化工原理蒸馏习题

回收率有何变化？ （3） 若料液组成降为 0.3，但要求塔顶产品组成及回收率不同，回流比应为多 少？ 4．某苯与甲苯混合物的流量为 100kmol/h，苯的含量为 0.3（摩尔分数） ，温度为 20℃，拟采用精馏操作对其进行分离，要求塔顶产品的含量为 0.9，苯的回收率 为 90％，精馏塔在常压下操作，相对挥发度为 2.47， 试比较以下三种工况所需 要的最低热耗（包括原料预热需要的热量） ： （1） 20℃加料； （2） 预热至泡点加料 （3） 预热至饱和蒸汽加料； 已知在操作条件下料液的泡点为 98℃，平均比热容为 161.5J/(mol.K)，汽化潜热 为 32 600J/mol。 三、讨论题 分离苯、甲苯的精馏塔，按以下三种方式冷凝（图 5.1，5.2，5.3） ，塔顶第 一板上升蒸气浓度为含苯 0.8（摩尔分率） ，回流比均为 2。 1．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、t1， 问 t0、t1 是否相等？为什么？并求 t0、t1 的值。 2．在图 5.1，图 5.2，图 5.3 三种冷凝情况下，第一板浓度 y1 为含苯 0.8（摩 尔分率） 。 ①比较温度 t1、t2、t3 的大小； ②比较回流液浓度 xL1、xL2、xL3 的大小； ③比较塔顶产品浓度 xD1、xD2、xD3 的大小。将以上参数分别安顺序排列，
（变大，变小，不变，不确
10．精馏塔操作中，保持 F 、xF 、q、L 不变，而增大 V , 则 R xD
，
xW
，L/V
， L / V
(增大，减小，不变)。 ， xW ，
11． 精馏塔操作中， 保持 F、 xF、 q、 R 不变， 而增大 W 则 xD L/V ， L / V (增大，减小，不变)。
L / V ，
， NT
( 增
6． 连续精馏操作， 原工况为泡点进料，现由于某种原因，原料温度降低，使 q>1, 进料浓度 xF ,塔顶采出率 D/F 及进料位置均保持不变。试判断： (1)塔釜蒸汽量 V 保持不变，则塔釜加热量 QR ,塔顶冷量 QC ，
x D
， xW
。(变大，变小，不变，不确定) ,塔顶冷量 QC ，
4. 增大，减小，不变，增大 5. >
分凝器相当于一块理论板
6. ⑴不变，变小，变小，变大
塔釜的蒸汽量保持不变，则塔釜加热量 QR 不变，当原料温度降低时， 精馏段的部分蒸汽被冷凝， 故精馏段上升的蒸汽量变少， 塔顶冷量 QC 变小，
D变 此时，当采出率不变时，相当于回流比下降，产品的分离纯度降低， x
(2) 保持回流比 R 不变，则塔釜加。(变大，变小，不变，不确定)
7．某精馏塔在给定工况下的操作曲线如图所示，现维持进料条件（F, xF, q）和 塔釜加热量不变而将塔顶采出率 D/F 增大，则塔顶产品组成 xD 品组成 xW (变大，变小，不变，不确定)。 8．某精馏塔维持其他条件不变，将加料板下移，则精馏段塔板数 塔顶产品组成 xD 定） 。 9．精馏塔操作中，由于某种原因进料浓度 xF 减小，进料量 F 与热状态 q 保持不 变，塔釜加热量 V 不变，若欲维持塔顶产品 xD 与塔底产品组成 xW 不变，则 R ，D ，L/V ， L / V (增大，减小，不变)。 , ，塔底产品组成 xW ， ,塔底产
12．精馏塔真空操作中，F、xF、q、D、V 不变，而真空度下降，则 xD
，
xW
(增大，减小，不变)。 设备方面
13. 决定精馏塔分离能力大小的主要因素是：物理方面 和操作方面 二.计算题 。
1. 用精馏操作分离含甲醇 20%(摩尔分数)的水与甲醇混合液, 精馏塔顶部设有部 分冷凝器,未冷凝的气体继续冷凝得到液体产品 D1，冷凝部分回流入塔，部分作 为产品 D2，其数量为 D1 的 1/3。要求塔顶产品 D1 的含量为 0.9，塔底产品含量 为 0.05，物料在泡点下入塔。以产品 D1 计的回流比取为 1.5，在操作条件下，相 对挥发度α ＝2.69，试求该精馏塔内应具有多少块理论板？ 2 某液体混合物的组成为 0.5（轻组分、摩尔分数） ，采用精馏方法加以分离，料 液在泡点下加入塔内，要求塔顶含量为 0.9，轻组分的回收率为 90%，回流比为 2.0，试分别计算按以下两种加热方式所需要的理论板数： （1） 全部热量由塔底再沸器供给 （2） 将离开提馏段第二块板的液体抽出 30%， 用中间加热器全部汽化后， 再返 回该层塔在操作条件下，物料的相对挥发度为 2.57。 3 某两元混合物含易挥发组分 0.4（摩尔分数） ，用精馏方法加以分离，所用精馏 塔具有 8 块理论板（包括塔釜） ，加料板为第 3 块，塔顶设有全凝器，泡点回流。 在操作条件下，两物质的平均相对挥发度为 2.45，要求塔顶组成为 0.9,轻组分回 收率为 90%。 试求： （1）为达到分离要求所需要的回流比为多少？ （2）若料液组成降为 0.3，馏出率 D/F 及回流比与（1）相同，塔顶产品组成及
4．塔釜加热蒸汽的压力由什么确定？ 2．某苯与甲苯精馏塔进料量为 1000kmol/h，浓度为 0.5，见图。要求塔顶产 品浓度不低于 0.9，塔釜浓度不大于 0.1（皆为苯的摩尔分率） ，泡点进料，间接 蒸汽加热，回流比为 2。相对挥发度为 2.46，平均板效率为 0.55，求： 1）当满足以上工艺要求时，塔顶、塔底产品量各为多少？采出 560kmol/h 行吗？采出最大极限是多少？当采出量为 535kmol/h 时， 若仍要满足原来的产品 浓度要求，可采取什么措施？ 2）仍用此塔来分离苯、甲苯体系，若在操作过程中进料浓度发生波动，由 0.5 降为 0.4。 ①在采出率 D/F 及回流比不变的情况下，产品浓度会发生什么变化？ ②回流比不变，采出率下降为 0.4，产品浓度如何？ ③若要使塔顶塔釜浓度保持 xD≥0.9， xW≤0.1， 可采取什么措施？具体如何调节？
3）对于已确定的塔设备，在精馏操作中加热蒸汽发生波动，蒸汽量为原来 的 4/5，此时会发生什么现象？如希望产品浓度不变，xD≥0.9，xW≤0.1，可采取 哪些措施？如何调节？ 讨论提示： 1．塔顶和塔底的产品量怎样求？塔顶产品量及产品浓度所能达到的极限值
受什么限制？应该如何求取？在采出量为 535kmol/h 时， 如何才能保证塔顶及塔 釜都得到合格的产品？与回流比、塔板数及物料平衡由什么关系？ 2． 塔顶产品的浓度与采出率、 回流比及塔板数有什么关系？如何定量计算？ 生产中当产品浓度发生改变时，怎样调节？ 3．加热蒸汽量对精馏塔的操作会产生怎样的影响？ 分离苯、甲苯的精馏塔有 10 块塔板，总效率为 0.6，泡点液相进料，进料量 为 1000kmol/h，其浓度为 xF=0.175，要求塔顶产品浓度为 0.85，塔釜浓度为 0.1 （均为苯的摩尔分率） 。 1）该塔的操作回流比 R 为多少？有几种解法？试对这几种解法进行比较。 2）用该塔将塔顶产品浓度提高到 0.99 是否可行？若将塔顶产品浓度提高到 0.88，可采取何种措施？对其中较好的一种方案进行定性和定量分析。 3） 当塔顶产品浓度为 0.85 时， 最小回流比为多少？若塔顶冷凝器供应不足， 回流比只能为最小回流比的 0.9 倍，该塔还能操作吗？ 4）若加回流管堵塞或回流泵损坏，使回流比为 0，此时塔顶、塔釜的组成 及流量分别为多少？（设塔板效率不下降） 。 讨论提示： 1．操作回流比有几种求法？ 2．塔顶产品的最高浓度如何确定？受哪些因素的影响？提高塔顶产品浓度 的方法有哪些？ 3．最小回流比如何求取？与哪些因素有关？操作回流比不能低于最小回流 比有没有什么前提条件？ 4．回流比为 0 时精馏塔的操作有什么特征？
V L D 而 L 不变， L RD ， 由于增大 V ， q 不变， 故 V 增大， 故 D 增大，
答案
1. 增大，减小，减小 2. C
y n 1 与 x n 1 呈平衡关系， y n 1 axn 1 b ，而 y n1 y n ，故选 C。
3. 增大，减小，减小，不变，不变，增大，增大，减小
精馏段的液气比 L / V R / R 1，即精馏段操作线的斜率，回流比 R 大， 则精馏段操作线斜率增大；提馏段液气比 L / V 即提馏段操作线的斜率，回 流比增大，提馏段操作线斜率减小；此时操作线与平衡线的距离增大，所需 的理论板数减小；设计时，改变 R 值的前提是 D、 xW 不变。塔顶冷凝量由于 V 增大，故也随之增大，塔釜加热量由于 V’增大，也随之增大，若 R 太大， 可调节的 R 值变小，则过程的调节余地也变小。
qfrddxfxqfrd505010050100501005010050qfrddxfxqfrdqfrd图上做出操作线其中第二第三段操作线皆与对角线相交于为求理论板数可先在第一段操作线与平衡线之间作梯级并跨过第一二段操作线交点时换用操作线因中间再沸器蛇在加料板之下故第二段操作线使用一次后换用第三段操作线并一直到塔底求得附图a附图b显然在分离要求与能耗相同的情况下所有热量加到塔底所需理论板数较少
并说明理由。 3．三种情况下精馏段操作线是否相同？在同一 y-x 图上表示出来，并将三 种情况下 xD、xL、yV 的值在 y-x 图上表示出来。 4．若该塔有 10 块塔板，每块塔板的阻力为 2.5mmHg，塔釜间接蒸汽加热， 塔釜产品浓度含苯 10%（摩尔分率） 。问塔釜加热蒸汽压力应为多大？已知安托 因常数 如下（ 安托因 方程 为 lg P mmHg，T 单位为℃） ： A 苯 甲苯 6.89740 6.953 B 1206.35 1343.94 C 220.237 219.58
, 若 R 太大，过程的调节余地将
（增大，减小，不变） 。 4．某精馏塔设计中，若将塔釜间接蒸汽加热改为直接蒸汽加热，而 xF、D、F、 xD 、 q、 R 不变， 则W 大，减小，不变)。 5．精馏塔设计时，若塔顶采用全凝器，所需理论板数为 NT1，采用分凝器，所 需理论板数为 NT2，则 NT1 NT2 （>、=、<） 。 ， xW
8. ⑴若原加料板为最佳位置，加料板下移，则精馏段塔板数 N1 变大，塔顶产品
组成 xD 变小，塔底产品组成 xw 变大。 ⑵若原加料板位置偏高，加料板下移，则精馏段塔板数 N1 变大，塔顶产品组 成 xD 变大，塔底产品组成 xw 变小。 ⑶若原加料板位置已偏低，加料板下移，则精馏段塔板数 N1 变大，塔顶产品 组成 xD 变小，塔底产品组成 xw 变大 9. 增大，减小，增大，增大 根据物料平衡可知。 10. 减小，减小，减小，减小，减小
关系是： A.
y n 1 axn 1 b
yn
xn-1
B. C.
y n 1
axn 1 1 ( 1) x n 1
yn+1 xn
y n1 axn1 b
D.
y n 1
axn 1 1 ( 1) x n 1
3 精馏分离某二元组分混合液(F, xF, q),要求塔顶 xD,轻组分回收率 η。设计时，若 加大回流比 R，则精馏段液气比 数 NT QC , 塔顶产品量 D , 塔釜加热量 QR 提馏段液气比 , 塔釜 xw ，所需理论板 塔顶冷凝量
0
A B (C T ) ，其中 P
0
单位为
图 5.1 讨论提示：
图 5.2
图 5.3
1．采用全凝器冷凝，塔顶及回流处所指示的温度分别是什么温度？它们的 大小与什么有关?应如何求取？ 2．全凝器与分凝器有什么区别？回流液浓度、塔顶产品浓度、回流温度三 者之间有什么关系？应如何计算？ 3．精馏塔的操作线应如何确定，都与哪些因素有关？
变大。 小， xW
⑵变大，不变，变大，变小 若保持回流比不变，则必须加大塔釜加热量，使冷液温度达到泡点， 故塔釜加热量变大，由于 R 不变，故塔顶冷量不变，此时，由于冷液进料，
D 变大， 操作线下移， 精馏操作的推动力加大， 所以产品的分离精度变大，x
变小。 xW 变大。物料衡算 7. x D 变小， xW
第五章蒸馏
一、分析与判断 1 精馏塔分离某二元物系，当操作压强降低，系统的相对挥发度 α 溶液的泡点 ，塔顶蒸汽冷凝温度 （增大，减小，不变） 。 ，
2 板式塔精馏操作，已知物系在操作条件下，相对挥发度为 α ，操作方程为
y ax b ,设第 n 块板为一理论板，进出该板各物流如附图示，则 y n 1 和 x n 1 的