化工原理蒸馏习题详解doc.docx
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化工原理蒸馏习题详解doc
蒸馏练习
下册第一章蒸馏
概念
1、精馏原理
2、简捷法
3、漏液
4、板式塔与填料塔
公式
全塔物料衡算【例1－4】、
精馏段、提馏段操作线方程、
q线方程、相平衡方程、
逐板计算法求理论板层数和进料版位置（完整手算过程）进料热状况对汽液相流量的影响
2．连续精馏塔的塔顶和塔底产品摩尔流量分别为D和W，则精馏段液气比总是小于1，提馏
段液气比总是大于1，这种说法是否正确全回流时，该说法是否成立为什么
正确；全回流时该说法不正确；因为，D=W=0，此时是液汽比的极限值，即
LL
1
VV
4.简述有哪几种特殊精馏方法它们的作用是什么
1.恒沸精馏和萃取精馏。
对于形成恒沸物的体系，可通过加入第三组分作为挟带剂，形成新的恒沸体系，使原溶液易于分离。
对于相对挥发度很小的物系，可加入第三组分作为萃取剂，以显着改变原有组分的相对挥发度，使其易于分离。
5．恒沸精馏原理
6．试画出板式塔负荷性能图，并标明各条极限负荷曲线表示的物理意义，指出塔板适宜的
操作区在哪个区域是适宜操作区。
（
5分）
1.漏液线（气体流量下限线）（1分）
2.雾沫夹带线（气体流量上限线）（1分）
3.液相流量下限线（1分）
4.液相流量上限线（1分）
5.液泛线（1分）
最适宜的区域为五条线相交的区域内。
7．进料热状况参数
8、平衡蒸馏原理
9、液泛的定义及其预防措施
10、简述简捷法求解理论板层数的主要步骤。
11、什么是理想物系
四计算题
1、用一精馏塔分离苯-甲苯溶液（=）,进料为气液混合物，气相占50%（摩尔分率,下同），
进料混合物中苯占，现要求塔顶、塔底产品组成分别为和,回流比取最小回流比的倍分凝器所得冷凝液全部回流，未冷凝的蒸汽经过冷凝冷却器后作为产品，试求：
塔顶塔底产品分别为进料量的多少倍
（2）塔顶第一理论板上升的蒸汽组成为多少
塔顶
2、某连续精馏塔的操作线方程分别为：
精馏段：
yn10.723xn
0.263
提馏段：
yn1
1.25xn0.0187
设进料为泡点液体，试求上述条件下的回流比，以及馏出液、釜液和进料的组成。
3、在连续精馏塔中分离苯和甲苯二元混合溶液，原料液流量为
5000kg/h，组成为含苯（质
量分率，下同），塔顶馏出液中苯的回收率为
88%，要求塔釜含苯不高于，求馏出液及釜残
液的摩尔流量及摩尔组成。
（苯的相对分子量为
78，甲苯92）
0.3
解：
xF
78
0.336
0.3
0.7
78
92
0.05
xw
78
0.0584
0.05
0.95
78
92
MF
MAxFA
MBxFB
78
0.336
92
（1
0.336）
87.3
F
5000
57.3kmol/h
（5分）
87.3
DWF
57.3
（1）
由
DxD
WxW
FxF得
DxD0.058W
57.30.336
（2）
DxD
0.88
（3）
又
FxF
联立
（1）、
（2）、（3）得：
W=kmol/h
D=kmol/h
XD=
（10分）
4、用连续精馏塔分离某二元混合液，原料液流量为300kmol/h，露点（饱和蒸汽）进料，
进料浓度为，塔顶馏出液浓度为，釜残液浓度为，（以上均为易挥发组分的摩尔分率）。
操
作条件下相对挥发度为，塔顶采用全凝器，泡点回流。
已知回流比为最小回流比的倍。
试
求：
（１）最小回流比Rmin；
（２）离开第二层理论板的液体浓度（由塔顶往下数）。
5、用精馏塔分离某二元混合物，已知塔精馏段操作线方程为y=+；提馏段操作线方程为
试求：
y=，
（1）此塔的操作回流比R和馏出液组成xD；
（2）饱和液体进料条件下的釜液组成xW；
（3）饱和液体进料，馏出液量D为120kmol/h时所需原料液的量F。
6、在常压连续精馏塔中，分离两组分理想溶液，物系的平均相对挥发度为
2，馏出液组成
为（易挥发组分的摩尔分率，下同），釜残液组成为，釜残液流量为
150Kmol/h，回流比为
最小回流比的倍，且已知
q线方程为y=6x–,
求：
1最小回流比；2
精馏段操作线方程；3提馏段操作线方程。
1.q
线方程与y
x
q
q
1（
交点坐标为（x
y）
1）x
y
6x1.5
xq
0.333
2x
得
y
yq
0.5
1x
Rmin
yD
yq
0.95
0.5
yq
xq
0.5
2.64
0.333
2．R1.2Rmin3.17
精馏段操作线方程为：
y
R
x
xD
0.76
0.225
R
R
x
1
1
q
6
q
1.2
1．q
得
1
xF
0.3
xF
1.5
q
1
全塔物料恒算：
F
D
W
代入数值计算得
D
60.9kmol/h
FxF
DxD
WxW
F
210.9kmol/h
L'
L
qF
446kmol/h
V'
V
（q
1）F（R
1）D
（q
1）F
296kmol/h
提馏段操作线为
'
L'
'
W
，代入数值得提馏段操作线方程为：
ym1
L'Wxm
L'
WxW
y1.507x0.0203
7、氯仿和四氯化碳的混合液在一连续精馏塔中进行分离，在精馏塔某一理论板n处，进入
该塔板的气相组成为（摩尔分率,下同），从该塔板流出的液相组成为，物系的相对挥发度
为，精馏段内的液气比为2/3（摩尔比），试求：
（1）从第n板上升的蒸汽组成
（2）流入第n板的液相组成
（3）若为泡点回流，求回流比并写出精馏段操作线方程解：
1）精馏操作达平衡时：
x
1.6
0.89
yn
1）x10.6
0.93
1（
0.89
2）由物料衡算方程：
Vg（yn
yn1）L（xn1
xn）
L/V
2,yn10.91,xn
0.89,yn0.93
3
得：
xn
1
0.92
3）L
2
V
LD,
V
3
得L/D=R=2
yn1
R
xn
xD
R
1
R1
得：
xD
0.95
yn1
0.667xn
0.317
8、用精馏塔分离某二元混合物，精馏段操作线方程为y=+，提馏段操作线方程为
y=-，求：
1．回流比R，塔顶组成XD，塔底残液组成XW。
2．XF=，馏出液量D=120kmol/h时所需进料量F。
3．由y
0.75x
0.205
及
R
x
xD
y
R1
R
1
R
0.75
R
3
R
1
得
xD
0.82
xD
0.205
R
1
提馏段操作线方程过（
x,x）点，即x=-
得x=
W
W
w
w
2.
FD
W
即
F120
W
FxF
DxD
Wxw
0.37F
120
0.820.1W
解得F320kmol/h
W200kmol/h
9、用板式精馏塔常压下分离苯?
甲苯溶液，塔顶为全凝器，塔釜用间接蒸汽加热，相对挥
发度?
=，进料量为140kmol/h，进料组成xF=（摩尔分数），饱和液体进料，塔顶馏出液中苯
的回收率为，塔釜采出液中甲苯回收率为，提馏段液汽比L?
/V?
=5/4，求：
（1）塔顶馏出液组成xD及釜液组成xW；
（2）写出提馏段操作线方程；
（3）该塔的操作回流比及最小回流比
（4）试求出塔底最后一块塔板流出的液体组成。
[解]
（1）依题意知：
塔顶回收率
DxD
DxD
0.98
1
FxF
1400.5
塔釜回收率
W（1
xW）
W（1
xW
）
2
F（1
xF）
140（1
0.95
0.5）
对全塔进行物料衡算有
FDW140
FxFDxDWxW1400.5
联立
（1）
（2）（3）（4）解得
xD0.951
xW0.021
D72.1kmol/h
W67.9kmol/h
（5分）
（2）提馏段操作线方程为
yn1
Lxn
WxW
LqFxn
WxW
V
V
V
V
已知L5，又因为LLqF
V4
所以有LqF5，由于q1，VV（R1）D，故有
V4
RDF5
（R1）D4
即
72.1R
140
5
（R
1）
72.1
4
解得回流比R=，因此有
V
V
（R
1）D3.77
72.1
271.8kmol/h
所以提馏段操作线方程为
yn1
5xn
67.
9
0.021
1.25xn
0.00525
4
271.
82
（3）已求出回流比R2.77
由于进料热状况参数q=1，所以q线与平衡线交点的横坐标为xqxF0.5，交点的
纵坐标为
xq
2.5
0.5
yq
1）xq11.5
0.714
1（
0.5
于是有
Rmin
xD
yq
0.951
0.714
Rmin1
xD
xq
0.951
0.5255
0.5
解得
min
1.107
R
（3）再沸器相当于一个理论级，即釜内产出的气相组成
yW与xW为平衡关系，满足相平衡方
程
yW
2.5
0.021
0.0509
1
1.5
0.021
进入再沸器的液相组成
xn与yn之间应符合提馏段操作线方程，即有
0.05091.25xn0.00525
解得xn0.0449
（5分）
10、在连续精馏塔中分离某组成为（易挥发组分的摩尔分数，下同）的两组分理想溶液。
原料液于泡点下进入塔内。
塔顶采用分凝器和全凝器。
分凝器向塔内提供回流液，其组成
为，全凝器提供组成为的合格产品。
塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为96%。
若测得塔顶第一层塔板的液相组成为，试求：
（1）、操作回流比和最小回流比；
（2）、若馏出液量为100kmol/L，则原料液流量为多少
11、在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。
已知进料量为
100kmol/h，组成为（易挥发
组分的摩尔分率，下同），饱和蒸汽进料，塔顶全凝器，泡点回流，馏出液流量为
35kmol/h，
物系的平均相对挥发度为。
已知精馏段操作线方程为
y
0.8x0.188
试求：
（1）提馏段操作线方程；（6分）
（2）自塔顶第
1层板下降的液相组成为时的汽相默弗里板效率。
（
6分）
四、计算题：
.（12分）
解：
（1）（6分）由精馏段操作线方程为
y
R
xD
0.8x
0.188
x
R
1
R1
R
0.8
R
4
R
1
（2分）
xD
得：
0.94
0.188
xD
R
1
由物料衡算方程：
FD
W
100D
W
FxF
DxD
WxW
100*0.3535*0.94
65*xW
得：
W
65kmol/h
（2分）
xW
0.032
由L'L
qF
饱和蒸汽进料
q=0，则L'
L
RD
4*35
140kmol/h（1分）
提馏段操作线方程
L'
x
W
xW
140
65
*0.0321.87x0.028
（1分）
y
L'
140
65
x
L'
W
W
140
65
（2）（6分）由汽相默弗里板效率
yn
yn
1
Emv
yn
yn*
1
对于第一块板，
y1
y2
Emv
y1*
y2
*
x1
2.5*0.9
0.957
（2分）
y1
（1）x1
11.5*0.9
1
实际上升的y
1
y1
xD
0.94
（1分）
操作关系
x1
y2
0.8x1
0.188
0.8*0.9
0.188
0.908
y2
（2分）
Emv
0.94
0.908
0.65
（1分）
0.957
0.908
在常压连续精馏塔内分离某理想二元混合物。
已知进料量为100kmol/h，其组成为（摩
尔分率，下同）；釜残液流量为45kmol/h，其组成为；进料为泡点进料；塔顶采用全凝器，
泡点回流，操作回流比为最小回流比的倍；物系的平均相对挥发度为。
（1）计算易挥发组分的收率；（5分）
（2）求出精馏段操作线方程。
（10分）
解:
已知F=100Kmol/h,xF=,W=45Kmol/h,xw=,D=55Kmol/h.
（1）易挥发组分的收率
FD
W
D
55Kmol/h.
分）
FxF
所以：
xD
（2
DxDWxw
0.959
W
DxD*100%
55*0.959
0.959
（3分）
FxF
100*0.55
（2）泡点进料q1
相对挥发度2.0
平衡线方程：
x
2x
y
（2分）
1（
1）x1x
对于进料
2*0.55
（2分）
x=时，yF
0.71
F
1
0.55
最小回流比时，
Rmin
xD
yF
0.959
0.71
0.61
（2分）
1Rmin
xD
xF
0.959
0.55
所以：
Rmin1.56实际回流比：
R1.6Rmin1.6*1.562.50（2分）
精馏段操作线方程：
y
R
xD
2.5
0.959
x
R1
x
0.71x0.274（2分）
R
1
2.51
2.51
四、（20分08考研）在一连续精馏塔中分离苯-甲苯溶液。
塔釜为间接蒸汽加热，塔顶采用
全凝器，泡点回流。
进料中含苯35%（摩尔分数，下同），进料量为100kmol/h，以饱和蒸气
状态进入塔中部。
塔顶馏出液量为40kmol/h，要求塔釜液含苯浓度不高于5%，采用的回流
比R=，系统的相对挥发度为。
试求：
（1）回流比R；
（2）精馏段和提馏段的操作线方程；（3）已知塔顶第一块实际板以液
相组成表示的默弗里板效率为，求离开塔顶第二块实际板进入第一块实际板的气相组成；（4）若该塔再沸器可看作是一块理论板，求进入再沸器的液体的组成。
四、（20分05考研）用连续精馏塔分离某双组分物系，原料液
组成为（摩尔分率，下同），流量为150kmol/h。
根据工艺
要求，塔顶设分凝器，冷凝液部分入塔作回流L,部分作为
产品D2,由分凝器出来的气相经全凝器冷凝后作为产品D1。
要求产品D1的组成不小于，塔釜残液组成不大于。
操作中
取L/D1=,D2/D1=1/4,物系相对挥发度为,流程如图所示。
试求：
（1）馏出液流量D1、D2及塔顶第一块理论板上升蒸汽流量V1
（2）精馏段操作线方程及塔顶第一块理论板上升蒸汽的组成（3）若塔顶只设全凝器，全回流操作时，测得相邻两板下降液体的组成分别为,，求下一板的气相默弗里板效率
分凝器
全凝器
D1xD1
L
V1y1
D2xD2
FxF
WxW
四、（20分，06考研）在一具有N块理论板的精馏塔中分离苯
-甲苯混合液。
进料量F=100kmol/h，进料中苯的摩尔分率
xF=，泡点进料，加料板为第四块理论板（从上往下数），塔釜上升蒸气量V'=140kmol/h，
回流比R=。
已测得塔顶出料中苯的摩尔分率为xD=。
已知苯-甲苯体系的相对挥发度α=。
试求：
（1）精馏段、提馏段的操作线方程；
（2）离开第1~4块理论板的苯的液相组成；（3）此时加料位置是否合适
五、（20分，07考研）如图所示，分离某二元体系的精馏塔共有一块塔板，一个再沸器和一个
全凝器，料液以饱和液体状态连续向塔釜进料，进料流率为80kmol/h，组成为（摩尔分率，
下同），二元体系相对挥发度α＝4，塔顶、底产品组成分别为和，回流比为1。
求
（1）该
块塔板上的气相单板效率
Emv和液相单板效率
Eml
各是多少（
2）冷凝器冷凝液流率和再沸
器气化流率分别是多少
kmol/h
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