精馏计算题

1、每小时分离乙醇-水混合液2360kg 的常压连续精馏塔，塔顶采用全凝器，进料组成x F =0.2。

现测得馏出液组成x D =0.8，釜液组成x W =0.05，精馏段某一块板
上的汽相组成为0.6，由其上一板流下的液相组成为0.5（以上均为摩尔分率）。

试求： 1.塔顶馏出液量及釜液排出量；
2.回流比。

解：（1）设料液的平均分子量为F M ，则6.238.0182.046=⨯+⨯=F M 料液的摩尔流率 h kmol M F F
/1006.2323602360=== ⎩⎨⎧+=+=W D F
Wx Dx Fx W D F 即 ⎩
⎨⎧⨯+⨯=⨯+=05.08.02.0100100W D W D 解之得 80kmol/h W h;/kmol 20==D
（2） 由 11
D x R y x R R =+++ 1
8.05.016.0++⨯+=R R R
2=∴R
2、用板式塔在常压下分离苯---甲苯溶液，塔顶采用全凝器，塔釜用间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，进料量为150kmol/h ，组成为0.4(mol%)的饱和蒸汽，回流比为4，塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔釜中甲苯的回收率为0.95，求：
（1）塔顶馏出液及釜液的组成；
（2）精馏段与提馏段操作线方程；
（3）回流比与最小回流比的比值；
（4）全回流操作时，塔顶第一块板的汽相莫弗里板效率为0.6，全凝器液相组成为0.98，求由塔板第二块的汽相组成。

解：（1）97.0=F D Fx Dx ；95.0)
1()1(=--F W x F x W ；150=+=W D F ; 4.0150⨯=+=W D F W x Dx Fx
解得：0208.0;928.0;/3.87;/7.62====W D x x h kmol W h kmol D
（2）精馏段操作线方程：186.08.01
4928.014411+=+++=+++=
x x R x x R R y D 饱和蒸汽进料：q=0 提馏段操作线方程：W qF L Wx x W qF L qF L y w -+-'-++=' 011.053.13
.8715007.6240208.03.873.8715007.62415007.624-'=-⨯+⨯⨯-'-⨯+⨯⨯+⨯=-+-'-++=
x x W
qF RD Wx x W qF RD qF RD w （3）q 线方程为：1
1---=q x x q q y F 饱和蒸汽进料时：q=0，故由上式得：4.0==F q x y
213.04.0)147.2(47.24.0)1(=--=--=q
q
q y y x αα 82.2213
.04.04.0928.0min =--=--=q q q
D x y y x R 42.182
.24min ==R R
（4）1*1++--=n n n n mv y y y y E 6.02
*1211=--=y y y y E mv ；
98.01==D x y 12x y =（全回流操作线方程为n n x y =+1） 2
211*147.1147.2)1(1y y x x y +=-+=αα 6.047.1147.298.022
22=-+-y y y y 952.02=y 3、某连续精馏塔进料液中含易挥发组分55%（mol%，下同），与此相平衡的汽相组成为75%，要求塔顶产品含易挥发组分95%，饱和液体进料。

求：
（1）最小回流比；
（2）若加料板上液体组成与进料组成相同，回流比为1.5时，求进料板上一板流下的液体组成。

解：（1）饱和液体进料时：q=1
由q 线方程：1
1---=q x x q q y F 得：55.0==F q x x ；由已知：75.0=q y 故：155
.075.075.095.0min =--=--=q q q
D x y y x R （2）5.1=R ；由精馏段操作线方程1
1+++=R x x R R y D 有： 15.195.015.15.175.0+++=
x 62.0=x
4、用连续精馏塔每小时处理100kmol 、含苯40%和甲苯60%的混合物，要求馏出液中含苯90%，残液中含苯1%（组成均为mol%），求：
（1）馏出液和残液各多少kmol/h ？
（2）饱和液体进料时，已估算出塔釜每小时汽化量为132kmol ，求R=? 解：（1）W D F Wx Dx Fx W D F +=+= %
1%904.0100100⨯+⨯=⨯+=W D W D 解得：h kmol D h kmol W /8.43/2.56==；
（2）1=q h k m o l V V /132=='
故：h kmol D V L /2.888.43132=-=-= 02.28
.432.88===D L R
5、用常压连续精馏塔分离某二元理想混合物，已知相对挥发度α=3，加料量F=10kmol/h ，饱和蒸汽进料，进料中易挥发组分浓度为0.5（mol%，下同），塔顶产品浓度为0.9，塔顶蒸汽全凝液于泡点下回流，回流比R=2Rmin ，易挥发组分的回收率为90%，塔釜为间接蒸汽加热，试求提馏段上升蒸汽量？ 解：由q 线方程1
1---=q x x q q y F 知： q=0时：5.0==F q x y 由相平衡方程：x x y )1(1-+=αα有：25.05
.0)13(35.0)1(=⨯--=--=q q q y y x αα 6.125
.05.05.09.0min =--=--=q q q
D x y y x R 2.36.122min =⨯==R R 易挥发组分回收率：F
D Fx Dx =η h kmol x Fx D D
F
/59.05.010%90=⨯⨯==η 由已知饱和蒸汽进料：F V V +=
h kmol F D R F V V /11105)12.3()1(=-⨯+=-+=-=
6、在连续精馏塔中，精馏段操作线方程y = 0.75x + 0.2075，q 线方程为 y =－0.5x + 1.5x F ，求：
（1）回流比R 和馏出液组成x D ；
（2）进料的q 值，并判断进料状态；
（3）当进料组成为0.44时，精馏段与提馏段操作线交点处x q 值为多少？ 解：（1）精馏段操作线方程为：2075.075.01
1+=+++=x R x x R R y D 故有：2075.01
75.01=+=+R x R R D 解得：83.03==D x R （2）q 线方程为：F F x x q x x q q y 5.15.01
1+-=---=
故有：5.01
-=-q q （或F F x q x 5.11=--） 解得：333.0=q
因 1333.00<=<q ， 故：进料为汽液混合进料
（3）由2075.075.0+=x y
F x x y 5.15.0+-=
44.0=F x
解得：362.0=q x
7、某精馏塔用于分离苯---甲苯混合液，泡点进料，进料量30kmol/h ，进料中苯的摩尔分率为0.5，塔顶、塔底产品中含苯分别为0.95和0.10，采用回流比为最小回流比的1.5倍，操作条件下α=2.40，试求：
（1）塔顶、塔底的产品量；
（2）若塔顶设全凝器，各塔板可视为理论板，求离开第二块板的蒸汽和液体组成。

解：（1）W D F Wx Dx Fx W D F +=+= W
D W D 10.095.05.03030+=⨯+= 解得：h kmol D h kmol W /1.14/9.15==；
（2）泡点进料时：q=1
由q 线方程：1
1---=q x x q q y F 得：5.0==F q x x ； 由相平衡方程x x y )1(1-+=αα有：706.05
.0)140.2(15.040.2)1(1=-+⨯=-+=q q q x x y αα 18.15
.0706.0706.095.0min =--=--=q q q
D x y y x R 77.118.15.15.1min =⨯==R R
对于全凝器，有95.01==D x y 由x
x y )1(1-+=αα有：888.095.0)140.2(40.295.0)1(111=⨯--=--=y y x αα
由操作线方程有：910.0177.195.0888.0177.177.11112=++⨯+=+++=
R x x R R y D 由x
x y )1(1-+=αα有：808.0910.0)140.2(40.2910.0)1(222=⨯--=--=y y x αα
8、精馏塔采用全凝器用以分离平均相对挥发度为2的某理想溶液，已知原料液的总浓度为0.5（mol%，下同），塔顶馏出液浓度为0.96，实际回流比为最小回流比的1.5倍，进料为气液两相共存且汽相和液相的分子数相等，求离开第二块理论板的汽相组成。

解：由于汽相和液相的分子数相等，由q 为液相分率的定义有：5.02
1==q 故q 线方程为x x q x x q q y F -=---=---=11
5.05.015.05.011 由x y -=1和
x
x y )1(1-+=αα 解得：414.0=q x 586.0414.011=-=-=q q x y
174.2414
.0586.0586.096.0min =--=--=q q q
D x y y x R 26.3174.25.15.1min =⨯==R R 精馏段操作线方程为：225.0765.0126.396.0126.326.311+=+++=+++=
x x R x x R R y D
对于全凝器，有96.01==D x y 由x
x y )1(1-+=αα有：923.096.0)12(296.0)1(111=⨯--=--=y y x αα 931.0225.0923.0765.0225.0765.012=+⨯=+=x y
9、某精馏塔在常压下分离苯和甲苯混合液，此时该塔的精馏段和提馏段操作线方程分别为263.0723.0+=x y 和0188.025.1-'='x y ，每小时送入塔内75kmol 的混合液，进料为泡点下的饱和液体，试求精馏段和提馏段上升的蒸汽量为多少？ 解：精馏段操作线方程：1
1+++=R x x R R y D 故有：263.01
723.01=+=+R x R R D 解得：9494.061.2==D x R
由 263.0723.0+=x y
0188.025.1-'='x y 可求出交点0.5347q x =
泡点进料时：q=1
由q 线方程：1
1---=q x x q q y F 得：0.5347F q x x == 因提馏段操作线过点（W W x x ,）
故0188.025.1-=W W x x 0752.0=W x
由W D F Wx Dx Fx W D F +=+= 有：W
D W D 752.09494.05347.07575+=⨯+= 解得：h kmol W h kmol D /58.35/42.39==；
h kmol D R V /3.14242.39)161.2()1(=⨯+=+=
q=1时：h kmol V V /3.142==。