化工原理 第9章 液体精馏 典型例题题解(2)

第9章精馏典型例题题解00BAppt总压、温度对相平衡的影响蒸馏的压强增高，泡点升高，相对挥发度减小，分离困难。00000BBAAAAApPppPpPxpy对于理想溶液PAyP总之，蒸馏宜选用较低的操作压强，较低的操作温度（汽相、液相共存温度），有利于组分之间的分离。例：平衡蒸馏与简单蒸馏的比较将含苯为0.7（摩尔分数，下同），甲苯0.3的溶液加热汽化，汽化率为1/3。已知物系的相对挥发度为2.47，试计算：（1）作平衡蒸馏时，汽相与液相产物的组成；（2）作简单蒸馏时，汽相产物的平均组成及残液组成。解：（1）平衡蒸馏32311q13/27.013/23/211xqxxqqyF10.22xyxxxxy47.1147.211解得：y=0.816;x=0.642（2）简单蒸馏5.132121WW12212111lnln11lnxxxxWW7.011ln47.27.0ln47.115.1ln22xx解得：x2=0.633221121xWx834.0321633.0327.0212211WWxWxWy（1）平衡蒸馏解得：y=0.816;x=0.642et原因是：简单蒸馏始终在最低（泡点）的温度下操作，相对挥发度比较大，即在较低的温度下，重组分不易挥发，故所汽化的组分中轻组分浓度大。例1:某连续精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下：精馏段(rectifyingsection)：提馏段(strippingsection)：172.08.0xy018.03.1xy试求：原料液组成、馏出液组成、釜液组成、回流比。解：8.01RR4R172.01RxD86.0Dx或xyxy172.08.0交点的横坐标x=xD=0.86因为是泡点进料018.03.1172.08.0xyxy交点的横坐标x=xF=0.38xyxy018.03.1交点的横坐标x=xw=0.06或wwxWLWxWLWWLxVWxVLy''''''wxWLWxWLWy''13.0'WLW018.03.0wx解得xw=0.06例2：双组分混合液，在一连续精馏塔中进行分离，已知料液泡点ts=367kxF=0.45xD=0.96xw=0.05R=1.50L’/V’=1.50，料液平均比热Cp=158kJ/(kmol.k)，平均汽化潜热r=30400kJ/kmol求：料液进塔时的温度tF解:25.205.045.005.096.0wFwDxxxxDFDFDFqRDFqRDFqFRDqFRDWLLVL1''''25.2125.250.125.250.150.1qq解得q=1.02rttCrqFsp304003671583040002.1Ft解得tF=363k例3：有如图的精馏流程，以回收二元理想混合物中的易挥发组分A，塔1和塔2的回流比都是3，加料、回流均为饱和液体。已知：xF=0.6,xD=0.9,xB=0.3,xT=0.5（均为摩尔分数），F=100kmol/h。整个流程可使易挥发组分A的回收率达90%。试求：1、塔2的塔釜蒸发量；2、写出塔1中间段（F~T)的操作线方程。DxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW,1段2段3段1段2段解：FDFxDxhkmolxFxDDF/609.06.010090.01#塔物料衡算：BDTFBxDxTxFxBDTF解得：hkmolT/30hkmolB/702#塔物料衡算：WTBhkmolTBW/403070DxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW,1段2段3段1段2段2#塔：31TLRhkmolTL/9030331hkmolBLL/1607090112hkmolWLV/12040160221#塔：hkmolRDL/1806031hkmolFLL/2801001801121#塔虚线所围范围物料衡算：BVTL22hkmolBTLV/240703028022DxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW,1段2段3段1段2段1#塔虚线所围范围易挥发组分物料衡算：BTBxyVTxxL22F~T段操作线方程：222VBxTxxVLyBT数值代入，得：025.0167.1xyDxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW,1段2段3段1段2段2#的1段：hkmolTRV/12030131hkmolRTL/90303hkmolBLL/1607090hkmolVV/120或hkmolWLV/12040160DxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW,1段2段3段1段2段例1：某塔顶蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的气、液两相互成平衡。汽相作产品，液相作回流，见图，该系统符合恒摩尔流的假定，试推导此时的精馏段操作线方程。解：虚线范围物料衡算：0DyLxVyVDyxVLy0再分析分凝器与塔顶第一块板之间的关系：0yDx1yFDVL01DyLxVyDVDyxVLyD01VL1VLVVD0D1yVL1xVLyD010xyyyVL0D010D010yxyyy1xxyyyy结论：符合操作线关系。将操作线方程中的斜率和截距用已知参数表示出来例2：某精馏塔顶采用的是冷回流（即回流液的温度低于泡点温度），其回流比为R’=L0/D（摩尔比，下同），而塔顶第一块板下方的回流比即为塔内实际回流比为R（内回流），R=L/D，试证明：1、rTTCrqqRRspm,':''参数，其中回流液的热状态2、冷回流时精馏段的操作线方程形式不变，即111RxxRRyDnn解：DRL'0DRqLqL'''00''qRDLRDRqDRLqVV''1'1'100DLR0'Dx1yFDVL0LDx0VDRqDRLqVV''1'1'100DRLDDRqDRDRDV1''''11111RxxRRDRDxxDRRDVDxxVLyDnDnDnnDx1yFDVL0LDx0V结论：冷回流时精馏段的操作线方程形式不变。例：有两股原料，一股为100kmol/h含苯0.6（摩尔分率，下同）和含甲苯0.4的混合液。另一股为100kmol/h含苯0.2（摩尔分率，下同）和含甲苯0.8的混合液。拟用精馏操作进行分离，要求馏出液含苯0.9，釜液含苯0.05。塔顶设全凝器，塔釜为水蒸气间接加热。操作回流比为2。问下述两种方案哪种方案所需的理论板数少？（1）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上；（2）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上。DxD,11,FxFwxW,1段2段3段22,FxF解：（1）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上111RxxRRyD段：第全塔物料衡算WDffWxDxxFxFWDFF221121hkmolWhkmolD/65.11735.82200,/35.82hkmolDRVhkmolRDL/05.247)1(,/7.164hkmolFqVVhkmolFqLLq/05.247)1('',/7.264'',111111hkmolFqVVhkmolFqLLq/05.247)1('',/7.364'',122222DxD,11,FxFwxW,1段2段3段22,FxF第2段：操作线方程DfDxxLxFyV''''11''''''VFxDxxVLyfD第3段：操作线方程VWxxVLywnn1得：所需理论板8块，自顶数第3块为F1进料，第6块为F2进料。（2）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上DxD,FxF,wxW,1段2段两股原料混合后的组成xfF、q=1hkmolFFFxFxFxfff/200,4.0212211hkmolWhkmolD/65.11735.82200,/35.82111RxxRRyD段：第第2段：操作线方程VWxxVLywnn1得：所需理论板10块，自顶数第5块进料。例：2000年华东理工大学硕士入学考试试题用连续精馏塔分离某双组分混合液，混合液中含易挥发组分xF=0.4（摩尔分率，下同），原料以饱和液体状态加入塔中部，塔顶全凝，泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度α=2.5，要求塔顶产品浓度xD=0.8，塔顶易挥发组分的回收率η=0.9。塔釜间接蒸汽加热。试求：（1）完成上述分离任务的最小回流比；（2）若R=1.5Rmin,则进入塔顶第一块塔板的汽相组成为多少？解：q线方程4.0Fxx平衡线方程xxxxy5.115.2114.0Fexx625.04.05.114.05.2ey78.04.0625.0625.08.0mineeeDxyyxR17.178.05.1R117.18.0117.117.1xy8.01Dxy615.08.05.15.28.01111yyx70.017.28.0615.017.217.12y例：华东理工大学1999年硕士入学考试试题采用连续精馏塔分离某双组分混合物，进料组成为0.4（易挥发组分摩尔分率），进料汽液比为1：1（摩尔量比）。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶易挥发组分回收率达到98%，塔釜难挥发组分回收率达到99%。已知该物系的相对挥发度为3试求：（1）塔顶、塔底产品的组成和塔顶采出率；（2）Rmin（3）R=1.5Rmin,试写出提馏段的操作线方程。解：（1）FDxxFD%981FwFwxxFDxFxW11111%992wDwFxxxxFD)1()2()3(FDxxFD98.0FDxxFw1199.01均代入（3）式FDxFDxFDxxFDFFFF1199.0198.01199.01解得：4.0398.0FD98.04.04.098.098.0FDxxFD01.04.016.099.011199.01FDxxFw（2）5.0q8.011xqxxqqyFxxxxy21311解交点坐标(xe,ye)eeeDxyyxRminmin5.1RRqFRDLFqDRV11FqDRxDFxFqDRqFRDVWxxVLyww1111qFDRxFDxqFDRqFDRyw11111例：华东理工大学1998年硕士入学考试试题采用一连续操作的常压精馏塔，分离某A（轻组分）B（重组分）双组分混合物，已知进料组成为0.4（易挥发组分摩尔分率），进料温度为50oC。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶产品含易挥发组分95%，塔釜产品含易挥发组分3%。已知该物系的相对挥发度为2.5，实际操作回流比为1.95。试求：（1）组分A的回收率；（2）Rmin(3)写出提馏段的操作线方程。（4）若塔顶第一块板下降的液相浓度为0.9，求该塔板以气相组成表示的Emv（由平衡数据已知，xf=0.4,AB混合液的泡点为95.2oC,定性温度下，原料液的Cp=39kcal/(kmol.oC),r=8800kcal/k