第二章 精馏习题讲解

进料组成 甲烷 乙烯 丙烯 丁烯
xF
0.10
0.40
0.20
0.30
分离要求：塔顶的丙烯含量˂3 %（摩尔分率），塔 底的乙烯含量˂5 %（摩尔分率），求：
(1)用清晰分割法计算塔顶、塔底的组成及产量
(2)塔在正常操作时可达指定分离要求现测得釜温为 105oC，操作是否正常？（计算说明）
• 解:(1)用1,2,3,4依次编号甲烷，乙烯，丙烯，丁烯。 由题意可知乙烯为轻关键组分，丙烯为重关键组 分，甲烷为轻组分，丁烯为重组分。
0.03
50 b2 d 3
解得：d3=1.467kmol/h
b3=18.533kmol/h
b2=2.554kmol/h
d2=37.446kmol/h
塔顶产品量D=10+37.446+1.467=48.913 kmol/h
塔底产品量B=2.554+18.533+30=51.087 kmol/h
• 塔径小，近似全混 ，EMV＝EOG ； • 塔径↑，板上有部分混合，存在浓度梯度，
EMV>EOG； • 塔径太大，板上液相的不均匀流动，板间汽相的
不完全混合产生，使EMV ↓；
EMV EOG
1
D
1.5—6m
2-2：
2-3：
2-5：
• 2-8:某精馏塔分离四元烃类混合物，操作压力为 85atm，进料量为100kmol/h。已知：
XDi 0.2044 0.7656 0.03 0.071
i Ki
27
13 4.55
说明塔顶温度低了，即正常操作时，塔顶温 度应大于105oC，此时若釜温为105oC，即塔 顶温度大于塔底温度，不合常理，故釜温为 105oC时，不能正常操作。
相平衡关系 归一方程 相平衡常数式
yi Ki xi
yi 1 xi 1
i
i
Ki fi(P,T, x, y)
(i 1, ,c) (i 1, ,c)
当 Ki=f(T，P)可手算，则泡点温度计算步骤为：
P, xi 设Tbo Ki Sy Ki xi 1 Sy yTb , yi , Ki
（1）哪些组分为分布组分？哪些为非分布组分？ （2）用简图画出塔内恒浓区。 （3）当di≠0时，塔内恒浓区有何变化？也用简图画出。 （4）找出关键组分与非关键组分。 （5）将上述最小回流比改成全回流操作。若组分2在塔底 和组分3在塔顶的组成都不变，需要多少理论级？（p53）
• 答：
（1）组分2和3是分布组分，组分1和4是非分布组分
• 对于三元体系：因存在多个精馏区，则塔顶和塔 底产物取决于料液与夹带剂的混合液位于哪个精 馏区，位于不同的精馏区可以产生不同的塔顶和 塔底产物。
11 ， 板 效 率 随 塔 径 如 何 变 化 ？ 请 说 明 变 化 原 因 。 (p82)
EMV 随塔径变化有一极值，其范围在1.5～6m。
调整T
N F(T) 1 Ki xi
6，有一分离四个组分混合物的精馏塔，已知条件如
下： 组分
Fi
di
wi
ai
1
10.0
0.00
10.00
0.25
2
22.5
1.07
21.43
0.50
3
45.0
42.86
2.14
1.00
4
22.5
22.50
0.00
2.00
塔顶全凝器，塔底用再沸器，泡点进料，塔在最小回流比 下操作。试问：
由XDi=di/D 和 XBi=bi/B可算出塔顶，塔底组成如下：
组分 甲烷 乙烯 丙烯 丁烯
XDi
0.2044 0.7656 0.03 0
XBi
0
0.05 0.3628 0.5872
• （2）当釜温为105oC时，求塔顶温度 • 设塔顶温度T=105oC • 查P-T-K图得：K甲=27 K乙=13 K丙=4.55
• 答：对于二元体系：（1）如图2-36(a),系统中不 存在恒沸物时，无论进料组成如何，只要塔的分 离能力足够，总能从塔顶得到较纯的轻组分，塔 底得到较纯的重组分。（2）如图2-36(b),存在最 低恒沸物时，形成了两个浓度区域。当进料浓度 落在0~Xa区内，从塔底可得到较寸组分2，但塔 顶只能得到恒沸物；当进料浓度在Xa~1范围内， 则从塔底得到较纯组分1，塔顶仍为恒沸物。
• 则由清晰分割法可得：
• d1=100x0.10=10kmol/h • d2=100x0.40-b2=40-b2 • d3 • d4=0
b1=0 b2 b3=100x0.2-d3=20-d3 b4=100x0.3=30kmol/h
• 由分离要求有：
b2
0.05
50 b2 d 3
d3
2，工程计算中求取相平衡常数的常用途径有哪两条 ？各自的Ki计算式是什么？(p16)
答：
① Ki

yi xi
ˆiL ˆiV
适用于中压下非理想弱的烃类系统
②
Ki

yi xi

fi0 i PˆiV
适用于中压下液相非理想强的系统
3，当气液两相均可作为理想溶液处理时，泡点温度 计算的基本方程是什么？写出泡点温度计算的框图 。（p31） 答：基本方程如下：
（2）参考课本图2-18（p53）
（3）看课本(p54)
（4）3是轻关键组分，2是重关键组分，1是重非关键 组分，4是轻关键组分
Байду номын сангаас
（5）p52 Nm
lg(
xlk xhk
)D
(
xhk xlk
lg lk ,hk
)B
=
lg( 42.86 * 21.43)
Nm
1.07 2.14 lg 2
=8.6
9，决定恒沸精馏塔塔顶产物和塔底产物的基本原则 有哪几条？(p76,77)