为（2.371），馏出液组成为（0.982）。

【6】在精馏塔设计中，若Fxf进料温度P保持不变，若增加回流比R，则xp（增大）

xw（减小），

LV（增大）。

【7】操作中的精馏塔，若xfFV进料温度不变，若釜液量W增加，则xp（增加），xw（增大）

LV（增加）。

二、选择题

（1）在用相对挥发度判别分离的难易程度时，下列哪种情况不能用普通蒸馏的方法分离（C ）。

1.用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯0.88（摩尔分数，下同），流量为200kmol/h。今要求馏出液中乙烯的回收率为99.5%，釜液中乙烷的回收率为99.4%，试求所得馏出液、釜液的流量和组成。

2.例题：设计一精馏塔，用以分离双组分混合物，已知原料液流量为100kmol/h，进料中含轻组分0.2（摩尔分数，下同），要求馏出液和釜液的组成分别为0.8和0.05。泡点进料（饱和液体），物系的平均相对挥发度α=2.5，回流比R=2.7。试求：1）精馏段和提馏段操作线方程；2）从塔顶数第二块板下降的液相组成。

3.例题 用一常压精馏塔分离某二元理想溶液，进料中含轻组分0.4（摩尔分数，下同），进料量为200kmol/h饱和蒸汽进料，要求馏出液和釜液的组成分别为0.97和0.02。已知操作回流比R=3.0，物系的平均相对挥发度α=2.4，塔釜当作一块理论板处理。试求：（1）提馏段操作线方程；（2）塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。（从塔底向上计算）

4.例题：常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔，进料中丙酮50%（摩尔分数，下同），其中气相占80%，要求馏出液和釜液中丙酮的组成分别为95%和5%，回流比R=2.

1.用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯0.88（摩尔分数，下同），流量为200kmol/h。今要求馏出液中乙烯的回收率为99.5%，釜液中乙烷的回收率为99.4%，试求所得馏出液、釜液的流量和组成。

2.例题：设计一精馏塔，用以分离双组分混合物，已知原料液流量为100kmol/h，进料中含轻组分0.2（摩尔分数，下同），要求馏出液和釜液的组成分别为0.8和0.05。泡点进料（饱和液体），物系的平均相对挥发度α=2.5，回流比R=2.7。试求：1）精馏段和提馏段操作线方程；2）从塔顶数第二块板下降的液相组成。

3.例题 用一常压精馏塔分离某二元理想溶液，进料中含轻组分0.4（摩尔分数，下同），进料量为200kmol/h饱和蒸汽进料，要求馏出液和釜液的组成分别为0.97和0.02。已知操作回流比R=3.0，物系的平均相对挥发度α=2.4，塔釜当作一块理论板处理。试求：（1）提馏段操作线方程；（2）塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。（从塔底向上计算）

4.例题：常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔，进料中丙酮50%（摩尔分数，下同），其中气相占80%，要求馏出液和釜液中丙酮的组成分别为95%和5%，回流比R=2.