精馏习题.docx
《精馏习题.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《精馏习题.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
精馏习题
精馏习题
一填空与选择
1.直接水蒸汽加热的精馏塔适用于__________的情况。
与_______回流相对应的理论塔板数最少。
在塔顶为全凝器的连续精馏塔中,完成一定分离任务需N块理论板。
如按下图设计,在相同操作条件下,完成相同的分离任务,则所需理论板数为______。
答:
难挥发组分为水,且要求釜液中易挥发组分浓度很低;全;N-1
2.水蒸汽蒸馏的先决条件是料液与水____________。
这样可以__________体系的沸点。
在回流比不变的情况下,为了提高塔顶产品浓度,可以__________回流液温度。
向连续精馏塔加料可能有___种不同的热状况。
当进料为气液混合物且气液摩尔比为2比3时,则进料热状况参数q值为____。
答:
不互溶;降低;降低;五种;q=3/5=0.6。
3.设计二元理想溶液精馏塔时,若F,XF,XD,XW不变,则随原料中液相分率的增加其最小回流比________。
在相同回流比下,总理论板数____;精馏段理论板数____;塔顶冷凝器热负荷______;塔釜热负荷_____。
答:
下降;下降;下降;不变;上升。
4.①理想溶液的特点是同分子之间的作用力____异分子之间的作用力,形成的溶液___容积效应和热效应。
②精馏塔设计时,当回流比加大时,所需要的理论板数_______,同时蒸馏釜中所需要的加热蒸汽消耗量____,塔顶冷凝器中冷却剂消耗量____,所需塔径______。
答:
①等于,无;②减少,增加,增加,增大。
5.简单蒸馏的主要特点是①__________;②___________。
简单蒸馏操作时易挥发组分的物料衡算式是_________________。
答:
①不稳定操作;②R=0;wx=(w-dw)(x-dx)+ydw
6.精馏塔的塔顶温度总低于塔底温度,其原因之一_______________;原因之二_________________。
精馏设计中,回流比越___,所需理论板数越少,操作能耗____。
随着回流比的逐渐增大,操作费和设备费的总和将呈现____________变化过程。
答:
易挥发组分的浓度塔顶高于塔底,相应的沸点较低;存在压降使塔底压力高于塔顶,因而塔底沸点较高。
大;越大;迅速下降而后又上升的。
7.当原料组成、料液量、压力和最终温度都相同,则二元理想溶液的简单蒸馏和平衡蒸(闪蒸)的结果比较是
1)得到的馏出物浓度(平均)__________;
2)得到的残液浓度_______________;
3)馏出物总量_________________。
答:
(1)xd简>xdt平;
(2)相同;(3)D平>D简。
8.总压为101.3kpa,95℃温度下苯与甲苯的饱和蒸汽压分别为155.7kpa与63.3kpa,则平衡时苯的汽相组成=______,苯的液相组成=_____。
(均以摩尔分率表示)。
苯与甲苯的相对挥发度=_____。
答:
xA=0.411;yA=0.632;α=2.46。
9.操作中精馏塔,保持F,q,xf,D不变。
(1)若采用回流比R小于最小回流比Rmin,则xD____,xW____;
(2)若R增大,则xD____,xW____,L/V____。
(增加,减小,不变,不确定)
答:
(1)减少;增加。
(2)增加;减少;增加。
10.某精馏塔操作时,F,xf,q,D保持不变,增加回流比R,则此时xD___,xW____V____,L/V____。
(增加,不变,减少)
答:
增加;减少;增加;增加。
11.精馏中引入回流,下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高,最恰当的说法是______________。
(A)液相中易挥发组分进入汽相;
(B)汽相中难挥发组分进入液相;
(C)液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相,但其中易挥发组分较多;
(D)液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时发生。
答:
D。
12.请将你认为最确切答案填在____内。
(1)精馏的操作线是直线,主要基于如下原因:
_____
(A)理论板假定(B)理想物系
(C)塔顶泡点回流(D)恒摩尔流假定。
(2)操作中连续精馏塔,如采用回流比小于最小回流比,则_____
(A)xD,xW均增加(B)xD,xW均不变
(C)不能操作(D)xD,减小,xW增加。
答:
(1)D;
(2)D。
13.某二元混合物,其中A为易挥发组分,液相组成x=0.6相应的泡点为t,与之相平衡的汽相组成y=0.7,相应的露点为t,则:
()。
(A)t1=t2(B)t1<t2
(C)t1>t2(D)不能判断
答:
A。
14.请将你认为最恰切答案填在()内。
精馏塔设计时,若F,xf,xD,xW,V均为定值,将进料热状态从q=1变为
q>1,设计所需理论板数:
()
(A)多;(B)少;(C)不变;(D)判断依据不足。
答:
B。
15.某精馏塔,精馏段理论板数为N1层,提馏段理论板数为N2层,现因设备改造,使精馏段理论板数增加,提馏段理论板数不变,且F,x,q,R,V等均不变,则此时:
()
(A)xD增加,xW不变(B)xD增加,xW减小
(C)xD增加,xW增加(D)xD增加,xW的变化视具体情况而定。
答:
B。
16.某精馏塔精馏段理论板数为N1层,提馏段理论板数为N2层,现因设备改造,使提馏段的理论板数增加,精馏段的理论板数不变,且F、xf、q、R,V等均不变,则此时:
()
(A)xW减小,xD增加;(B)xW减小,xD不变;
(C)xW减小,xD减小;(C)xW减小,xD的变化视具体情况而定。
答:
A。
二计算题
1.如图,在由一块理论板和塔釜组成的精馏塔中,每小时向塔釜加入苯-甲苯混合液100kmol,苯含量为50%(摩尔%,下同),泡点进料,要求塔顶馏出液中苯含量80%,塔顶采用全凝器,回流液为饱和液体,回流比为3,相对挥发度为2.5,求每小时获得的顶馏出液量D,釜排出液量W及浓度xW。
解:
y1=xD=0.8
0.8=2.5x1/(1+1.5x1)
x1=0.615
yw=x1×R/(R+1)+xD/(R+1)=3×0.615/(3+1)+0.8/4=0.661
0.661=2.5xW/(1+1.5xW)
xW=0.438
100=D+W,100×0.5=0.8D+0.438W
D=17.1(kmol/h),W=82.9(kmol/h)
2.用一连续操作精馏塔,在常压下分离苯--甲苯混合液(此混合液符合拉乌尔定律),原料液含苯0.3(摩尔分率,下同)塔顶馏出液含苯0.99,塔顶采用全凝器,回流比取最小回流比的1.5倍,原料液于泡点状态进塔,设与加料板上的液相组成相同,在此温度下苯的饱和蒸汽压为178.7kPa,试求理论进料板的上一层理论塔板的液相组成。
解:
xF=0.3,xD=0.99,q=1,R=1.5Rmin,加料板上液相组成等于xF,加料板温度下P°A=178.7kPa。
求从上一板流入加料板的x。
由精馏线方程:
y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)
式中:
xD=0.99,yF=KxF=(P°A/P)xF=(178.7/101.3)×0.3=0.529
x为待求。
Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.99-0.529)/(0.529-0.3)=2.013R=1.5×2.013=3.02∴0.529=0.7512x+0.2463
x=(0.529-0.2463)/0.7512=0.3763
3.某精馏塔用于分离苯-甲苯混合液,泡点进料,进料量30kmol/h,进料中苯的摩尔分率为0.5,塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为0.95和0.10,采用回流比为最小回流比的1.5倍,操作条件下可取系统的平均相对挥发度α=2.40。
(1)求塔顶、底的产品量;
(2)若塔顶设全凝器,各塔板可视为理论板,求离开第二块板的蒸汽和液体组成。
解:
F=D+WFxF=DxD+WxW
30=D+W30×0.5=D×0.95+W×0.10D=14.1kmol/hW=15.9kmol/h
xe=xF=0.5,ye=αxe/[1+(α-1)xe]=2.40×0.5/[1+(2.40-1)×0.5]=0.706
Rmin=(xD-ye)/(ye-xe)=(0.95-0.706)/(0.706-0.5)=1.18R=1.5×1.18=1.77
y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)=[1.77/(1.77+1)]x+0.95/(1.77+1)=0.639x+0.343
y1=xD=0.95
x1=y1/[α-y1(α-1)]=0.95/[(2.40-0.95(2.40-1))=0.888
y2=0.639x1+0.343=0.639×0.888+0.343=0.910
x2=0.910/[2.40-0.910(2.40-1)]=0.808
4.某精馏塔在常压下分离苯-甲苯混合液,此时该塔的精馏段和提馏段操作线方程分别为y=0.723x+0.263和y'=1.25x'-0.0188,每小时送入塔内75kmol的混合液,进料为泡点下的饱和液体,试求精馏段和提馏段上升的蒸汽量为多少(kmol/h)。
解:
已知两操作线方程:
y=0.723x+0.263(精馏段)y′=1.25x′-0.0188(提馏段)
∴R/(R+1)=0.723R=2.61xD/(R+1)=0.263xD=3.61×0.263=0.9494
两操作线交点时,y=y′x=x′
∴0.723x+0.263=1.25x-0.0188x=0.5347
饱和液体进料q=1,xF=x=0.5347提馏段操作线经过点(xW,xW)
∴y′=xW=1.25xW-0.0188xW=0.0752
由全塔物料衡算F=D+WFxF=DxD+WxW
D=(xF-xW)/(xD-xW)F=(0.5347-0.0752)/(0.9494-0.0752)×75=39.42kmol/h
∵饱和液体进料
V′=V=L+D=(R+1)D=3.61×39.42=142.3kmol/h
5.某一精馏塔,塔顶为全凝器,塔釜用间接蒸汽加热。
用以处理含易挥发组成xF=0.5(mol组成)的饱和蒸汽。
塔顶产量D和塔底排量W相等。
精馏段操作线方程为y=5x/6+0.15
试求:
(1)回流比R,塔顶组成xD,塔釜组成xW。
(2)提馏段操作线方程。
(3)若两组份相对挥发度α=3,第一板板效率EmL=(xD-x1)/(xD-x1*)=0.6,
则y2=?
解:
(1)D=F(xF-xW)/(xD-xW)即0.5=(0.5-xW)/(xD-xW)xD+xW=1
R/(R+1)=5/6∴R=5
XD/(R+1)=xD/(5+1)=0.15xD=0.9xW=0.1
(2)提馏段操作线:
y'=(L′/V′)x-WxW/V′∵饱和蒸汽进料∴q=0,L′=L,
V′=V-F又F=2D,W=D,L=RD,V=(R+1)D
∴y'=[L/(V-F)]x'-W×0.1/(V-F)={RD/[(R+1)D-2D]}x'-D×0.1/[(R+1)D-2D]=[5/(6-2)]x'-0.1/(6-2)=1.25x'-0.025
(3)(xD-x1)/(xD-x1*)=0.6x1*=y/[α-(α-1)y]=0.9/(3-(3-1)×0.9)=0.75
∴(0.9-x1)/(0.9-0.75)=0.6解得x1=0.81
y2=5x/6+0.15=5×0.81/6+0.15=0.825
6.用一连续精馏塔分离二元理想溶液,进料量为100kmol/h,进料组成为0.4(摩尔分率,下同),馏出液组成为0.9,残液组成为0.1,相对挥发度为2.5,饱和蒸汽进料。
塔顶冷凝器为全凝器,塔釜间接蒸汽加热。
试求:
1.馏出液及残液量;
2.最小回流比;
3.操作回流比为3时,塔釜每小时产生的蒸汽量为多少kmol?
4.塔釜上一块理论板液相组成为多少?
5.计算第3问时作了什么假定?
解:
由物料衡算:
1.F=D+WFxF=DxD+WxWW=F-D=100-37.5=62.5kmol/h
D=(xF-xW)F/(xD-xD)=(0.4-0.1)×100/(0.9-0.1)=37.5kmol/h
2.饱和蒸汽进料q=0
yq=0.4xq=yq/[α-(α-1)y1]=0.4/(2.5-1.5×0.4)=0.21
Rm=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.9-0.4)/(0.4-0.21)=2.64
3.V′=V-(1-q)F=V-F=(R+1)D-F=(3+1)×37.5-100=50kmol/h
4.由平衡关系知:
yW=αxW/[1+(α-1)xW]=2.5×0.1/[1+(2.5-1)×0.1]=0.217
由操作线方程ym'=(L′/V′)xm'-(W/V′)xW
xm'=(ym'V'+WxW)/L'釜上一块理论板组成:
x=(yWV′+WxW)/RD=(0.217×50+62.5×0.1)/(3×37.5)=0.152
7.用一精馏塔分离二元理想液体混合物,进料量为100kmol/h,易挥发组分xF=0.5,泡点进料,塔顶产品xD=0.95,塔底釜液xW=0.05(皆为摩尔分率),操作回流比R=1.61,该物系相对挥发度α=2.25,求:
⑴塔顶和塔底的产品量(kmol/h);
⑵提馏段上升蒸汽量(kmol/h);
⑶写出提馏段操作线数值方程;
⑷最小回流比。
解:
⑴D,W
100=D+W100×0.5=D×0.95+0.05W50=0.95D+(100-D)0.05
D=(50-100×0.05)/(0.95-0.05)=50kmol/hW=F-D=50kmol/h
⑵∵q=1∴V′=V=(R+1)D=(1.61+1)50=130.5kmol/h
⑶提馏段操作线:
ym+1'=(L'/V')x'm-(W/V')xWL'=qF+L=100+RD=180.5kmol/h
∴ym+1'=(180.5/130.5)xm'-(50/130.5)0.05ym+1'=1.383xm'-0.0192
⑷RminyF*=αxF/[1+(α-1)xF]=2.25×0.5/(1+1.25×0.5)=0.692
Rmin=(0.95-0.692)/(0.692-0.5)=1.342
8.用常压连续精馏塔分离苯-甲苯混合物,原料中含苯0.44,塔顶馏出液中含苯0.96(以上为摩尔分率)。
进料为汽-液混合物,其中蒸汽与液体量的摩尔比为1:
2。
已知苯对甲苯的相对挥发度为2.5,操作回流比为最小回流比的1.5倍,塔顶采用全凝器,试求:
⑴原料中气相与液相的组成;
⑵离开塔顶第二层理论板的蒸汽组成。
解:
1.由题意:
q=2/3
y=2.5x/(1+1.5x)(平衡方程)
(1)
y=[q/(q-1)]x-xF/(q-1)=-2x+1.32
(2)
联解两方程求进塔汽-液组成分别为yq=0.59,xq=0.365
2.Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.96-0.59)/(0.59-0.365)=1.64
R=1.5Rmin=2.46精馏段操作线方程为y=0.71x+0.277
由y1=xD及平衡方程求x1即有0.96=2.5x1/(1+1.5x1)求得x1=0.906
由操作线方程:
y2=0.71x1+0.277=0.92
9.某精馏塔分离A,B混合液,料液为含A和B各为50%的饱和液体,处理量为100kmol/h,塔顶、塔底的产品量各为50kmol/h,要求塔顶组成xD=0.9(摩尔分率),取回流比为5,间接蒸汽加热,塔顶采用全凝器,试求:
⑴塔底产品组成;
⑵塔顶全凝器每小时冷凝蒸汽量;
⑶蒸馏釜每小时产生蒸汽量;
⑷提馏段操作线方程式;
⑸相对挥发度α=3,塔顶第一层板的板效率EmL=0.6,求离开第二块板(实际板)的上升蒸汽组成。
解:
⑴F×xF=D×xD+W×xW,
100×0.5=50×0.9+50xW,
xW=0.1
⑵V=(R+1)D=(5+1)×50=300(kmol/h)
⑶V'=V-(1-q)F=300-0=300(kmol/h)
⑷ym+1'=L'×xm'/V'-W×xW/V'=(5×50+100)xm'/300-50×0.1/300
=1.167xm'-0.0167
⑸EmL1=(xD-x1)/(xD-x1*)------------------------
(1)
x1*=y1/(α-(α-1)y)=0.9/(3-2×0.9)=0.75,
代入
(1)式:
0.6=(0.9-x1)/(0.9-0.75),
x1=0.81
y2=R×x1/(R+1)+xD/(R+1)=5×0.81/(5+1)+0.9/(5+1)=0.825
10.分离苯-甲苯混合液,原料液中含苯0.5(摩尔分率,下同),泡点进料,馏出液中要求含苯0.95,塔顶用一分凝器和一全凝器(如图),测得塔顶回流液中含苯0.88,离开塔顶第一层板的液体含苯0.79,求:
⑴操作条件下平均相对挥发度α;
⑵操作回流比R;
⑶最小回流比Rmin。
解:
⑴xD与x0是平衡关系
0.95=α×0.88/[1+(α-1)×0.88]
α=2.59
⑵y1与x1平衡关系
y1=2.59×0.79/(1+1.59×0.79)=0.907
y1=R×x0/(R+1)+xD/(R+1)
0.907=0.88R/(R+1)+0.95/(R+1)
R=1.59
⑶ye=2.59×0.5/(1+1.59×0.5)=0.721
Rmin=(xD-ye)/(ye-xf)=(0.95-0.721)/(0.721-0.5)=1.034
11.进料组成xf=0.2(摩尔组成,下同),以饱和蒸汽状态自精馏塔底部加入,塔底不再设再沸器,要求xD=0.95,xW=0.11,相对挥发度α=2.7,试求:
⑴操作线方程;
⑵设计时若理论板数可增至无穷,且D/F不变,则塔底产品浓度的最低值为多少?
解:
⑴F=W+D设F=1∴D+W=1
Fxf=DxD+WxW0.95D+0.11W=0.2
∴D=0.107W=0.893
V=F=1L=W=0.893
y=(L/V)x+DxD/V=0.893x+0.1017
⑵设塔底平衡
xW=xf/(α-(α-1)xf)
=0.2/(2.7-1.7×0.2)=0.0847
xD=(0.2-0.893×0.0847)/0.107=1.16不可能
设塔顶平衡x=1
x=(0.2-0.107×1)/0.893=0.104
12.在连续精馏塔中,精馏段操作线方程y=0.75x+0.2075,q线方程式为y=-0.5x+1.5xF,试求:
①回流比R
②馏出液组成xD
③进料液的q值
④当进料组成xF=0.44时,精馏段操作线与提馏段操作线交点处xq值为多少?
并要求判断进料状态。
解:
y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)
①R/(R+1)=0.75R=0.75R+0.75R=0.75/0.25=3
②xD/(R+1)=0.2075xD/(3+1)=0.2079xD=0.83
③q/(q-1)=-0.5q=-0.5q+0.5q=0.5/1.5=0.333
④0.75x+0.2075=-0.5x+1.5xF0.75xq′+0.2075=-0.5xq′+1.5×0.44
1.25xq′=1.5×0.44-0.2075=0.4425xq′=0.362
⑤013.用常压精馏塔分离某二元混合物,其平均相对挥发度α=2,原料液量F=10kmol/h,饱和蒸汽进料,进料浓度xF=0.5(摩尔分率,下同),馏出液浓度xD=0.9,易挥发组分的回收率为90%,回流比R=2Rmin,塔顶设全凝器,塔底为间接蒸汽加热,求:
⑴馏出液及残液量;
⑵第一块塔板下降的液体组成x1为多少?
⑶最小回流比;
⑷精馏段各板上升的蒸汽量为多少kmol/h?
提馏段各板上升的蒸汽量为多少kmol/h?
解:
α=2F=100kmol/h,q=0,xF0.5,xD=0.9
R=2Rmin
∴D=0.9FxF/xD=0.9×10×0.5/0.9=5kmol/h由FxF=DxD+WxW得:
xW=(FxF-DxD)/W=(10×0.5-5×0.9)/5=0.1
(1)∵塔顶为全凝器∴y1=xD=0.9
据平衡关系式y=αx/[1+(α-1)x]得:
0.9=2x1/[1+(2-1)x1]∴x1=0.82
(2)∵饱和蒸汽进料∴q=0∴q线在y-x图中为水平线
yq=xF=0.5代入y=2x/[1+(2-1)x]平衡式中得到横座标xq=0.33根据
Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)得Rmin=(0.9-0.5)/(0.5-0.33)=2.35R=2×2.35=4.7
∴精馏段各板上升的蒸汽量根据恒摩尔汽化理论假设知是相等的
即V=(R+1)D=(4.7+1)×5=28.5kmol/h
(3)根据恒摩尔汽化理论假设,提馏段板上升的蒸汽量也相等
即V'=V-(1-q)F=28.5-(1-0)×10=18.5kmol/h
答:
①第一块塔板下降的液体浓度x1为0.82
②精馏段各段上升的蒸汽量为28.5kmol/h
③提馏段上升的蒸汽量为18.5kmol/h
14.用连续精馏塔在常压下分离苯-甲苯混合液,泡点进料,塔顶馏出量为75kmol/h,已知在操作条件下水蒸汽的汽化潜热为2140kJ/kg,在塔釜温度下,釜液的汽化潜热为41900kJ/kmol(精馏段操作线方程为y=0.72x+0.25)。
试求:
⑴加热蒸汽消耗量;
⑵若精馏塔在全回流下操作,已知釜液的组成为0.01(摩尔分率),物系的平均相对挥发度为2,试求釜上方第一块板下流的液相组成。
(塔釜为理论板,由下往上数)。
解:
:
q=1,D=75kmol/h
据y=0.72x+0.25得R/(R+1)=0.72xD/(R+1)=0.25
∴R=2.57xD=0.8925
(1)R=2.57,xD=0.8925∴L=RD=2.57×75=192.75kmol/h
∴V=(R+1)D=(2.57+1)×75=267.75kmol/h
V′=V-(1-q)F=V-(1-1)F=V=267.75kmol/h
∴加热蒸汽用量G=267.75×41900/(2140×18)=291.1kmol/h
(2)若精馏塔在全回流(R→∞)下操作,则精馏段操作线y=x
xW=0.01α=2,则y=2x/[1+(2-1)x]y