化工原理第9章液体精馏典型例题题解.docx
《化工原理第9章液体精馏典型例题题解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理第9章液体精馏典型例题题解.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
化工原理第9章液体精馏典型例题题解
第9章精馏典型例题
例1：
逐板法求理论板的基本思想
有一常压连续操作的精馏塔用来分离苯-甲苯混合液，塔顶设有一平衡分凝器，自塔顶逸出的蒸汽经分凝器后，液相摩尔数为汽相摩尔数的二倍，所得液相全部在泡点下回流于塔，所得汽相经全凝器冷凝后作为产品。
已知产品中含苯0.95（摩尔分率），苯对甲苯的相对挥发度可取为2.5。
试计算从塔顶向下数第二块理论板的上升蒸汽组成。
解:
R=L/D=2
例2：
板数较少塔的操作型计算
拟用一3块理论板的（含塔釜）的精馏塔分离含苯50%（摩尔分率，下同）的苯-氯苯混合物。
处理量F=100Kmol/h，要求D=45Kmol/h且xD>84%。
若精馏条件为：
回流比R=1，泡点进料，加料位置在第二块理论板，α=4.10，问能否完成上述分离任务？
解：
W=55kmol/h
精馏段操作线方程：
yn+1=0.5xn+0.42
提馏段的操作线方程：
将相关数据代入得提馏段操作线方程：
逐板计算：
y1=xD=0.84
y2=0.5×0.56+0.42=0.70
所以不能完成任务。
例3：
一块板的塔计算
在一块理论板和再沸器组成的精馏塔中，对苯-甲苯混合物进行分离。
已知α=2.5，F=100Kmol/h,xf=0.15（摩尔分率，下同），饱和液体加料在第一块板上，分离要求为xD=0.25，xw=0.06。
试求：
（1）塔顶，塔底的产量D，W
（2）回流比R
解：
（1）F=D+W
（1）
Fxf=DxD+Wxw
（2）
联立
（1）
（2）得D=47kmol/hW=53kmol/h
在再沸器上升汽相组成yw与塔板下降液相组成x1之间符合操作线关系：
解上式得到：
R=2.38
例4：
板效率的计算
某精馏塔具有一块实际板和一只蒸馏釜（可视为一块理论板）。
原料预热到泡点，由塔顶连续加入，F=100Kmol/h，xf=0.2（摩尔分率，下同）。
泡点回流，回流比R=2.0系统相对挥发度α=2.5。
今测得塔顶馏出量D=57.2Kmol/h，且xD=0.28，试求：
（1）塔底出料量W及浓度xw
（2）该塔板的莫弗里效率EMV和EmL
解:
W=100-57.2=42.8kmol/h
（2）
，
L’=L+F=RD+F=2×57.2+100=214.4kmol/h
V’=（R+1）D=3×57.2=171.6kmol/h
例5平衡蒸馏和简单蒸馏在常压下将组成为0.6（易挥发组分的摩尔分率）的某理想二元混合物分别进行平衡蒸馏和简单蒸馏，若规定汽化率为1/3，试计算：
（1）平衡蒸馏的汽液相组成；
（2）简单蒸馏的易挥发组分平均组成及收率。
假设在操作范围内汽液平衡关系为：
。
解：
（1）平衡蒸馏
依题意，液化率为
由
及
联立以上两式，求得平衡的汽液相组成分别为
（2）简单蒸馏
依题意，得
由
解得
馏出液的平均组成为
易挥发组分的收率为
分析：
求解本题的关键是熟练应用物料衡算式和汽液平衡关系式进行平衡蒸馏和简单蒸馏的计算，理解易挥发组分收率的概念。
例6在一连续精馏塔内分离某理想二元混合物。
已知进料组成为0.4（易挥发组分的摩尔分率，下同），泡点进料；馏出液组成为0.9；塔顶易挥发组分的收率为90％；塔顶采用全凝器，操作回流比为最小回流比的1.5倍；操作条件下物系的平均相对挥发度为2.5。
试计算：
（1）釜残液组成；
（2）精馏段操作线方程。
解：
（1）釜残液组成
设进料量为100kmol/h，由物料衡算可得
其中
kmol/h
kmol/h
则
（2）精馏段操作线方程
先求最小回流比，由
对于泡点进料，有
由汽液平衡方程
故
依题意
精馏段操作线方程为
分析：
求解本题的关键是理解所求的问题与进料量无关，故可设进料量为100kmol/h。
例7在一连续精馏塔内分离某理想二元混合物。
已知进料量为100kmol/h，进料组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同），泡点进料；釜残液组成为0.05；塔顶采用全凝器；操作条件下物系的平均相对挥发度为2.303；精馏段操作线方程为
。
试计算：
（1）塔顶轻组分的收率；
（2）所需的理论板层数。
解：
（1）塔顶轻组分的收率
由
其中
可由精馏段操作线方程求出，即
再计算馏出液流量
，由总物料衡算方程可得
kmol/h
故
（2）所需的理论板层数
汽液平衡方程为
给定一系列
值，依上式可计算出与之平衡的
值，计算结果如下表：
x
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
y
0
0.204
0.365
0.497
0.606
0.697
0.776
0.843
0.902
0.954
1.0
将以上数据绘成
图，用图解法求理论板层数，图解过程见本例附图。
图解结果为
理论板层数
（包括再沸器）
进料板位置
分析：
求解本题的关键是由已知的精馏段操作线方程求出
及
。
例8在常压连续提馏塔中分离含乙醇0.036（摩尔分率）的乙醇—水混合液。
饱和液体进料，直接蒸汽加热。
若要求塔顶产品中乙醇回收率为98%，试求：
（1）在理论板层数为无限多时，每kmol进料所需蒸汽量。
（2）若蒸汽量取为最小蒸汽量的2倍时，所需理论板层数及两产品的组成。
假设塔内汽液相为恒摩尔流动。
常压下气液平衡数据列于本题附表中。
例8附表
x
0
0.0080
0.020
0.0296
0.033
0.036
y
0
0.0750
0.175
0.250
0.270
0.288
解：
本例为直接蒸汽加热的提馏塔。
由于泡点进料，根据恒摩尔流假定，则有
全塔物料衡算
（a）
乙醇组分衡算
（b）
将
代入式b，得
以
进料为基准，则有
得
（1）
进料所需最少蒸汽量当理论板为无穷多时，操作线的上端在
的平衡线上（对应的
，操作线的斜率为
得
（2）蒸汽量为最小用量两倍时所需理论板层数及两产品组成
由于
解得
釜残液组成仍为
。
操作线斜率为
过点
）作斜率为4.08的直线交q线于点d，联点cd即为操作线。
自点d开始在平衡线与操作线之间绘阶梯，至跨过点c为止，需理论板层数为4.6。
图解过程（略）。
分析：
求解本题的关键是掌握提馏塔、直接蒸汽加热的物料衡算关系。
例9在常压精馏塔内分离某两组分理想溶液。
已知进料量为100kmol/h，进料组成为0.5（摩尔分率，下同），馏出液组成为0.98，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1.8倍。
在本题范围内，汽液平衡方程为：
，汽相默弗里板效率为0.5。
若要求轻组分收率为98％，试计算：
（1）釜残液组成；
（2）精馏段操作线方程；
（3）从塔顶向下第一层实际板下降的液相组成。
解：
（1）由题给条件
解得
kmol/h
由全塔物料衡算方程：
联立得
（2）先计算
，由
泡点进料
由气液平衡方程
精馏段操作线方程为
（3）由汽相默弗里板效率定义，第一层实际板的汽相默弗里板效率为
（1）
塔顶为全凝器
由气液平衡方程，得
（2）
由精馏段操作线方程，得
（3）
将
（2）、（3）式代入
（1）式，得
解得
分析：
求解本题的关键是熟练运用操作线方程、汽液平衡方程和板效率定义式进行有关计算。
升级会员 