化工原理蒸馏习题详解Word下载.docx
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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,以显著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,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)
解:
(5分)
(1)
由得
(2)
又(3)
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y=,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,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
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.由及
提馏段操作线方程过(xW,xW)点,即xw=-得xw=
2.即
解得
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
塔釜回收率
对全塔进行物料衡算有
联立
(1)
(2)(3)(4)解得
(2)提馏段操作线方程为
已知,又因为
所以有,由于,,故有
即
解得回流比R=,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
(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。
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,则(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
所以:
(3分)
(2)泡点进料
相对挥发度
平衡线方程:
对于进料xF=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。
(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。
(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
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=。
(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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