第6章精馏5

1通过本章学习，应掌握两组分理想物系的气液平衡关系；精馏的原理与流程；两组分连续精馏的基本计算方法。了解间歇精馏、恒沸精馏、萃取精馏等其它蒸馏过程。学习目的与要求小结一、概念相对挥发度:理论板恒摩尔流假定精馏原理最佳位置进料易挥发组分回收率难挥发组分回收率理想溶液理想物系挥发度ABpp/理想溶液五种进料状态的q值；不同进料状态对精馏操作的影响；回流比DLR直接蒸汽加热流程提馏塔多股加料侧线采出间歇精馏恒沸精馏与萃取精馏AAAxp%100)1()1(FWWxFxW%100FDDFxDx3小结1、相平衡方程WDFWDFWxDxFx2、全塔物料衡算111RxxRRyDnnWmmxWqFLWxWqFLqFLy13、操作线方程：精馏段提馏段：11qxxqqyF4、q线方程二、公式1(1)xyx4值可图解，或由qqqDxyyxRminqqyx，11)1(1qxxqqyxxyFqqqqqqqxxFqxy5、最小回流比泡点进料时，,露点进料时，解得。RDLDRV)1(qFLL'FqVV)1(6、精馏段、提馏段气、液相负荷小结51*1,nnnnVmyyyyE*11,nnnnLmxxxxE7、理论板数的确定：图解法、逐板求算法、简捷法2）全塔效率E=NT/NPuπVDs49、塔径8、板效率1）单板效率(默弗里板效率)小结6[习题1]在常压连续精馏塔中分离某两组分理想溶液，已知xF=0.4(含轻组分摩尔分率，下同),xD=0.95，R=1.5Rmin，每千摩尔原料液变成饱和蒸汽所需热量等于原料液千摩尔汽化热的1.2倍。操作条件下溶液的αm=2.0，塔顶采用全凝器，试计算从上往下数第二层理论板上升的蒸汽组成。2.1q0.2m4.0Fx95.0Dxmin5.1RR解：已知xxxxy12)1(12611xqxxqqyF434.0qx604.0qy联立解得：由习题课7035.2434.0604.0604.095.0minqqqDxyyxR05.3035.25.15.1minRR95.01Dxy905.095.0295.0)1(111yyx1112RxxRRyD916.0105.395.0905.0105.305.3∴又∴∴习题课8[习题2]已知苯与甲苯两组分体系的相图如图所示，在常压连续精馏塔中进行分离，已知原料液的组成为0.50(摩尔分数，下同)，料液流量为1000kmol/h，加料热状态参数为1.2，操作回流比为最小回流比的1.8倍，要求馏出液含轻组分0.90，釜残液含轻组分0.05，试求：（1）馏出液量和釜残液量；（2）提馏段的汽、液流量；（3）所需理论板数和加料位置。习题课612.12.11qq54.0,76.0qqxy64.054.076.076.090.0minqqqDxyyxR15.164.08.18.1minRR解：由q=1.2知，过对角线上xF=0.5处作斜率为6的直线即为q线(如图)交相平衡曲线于f点∴9PxDxF习题课10WDFWDFWxDxFxWD100005.09.05.01000WD)/(4.529hkmolD)/(6.470hkmolW①由全塔物料衡算得：即∴)/(81.6084.52915.1hkmolRDL)/(8.180810002.181.608'hkmolqFLL)/(21.11384.52915.2)1(hkmolDRV)/(21.133810002.021.1138)1('hkmolFqVV②习题课1142.0115.19.01RxD③由如图，连接a(0.9,0.9)、b(0,0.42)即为精馏段操作线交q线于d点，连接c(0.05,0.05)和d点即为提馏段操作线；从a点开始，在操作线和相平衡曲线间作梯级，跨过d点更换操作线作图，直至梯级跨过c点，由梯级数得N理=9块(不含再沸器)，加料板为从塔顶往下数第4块理论板。习题课12[习题3]在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。该物系的平均相对挥发度为2.5。原料液组成为0.35(易挥发组分摩尔分率，下同),饱和蒸气加料。塔顶馏出液的采出率为40%,且已知精馏段操作线方程为y=0.75x+0.20，试求：(1)提馏段操作线方程;(2)若塔顶第一块板下降的液相组成为0.7，求该板的气相单板效率。解：1、提馏段操作线方程75.01RR20.01RxDR38.0Dx由精馏段操作线方程知：解得：习题课13hkmolF/100hkmolFD/401004.04.0hkmolW/6005.0608.04035.0100WDxFxxDFW设原料液流量则hkmolRDLL/120403F1qD1RF1qVV)()()(hkmol/60100404饱和蒸汽加料，q=0提馏段操作线方程为05.0205.0606060120xxxVWxVLyW习题课148.01Dxy725.02.07.075.02.075.012xy854.07.05.117.05.21111*1xaaxy2、单板效率由莫弗里板效率定义知：其中故2*121)1(,yyyyEVm%1.58581.0725.0845.0725.08.0)1(,VmE习题课15[习题4]已知苯与甲苯两组分体系某常压精馏过程的图解法求理论板数过程如右图，若已知进料流量为120kmol/h，总板效率为60%，试求：1）适宜回流比为最小回流比的多少倍？2）提馏段内的气、液流量为多少？3）所需实际塔板数为多少块？习题课16习题课17Dx0.95,Fx0.30,Wx0.10q1,)(9不含再沸器TN203R.解：①由图可知：226.0195.0RDxR0.2261，即又∴∴30.0,51.0qqxy10.230.051.051.095.0minqqqDxyyxR习题课50.110.220.3minRR18FDW,FDWFxDxWxDW120,DW1200.300.950.10Dkmolh28.24(/),Wkmolh91.76(/)LRDkmolh3.2028.2490.37(/)LLqFkmolh90.371120210.37(/)VRD0kmolh(1)4.228.24118.61(/)②由全塔物料衡算得：即∴③)/(61.118)1(hkmolVFqVV习题课)(15%609不含再沸器块ENNTP[补例]用一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持回流液量和进料状况（F、xF、q）不变，而减小塔釜加热蒸汽量，试分析xD、xW如何变化？快速分析法作图+排除法操作型定性分析举例解法一：快速分析此法的依据是：精馏段操作线斜率L/V越小，越靠近平衡线，对精馏分离越不利，会导致xD变小；提馏段操作线斜率L/V越大，越靠近平衡线，对精馏分离越不利，会导致xW变大。xyVLVLFqVV)1(，F、q不变qFLL，F、q、L不变，L不变，而VxD变大xW变大而L不变V19xy作图，得NT，与NT不变这个前提相矛盾，故假设不成立。回流液量和进料状况（F、xF、q）不变，而减小塔釜加热蒸汽量解法二：作图+排除法假设xD不变、假设xD变小故xD只能变大。VLVL至于xW，也用作图＋排除法推知，只能变大。20[习题5]一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持塔顶馏出液量D、回流比R、进料状况（F、xF、q）不变，而减小操作压力，试分析xD、xW如何变化？解：快速分析法：不能用D、R、q和F不变，21习题课FqDRqFRDVL)1()1(不变，R不变，1RRVL不变，VL不变，VL不变p解：作图+排除法：xy假设xD不变、假设xD变小作图，得NT，与NT不变这个前提相矛盾，故假设不成立。故xD只能变大。WDFWxDxFxWDF[习题5]一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持塔顶馏出液量D、回流比R、进料状况（F、xF、q）不变，而减小操作压力，试分析xD、xW如何变化？22xW变小。由物料衡算可知：作业T7．用板式精馏塔在常压下分离苯－甲苯溶液，塔顶为全凝器，塔釜用间接蒸汽加热，相对挥发度为3.0，进料量为100kmol/h，进料组成xF=0.5(摩尔组成)，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0.96，提馏段液气比L'/V'=5/4。求：⑴塔顶馏出液组成及釜液组成⑵写出提馏段操作线方程。98.05.0100DFDDDxFxDx96.0)5.01(100)1()1()1(WFWWxWxFxW解：⑴依题意知：23961.0Dx020.0WxhkmolD/51hkmolW/49Wm1mxVWxVLy4/5/VL由上面方程解得⑵提馏段操作线方程为依题意，FWD5.0100WDWxDxDRFqVV)1()1(45)1(DRFRD由于q=1FRDqFLL244551)1(10051RR84.2RhkmolDRVV/84.1955184.3)1(005.025.1020.084.1954945mmWm1mxxxVWxVLy即解得回流比因此有所以提馏段操作线方程为25[习题6]某连续操作精馏塔如图所示，已知料液摩尔组成xF=0.2，料液以饱和液体状态直接加入塔釜，塔顶设全凝器，全塔共两块理论板（包括塔釜），塔顶摩尔采出率D/F=1/3，回流比R=1，泡点回流，此条件下物系的相平衡关系可表示为y=4x，试计算xW=?D,xD1FW,xWxF=0.2D/F=1/3R=1y=4x饱和液体理论板26习题课解：由------（1）R=1D/F=1/31y1q=1x1y2xF=0.22W,xW理论板WDFWxDxFxWDF27y=4x28因为塔顶设全凝器Dxy1Dxyx25.0411R=1D/F=1/31y1q=1x1y2xF=0.22W,xW理论板又∴Wxy42DDDxxxRxxRRy625.05.05.011112-----（2）解式（1）、（2）、（3）得：0714.0Wx而对第二块理论板（塔釜），有-----（3）y=4x29作业:P292:T11:T7。