精馏习题及答案.docx
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1、精馏习题课例题 1.一分离苯、甲苯的常压精馏塔,按以下三种方式冷凝(图 1,图 2,图 3),塔顶第一板上升蒸汽浓度为含苯 0.8(摩尔分率),回流比均为 2。(1) 采用全凝器冷凝,在塔顶及回流处插二支温度计,测得温度分别为t0、t ,问t 、10t 是否相等?为什么?并求t1、t 的值。01(2) 在图 1,图 2,图 3 三种冷凝情况下,第一板浓度为 y1含苯 0.8(摩尔分率)。比较温度t 、t 、t123的大小;比较回流液浓度 x、 x、 x的大小;L1L 2L 3比较塔顶产品浓度 x、 x、 x的大小。将以上参数分别按顺序排列,并D1D 2D 3说明理由。(3) 三种情况下精馏段操
2、作线是否相同 ?在同一 y - x 图上表示出来,并将三种情况下x 、 x 、 xDLV的值在 y - x 图上表示出来。已知阿托因常数如下(阿托因方程为lg p0 = A - B /(C + T ) ,其中 P 单位为mmHg,T 单位为):A苯6.89740甲苯6.958B 1206.351343.91C 220.237219.58例题 2.用一连续精馏塔分离苯甲苯混合液。进料为含苯 0.4(质量分率,下同)的饱和液体,质量流率为 1000kg/h。要求苯在塔顶产品中的回收率为 98%,塔底产品中含苯不超过0.014。若塔顶采用全凝器,饱和液体回流,回流比取为最小回流比的 1.25 倍,塔
3、底采用再沸器。全塔操作条件下,苯对甲苯的平均相对挥发度为 2.46,塔板的液相莫弗里(Murphree)板效率为 70%,并假设塔内恒摩尔溢流和恒摩尔汽化成立。试求:1塔顶、塔底产品的流率 D、W 及塔顶产品的组成 x ;D从塔顶数起第二块板上汽、液相的摩尔流率各为多少;精馏段及提馏段的操作线方程;从塔顶数起第二块实际板上升气相的组成为多少?例题 3.如图所示,对某双组分混合液,分别采用简单蒸馏和平衡蒸馏方法进行分离,操作压力、原料液的量 F、组成 x 均相同。F若气相馏出物浓度(或平均浓度)相同,即 xxD,简D,平,试比较残液(或液相产品)浓度 x、x,气相馏出物量 V 、V ;W,简W,
4、平简平若气相馏出物量相同,即 V =V ,试比较残液(或液相产品)浓度 x、x,气相馏出物浓度(或平均浓度) x简、xD,简平D,平及残液(或液相产品)量。W,简W,平例题 4.现成塔的操作因素分析:操作中的精馏塔,将进料位置由原来的最佳位置进料向下移动几块塔板,其余操作条件均不变(包括 F、x 、q、D、R),此时 x 、x 将如何变化?FDW操作中的精馏塔,保持 F、x 、q、D 不变,而使 V减小,此时 x 、x 将如何变化?FDW操作中的精馏塔,若保持F、R、q、D 不变,而使x 减小,此时x 、x 将如何变化?FDW操作中的精馏塔,若进料量增大,而 x 、q、R、V不变,此时 x 、
5、x 将如何变化?FDW例题 5.如图所示,组成为 0.4 的料液(摩尔分率,下同),以饱和蒸汽状态自精馏塔底部加入,塔底不设再沸器。要求塔顶馏出物浓度 x =0.93,x =0.21,相DW对挥发度=2.7。若恒摩尔流假定成立,试求操作线方程。若理论板数可增至无穷,且 F、x 、q、D/F 不变,则此时塔顶、F塔底产品浓度的比为多大?2例题 1.解:(1) t0 t ,因为t10精馏习题课答案是露点温度, t 是泡点温度。有两种求法:1图解法:在t - x - y 图上从 x =0.8 处作垂线与t - x 线和t - y 线分别交于a 、b 点(如图 1.28 所示)a 点对应温度为 84.
6、3,b 点对应温度为 89,即塔顶t0解析法:求塔顶温度,用露点方程试差:89,回流液t 84.3。1设t 89,组分 A 为苯,组分 B 为甲苯。代入阿托因方程得:0lg p0= 6.89740 -1206.35p0= 991.6mmHgAlg p0B= 6.953 -89 + 220.2371343.9489 + 219.58Ap0 = 396.06mmHgBp0 ( p - p0 )991.6 (760 - 396.06)y =AP( p0AB- p0 )B= 0.8760(991.6 - 396.06)塔顶露点温度t 890求回流液温度,用泡点方程试差:设t 84.31同理由阿托因方程
7、得: p0A= 863.26mmHgp0B= 339.16mmHgp = p0 x + p0 x = 863.26 0.8 + 339.16 0.2 = 758.44 760mmHgA AB B回流液温度t 84.31(2) 比较三种冷凝情况下的t 、t 、 xLDt t tx x x231L1L 3L 2x x xD 2D 3D1分析:从t - x - y 图可得: t2 t t ; x x x31L1L 3L 23第一种情况:全凝器, x= xD1L第二种情况:先部分冷凝(R=2)后全凝,由杠杆法则作图得 xD 2 x。D1第三种情况:从塔顶出来得轻组分的量相等,回流比皆为2,且x xL1
8、L 3 x,由L 2物料衡算, xD 2 x x。D 3D1(3) 求三种情况下的操作线及 x 、 x 、 yLDV的位置。R三条操作线的斜率相同。均为2=,所以三条线平行,但顶点不同,I 线顶点为a ( y = 0.8 ,x = x1L1),线顶点a2R + 13( y = 0.8 ,x = xL 2);线顶点为a3( y = 0.8 ,x = x)。L 3a 、 a 、a231点的横坐标分别为三个回流液浓度 x xL1L 3 x。aL 22、 a 点作垂线交平衡3线于b2、b 。a 、b312、b 的纵坐标分别为冷凝器上方气相浓度, y y3V 3V 2 y,塔顶产V 1品浓度 xD1=
9、y;xV 1D 2= y而 y xV 2V 3D 3 x。由物料领算定出 xL 3D 3以确定 p 点的位置(图1.30 所示)4讨论:1. 混合物冷凝过程中,温度由露点降到泡点,露点泡点。2. 浓度 y 、 x 与流量V 、 L 之间遵循杠杆法则。混合物中气液两相达平衡时,温度相同,而组成不同, y x 。3. 图解法对定性问题的分析直观,简洁。4. 在生产中是采用全凝器还是分凝器视具体情况而定,分凝器的作用相当于一层理论板。采用分凝器的另一作用是合理利用热能。以酒精厂酒精精馏为例:第一分凝器温度高,用于预热原料。第二分凝器冷却水可作洗澡水。第三分凝器冷却水可作发酵用水。a=/ M例题 2.
10、解: (1) xFA=0.4 / 78= 0.44Fa / M+ (1 - aFAF) / MB0.4 / 78 + (1 - 0.4) / 92a=/ MxWA=0.014 / 78= 0.01647Wa/ M+ (1 - aWAW) / MB0.014 / 78 + (1 - 0.014) / 92F = 1000 0.4 + 1000 0.6 = 11.65(kmol / h) 7892根据物料衡算方程F = D + WFxF= Dx + WxDW Dx FxDF= 0.98511.65 = D + W代入数据11.65 0.44 = DxDxD+ W 0.016479D= 0.9811
11、.65 0.44D = 5.43kmol / h解得W = 6.22kmol / hx= 0.925Da(2) 求最小回流比: q=1,x =x =0.44eFy =xe=2.46 0.44= 0.659e1 + (a -1)xe1 + (2.46 -1) 0.44DeR= x - y = 0.925 - 0.659 = 1.215miny - x0.659 - 0.44eeR=1.25Rmin=1.519 L=RD=1.1595.43=8.25(kmol/h) V=(R+1)D=2.5195.43=13.68(kmol/h)(3) 精馏段操作线方程为yn+1=Rx R + 1 n+1 x R
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