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