化工原理习题下册省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一章蒸馏第一章蒸馏1 某连续精馏操作分离二元混合溶液，已知操作线方程某连续精馏操作分离二元混合溶液，已知操作线方程为：为：精馏段精馏段 提馏段提馏段 若进料时，原料为气液相各占二分之一混合态，求塔顶及若进料时，原料为气液相各占二分之一混合态，求塔顶及塔底产品产率及回流比。塔底产品产率及回流比。分析：若求产品产率，必须确定塔顶产品分析：若求产品产率，必须确定塔顶产品,塔底产品和进料塔底产品和进料组成。将精馏段操作线方程、提馏段操作线方程分别与对组成。将精馏段操作线方程、提馏段操作线方程分别与对角方程联立，即可确定塔顶，塔底组成。而进料组成可由角方程联立，即可确定塔顶，塔底组成。而进料组成可由两个操作线方程与进料方程联解求得两个操作线方程与进料方程联解求得第1页解：解：联联解解 及及得塔得塔顶产顶产品品组组成成 及及 得塔底得塔底产产品品组组成部分成部分再再联联解解 及及 得得,再再联联解解第2页将此代入将此代入线线方程，且由方程，且由题题巳知巳知 解得解得由全塔物料衡算式由全塔物料衡算式 及全塔及全塔轻组轻组分物料衡算式分物料衡算式 知塔知塔顶产顶产品品产产率率 塔底塔底产产品品产产率率 由精由精馏馏段操作段操作线线方程斜率方程斜率 解得解得 第3页2 用一精馏塔分离二元理想混合物，塔顶为全凝器冷凝，用一精馏塔分离二元理想混合物，塔顶为全凝器冷凝，泡点温度下回流，原料液中含轻组分泡点温度下回流，原料液中含轻组分0.5(摩尔分数，下同摩尔分数，下同)，操作回流比取最小回流比，操作回流比取最小回流比1.4倍，所得塔顶产品组成为倍，所得塔顶产品组成为.95，釜液组成为，釜液组成为0.05料液处理量为料液处理量为100 .料液平均相对挥发度为，若进料时蒸气量占二分之一，料液平均相对挥发度为，若进料时蒸气量占二分之一，试求：试求：（1）提馏段上升蒸气量；）提馏段上升蒸气量；（2）自塔顶第）自塔顶第2层板上升蒸气组成。层板上升蒸气组成。分析：欲解提馏段蒸气量分析：欲解提馏段蒸气量V，须先知与之相关精馏段蒸气，须先知与之相关精馏段蒸气量量V。而。而V又须经过又须经过 才可确定。可见，先确才可确定。可见，先确定最小回流比定最小回流比 ，进而确定，进而确定R 是解题思绪。是解题思绪。理想体系以最小回流比操作时，两操作线与进料方程交点理想体系以最小回流比操作时，两操作线与进料方程交点恰好落在平衡线上，所以只须用任一操作线方程或进料方恰好落在平衡线上，所以只须用任一操作线方程或进料方程与相平衡方程联立求解即可。程与相平衡方程联立求解即可。第4页解：（）由相平衡方程解：（）由相平衡方程 及及进进料方程料方程 联联立解得立解得 则则 第5页再由物料衡算方程再由物料衡算方程 及及 解得解得 （2）已知）已知 由相平衡关系由相平衡关系 再由精再由精馏馏段操作段操作线线方程解得方程解得 第6页3 在一连续精馏塔中分离二元理想混合液。原料液为饱和液体，在一连续精馏塔中分离二元理想混合液。原料液为饱和液体，其组成为其组成为0.5，要求塔顶馏出液组成大于，要求塔顶馏出液组成大于0.95,釜残液组成小于釜残液组成小于0.05(以上均为轻组分以上均为轻组分A摩尔分数摩尔分数)。塔顶蒸汽先进入一分凝器，所得冷。塔顶蒸汽先进入一分凝器，所得冷凝液全部作为塔顶回流凝液全部作为塔顶回流,而未凝蒸气进入全凝器，全部冷凝后作为而未凝蒸气进入全凝器，全部冷凝后作为塔顶产品。全塔平均相对挥发度为塔顶产品。全塔平均相对挥发度为2.5,操作回流比操作回流比 。当馏。当馏出液流量为出液流量为 100 时，试求：时，试求：塔顶第塔顶第1块理论板上升蒸汽组成；块理论板上升蒸汽组成；提馏段上升气体量。提馏段上升气体量。分析：因为出分凝器冷凝液分析：因为出分凝器冷凝液 与未液化蒸气与未液化蒸气 成相平衡关成相平衡关系，故分凝器相当一层理论塔板。应注意，自分凝器回流塔内液相系，故分凝器相当一层理论塔板。应注意，自分凝器回流塔内液相组成组成 与自全凝器出来产品组成与自全凝器出来产品组成 不一样。不一样。第7页 解：（解：（1）由平衡方程及泡点）由平衡方程及泡点进进料料时时 精精馏馏段操作段操作线线方程方程 再由平衡方程及再由平衡方程及 第8页得得 代入精代入精馏馏段操作段操作线线方程方程 (2)由由当泡点当泡点进进料料时时，则则 再由平衡方程再由平衡方程第9页4 在常压精馏干塔分离双组分理想溶液。组成为在常压精馏干塔分离双组分理想溶液。组成为0.5（轻组分（轻组分A摩尔分数，摩尔分数，下同）料液在泡点温度下加入塔内。塔顶蒸气先在分凝器中部分冷凝至泡下同）料液在泡点温度下加入塔内。塔顶蒸气先在分凝器中部分冷凝至泡点回流，其组成为点回流，其组成为0.88，余下末冷凝部分经全凝器后作为产品，余下末冷凝部分经全凝器后作为产品，组成为组成为0.95 已测得离开塔顶第已测得离开塔顶第1层理论板液相组成为层理论板液相组成为0.796，塔顶轻组分回收，塔顶轻组分回收率为率为96%,塔釜间热蒸气加热。试求算：塔釜间热蒸气加热。试求算：(1)该操作条件下回流比和釜液组成；该操作条件下回流比和釜液组成；(2)若用图解法求得理论板数为若用图解法求得理论板数为9，又知全塔效率为，又知全塔效率为70%,塔内实际塔板数为塔内实际塔板数为多少？多少？分析：前已述及，分凝器相当于块理论板，利用分凝器内气液相平衡关分析：前已述及，分凝器相当于块理论板，利用分凝器内气液相平衡关系即可确定上升蒸气组成系即可确定上升蒸气组成 ,而而 与回流液组成与回流液组成 恰好又是操作线关恰好又是操作线关系，利用此操作线方程即可顺利解出回流比。系，利用此操作线方程即可顺利解出回流比。另外确定塔内实际板数时，应注意用图解法求出理论板数中是包含了起理另外确定塔内实际板数时，应注意用图解法求出理论板数中是包含了起理论板作用分凝器和塔釜两块论板作用分凝器和塔釜两块“虚拟板虚拟板”。第10页解：解：(1)回流比与釜液回流比与釜液组组成成 因因为为分凝器中末凝气相分凝器中末凝气相组组成成 又知自分凝器入塔回流液又知自分凝器入塔回流液组组成成 由相平衡方程由相平衡方程 解得解得 再由相平衡方程得再由相平衡方程得 第11页则则精精馏馏段操作段操作线线方程方程为为 解得解得 由全塔物料衡算方程由全塔物料衡算方程 及及 代入物料衡算方程代入物料衡算方程 解得解得 (2)实际实际塔板数塔板数 第12页5 一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某塔板气、液相一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某塔板气、液相组成份别为组成份别为0.83和和0.70，相邻上层塔板液相组成为，相邻上层塔板液相组成为0.77，而相邻，而相邻下层塔板气相组成为下层塔板气相组成为0.78（以上均为轻组分（以上均为轻组分A摩尔分数，下同）。摩尔分数，下同）。塔顶为泡点回流。进料为饱和液体，其组成为塔顶为泡点回流。进料为饱和液体，其组成为0.46。若已知塔。若已知塔顶与塔底产量比为顶与塔底产量比为2/3，试求：，试求：精馏段操作线方程；精馏段操作线方程；提馏段操作线方程。提馏段操作线方程。分析：将精馏段操作线方程中回流比分析：将精馏段操作线方程中回流比和塔顶产品组成和塔顶产品组成确定后，确定后，方程形成就一定。而这两个参数可由题中所给出相邻方程形成就一定。而这两个参数可由题中所给出相邻3层板气液层板气液相组成建立两个操作线方程相组成建立两个操作线方程联立解出。联立解出。同理，将提馏段操作线方程中参数由题中已给条件变换代入，同理，将提馏段操作线方程中参数由题中已给条件变换代入，方程即可建立。方程即可建立。第13页解：精解：精馏馏段操作段操作线线方程方程依精依精馏馏段操作段操作线线方程方程 将将该该板和上板和上层层板气液相板气液相组组成代入有成代入有 (a)(b)，则则精精馏馏段操作段操作线线方程方程为为 即即 再将再将该该板和下板和下层层板气液相板气液相组组成代入有成代入有 联联立（立（a）、（）、（b）解得）解得 第14页（2）提）提馏馏段操作段操作线线方程方程 提提馏馏段操作段操作线线方程通式方程通式为为 将将 (泡点泡点进进料料)转转化上式化上式为为 即即 解得解得 将相关数据代入（将相关数据代入（c），），则则提提馏馏段操作段操作线线方程方程为为 即即 第15页6 连续精馏塔分离二元理想混合液，组成为连续精馏塔分离二元理想混合液，组成为0.4料液在泡点料液在泡点温度下入塔，塔顶采取全凝器，回流比为最小回流比倍，温度下入塔，塔顶采取全凝器，回流比为最小回流比倍，要求塔顶产品组成到达要求塔顶产品组成到达0.85，塔底产品组成小于，塔底产品组成小于0.1，系统，系统相对挥发度为相对挥发度为2.786，试求自釜上第块塔板流下液相组，试求自釜上第块塔板流下液相组成。成。分析：由己知塔底产品组成求解出釜入塔蒸气组成，而此分析：由己知塔底产品组成求解出釜入塔蒸气组成，而此组成与要求釜上塔板液相组成属提馏段操作线关系，可见，组成与要求釜上塔板液相组成属提馏段操作线关系，可见，整理推导出该操作线是解题关键。因为条件不足，无法用整理推导出该操作线是解题关键。因为条件不足，无法用全塔物料衡算求解全塔物料衡算求解 、，故提馏段，故提馏段操作线斜率需用其它法确定。操作线斜率需用其它法确定。第16页 解：当泡点解：当泡点进进料料时时，则则 最小回流比最小回流比 则则 再由精再由精馏馏段操作段操作线线方程方程 确定提确定提馏馏段操作段操作线线与精与精馏馏段操作段操作线线交点交点代入精代入精馏馏段操作段操作线线方程方程,得交点座得交点座标标 将将第17页由点由点确定提确定提馏馏段操作段操作线线斜率斜率而提而提馏馏段操作段操作线线方程方程为为 出釜蒸气出釜蒸气组组成成 将将代入提代入提馏馏段操作段操作线线方程方程 解得解得 第18页