最终版化工原理蒸馏习题详解Word文档格式.docx
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因为,D=W=0,此时是液汽比的极限值,即
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,可通过参加第三组分作为挟带剂,形成新的恒沸体系,使原溶液易于别离。
对于相对挥发度很小的物系,可参加第三组分作为萃取剂,以显著改变原有组分的相对挥发度,使其易于别离。
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、用一精馏塔别离苯-甲苯溶液〔=2.5〕,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0.60,现要求塔顶、塔底产品组成分别为0.95和0.05,回流比取最小回流比的1.5倍,塔顶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?
2、某连续精馏塔的操作线方程分别为:
精馏段:
提馏段:
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、在连续精馏塔中别离苯和甲苯二元混合溶液,原料液流量为5000kg/h,组成为含苯0.3〔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0.05,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)
解:
〔5分〕
〔1〕
由得
〔2〕
又〔3〕
联立〔1〕、〔2〕、〔3〕得:
W=39.5kmol/h
D=17.8kmol/h
XD=0.952〔10分〕
4、用连续精馏塔别离某二元混合液,原料液流量为300kmol/h,露点〔饱和蒸汽〕进料,进料浓度为0.5,塔顶馏出液浓度为0.95,釜残液浓度为0.1,〔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2.0,塔顶采用全凝器,泡点回流。
回流比为最小回流比的1.29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、用精馏塔别离某二元混合物,塔精馏段操作线方程为y=0.75x+0.205;
提馏段操作线方程为y=1.415x-0.041,试求:
(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,别离两组分理想溶液,物系的平均相对挥发度为2,馏出液组成为0.94〔易挥发组分的摩尔分率,下同〕,釜残液组成为0.04,釜残液流量为150Kmol/h,回流比为最小回流比的1.2倍,且q线方程为y=6x–1.5,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线方程与交点坐标为〔xq,yq〕
得
2.
精馏段操作线方程为:
1.得
全塔物料恒算:
代入数值计算得
提馏段操作线为,代入数值得提馏段操作线方程为:
7、氯仿和四氯化碳的混合液在一连续精馏塔中进展别离,在精馏塔某一理论板n处,进入该塔板的气相组成为0.91〔摩尔分率,下同〕,从该塔板流出的液相组成为0.89,物系的相对挥发度为1.6,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〕假设为泡点回流,求回流比并写出精馏段操作线方程?
1〕精馏操作达平衡时:
2〕由物料衡算方程:
得:
3〕
得L/D=R=2
8、用精馏塔别离某二元混合物,精馏段操作线方程为y=0.75x+0.205,提馏段操作线方程为
y=1.415x-0.041,求:
1.回流比R,塔顶组成XD,塔底残液组成XW。
2.XF=0.37,馏出液量D=120kmol/h时所需进料量F。
3.由及
提馏段操作线方程过〔xW,xW〕点,即xw=1.415xw-0.041得xw=0.1
2.即
解得
9、用板式精馏塔常压下别离苯-甲苯溶液,塔顶为全凝器,塔釜用间接蒸汽加热,相对挥发度α=2.50,进料量为140kmol/h,进料组成xF=0.5〔摩尔分数〕,饱和液体进料,塔顶馏出液中苯的回收率为0.98,塔釜采出液中甲苯回收率为0.95,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
塔釜回收率
对全塔进展物料衡算有
联立
(1)
(2)(3)(4)解得
〔2〕提馏段操作线方程为
,又因为
所以有,由于,,故有
即
解得回流比R=2.77,因此有
所以提馏段操作线方程为
〔3〕已求出回流比
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,交点的纵坐标为
于是有
〔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
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
解得〔5分〕
10、在连续精馏塔中别离某组成为0.5〔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0.88,全凝器提供组成为0.95的合格产品。
塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为96%。
假设测得塔顶第一层塔板的液相组成为0.79,试求:
〔1〕、操作回流比和最小回流比;
〔2〕、假设馏出液量为100kmol/L,那么原料液流量为多少?
11、在常压连续精馏塔中别离两组分理想溶液。
进料量为100kmol/h,组成为0.35〔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2.5。
精馏段操作线方程为
(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0.90时的汽相默弗里板效率。
四、计算题:
.〔12分〕
〔1〕〔6分〕由精馏段操作线方程为
得:
〔2分〕
由物料衡算方程:
〔2分〕
由饱和蒸汽进料q=0,那么〔1分〕
提馏段操作线方程〔1分〕
〔2〕〔6分〕由汽相默弗里板效率
对于第一块板,
实际上升的y1〔1分〕
〔1分〕
在常压连续精馏塔内别离某理想二元混合物。
进料量为100kmol/h,其组成为0.55〔摩尔分率,下同〕;
釜残液流量为45kmol/h,其组成为0.05;
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1.6倍;
物系的平均相对挥发度为2.0。
〔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:
F=100Kmol/h,xF=0.55,W=45Kmol/h,xw=0.05,D=55Kmol/h.
(1)易挥发组分的收率
所以:
(2分)
〔3分〕
(2)泡点进料
相对挥发度
平衡线方程:
对于进料xF=0.55时,〔2分〕
最小回流比时,〔2分〕
所以:
实际回流比:
精馏段操作线方程:
四、〔20分08考研〕在一连续精馏塔中别离苯-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=1.54Rmin,系统的相对挥发度为2.5。
〔1〕回流比R;
〔2〕精馏段和提馏段的操作线方程;
〔3〕塔顶第一块实际板以液相组成表示的默弗里板效率为0.54,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〕假设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)用连续精馏塔别离某双组分物系,原料液组成为0.20〔摩尔分率,下同〕,流量为150kmol/h。
根据工艺要求,塔顶设分凝器,冷凝液局部入塔作回流L,局部作为产品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0.9,塔釜残液组成不大于0.05。
操作中取L/D1=1.5,D2/D1=1/4,物系相对挥发度为2.47,流程如下图。
〔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〕假设塔顶只设全凝器,全回流操作时,测得相邻两板下降液体的组成分别为0.82,0.75,求下一板的气相默弗里板效率?
四、(20分,06考研〕在一具有N块理论板的精馏塔中别离苯-甲苯混合液。
进料量F=100kmol/h,进料中苯的摩尔分率xF=0.45,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=2.11。
已测得塔顶出料中苯的摩尔分率为xD=0.901。
苯-甲苯体系的相对挥发度α=2.47。
(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〕此时加料位置是否适宜?
五、〔20分,07考研〕如下图,别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0.45〔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0.65和0.2,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?