1、1 精馏习题课 1某连续精馏塔的操作线方程为： （精馏段）；263.07.xy （提馏段）。若为过冷液体进料，且进料热状况参数为1.2，进018.25.xy 料量为 。试求：回流比；馏出液组成；釜液的组成；料液hkmolF/7 组成；塔顶产品流率。 解：回流比 61.2;73.01R 馏出液组成 95.0;.DDxx 釜液的组成 ；72.;18.25. WWx 料液组成 联立 ； 解得365.07.xy018xy ；;5qqx2.;1F 塔顶产品流率； hkmolxFDW/45.37 2. 实验测得常压精馏塔在部分回流情况下，在精馏段相邻两塔板的上升气相组成 为 ， ，已知操作条件下平均相对挥
2、发度 ，回流比 8.0ny82.01ny 3 ,塔顶产品组成 （以上均为易挥发组分的摩尔分率） 。求以汽相53R95.Dx 组成表示的第n板的单板效率。 解：精馏段操作线: 21.078.1nDxRy8.021.078.1 nnn xxy 2 928.0)1(*nnxy5.1*nmVyE 3.在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合 物，塔顶采用全凝器，泡点回流，塔底间接 蒸汽加热。原料处理量为 4000 kg/h，组成 为 0.4(苯的质量分数，下同)，要求塔顶馏 出液组成为 0.96，苯的回收率不低于 98%， 泡点进料。已知体系的相对挥发度=2.5，实 际回流比为最小回流比的 1.5 倍。已知苯
3、、 甲苯的摩尔质量分别为 78.11 kg/kmol 和 92.13 kg/kmol。试求： (1) 塔顶产品量 D(kmol/h)、塔底残液 量 W(kmol/h)及组成 xW； (2) 自塔顶算起的第二板的下降液体中 苯的组成； (3)离开最后一块塔板的液体中苯的组成； (4)因长期操作，再沸器内结垢，试问对 塔顶、塔底产品质量有何影响？写出分析过 3 程(假设此时 F、 D、 q、 xF不变)。为维持塔 顶、塔底产品质量不变，应采取何种措施？ 并说明理由。 思路分析：精馏流程与已知条件如本题附图所示。 F = 4 0 0 0 k g / h w F = 4 0 % q = 1 D w D
4、 = 9 6 % W x W 82.5min1R 附图 1 FDxDF4 0M/(1)/F FF FwxMM苯苯 甲 苯/(1)/DDDDx 苯苯 甲 苯 WFFDWxxx()FFFxx苯 甲 苯( 1 ) 塔 顶 产 品 量 D ( k m o l / h ) 、 塔 底 残 液 量 W ( k m o l / h ) 及 组 成 4 (2) 自塔顶算起的第二板的下降液体中苯的组成 minDexyRmin1.5R1DnxeF()eex y 1 = x D x 0 = x D 1 x 1 y 2 x 1 y 1 = x D x 2 y 2 相 平 衡 方 程 相 平 衡 方 程 精 馏 段 操
5、 作 方 程 相 平 衡 方 程 () ny 精 馏 段 操 作 方 程 泡 点 进 料 (3) 离开最后一块塔板的液体中苯的组成 N - 1 x N - 1 y N = y w W x W N VLy wx w x N - 1相 平 衡 方 程 提 馏 段 操 作 方 程 提 馏 段 操 作 方 程 1 WnnLV()VRDqFRD 解：(1) 塔顶产品量 D(kmol/h)、塔底残液量 W(kmol/h)及组成 xW0.4/78.10.4.692.3Fx69/./D.5.85.9FM kmol/h4 06.385. 因 ，所以 kmol/hDFx46.30.19.079FDx 据总物料衡算
6、 kmol/h.5.246W.0.75Fx (2) 自塔顶算起的第二板的下降液体中苯的组成 泡点进料， q=1， 0.4eF 2.504.631()1eyx min.96.1.3DeyR i.5.52.0 1 .96029.23nnnnxyxxR 0.96Dx 11 0.96.1()251y 5 20.69.10.29.3y 2 0.84().5.xy (3)离开最后一块塔板的液体中苯的组成 kmol/h13.9.761.VRD kmol/h2539.6LqF 则 18.06.40Wnnnxy40nx 7.1(1).5wNw 离开最后一块塔板的液体中苯的组成 10.34/.(069.34)/.
7、50.xy (4) 再沸器内结垢，导致传热不良， ，而 D 又不变，由 ，知 R，精馏V1VD 段操作线斜率(= R/(R+1)，靠近平衡线，不利于分离，故 xD。由全塔物料衡算可知，当 F、 D、 W、 xF不变， xD 时， xW。 要想维持 xD、 xW不变，应及时清除污垢，或提高再沸器的加热蒸汽压力，以使 保持不变V 或略有增大。 4.某二元混合物以饱和蒸汽状态加入精馏塔的中部，塔顶设有全凝器，泡点回流，塔釜间 接蒸汽加热。已知 F=100kmol/h， xF=0.45 (轻组分的摩尔分率，下同)，轻组分的回收率为 95%， 馏出液组成 0.98，体系的平均相对挥发度 =3，塔釜气化量
8、为最小气化量的 2.2 倍。试求： 提馏段操作线方程； 进入第一块理论板(由塔顶往下数)的气相浓度； 上述设计的塔在操作时，若因故塔釜停止加热，欲维持 xD不变应如何操作？ 此时塔釜排液 xW=？ 思路分析：精馏流程与已知条件如本题附图所示。 F = 1 0 0 k m o l / h x F = 0 . 4 5 q = 0 D x D = 0 . 9 8 W x W 5%3min2.V 6 提 馏 段 操 作 方 程 LqFRD1 WnnxyVDFx(1)DFxminDexyR 露 点 进 料 ii()VeFe 1eyi2. min(1)2.V( 1 ) 提 馏 段 操 作 方 程 进入第一
9、块理论板(由塔顶往下数)的气相浓度 y 1 = x D x 0 = x D 1 x 1 y 2 11DnnxRyx 1y 1 = x D 相 平 衡 方 程 精 馏 段 操 作 方 程相 平 衡 方 程 ()y精 馏 段 操 作 方 程 y 2 解: 求提馏段操作方程 DFx0.98.514 kmol/h362 kmol/h3.625.8W()()104.0Fxx 饱和蒸汽加料， ，q. eFyxe . 213045eymin.98.DexR kmol/hii()(.1)36041.7VF kmol/hn2471()/(9.8)/4.2.R3.06213LD 提馏段操作方程： 7 1148.3
10、56.8041.60.24 599Wnnn nxLyxxV 求进入第一块理论板的气相浓度 精馏段操作线方程： 1 .73.13401DnnnnRyxxx0.98D1.23.2. 79.30.95y 上述设计的塔在操作时，若因故塔釜停止加热，欲维持 不变，应保持精馏段操作线Dx 斜率不变，即 R 不变，而此时精馏塔无提馏段，只有精馏段，故 塔釜停止加热时精馏段上升蒸汽流量 (1)VFR 塔釜正常加热时精馏段上升蒸汽流量 显然，停止加热时馏出液流率减小。所以，若塔釜停止加热，欲维持 不变，则降低塔Dx 顶产品采出率。 kmol/h10(3.41)D2.730450.98.24FWx 5.一连续操作
11、的常压精馏塔用于分离某二元液体混合物。塔顶设全凝器，泡点回流，塔釜 间接蒸汽加热。原料液组成为 0.40(轻组分的摩尔分数，下同)，进料温度为 50，要求塔顶 产品组成达到 0.98，塔釜馏出液组成不高于 0.01。该物系的相对挥发度为 2.5，实际回流比 为最小回流比的 1.5 倍。已知， xF=0.4 时，混合溶液的泡点为 95.2，定性温度下原料液的 平均比热容 cp=163 kJ/(kmol)，泡点温度下混合液的汽化潜热为 3.68104 kJ/(kmol)。 试计算：(1) 组分 A 的回收率； (2) 提馏段操作方程；(3) 若塔顶第一块板气相默弗里板效率 为 60%，求离开该板的
12、下降液体组成。 思路分析：精馏流程与已知条件如本题附图所示。 F x F = 0 . 4 t F = 5 0 t F b = 9 8 . 2 D x D = 0 . 9 8 W x W = 0 . 0 1 2.5minR FWDx( 1 ) 组 分 A 的 回 收 率DFx 附图 (2) 提馏段操作方程 8 提 馏 段 操 作 方 程 minDexyRin1.51()eeyx 冷 液 进 料 1 (1/)/()(1)(W Wnn nx FxLFqy RqV 未 知 变 量Fbt()pFbctqr 1Feexqy ey (3) 当塔顶第一块板气相默弗里板效率为 60%时离开该板的下降液体组成12
13、*mvyE*11xy21DxRy1x 解： 4 ()63(95.0).81pbfctqr (1) 回收率 0.4298FWDx2.5F (2) 提馏段操作方程 q 线方程 1.20.46211fxqyxx 相平衡方程 .5 联立求解上两式得 xe=0.444， ye=0.666 4min0.9861DeyRi1.5.142 提馏段操作线方程： 1 ()()(1)1W Wnn nxFDxLRDqFy xRqV /() WnRDFq2.0.41.2(0.42).1(0)2.1(10)nx nnyx (3) 离开第一板的下降液体组成 9 代入数据得：12*mvyE (1)2*10.98.6y 相平衡方程 (2)*11 1.5xxy 精馏段操作方程 2.0.98.60.3142nnnx 所以 (3)1y 联立式(1)-(3)得： x1=0.966。
