精馏习题课.doc

精馏习题课

1．某连续精馏塔的操作线方程为：（精馏段）；（提馏段）。若为过冷液体进料，且进料热状况参数为1.2，进料量为。试求：①回流比；②馏出液组成；③釜液的组成；④料液组成；⑤塔顶产品流率。
解：①回流比

②馏出液组成

③釜液的组成
；
④料液组成
联立；解得
；

⑤塔顶产品流率；

2. 实验测得常压精馏塔在部分回流情况下，在精馏段相邻两塔板的上升气相组成为，，已知操作条件下平均相对挥发度，回流比 ,塔顶产品组成 （以上均为易挥发组分的摩尔分率） 。求以汽相组成表示的第n板的单板效率。
解：精馏段操作线:

3.在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶采用全凝器，泡点回流，塔底间接蒸汽加热。原料处理量为4000 kg/h，组成为0.4(苯的质量分数，下同)，要求塔顶馏出液组成为0.96，苯的回收率不低于98%，泡点进料。已知体系的相对挥发度a=2.5，实际回流比为最小回流比的1.5倍。已知苯、甲苯的摩尔质量分别为78.11 kg/kmol和92.13 kg/kmol。试求：
(1) 塔顶产品量D(kmol/h)、塔底残液量W(kmol/h)及组成xW；
(2) 自塔顶算起的第二板的下降液体中苯的组成；
(3)离开最后一块塔板的液体中苯的组成；
(4)因长期操作，再沸器内结垢，试问对塔顶、塔底产品质量有何影响？写出分析过程(假设此时F、D、q、xF不变)。为维持塔顶、塔底产品质量不变，应采取何种措施？并说明理由。

思路分析：精馏流程与已知条件如本题附图所示。
附图
1

(2) 自塔顶算起的第二板的下降液体中苯的组成

(3) 离开最后一块塔板的液体中苯的组成

解：(1) 塔顶产品量D(kmol/h)、塔底残液量W(kmol/h)及组成xW

kmol/h
因，所以 kmol/h
据总物料衡算 kmol/h

(2) 自塔顶算起的第二板的下降液体中苯的组成
泡点进料，q=1，

(3)离开最后一块塔板的液体中苯的组成
kmol/h
kmol/h
则

离开最后一块塔板的液体中苯的组成

(4) 再沸器内结垢，导致传热不良，↓，而D又不变，由，知R↓，精馏段操作线斜率(=R/(R+1))↓，靠近平衡线，不利于分离，故xD↓。由全塔物料衡算可知，当F、D、W、xF不变，xD ↓时，xW↑。
要想维持xD、xW不变，应及时清除污垢，或提高再沸器的加热蒸汽压力，以使保持不变或略有增大。

4.某二元混合物以饱和蒸汽状态加入精馏塔的中部，塔顶设有全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。已知F=100kmol/h，xF=0.45 (轻组分的摩尔分率，下同)，轻组分的回收率为95%，馏出液组成0.98，体系的平均相对挥发度α=3，塔釜气化量为最小气化量的2.2倍。试求：
⑴ 提馏段操作线方程；
　　　 ⑵ 进入第一块理论板(由塔顶往下数)的气相浓度；
⑶ 上述设计的塔在操作时，若因故塔釜停止加热，欲维持xD不变应如何操作？此时塔釜排液xW=？
思路分析：精馏流程与已知条件如本题附图所示。

⑵ 进入第一块理论板(由塔顶往下数)的气相浓度

解: ⑴ 求提馏段操作方程

kmol/h
kmol/h

饱和蒸汽加料，，

kmol/h
kmol/h

提馏段操作方程：

⑵ 求进入第一块理论板的气相浓度
精馏段操作线方程：

⑶上述设计的塔在操作时，若因故塔釜停止加热，欲维持不变，应保持精馏段操作线斜率不变，即R不变，而此时精馏塔无提馏段，只有精馏段，故
塔釜停止加热时精馏段上升蒸汽流量
塔釜正常加热时精馏段上升蒸汽流量
显然，停止加热时馏出液流率减小。所以，若塔釜停止加热，欲维持不变，则降低塔顶产品采出率。
kmol/h

5.一连续操作的常压精馏塔用于分离某二元液体混合物。塔顶设全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。原料液组成为0.40(轻组分的摩尔分数，下同)，进料温度为50℃，要求塔顶产品组成达到0.98，塔釜馏出液组成不高于0.01。该物系的相对挥发度为2.5，实际回流比为最小回流比的1.5倍。已知，xF=0.4时，混合溶液的泡点为95.2℃，定性温度下原料液的平均比热容cp=163 kJ/(kmol·℃)，泡点温度下混合液的汽化潜热为3.68×104 kJ/(kmol·℃)。试计算：(1) 组分A的回收率；(2) 提馏段操作方程；(3) 若塔顶第一块板气相默弗里板效率为60%，求离开该板的下降液体组成。
思路分析：精馏流程与已知条件如本题附图所示。

附图
(2) 提馏段操作方程

(3) 当塔顶第一块板气相默弗里板效率为60%时离开该板的下降液体组成

解：
(1) 回收率

(2) 提馏段操作方程
q线方程
相平衡方程
联立求解上两式得 xe=0.444，ye=0.666
4

提馏段操作线方程：

(3) 离开第一板的下降液体组成
代入数据得：
(1)
相平衡方程
(2)
精馏段操作方程
所以 (3)
联立式(1)-(3)得：x1=0.966。

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